VL 12 - Tageslichtnutzung und Wärmerückgewinnung Flashcards
Gründe der Tageslichtnutzung
- natürliches Licht angenehmer als elektrisches
- Stromeinsparpotential –> 36% des Stromverbrauchs
Arten der Tageslichtnutzung
- Diffuse Strahlung (Bundestagskuppel)
- Direkte Strahlung
- Tageslichtleitung: Heliostaten, Lichtkamine, Lightpipes/Lichtrohre
- Tageslichtlenkung: Jalousien, Lightshelves
Vor- und Nachteile der direkten Sonnenlichtnutzung
+ hoher Lichtenergieeintrag bei Sonnenschein
+ geringe Wartung
+ einfache Montage (bei Tageslichtlenkung)
- elektrische Beleuchtung notwendig bei Bewölkung
- Tageslichtleitung teilweise schwer nachzurüsten
Funktionsprinzip der Tageslichtleitung
Licht wird über Spiegelsysteme und Lichtleiter transportiert.
Konzentratoren bündeln das Licht (geringerer Bauraum, höhere Kosten)
Sonnenleuchten geben das Licht an den Raum ab.
Systeme für Tageslichtleitung
Heliostaten - Funktionsprinzip
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.
Systeme für Tageslichtleitung
Lichtrohre
Innenverspiegelte Aluminiumrohre.
- hoher Transportwirkungsgrad
- wirtschaftliche Amortisationszeit
- energiesparend und wartungsfrei
- einfach montierbar
Systeme für Tageslichtleitung
Lichtkamine - Funktionsprinzip
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
Funktionsprinzip der Tageslichtlenkung
Direktes Sonnenlicht wird über ein Lenksystem umgeleitet.
Decke reflektiert das umgelenkte Tageslicht.
Beleuchtungsstärke wird manuell über das Lenksystem geregelt.
Jalousien / Lightshelves
Zweigeteilte Jalousien
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
Probleme der direken Sonnenlichtnutzung
- 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
Nutzung von diffusem Tageslicht durch Prismen
Prinzip der Lichtbrechung
Der einfallende Sonnen- oder Tageslichtstrahl erfährt beim Auftreffen eine Richtungsänderung.
- direktes Sonnenlicht wird reflektiert
- diffuses Sonnenlicht wird transmittiert
Verwendung in: Jalousien, Oberlichtern, Kuppeldächern
Wärmerückgewinnung
Wärme wird in den ursprünglichen Prozess zurückgeführt.
Abwärmenutzung
Prozesse, bei denen Abwärme den Prozess verlässt und ggf. in andere Energieformen umgewandelt wird.
Gründe der Wärmerückgewinnung
- Maximierung der aufgewandten Energie
- Verringerung der Verluste und Steigerung des Wirkungsgrads
- Kosten- und Energieeinsparung
- CO2-Einsparung
Pinch-Temperaturdifferenz
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 !!!!
Temperaturübertragungsgrad
Beschreibt zurückgewonnene sensible Wärme
Formel Folie 26
Enthalpieübertragungsgrad
Beschreibt zurückgewonnene sensible und latente Wärme
Formel Folie 26
Einsatzgebiete der Wärmerückgewinnung
Heizungstechnik Lüftungstechnik Abwasser industrielle Prozesse Kraftwerke
Wärmerückgewinnung in der Lüftungstechnik
Durch WÜ: Platten- und Rotationswärmeübertrager
- bis zu 90% des Abwärmepotentials nutzbar
Bypass-Regelung gegen Überhitzung/Unterkühlung in Übergangsjahreszeiten
Wärmerückgewinnung beim Abwasser
- WRG durch Grauwassernutzung: Vorheizen des Nutzwassers durch warmes Brauchwasser
- Nutzung des Abwärmepotentials von Abwässern in der Kanalisation durch Wärmepumpen: Abfuhr der Wärme über Rinnenwärmeübertrager
Problematik der WRG beim Abwasser
Massive Verschmutzung der Kanalisation
- Verringert die Wärmeübertragung
- Beschädigung der Wärmeübertrager
WRG beim Duschen - Funktionsprinzip
Wärme wird über WÜ entzogen.
- hygienische Trennung von Abwasser und Trinkwasser
- Vorwärmung und Mischung mit vorgeheiztem Waasser
Skizze Folie 34
Kombination mehrerer WRG-Arten
Funktionsprinzip
- 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
WRG bei industriellen Prozessen
Anwendungen
- Holztrocknung
- Wäscherei
- Brennerei
- Gießerei
- Chemieprozesse
- Kraftwerke
WRG bei industriellen Prozessen
Arten der Nutzung
- Vorwärmung des zugeführten Stroms
- vollständige Erwärmung des Mediums eines anderen Prozessschrittes
Probleme der Abwärmenutzung bei industriellen Prozessen
- 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
Voraussetzungen für die WRG
- 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
Feuchterückgewinnung
Gleichzeitige Übertragung von Wärme und Feuchte
Varianten der Feuchterückgewinnung
- Membran-Enthalpieübertrager
- Rotations-WÜ mit Feuchterückgewinnung
Mögliche Probleme und Besonderheiten bei WRG aus Duschwasser
- 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
