LEXU II - Low Exergy Utilisation

Hintergrund

Seit 2006 beschäftigt sich die IZES mit der Thematik der außenliegenden Wandtemperierung. Ab 2006 in einem ersten Forschungsprojekt LEXU I „Außenliegende Wandheizung“ (FKZ 0327370T) und seit 2012 in dem aktuellen Forschungsprojekt LEXU II „Einsatz von außenliegender Wandtemperierung bei der Gebäudesanierung…“  (FKZ 0327370Y). Das Kernelement des Forschungsprojektes ist die außenliegende Wandheizung (aWH), eine Flächenheizung, die zwischen Bestandswand und einem neuen Wärmedämmverbundsystem (WDVS) aufgebracht wird. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Projektes ist die außenliegende Luftheizung (aLH), diese stellt eine niederexergetische Erweiterung der aWH dar, in dem zwischen Bestandswand und Wärmedämmung ein Luftspalt ausgebildet wird. Durch diesen Luftspalt wird Außenluft geführt und anschließend dem Gebäude als temperierte Zuluft zur Verfügung gestellt.

 

Forschungsprojekt LEXU II

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie unter dem Förderkennzeichen 0327370Y geförderten Forschungsvorhaben „Low ExergyUtilisation – Einsatz von außenliegender Wandtemperierung bei derGebäudesanierung – Feldtest, CO2-Wärmepumpe mit Eisspeicher" (kurz LEXU II–Feldtest) wird die praktische Umsetzbarkeit der Forschungsergebnisse aus dem vorangegangenen Projekt LEXU in unterschiedlichen Feldtestanwendungen untersucht. Darüber hinaus sollen in dem Forschungsvorhaben potenzielle exergetische Vorteile der außenliegenden Wandheizung und -kühlung (Außenwandtemperierung aWT) durch die Verbindung mit innovativen Systemkonzepten verbessert werden.

Aufbauend auf dem Vorprojekt erfolgt der realisierbare Systemnachweis der aWT mit verschiedenen System- und Anlagenkomponenten im Feldtest. Im Vorprojekt stellte sich heraus, dass ein Einsatz der außenliegenden Wandheizung sogar mit primärenergetischen Vorteilen verbunden sein kann. Diese Anwendungsfälle sollen in dem Vorhaben in verschiedenen Arbeitspaketen realisiert und analysiert werden. Für die Durchführung der Feldtests ist vorgesehen, mindestens je eine Winter- und, wenn das Gesamtsystem es sinnvoll erscheinen lässt, eine Sommerperiode (Kühloption) einzuschließen.

 

Arbeitspakete

Folgende Arbeitspakete werden im Einzelnen bearbeitet:

        1. Feldtest aWH/aLH mit PVT-Kollektoren, Eisspeicher und Wärmepumpe

          Aktuell wird ein Feldtestobjekt der aWH und aLH an einem Gebäude auf dem Campus der Universität des Saarlandes (UdS) umgesetzt. Bei dem Feldtestobjekt handelt es sich um die Westfassade eines Bürogebäudes aus den 70er Jahren. Im Zuge einer Betonsanierung konnte die Fassade mit ca. 140 m² der außenliegenden Wandheizung und ca. 6 m² der außenliegenden Luftheizung (ausgelegt auf einen hinter der Fassade liegenden Raum) belegt werden. Zusätzlich zu der Belegung mit der außenliegenden Wandheizung soll für den Feldtest ein LowEx-Heizsystem, bestehend aus Eisspeicher, Wärmepumpe mit Pufferspeicher und PVT-Kollektoren errichtet werden. Primäre Wärmequelle der Wärmepumpe ist dabei der Eisspeicher, welcher wiederum vorrangig über die PVT-Kollektoren regeneriert wird. Aufgrund der Lage bedingt niedrigen, notwendigen Vorlauftemperaturen der aWH ist jedoch auch die direkte Anbindung der PVT-Kollektoren an die Außenwandtemperierung denkbar. Zusätzlich kann über die Verwendung von PVT-Kollektoren die Nutzung von Eigenstrom für die Wärmepumpe untersucht und optimiert werden. Dies ist nur eine Auswahl der interessanten Fragestellungen, die sich durch die Kombination der aWH (thermische Aktivierung der Bausubstanz) mit einer Wärmepumpe, einem Eisspeicher und PVT-Kollektoren ergeben. Neben der Begleitung und messtechnischen Erfassung des Feldtestversuchs ist auch eine Modellierung des Gesamtsystems und der einzelnen Komponenten in TRNSYS geplant. Mit Hilfe der dynamischen Simulationsstudien soll das Gesamtsystem für verschiedene Zielfunktionen (Eigenstromnutzung, Jahresarbeitszahl) optimiert werden. Auch für die Komponenten aWH und aLH sind umfangreiche, dynamische Simulations- und Potentialstudien geplant. Ein weiteres wichtiges Thema des Feldtestversuchs ist der Transfer der aWH von der Theorie in die Praxis.
           

        2. Kombination von aWT-Systemen mit neu entwickelter transkritischer CO2-Wärmepumpe

          Entwicklung einer überkritischen CO2-Wärmepumpe und Einbindung in eine - zu niedrigeren Temperaturen hin - erweiterten Temperaturkaskade. Diese Kaskade reicht vom warmen Brauchwasser (60°C) bis hin zur Zuluft-Vortemperierung (ca. 20°C). Durch die Energienutzung bis hin in den tiefen Temperaturbereich ergibt sich laut ersten Berechnungen eine Erhöhung der Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe. Im Arbeitspaket 2 entwickelte die Firma thermea Energiesysteme GmbH aus Dresden den Prototypen einer CO2-Wärmepumpe im kleinen Leistungsbereich (ca. 20kW). Im Labor der IZES gGmbH wurde diese Wärmepumpe auf einem eigens dafür konzipierten Prüfstand ab Februar 2013 aufgebaut und wird dort intensiv untersucht. Neben Grundlagenuntersuchungen (Betriebsverhalten, Störungsursachen, Leistungszahlen) werden in Zusammenarbeit mit Thermea Optimierungen des Wärmepumpenbetriebs definiert und im Betrieb untersucht.
           

        3. Erweiterung des aWT-Systems zu einer außenliegenden Luftheizung (aLH)
          Entwicklung eines Konzeptes zur außenliegenden Luftheizung (aLH), eines Zuluft-Vorwärmers für Wohnungslüftungssysteme, der die aWH zur gleichzeitigen Zulufttemperierung nutzt. Es wurde eine Testwand im Labor errichtet und verschiedene Versuche durchgeführt, um typische Kennwerte der aLH aufzunehmen. Gleichzeitig wurde die Modellierung der aLH mit Hilfe der Software TRNSYS untersucht.

         

                                        

                                                                          

          Aktuelles:

          Aktuell wird ein Feldtestobjekt der aWH undaLH an einem Gebäude auf dem Campus der Universität des Saarlandes (UdS) umgesetzt:

          Ausgangszustand der Fassade

                    
           

          Betonsanierung

               


          Sanierte Fassade

              

           

                       

                  
          Koordinator:

                   

           

          Fördermittelgeber:

                               

           

          Partner:

            • WIDAG und FZE (wissenschaftliche Begleitung)
            • Clina Heiz- und Kühlelemente GmbH, Berlin (Kapillarrohrmatten für aWH/aLH)
            • GEFGA Energiesysteme GmbH, Limburg (Belegungsplanung aWH/aLH)
            • Berufsförderungsverein des baden-württembergischen Stuckateurhandwerks e.V., Rutesheim (Begleitung Anbringung aWH & Erstellung Leitfaden)
            • Thermea Energiesysteme GmbH, Dresden (Entwicklung CO2-WP)
            • HGE Ingenieur GmbH, Kaiserslautern (Planung Hydraulik)

             

            Download:

             

             

            Laufzeit: 
            01/2012 bis 09/2018