Untersuchung

Am Institut für Klimatechnik der Fachhochschule Giessen/Friedberg wurde von Prof. Dr.-lng. B. Gräff eine Untersuchung über Kühldecken von FRENGER SYSTEMEN BV durchgeführt. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Untersuchung sind hier dargestellt.

In einem Modellraum im Massstab 1 :1 wurden folgende Versuche durchgeführt:

1. Untersuchung des Raumklimas ohne Zwangslüftung
2. Untersuchung des Raumklimas mit Zwangslüftung
3. Untersuchung des Raumklimas bei Laständerung (mit Luftaustausch)
   

	Abb. 8.2: Modellraum
	Abb. 8.3:  Kühlregisteraufteilung

Bewertungsgrundlagen

Als Beurteilungsgrundlage für thermische Behaglichkeit dient die DIN 1946Teil 2 Ausgabe Januar 1983 und dto. als Entwurf August 1991 mit viel strengeren Anforderungen. Ausserdem sind die Leistungsmessungen nach FGK-Vorschrift für wärmetechnische Messungen an Kühldeckenelementen durchgeführt worden.

Durchführung der Messung

Die Messungen wurden anhand realistischer Planungen für einen deutschen Grosskunden vorgenommen. Folgende Werte wurden eingestellt: Volumenstrom Zuluft, Zulufttemperatur Raumluft-, Hallentemperatur (Sommer) Oberflächentemperatur Fenster (Sommer) Vorlauftemperatur Kühldecke Rücklauftemperatur Kühldecke

Ergebnisse

1. Untersuchung des Raumklimas ohne Zwangslüftung

Bei einer Vorlauftemperatur von 17 °C, einer Rücklauftemperatur von 19 °C, also einer konstanten Temperaturspreizung von 2 K und einer Raumlufttemperatur von 26 °C, ergab sich eine Gesamtleistung der Kühldecke von 62 W/m2, bezogen auf den aktiven Teil der Decke.

Den Entwurf DIN 1946,T 2 vom August'92 lässt nur Temperaturgradienten (Temperaturänderungen je m Raumhöhe) _ 2 K zu. Als Maximalwert wurde bei den Untersuchungen ein Gradient von 0,4 K/m festgestellt, der demzufolge weit unterhalb der zulässigen Grenze liegt.

Im Hinblick auf Zugerscheinungen gibt es bei diesem System keine Bedenken, da die Luftgeschwindigkeiten bei 26 °C Raumlufttemperatur mit maximal 16 cm/s unterhalb der Grenzwerte von 27cm/s (DIN 1946Teil 2,Ausgabe 1983) und 20 cm/s (Entwurf 1991) liegen.

2. Untersuchung des Raumklimas mit Zwangslüftung

Hier wurde zusätzlich ein Zuluftmassenstrom mit Untertemperatur (19 °C) eingebracht und trägt einen Teil der Energielast.

Die Leistung der aktiven Kühldecke beträgt 61 W/m2, die Lastabfuhr der Luft beträgt 22 W/m2.

Die Auswertung nach DIN 1946,T2 in Bezug auf Luftgeschwindigkeiten und Temperaturgradienten ergab, dass die gemessenen Maximalwerte von 17 cm/s bzw. 0,2 K unterhalb der Grenzwerte liegen.

3. Untersuchung des Raumklimas bei Laständerung (mit Luftaustausch)

Mit Hilfe von Lasten wurde der Versuchsraum auf 27,8 °C aufgeheizt, ohne ihn zu klimatisieren.

Durch plötzliches Einschalten der Kühldecke bei konstanter Vorlauftemperatur von 17 °C und einem Massenstrom von 120 kg/h je Achse wurde der Raum gekühlt und innerhalb einer halben Stunde schon auf 25,4°C Raumlufttemperatur gebracht. Nach einer weiteren Stunde fiel die Lufttemperatur auf 24,5 °C. Der Messraum wurde insgesamt 2 Stunden nach Einschalten der Kühldecke vollständig stationär (d. h. die Temperatur blieb dann konstant) und betrug 24°C.
 

	Abb. 8.4: "Einfahren" der Kühldecke

Richtlinien für die Berechnung

Während des Sommerbetriebs wird die Abstrahlung der Körperoberfläche zur Kühldecke- bei richtig gewählter Lufttemperatur- als sehr angenehm empfunden. Zahlreiche Tests in Laboratorien haben gezeigt, dass die Lufttemperatur in Räumen mit gekühlten Decken bei gleichbleibendem

Behaglichkeitsgefühl ca.2 °C höher gestellt werden kann als in Räumen, die nur mit Luft gekühlt werden.

Beträgt zum Beispiel bei einer konventionellen Klimaanlage die vorgesehene Lufttemperatur im Sommer 24°C, dann kann diese bei einer kombinierten Heiz- und Kühldecke von FRENGER SYSTEMEN BV auf 26 °C gestellt werden.

Es ist einleuchtend, dass dieser Temperaturunterschied von 2 °C eine niedrigere Kühllast und damit eine wesentliche Energieeinsparung zur Folge hat.

Umgekehrt gilt diese Argumentation auch für den Winterbetrieb. Man kann hier anstelle einer vorgesehenen Temperatur von z. B.22 °C die Anlage mit 20 °C betreiben. Auch hier macht sich die Energieeinsparung bemerkbar.

Um zu verhindern, dass es zur Kondensation auf den Registerrohren kommt oder dass induzierte Luft durch den Kontakt mit der Decke kondensiert, darf die Temperatur

des Kühlwassers nicht unter dem Taupunkt der Einblasluft liegen. Die Wahl der mittleren Temperatur des Kühlwassers hängt also vom Taupunkt der Einblasluft ab.
 

	Abb. 8.5:  Kühlwasser- und Raumlufttemperaturen in Abhängigkeit von der Luftfeuchte

Wie aus Abbildung 8.5 zu ersehen ist, liegt die untere Grenze der Kühlwassertemperatur bei 12 bis 13 °C. Die Regulierung der relativen Feuchtigkeit kann dadurch erfolgen, dass die Taupunkttemperatur der Zuluft als abhängig von der Aussentemperatur betrachtet wird. Die Raumtemperatur wird ausschliesslich durch die Veränderung der Wassertemperatur in den Rohrregistern der Kühldecke reguliert.

Es sollte stets angestrebt werden, den grösstmöglichen Teil der Kühllast mit der Kühldecke aufzufangen, das heisst, dass - wenn möglich - das Maximum an wasserführenden Rohren eingestellt wird: a) bei der Kassettenkühldecke ein Rohrabstand von 600 mm bzw.300 mm + evtl. Zusatzrohre b) bei der Kühlbanddecke ein Rohrabstand von 200 mm c) bei der Langfeldkassetten-Kühldecke ein Rohrabstand von 200 mm + evtl. Zusatzrohre

Ausgehend von einer maximalen Wassertemperatur von 90/70 °C für Winterbedingungen bedeutet dies, dass die wirksame Deckenfläche, die die Wärmeverluste des Raumes im Winterbetrieb decken soll, im allgemeinen grösser sein wird als nötig. Hierdurch kann im Winter die maximale Wassertemperatur zum Beispiel auf 60 °C,50 °C oder weniger gesenkt werden.

Die hiermit zusammenhängende niedrigere mittlere Oberflächentemperatur der Decke hat insbesondere in Büroräumen einen günstigen Effekt und spart zusätzlich Energie.

Die Kühlkapazität des Kühlsystems ist die Summe der Kühlkapazitäten der Decke und der Zuluft:

QFC QDC + QLC

QFC = Kühlkapazität des Kühlsystems in W/m2
QDC= Kühlkapazität der Decke in W/m2
QLC = Kühlkapazität der Zuluft in W/m2

Die Kühlleistung unserer Deckensysteme sind abhängig von:

• der Menge der Einblasluft (Von in m3/m2)
• der Lufttemperatur im Raum (tRo in °C)
• der mittleren Kühlwassertemperatur in den Registerrohren (tw in °C)

Die Kühldecke nimmt darüber hinaus noch die folgenden mittleren Beträge der Kühllast auf, ohne die Raumtemperatur (tRo) und die mittlere Oberflächentemperatur der Decke (tm) zu beeinflussen:

• 13 % der direkt durch das Glas einfallenden Sonnenstrahlen (QR)
• 25 % der fühlbaren Wärmeabgabe von Personen (Q5)
• 16 - 20 % der installierten elektrischen Beleuchtungswärme (QV) (Dies gilt nur, wenn ein metallischer Kontakt zwischen den Registerrohren und Beleuchtungskörpern besteht!)
• 100 % der über die Tragdecke oder das Dach einfallenden Wärmemenge (QA)