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Untersuchungen zu Deckenstrahlungsheizungen, Experimentelle Versuchsanordnung im Raumklima-Teststand LOBSTER

Deckenstrahlungsheizungen sind eine interessante Option für energieeffiziente Heizsysteme, da sie – wie andere Flächenheizungen auch – mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden können, im Vergleich zu Fußbodenheizungen aber Vorteile bzgl. der Eingriffstiefe bei Sanierungen aufweisen. Als kritisch angesehen wurden bislang – insbesondere im Wohnungsbau mit geringeren Raumhöhen – die Nähe der warmen Oberfläche zum Kopf sowie eine mögliche Strahlungstemperaturasymmetrie aufgrund von Temperaturunterschieden an den Oberflächen der Raumumschließungsflächen, vornehmlich der Außenfassade(n).

Aus diesem Grund wurden die Komfortbedingungen in einem Raum mit Deckenstrahlungsheizung sowohl experimentell mit Probanden in dem Raumklima-Teststand LOBSTER des KIT als auch mit numerischen Simulationen durch die Kopplung eines CFD-Modells mit einem thermophysiologischen Modell untersucht. Variiert wurden dabei Deckenoberflächentemperaturen, die wärmetechnische Fassadenqualität (und damit die Fenster Oberflächentemperaturen), Raumtypen (eine oder zwei Außenfassaden) sowie die Position der Probanden/des thermischen Manikins zur Außenfassade mit Fenster.

In Experiment und Simulation führt die Deckenstrahlungsheizung nicht zu einer Temperaturschichtung im Raum. Für die simulierten Szenarien beträgt die minimal, d.h. bei einer wärmetechnisch schlechteren Außenfassade, erforderliche Deckentemperatur für ein angenehmes globales Wärmeempfinden 25 °C. Der Kopf erreicht – trotz der Nähe zu der warmen Deckenoberfläche – die höchste Komfortbewertung, Hände und Füßen die niedrigste. Das asymmetrische Wärmeempfinden in Räumen mit Deckenstrahlungsheizung ist – insbesondere bei ausreichend hoher wärmetechnischer Qualität der Gebäudehülle – vernachlässigbar wegen des Wärmeaustausches zwischen Deckenstrahlungsheizung und den übrigen Raumoberflächen.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass der Einsatz einer Deckenstrahlungsheizung schon bei relativ niedrigen Deckentemperaturen zu einem thermisch komfortablen Raumklima führt, wenn die thermische Qualität der Gebäudehülle auf einem Mindestniveau liegt. Somit kann die Deckenstrahlungsheizung aus bauphysikalischer Sicht als eine vielversprechende Option bei der energetischen (Gesamt-)Sanierung eines Gebäudes betrachtet werden.

Experimentelle Versuchsanordnung

Im Raumklima-Teststand LOBSTER

LOBSTER steht für "Laboratory for Occupant Behaviour, Satisfaction, Thermal Comfort and Environment Research"

Experimentelle Ergebnisse

Thermischer Komfort (global)

CT: Deckentemperatur

Numerische Simulation

Kopplung eines CFD-Modells mit einem thermophysiologischen Komfortmodell

Thermophysiologisches Komfortmodell des Center of the Built Environment, UC Berkeley

Simulationsergebnisse

Thermisches Empfinden (lokal und global)

CT: Deckentemperatur

Lokale Wärmeempfindungsasymmetrie (Eckraum)

Kontakt
Lehrformat:
Forschungsprojekt
Betreut durch
Prof. Andreas WagnerProfessur Bauphysik und Technischer Ausbau
Einstelldatum
Professuren/Lehrgebiet
Land
Deutschland
Stadt
Karlsruhe