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Sensorposition beeinflusst Energiebedarf und Raumkomfort

Die Untersuchung erfolgt mit einer Kombination von Experimenten in einer Klimakammer und gekoppelter Simulation von Gebäude, Anlagen und Raumluftströmungen. Im Bild ein Modell eines simulierten Büroraums mit zwei Personen, verschiedenen Lüftungssystem

Die Untersuchung erfolgt mit einer Kombination von Experimenten in einer Klimakammer und gekoppelter Simulation von Gebäude, Anlagen und Raumluftströmungen. Im Bild ein Modell eines simulierten Büroraums mit zwei Personen, verschiedenen Lüftungssystemen und ausgewählten Sensorpositionen S1 bis S5.

© TU Dresden

Projektsteckbrief

Offizieller ProjekttitelEinfluss der Sensorpositionierung im Raum auf den Energiebedarf heiz- und raumlufttechnischer Anlagen
Laufzeit01/2016 bis 12/2017
Technologiestatus Demonstrationsphase
Schwerpunkte

Projektbeschreibung

Mit diesem Forschungsprojekt sollte untersucht werden, wie sich – mit Blick auf typische Raumsituationen – unterschiedliche Sensorpositionen auf den Energiebedarf, die thermische Behaglichkeit und auf die Luftqualität auswirken.

Fokus

Die Untersuchung erfolgt mit einer Kombination von Experimenten in einer Klimakammer am Forschungsinstitut ILK Dresden und gekoppelten Simulationen von Gebäude, Anlagen und Raumluftströmungen an der TU Dresden. Für die Klimakammer als Referenzraum und für weitere typische Bürosituationen wird der Einfluss der Sensorpositionierung auf den Energiebedarf der heiz- und raumlufttechnischen Anlagen untersucht. Die Simulationsmodelle werden hierbei mit experimentellen Daten kalibriert. So ist es möglich, den Einfluss der Sensorposition auf die Raumklimabedingungen und den Energiebedarf zu bestimmen. Denn per Simulation werden identische Situationen in Büroräumen verglichen, die sich allein durch die Position des Sensors unterscheiden. Mit der Anwendung einer gekoppelten Simulation ist die Informationskette „Sensor – Anlage – Raumumfassungskonstruktion – Raumluftströmung“ geschlossen. Auch Personen werden modellhaft in der Analyse berücksichtigt.

Erfolge

Mit den messtechnischen Untersuchungen in Kombination mit den numerischen Simulationen wurden wichtige Fakten zum Einfluss der Positionierung von Temperatursensoren für stationäre und moderat instationäre Situationen zusammengestragen und erste Empfehlungen zur möglichst optimalen Platzierung der Sensoren erarbeitet.

Ein wichtiger Zwischenschritt war die Validierung der numerischen Simulation anhand von Messungen in der Klimakammer. Dies ist für die weiteren Untersuchungen notwendig, weil nur ausgewählte Fälle in Messung und Simulation gleichermaßen nachgebildet werden. Die überwiegend auf Basis numerischer Simulation durchgeführten Untersuchungen des Verhaltens verschiedener anlagentechnischer, bauphysikalischer und geometrischer Variationen von Büroräumen aus energetischer Sicht und aus Sicht der thermischen Behaglichkeit ermöglichten darüber hinaus einen umfassenden Systemvergleich und die Ausarbeitung weiterer, allgemeingültiger Handlungsempfehlungen.

Meilensteine

Die ersten Ergebnisse zeigen, dass die Sensorpositionierung unter bestimmten Bedingungen ein großes Potenzial für Energieeinsparungen bereithält. Im nächsten Schritt werden stark instationäre Situationen untersucht, beispielsweise ausgelöst durch intermittierende Nutzung, Änderungen der Nutzeranforderungen oder Wechsel der Lastsituation infolge variabler Wärmegewinne- und Verluste.

Anwendung

Mit den Empfehlungen zur Sensorpositionierung soll es Planern und Installateuren erleichtert werden, die für den Energiebedarf optimale Position der Sensoren im Raum bei Sicherung der thermischen Behaglichkeit zu wählen. Außerdem werden Konsequenzen und Kompensationsmöglichkeiten aufgezeigt, falls eine optimale Sensorpositionierung nicht möglich ist.

Informationen hierzu im weiteren Projektverlauf.


Zusätzliche Informationen:

  • Klimakammer der ILK Dresden gGmbH, Foto der Klimakammer mit RLT-Anlage.
  • Klimakammer der ILK Dresden gGmbH, 3D-CAD-Modell mit RLT-Anlage.
  • Sensorarray zur Temperaturmessung in der Klimakammer des ILK Dresden gGmbH.
  • Geschwindigkeitsbestimmung mittels Particle Image Velocimetry (PIV) in der Klimakammer.
  • Nachbildung der Klimakammer mittels gekoppelter Gebäude-, Anlagen und Raumluftströmungssimulation (innere Oberflächentemperaturen).
  • Gemessene Temperaturen (unten) und berechnete Temperaturen (oben) bei einem Abklingversuch mit freier Konvektion.
  • Vergleich der Energiesparmöglichkeiten verschiedener Lüftungs-, Heiz- und Kühlkonzepte durch Variation der Sensorposition für eine 24h-Periode und ein 2-Personenbüro.
  • Büroraum mit acht Personen, verschiedenen Lüftungssystemen und untersuchten Sensorpositionen.
  • Unterschiede des Tagesenergiebedarfs für drei ausgewählte Untersuchungskonfigurationen in Abhängigkeit unterschiedlicher Sensorpositionen unter Wahrung der thermischen Behaglichkeit.
  • Oberflächentemperaturen für einen ausgewählten Heizfall des Mehrpersonenbüros.