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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 06 / asl - Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung  → Fachgebiete Architektur  → Technische Gebäudeausrüstung  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2017082853358

Title: Energetische und wirtschaftliche Bewertung von dezentralen Ventilatoren in zentralen Lüftungsanlagen
Authors: Alsen, Niklas
???metadata.dc.subject.swd???: HaustechnikRaumluftKlimaanlageLüftungsanlageLüftungEnergieeffizienzBauen
???metadata.dc.subject.ddc???: 620 - Ingenieurwissenschaften (Engineering and allied operations)
Issue Date: 28-Aug-2017
Abstract: Mechanische Lüftungsanlagen sind ein zentrales Element energieeffizienter, nachhaltiger Gebäude. Die Luftförderung erfolgt bei zentralen Lüftungsanlagen üblicherweise über einen Zuluft- und einen Abluftventilator in der Lüftungszentrale. Jeder Zentralventilator erzeugt eine konstant gehaltene Druckdifferenz, die sich an dem Widerstand des ungünstigsten Stranges orientiert. Zum Aufteilen des Gesamtvolumenstroms auf die einzelnen Gebäudebereiche wird die Druckdifferenz in den anderen Strängen gezielt abgedrosselt. Die Abdrosselung stellt eine Art „Energievernichtung" dar, der kein direkter Nutzen gegenübersteht und die zumindest theoretisch vermieden werden kann bzw. sollte. Mit dem hier vorgestellten Ansatz soll die Luftförderung in zentralen Lüftungsanlagen durch den Einsatz dezentraler Ventilatoren energieeffizienter realisiert werden. Dabei wird die Druckdifferenz zur Luftförderung durch dezentrale Ventilatoren an dem Ort und in der Höhe erzeugt, wie sie zum Lufttransport erforderlich ist. Auf Drosselorgane wie Volumenstromregler wird im Dezentrale-Ventilatoren-System verzichtet. Die Energieeinsparung des Dezentrale-Ventilatoren-Systems gegenüber Systemen mit Variabel-Volumenstromreglern und konstantem Vordruck liegt bei 20 % bis 54 %. Diese Einsparung ist bezogen auf den elektrischen Energiebedarf zur Luftförderung bei definierten Standardrandbedingungen und typischen Nutzungen wie z.B. in Hörsälen, Besprechungs-, Sitzungs- oder Seminarräumen, Klassenzimmern und Großraumbüros. Bei primärenergetischer Betrachtung, d.h. unter Einbeziehung des Energiebedarfs zur thermischen Luftaufbereitung und des Energiebedarfs von Nebenverbrauchern wie Sensoren und Klappen, liegt das Einsparpotenzial bei 14 % bis 41 %. Bei Büronutzungen mit kleinen Volumenströmen, wie z.B. in Einzel- und Gruppenbüros, ist gegenüber dem VSR-System nur mit einer geringen Einsparung < 10% zu rechnen, welche auch negativ werden kann. Dies ist der Fall bei geringen Raumvolumenströmen sowie bei geringen Anteilen an Teillastbetrieb. Die Bewertung der Wirtschaftlichkeit ergibt, dass bei typischen Randbedingungen und den betrachteten Varianten das Dezentrale-Ventilatoren-System wirtschaftlicher als ein konventionelles Volumenstromregler-System ist, wenn eine kostengünstige, autarke Regelung eingesetzt wird, wenn passende, hocheffiziente Rohrventilatoren verfügbar sind, und wenn Systemvarianten ohne kostenintensive Einzelkomponenten wie motorische Absperrklappen verwendet werden. Die wichtigsten Randbedingungen der Wirtschaftlichkeitsbewertung sind: die Höhe der Druckverluste im Kanalnetz und der Energiepreis bei Nutzungsarten mit viel Teillastbetrieb; die Verteilung der Druckverluste im Kanalnetz und der Wirkungsgrad der dezentralen Ventilatoren bei Nutzungsarten wenig Teillastbetrieb; sowie die Investitionskosten bei geringem Energiebedarf je Raum. Als Fazit kann festgestellt werden, dass das Dezentrale-Ventilatoren-System für viele Anwendungen in Neubau und Bestand ein potenziell ausgesprochen energieeffizientes und zudem wirtschaftliches Lüftungssystem darstellt, welches aus diesen Gründen zur kommerziellen Vermarktung weiterentwickelt werden sollte.Mechanical ventilation systems are an important element of energy-efficient and sustainable buildings. In central ventilation systems, usually a central supply air fan and a central exhaust air fan are used to supply the required airflows. Each fan generates a constant pressure difference that is determined by the duct with the highest resistance. To distribute the total air flow to the different building areas, the pressure difference in the ducts is selectively throttled. The throttling is a kind of energy loss without a direct benefit and should at least theoretically be avoided. The approach presented here is meant to make air transport in central ventilation systems more energy-efficient by using decentralized fans. The pressure difference required for air transport is created through decentralized fans in the extend and location that is needed. Thus, throttling by dampers or other throttle bodies is no longer required. The energy saving of the system with decentralized fans as opposed to the described ventilation systems with dampers and constant pressure is 20 % to 54 %. This saving is related to the electrical energy which used by air transport fans at defined standard conditions and for typical uses such as in lecture halls, meeting rooms, classrooms and open-plan offices. Considering the total primary energy demand, which also includes the thermal energy demand for air treatment and the electrical consumption of side consumers such as sensors or dampers, the saving is calculated to be from 14 % to 41 %. For uses in offices with small air volume flows, such as in individual or group offices, the energy saving is less than 10 % and can become negative. This occurs in cases when there are low air volume flows and low shares of part load operation. The assessment of the economic benefit shows that the system with decentralized fans – for typical conditions and the considered alternatives – is economically more beneficial than a conventional system with dampers, if a low priced, independent control technology is implemented, if suitable, highly-efficient duct fans are available, and if systems without single high-priced components such as motorized shut-off dampers are used. The most important variables of the economic assessment are: the amount of pressure losses in the duct network and the energy price in cases of uses with high shares of part load operation; the distribution of pressure losses in the duct network and the degree of efficiency of the decentralized fans for uses which involve low shares of part load operation; as well as the investment cost for all uses with a low energy demand per room. One may conclude that the system with decentralized fans is a potentially high-efficient as well as economically beneficial ventilation system in new and existing buildings and for these reasons it ought to be commercialized.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2017082853358
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