VL 12 - Tageslichtnutzung und Wärmerückgewinnung

Question 1

Gründe der Tageslichtnutzung

Answer 1

• natürliches Licht angenehmer als elektrisches

- Stromeinsparpotential –> 36% des Stromverbrauchs

Question 2

Arten der Tageslichtnutzung

Answer 2

1. Diffuse Strahlung (Bundestagskuppel)
2. Direkte Strahlung
   - Tageslichtleitung: Heliostaten, Lichtkamine, Lightpipes/Lichtrohre
   - Tageslichtlenkung: Jalousien, Lightshelves

Question 3

Vor- und Nachteile der direkten Sonnenlichtnutzung

Answer 3

+ hoher Lichtenergieeintrag bei Sonnenschein
+ geringe Wartung
+ einfache Montage (bei Tageslichtlenkung)

• elektrische Beleuchtung notwendig bei Bewölkung
• Tageslichtleitung teilweise schwer nachzurüsten

Question 4

Funktionsprinzip der Tageslichtleitung

Answer 4

Licht wird über Spiegelsysteme und Lichtleiter transportiert.
Konzentratoren bündeln das Licht (geringerer Bauraum, höhere Kosten)
Sonnenleuchten geben das Licht an den Raum ab.

Question 5

Systeme für Tageslichtleitung

Heliostaten - Funktionsprinzip

Answer 5

Direktes Sonnenlicht wird über Heliostaten auf einen Reflektor gespiegelt.
Heliostaten werden der Sonne nachgeführt.
Über weitere Reflektoren wird das Sonnenlicht dem Raum zugeführt.
Beleuchtungsstärke wird über verstellbare Reflektoren geregelt.

Question 6

Systeme für Tageslichtleitung

Lichtrohre

Answer 6

Innenverspiegelte Aluminiumrohre.

• hoher Transportwirkungsgrad
• wirtschaftliche Amortisationszeit
• energiesparend und wartungsfrei
• einfach montierbar

Question 7

Systeme für Tageslichtleitung

Lichtkamine - Funktionsprinzip

Answer 7

Acrylkuppel fängt Tageslicht ein.
Ein hoch verspiegeltes Lichtrohr (98% Gesamtwirkungsgrad) leitet das Sonnenlicht ins Innere des Hauses.
Die Streulinse verteilt das Sonnenlicht im Raum –> gleichmäßiges Tageslicht.

• teilweise Nutzung von diffuser Strahlung.
• Reichweite: bis zu 20 m

Question 8

Funktionsprinzip der Tageslichtlenkung

Answer 8

Direktes Sonnenlicht wird über ein Lenksystem umgeleitet.
Decke reflektiert das umgelenkte Tageslicht.
Beleuchtungsstärke wird manuell über das Lenksystem geregelt.

Question 9

Jalousien / Lightshelves

Zweigeteilte Jalousien

Answer 9

Oberer Teil so eingestellt, dass das Sonnenlicht an die Decke reflektiert wird.
- Raumdecke strahlt das einfallende Licht diffus in den Raum ab.

Unterer Teil reflektiert das Sonnenlicht nach außen.
- Blendschutz und Wärmeschutz

Question 10

Probleme der direken Sonnenlichtnutzung

Answer 10

• Strahlung muss so gelenkt werden, dass sie nicht blendet –> indirekte Beleuchtung des Raumes
• Bei Jalousien: geringerer Wärmeeintrag im Winter –> höherer Heizenergiebedarf
• Gefahr der spektralen Trennung bei Strahlaufweitung

Question 11

Nutzung von diffusem Tageslicht durch Prismen

Prinzip der Lichtbrechung

Answer 11

Der einfallende Sonnen- oder Tageslichtstrahl erfährt beim Auftreffen eine Richtungsänderung.

• direktes Sonnenlicht wird reflektiert
• diffuses Sonnenlicht wird transmittiert

Verwendung in: Jalousien, Oberlichtern, Kuppeldächern

Question 12

Wärmerückgewinnung

Answer 12

Wärme wird in den ursprünglichen Prozess zurückgeführt.

Question 13

Abwärmenutzung

Answer 13

Prozesse, bei denen Abwärme den Prozess verlässt und ggf. in andere Energieformen umgewandelt wird.

Question 14

Gründe der Wärmerückgewinnung

Answer 14

• Maximierung der aufgewandten Energie
• Verringerung der Verluste und Steigerung des Wirkungsgrads
• Kosten- und Energieeinsparung
• CO2-Einsparung

Question 15

Pinch-Temperaturdifferenz

Answer 15

Minimale Temperaturdifferenz

• die Grenze der maximal übertragbaren Wärme ist durch die Pinch der Fluide gegeben.
• je geringer der Pinch, desto größer wird der Übertragungswirkungsgrad
• übertragene Oberfläche und Kosten für WÜ steigen mit sinkendem Pinch

Skizze Folie 24 !!!!

Question 16

Temperaturübertragungsgrad

Answer 16

Beschreibt zurückgewonnene sensible Wärme

Formel Folie 26

Question 17

Enthalpieübertragungsgrad

Answer 17

Beschreibt zurückgewonnene sensible und latente Wärme

Formel Folie 26

Question 18

Einsatzgebiete der Wärmerückgewinnung

Answer 18

Heizungstechnik
Lüftungstechnik
Abwasser
industrielle Prozesse
Kraftwerke

Question 19

Wärmerückgewinnung in der Lüftungstechnik

Answer 19

Durch WÜ: Platten- und Rotationswärmeübertrager
- bis zu 90% des Abwärmepotentials nutzbar

Bypass-Regelung gegen Überhitzung/Unterkühlung in Übergangsjahreszeiten

Question 20

Wärmerückgewinnung beim Abwasser

Answer 20

• WRG durch Grauwassernutzung: Vorheizen des Nutzwassers durch warmes Brauchwasser
• Nutzung des Abwärmepotentials von Abwässern in der Kanalisation durch Wärmepumpen: Abfuhr der Wärme über Rinnenwärmeübertrager

Question 21

Problematik der WRG beim Abwasser

Answer 21

Massive Verschmutzung der Kanalisation

• Verringert die Wärmeübertragung
• Beschädigung der Wärmeübertrager

Question 22

WRG beim Duschen - Funktionsprinzip

Answer 22

Wärme wird über WÜ entzogen.

• hygienische Trennung von Abwasser und Trinkwasser
• Vorwärmung und Mischung mit vorgeheiztem Waasser

Skizze Folie 34

Question 23

Kombination mehrerer WRG-Arten

Funktionsprinzip

Answer 23

• Rückgewinnung der Wärme aus der Fortluft mittels Wärmepumpe.
• Luftvorwärmung über Erdwärmetauscher oder über elektrische Zusatzheizung.
• Zuluftbeiheiznug mit WÜ über konventionelles Heizungssystem.
• mit gekühltem Wasser Betrieb zur sommerlichen Luftkühlung
• dezentrale Lufterwärmung mittels verdeckter WÜ in Luftaustrittsöffnungen

Skizze Folie 35

Question 24

WRG bei industriellen Prozessen

Anwendungen

Answer 24

• Holztrocknung
• Wäscherei
• Brennerei
• Gießerei
• Chemieprozesse
• Kraftwerke

Question 25

WRG bei industriellen Prozessen

Arten der Nutzung

Answer 25

• Vorwärmung des zugeführten Stroms

- vollständige Erwärmung des Mediums eines anderen Prozessschrittes

Question 26

Probleme der Abwärmenutzung bei industriellen Prozessen

Answer 26

• Verteilung der Wärme: Industriegebiete mit großer Entfernung zum Verbraucher
• Wirtschaftlichkeit: Bau von Fernwärmeleitungen, Erschließung eines innerstädtischen Wärmenetzes
• Wärme fällt ganzjährig an: Problem der Wärmeabfuhr der industriellen Prozessen im Sommer

Question 27

Voraussetzungen für die WRG

Answer 27

• Temperatur und Leistung bestimmen die Nutzbarkeit: Pinch, Bypass-Regelungen
• -> Über Wärmepumpen wird der Bereich der nutzbaren Temperatur des abgeführten Fluides angehoben
• -> Nutzung von Niedertemperatur-Wärmenetzen: hohes Potential bei Fußbodenheizsystemen
• je nach Medium dürfen die Wärmeströme nicht durchmischt werden
• zeitliche Korrelation zwischen Quelle und Senke erforderlich: Winter/Sommer, Tag/Nacht
• räumliche Nähe zwischen Quelle und Senke
• wirtschaftliche Kriterien müssen erfüllt werden

Question 28

Feuchterückgewinnung

Answer 28

Gleichzeitige Übertragung von Wärme und Feuchte

Question 29

Varianten der Feuchterückgewinnung

Answer 29

• Membran-Enthalpieübertrager

- Rotations-WÜ mit Feuchterückgewinnung

Question 30

Mögliche Probleme und Besonderheiten bei WRG aus Duschwasser

Answer 30

• Wärmeverluste durch Erhitzung der Wanne und der Rohrbündel in WÜ
• Verunreinigung des WÜ wegen Kontakt mit Duschwasser
• geringe Distanz notwendig zwischen Therme und Dusche zur Vermeidung des Abkühlens des Frischwassers