Projekt 14687/01

Entwicklung eines Einzelraum-Lüftungsgerätes mit hocheffizientem Gegenstrom-Wärmeübertrager

Projektträger

Wolfgang Nestler
09496 Pobershau

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der kontrollierten Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung kommt hinsichtlich gesunder Wohnumwelt, der Vermeidung von Bauschäden durch Überfeuchtung und der weiteren Reduzierung des Energieverbrauches wachsende Bedeutung zu. Ziel ist die Entwicklung dezentraler Lüftungsgeräte. Diese sind prädestiniert für den Einsatz im Wohnbestand, bei dem es nach Sanierungen aufgrund einer verbesserten Dichtheit häufig zu Schimmelpilzproblemen kommt. Das zu entwickelnde Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung soll verschiedene Gestaltungsvarianten bei Einbeziehung der Raumheizflächen ermöglichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenKernstück der Entwicklung ist die Konzipierung des Gegenstromwärmeübertragers mit strömungsgünstiger Luftführung, der optimalen Tauwasserabfuhr durch vertikal durchströmte Wärmeübertragerflächen sowie einem thermischen Rückgewinnungsgrad größer 90%. Für die Auslegung der Wärmeübertrager werden vorhandene Rechenprogramme genutzt, die unterschiedlichen geometrischen Abmessungen der Platinen mit einem universell nutzbaren Werkzeug hergestellt sowie die Prototypen messtechnisch ausgewertet.
Die Entwicklung der Einzelraum-Lüftungsgeräte erfolgt unter dem Gesichtspunkt der Integration in bereits bestehende Gebäude mit einer Warmwasserheizung. Die geometrischen Abmessungen der Grundgeräte werden an die Maße der handelsüblichen Heizkörper angepasst, und hinter den Heizkörpern mit gemeinsamen Seitenverkleidungen und oberen Abdeckgittern montiert, so dass das Erscheinungsbild der Räume nur unwesentlich verändert wird. Für die Einzelraum-Lüftungsgeräte sind Zu- und Abluftleistungen von 30 bis 100 m³/h vorgesehen. Zur Erzielung eines raumluftseitigen Schalleistungspegels kleiner 30 dB(A) in der Grundlaststufe (30 m³/h) werden beide Lüfter in die Bohrungen der Außenwände als Bausatz angeordnet, so dass der Platz in den Grundgeräten zur Unterbringung der großvolumigen Wärmetauscher, der Filter, der Steuergeräte sowie weiterer Zusatzeinrichtungen (adiabate Kühlung, Kälteanlage, Pollenfilter, automatische Tauwasserabführung) zur Verfügung steht. Mit der großvolumigen Bauweise werden für die Grundlaststufe elektrische Antriebsleistungen für beide Ventilatoren kleiner 15 W erreicht. Die technischen Parameter der Prototypen werden messtechnisch ausgewertet.


Ergebnisse und Diskussion

Für den Prototyp des Wärmeübertragers wurden geprägte Aluminiumplatten (s = 0,1..0,2 mm) verwendet. Die Herstellung verschiedener Ziehtiefen und Prägewinkel erfolgte mit einem Spezialwerkzeug. Zur messtechnischen Untersuchung wurden nur jeweils 60 mm lange Wärmeübertragerelemente gefertigt, die zur Realisierung der gewünschten Gesamtluftmenge linear zu erweitern sind. Die Messungen sind am Versuchsstand mit senkrechter Einbaulage der Prototypen durchgeführt worden, so dass die Durchströmungsrichtungen der Luftströme der späteren Einbaulage im Lüftungsgerät entsprach.

Bei der Untersuchung verschiedener geometrischer Strukturen zeigte es sich, dass mit der gewählten Teilung des Universalwerkzeuges von 2,5 mm maximale Ziehtiefen von 1,2 mm erzielt werden konnten. Bei größeren Ziehtiefen kam es zu Abrisserscheinungen an den Scheitelpunkten der Prägerillen. Mit dem ausgeführten Muster wurden mittlere Wirkungsgrade von 78% gemessen.

Um größere Ziehtiefen zu erreichen, die ein Berühren der Platten ermöglicht, wurde die Teilung des Universalwerkzeuges auf 5 mm erhöht und der Winkel der Prägerillen sowie die Prägetiefe in mehreren Versuchen neu optimiert. Auf dieser Grundlage erfolgte der Bau des Versuchsmusters mit einer Länge von 300 mm für den Einbau in das Demonstrationsmodell des Einzelraumlüftungsgerätes.
Die Messungen ergaben einen über weite Bereiche der Volumenstromänderung innerhalb 33 m³/h bis 45 m³/h relativ konstanten Wirkungsgrad von 82%. Als Erklärung sind hier die mit der Volumenstromerhöhung vergrößerten Strömungsgeschwindigkeiten und damit die hervorgerufenen, stärkeren Turbulenzen innerhalb des Wärmeübertragers anzuführen. Zu kleineren und größeren Luftmengen hin fallen die Wirkungsgrade etwas ab. Es ist jedoch auch hinsichtlich der zukünftig einzusetzenden Ventilatoren nicht sinnvoll, das Gerät mit Luftmengen kleiner 18 m³/h bzw. größer 70 m³/h zu betreiben.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades war durch die Geometrie des Universalwerkzeuges und dem gewählten Aluminiummaterial nicht möglich. Die Messungen haben aber gezeigt, daß mit einer Optimierung des Abstandes der Prägerillen zwischen 2,5 und 5 mm und Ziehtiefen bis 1,8 mm der Wirkungsgrad von 90% erreichbar ist. Hier ist aber der Übergang auf das für die Fertigung ohnehin vorgesehene Kunststoffmaterial erforderlich.

In das Demonstrationsmodell wurden bewusst größere Ventilatoren eingebaut, um die Einsatzgrenzen hinsichtlich maximaler Luftmenge, Wirkungsgrad und Gerätedruckverlust zu testen. Für den Grundlastbetrieb (30 m³/h) liefen die Motoren deshalb weit unterhalb des Nennbereiches. Damit traten die für Gleichstrommotoren typischen Magnetisierungsgeräusche auf. Mit Einsatz angepasster Ventilatoren wird die Zielstellung für den Grundlastbetrieb eine el. Aufnahmeleistung vom 15 W und einen Schalleistungspegel von 30 dB (A) zu erreichen, problemlos erfüllt.

Die konstruktiven Vorgaben hinsichtlich Geräteabmessungen, Montage hinter dem Heizkörper mit opti-malen Bedienungs- und Wartungsmöglichkeiten sind erfüllt und können am Demonstrationsmodell vor-gestellt werden.

Mit Einsatz des Einzelraumlüftungsgerätes verringert sich die jährliche CO2- Abgabe an die Atmosphäre pro Gerät um 128 kg.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Veröffentlichung in der Presse und in Fachzeitschriften, Vorstellung des Demonstrationsmodelles auf Messen vor Produktionsaufnahme.


Fazit

Mit der vorliegenden Arbeit steht ein Lüftungsgerät für Einzelraumlüftung zur Verfügung, das sich ohne größeren Platzbedarf hinter dem Heizkörper montiert, harmonisch in die Raumgestaltung integrieren läßt. Als Besonderheit ist der hohe Wärmerückgewinnungsgrad des Gerätes zu nennen, der es ermöglicht, die Außenluft auch ohne Nachheizung dem Raum zuzuführen. Die zukünftigen Lüftungsgeräte sind mit einem Luftmengenbereich zwischen 20 und 70 m³/h auszulegen. Für das Jahr2002 ist die schrittweise Produktionsaufnahme der einzelnen Komponenten vorgesehen.

Übersicht

Fördersumme

72.207,20 €

Förderzeitraum

28.09.1999 - 28.04.2001

Bundesland

Sachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik