Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz von gepulsten Zuluftstrahlen zur Steigerung der Lüftungseffektivität und des thermischen Komforts und zur Senkung des Primärenergiebedarfs

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden gepulste Zuluftstrahlen untersucht, die bezüglich thermischer Behaglichkeit, Lüftungseffektivität und Primärenergiebedarf Vorteile gegenüber einer konventionell stationär betriebenen Mischlüftung aufweisen. Die Auswahl und Platzierung von Luftauslässen, sowie die Auslegung des Zuluftvolumenstroms und der Zulufttemperatur richtet sich nach der maximalen Raumbelegung. Ist der Raum nicht voll belegt, so kann der Zuluftvolumenstrom bei gleichbleibender Temperaturdifferenz zwischen Raumluft und Zuluft verringert werden. Dies würde zu einer veränderten und unter Umständen unbehaglichen Raumluftströmung führen, wie eine Vorstudie der TU Berlin belegt. Aus diesem Grund muss die Zulufttemperatur angehoben werden und der Volumenstrom nahezu unverändert bleiben, um das Mischlüftungsprinzip aufrechtzuhalten. Dieser Betriebszustand verbraucht unnötig Hilfsenergie (Ventilatorleistung). Derzeitige Auslegungsrichtlinien sehen nur einen stationären Vollastbetrieb vor. Bei Teillast stellt sich jedoch eine andere Raumluftströmung ein. Hier kann die Verwendung von gepulsten Zuluftstrahlen Vorteile bieten. Im Rahmen des Vorhabens werden Grundlagen für die Auslegung instationär betriebener Luftverteilungssysteme geschaffen. Dabei werden Fragestellungen zur Bewertung des thermischen Komforts beantwortet und neue Ansätze zur strömungstechnischen Auslegung der Lüftungssysteme mithilfe von Strahlgesetzen erarbeitet. Es wird das Primärenergieeinsparpotential ermittelt, das bei der Bewertung dieses Verfahrens in der Planung berücksichtigt werden muss. Damit wird die Akzeptanz für diese Art der Belüftung erhöht und es wird eine Nachfrage nach solchen Systemen, die insbesondere von KMU hergestellt und vertrieben werden, generiert. Das Ziel des Vorhabens fokussiert auf die Verbesserung des Betriebs von raumlufttechnischen Anlagen und soll auf der einen Seite Vorteile in der Belüftung und dem Luftaustausch bzw. der Durchmischung von zwangsbelüfteten Räumen bringen. Mit Hilfe gepulster Luftstrahlen im langwelligen Frequenzbereich soll einerseits Hilfsenergie eingespart werden und andererseits auch die Luftverteilung und Durchmischung im Raum verbessert werden, ohne die Behaglichkeit im Raum zu verschlechtern, vielmehr zur Steigerung der Behaglichkeit beitragen. Die Ziele des Vorhabens tragen sowohl zur Ressourceneffizienz und der Förderung gesundheitlicher und arbeitsrelevanter Aspekte bei.

Ergebniszusammenfassung:

-Anhand des kontinuierlichen Strahls konnte das entwickelte Modell für dreidimensionale Strömungssimulationen validiert und der Prüfstand für die experimentellen Untersuchungen verifiziert werden. Darüber hinaus konnten mittels Particle Image Velocimetry (PIV-)Messungen die Strömungssimulationen validiert werden.

-Mittels der Strömungssimulationen und den experimentellen Untersuchungen konnten analytische Berechnungsansätze für die Ausbreitung gepulster Zuluftstrahlen abgeleitet werden. Diese können in der Planung und Auslegung von solchen Belüftungskonzepten unterstützend angewandt werden.

-Durch gepulste Zuluftstrahlen wird der Impuls bei gleichbleibendem Massenstrom im Vergleich zum kontinuierlichen Strahl erhöht. Hierdurch steigt die Einmischung der Raumluft und die Eindringtiefe. Gepulste Zuluftstrahlen können folglich für die bedarfsgerechte Lüftung eingesetzt werden, um bei geringer Teillast die Strömungsstrukturen weiter aufrecht erhalten zu können. So kann mittels gepulsten Zuluftstrahlen das Anwendungsgebiet der bedarfsgerechten Lüftung erweitert werden, da Limitationen der kontinuierlichen Zulufteinbringung reduziert werden können.

-Im Volllastfall ist nahezu kein Unterschied in der Pulsweise feststellbar und es wird annähernd ideale Mischlüftung erreicht.

-Im Teillastfall zeigt sich der Vorteil der gepulsten Fahrweise. Durch den höheren Austrittsimpuls wird die Raumluft besser als im stationären Fall durchmischt, aber auch die Geschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich sind höher. -In der Regel sind bei gepulster Fahrweise die Geschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich dann geringer, wenn zwei Auslässe verwendet werden.

-Eine zyklische Temperierung mit hohem Pulsvolumenstrom wird bei tiefen Temperaturniveaus nicht empfohlen, da der Großteil der Personen, welche sich in der Probandenstudie durch Zugluft beeinträchtigt fühlten, mit deutlicher Ausprägung bei 20°C war.