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Autarke dezentrale Raumklimatisierung unter Berücksichtigung physiologisch komfortabler und wirtschaftlicher Randbedingungen durch integrierte Wärme- und Kälteerzeugung in dezentralen Lüftungsanlagen

dezintegraL Urheberrecht: © EBC

​Bei der Installation von dezentralen Lüftungsgeräten, welche über eine Heiz- und Kühlfunktion besitzen, ist ein hoher Aufwand durch die Installation der hydraulischen Leitungen notwendig. Durch die Integration einer direkten Wärme- und Kälteerzeugung (reversiblen Wärmepumpe), kann dieser Aufwand erheblich reduziert werden und so eine nachrüstbare und flexible Lösung für die Raumklimatisierung geschaffen werden.

 

Forschungsziel

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines autarken dezentralen Lüftungsgerätes durch die Integration einer reversiblen Wärmepumpe zur Abdeckung der Heiz- und Kühlenergiebedarfe. Ein Themenschwerpunkt wird die Regelung der reversiblen Wärmepumpe im Systemkontext des dezentralen Lüftungsgerätes, um die dynamischen Anforderungen an den Heiz- und Kühlbedarf des angeschlossenen Raumes sicher, effizient und schwingungsarm zu erfüllen. Die entwickelten Regelungskonzepte gilt es in ein Funktionsmuster zu überführen und so die Praxistauglichkeit des Konzeptes zu überprüfen.

 

Forschungsstrategie

Zur Dimensionierung der Komponenten der integrierten reversiblen Wärmepumpe werden zunächst typische Anwendungsfälle für ein Lüftungsgerät untersucht und sinnvolle Auslegungsparameter bestimmt. Nach der Auswahl geeigneter Komponenten wird ein Funktionsmuster mit der zugehörigen Messdatenerfassung aufgebaut. Hierbei sind die besonderen Anforderungen an den Bauraum, welcher durch die typischen Abmessungen eines Fassadenbrüstungsgerätes limitiert ist, und die akustische Schallbelastung im Raum eine Herausforderung dar. Insbesondere die akustische Schallleistung des Gerätes, welche sich durch den integrierten Verdichter der Wärmepumpe erhöhen kann, gilt es zu untersuchen und für die praktische Anwendung zu bewerten.

Mit Hilfe eines dynamischen Simulationsmodells wird eine Regelung für das Lüftungsgerät mit integrierter Wärmepumpe entwickelt, welche in der Lage ist, die dynamischen Anforderungen des Raums möglichst schwingungsarm und energieeffizient einzustellen. Die dynamische Ganzjahressimulation ermöglicht es hierbei stündlich aufgelöste klimatischen Randbedingungen sowie die thermische Reaktion des Raumes dem Modell aufzuprägen und die Regelung zu parametrieren. Weiterhin wird mit Hilfe der dynamischen Simulationen eine Bewertung des Komforts und des Energiebedarfs des Lüftungsgerätes durchgeführt.

Nach der erfolgreichen Regelungsentwicklung wird diese am Funktionsmuster implementiert und in einem Feldtest erprobt. Hierbei werden kritische Betriebsmodi bestimmt. Im Rahmen des Feldtests erfolgt die Erfassung der Schallpegelleistung des Funktionsmusters, sowie deren Bewertung im Kontext der Praxistauglichkeit. Anhand der gewonnenen Messdaten wird das Simulationsmodell validiert.

Um Kurzschlussströmungen (Fortluft des Gerätes wird in Fassadennähe wieder durch Außenluftöffnung angesaugt) am Lüftungsgerät zu vermeiden, werden Strömungssimulationen durchgeführt, welche die Einbau-Situation des Lüftungsgerätes nachbilden. Hiermit können unterschiedliche Lüftungsöffnungen des Gerätes untersucht werden und Maßnahmen zur Vermeidung von Kurzschlussströmungen abgeleitet.

Abschließend erfolgt eine Wirtschaftlichkeitsanalyse des autarken dezentralen Konzeptes basierend auf den durchgeführten Ganzjahressimulationen.

 

Projektinformationen und Partner

Laufzeit: 2,5 Jahre

Start: 12/2020

Ende: 05/2023

Partner: ​Forschungsvereinigung für Luft- und Trocknungstechnik (FLT) e.V.

Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Förderkennzeichen: IGF Vorhaben Nr.: 21356 N

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