Institut fr Angewandte Bauforschung Weimar gemeinntzige Gmb H
Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gemeinnützige Gmb. H Front. Absob Entwicklung von neuen Fasadensystemen zur solarthermischen Energiegewinnung Dipl. -Ing. (FH) Torsten Schmidt Dipl. -Ing. Nicola Fries 25. 04. 2016
Front. Absorb Projektziel § neuartiges Fassadensystem zur solarthermischen Energiegewinnung § Abstandsgewirk (luftführende Schicht) zur Verstärkung des Kollektoreffektes § transluzente Wetterschutzschicht § Wärmebrücken minimiertes Befestigungssystem § Warmlufttransport- und Übergabeeinheit am oberen Fassadenabschluss Förderung: Ai. F, ZIM-KF Partner: ITV Denkendorf HKL Ingenieurgesellschaft mb. H I. C. S. Gmb. H KTW Fassadentechnik Gmb. H 07. 2016 2
Front. Absorb Problemstellungen § Erstellung einer transluzenten Wetterschutzschicht aus Vlies mit Sand und Glasgranulat (Vergleich) § Untersuchungen Einfluss der Beschichtung auf den Wärmegewinn § materialtechnische Untersuchungen zur schwarzen Absorberschicht sowie deren Verklebung mit dem Gewirk § Dimensionierung der luftführenden Schicht im Gewirk (hohe Stabilität, geringer Druckverlust) § Fertigung eines Sandwichverbundelements „Front. Absorb“ (Absorber, Gewirk, Wetterschutzschicht) § Thermische Simulation, Berechnung des Solarertrags Abstandsgewirk 2 cm Wetterschutzsicht besandet 07. 2016 3
Front. Absorb Versuchsstand: Technikum Nord § Nachweis der Wirkprinzips § Untersuchungen zum Einfluss der Beschichtung auf den Wärmeertrag § Untersuchungen zur optimalen Luftschichtdicke § Messungen mit unterschiedlichen Beleuchtungsintensitäten (400 W, 800 W, 1000 W) § Untersuchungen zur Beständigkeit der Verklebungen und zur Wetterbeständigkeit § Ermittlung des Wirkungsgrades „Front. Absorb“ Messkonzept Versuchsstand 07. 2016 4
Front. Absorb Konstruktionsvarianten: 07. 2016 5
Front. Absorb Versuchsergebnisse: § höhere Energieausbeute mit Glasgranulat-Beschichtung § Abstandsgewirk bedarf Optimierung hinsichtlich Druckverlust, Erhöhung der Tiefe der luftführenden Schicht → Funktionsprüfung unter realen Klimabedingungen an einer Bestandsfassade (Modelprojekt) Messergebnisse Temperaturdifferenz bei 800 W: 30 25 V 1 20 m³ D T [K] 20 V 2 20 m³ 15 V 3. 1 170 m³ V 3. 2 100 m³ 10 V 4. 1 70 m³ 5 Versuchsaufbau V 4. 2 70 m³ 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Zeit [min] 07. 2016 6
Front. Absorb Modelprojekt Bestandsgebäude für das Modelprojekt Grundriss Front. Absorb-Elemente an der Fassade 07. 2016 7
Front. Absorb Modelprojekt Isometrie: Luftkanalnetz Isometrie Versuchsaufbau (schematisch), Messkonzept 07. 2016 8
Front. Absorb § § § § Versuchsfläche (0, 8 m x 1, 70 m) Versuche unter realen Klimaverhältnissen Vergleich: 2 cm / 4 cm Gewirk Vergleich: Hinterlüftet / nicht hinterlüftet Vergleich: Fortluftbetrieb / Umluftbetrieb Einbindung in eine exemplarische Anlagentechnik stufenlos regelbarer Ventilator, 5 definierte Stellungen (1 = höchster Volumenstrom; 5 = niedrigster Volumenstrom) Innenansicht: Luftkanalnetz mit Ventilator und Wärmeübertrager. Die Pfeile zeigen die Luftrichtung. 07. 2016 9
Front. Absorb Modelprojekt – Ermittlung Druckverlustkennlinie Druckverlust [Pa] Druckverlustkennlinie für 2 cm und 4 cm Gewirk 600 R 2 = 0, 9407 500 400 300 Messdaten 200 Approximation 100 0 0, 0 1, 0 2, 0 3, 0 Luftgeschwindigkeit [m/s] 4, 0 Druckverlustkennlinie des Abstandsgewirks. Ermittelt aus Herstellerdaten und eigenen Messwerten. - Ermittlung Pressung des Ventilators und Druckverlust des Systems auf Grundlage der Kennlinien des Herstellers für 5 Ventilatorstellungen Ermittlung Druckverlustkennlinie in Abhängigkeit von der Luftgeschwindigkeit im Gewirk aus Mess- und Herstellerdaten – dient der Ventilatordimensionierung künftiger Projekte 07. 2016 10
Front. Absorb Versuchsergebnisse: - maximaler Ertrag 300 W/m² bei Stufe 3 (hinterlüftet + nicht hinterlüftet) - solare Einstrahlung von 600 W/m² entspricht einem Wirkungsgrad von 40 % Ertrag und Einstrahlung 700 600 500 400 300 200 100 0 |-Hinterlüftet + Nicht hinterlüftet-|---hinterlüftet -----| Ventilatorstufe 1 3 5 spez. Ertrag [W/m²] Hinterlüftet -------|- 1 3 Q_sol [W/m²] 5 Nicht 1 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wirkungsgrad [%] Ertrag & Einstrahlung [W/m²] Umluftbetrieb 2 cm Wirkungsgrad Auswertung der Messreihen am Modellprojekt mit 2 cm Gewirk – Ertrag, Einstrahlung und Systemwirkungsgrad. 07. 2016 11
Front. Absorb Versuchsergebnisse: - luftseitige Abkühlung um 3 Kelvin - wasserseitige Erwärmung um 3, 5 Kelvin - maximale Lufttemperatur knapp 39 °C Umluftbetrieb 2 cm 400 |-Hinterlüftet + Nicht hinterlüftet-|---hinterlüftet ------| Hinterlüftet -------|- Nicht 40 30 200 20 10 0 Ventilatorstufe 1 3 5 spez. 3 5 Ertrag [W/m²] 1 3 Lufttemperatur 5 1 Temperatur [°C] spez. Ertrag [W/m²] Ertrag und Temperaturen 0 Wassertemperatur Auswertung der Messreihen am Modellprojekt mit 2 cm Gewirk – Ertrag und Systemtemperaturen. 07. 2016 12
Front. Absorb Fazit: - Effizienz und Energieausbeute bei größeren Luftvolumenströmen höher, da größere Wärmeabgabe - Außenluftbetrieb nur wenig ungünstiger als Umluftbetrieb (sommerl. Außentemperaturen) - Empfehlung: Umluftbetrieb – Vermeidung von Gewirkverunreinigungen - Ertrag geringer als erwartet, aufgrund der stärkeren Beschichtung der Wetterschutzschicht – geringer Energiedurchlassgrad → Optimierung der Beschichtung - niedrigere Volumenströme führen zu etwas höheren Lufttemperaturen im System, insgesamt jedoch zu geringerem Ertrag (proportional abhängig von Lufttemperatur und Luftvolumenstrom) 07. 2016 13
Kontakt большое спасибо за внимание IAB - Institut für Angewandte Bauforschung Weimar g. Gmb. H Über der Nonnenwiese 1, 99428 Weimar www. iab-weimar. de, kontakt@iab-weimar. de 25. 04. 2016 14
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