Entwicklung eines Anlagensystems zur optimierten Wärme- und Feuchterückgewinnung in Wohnraumlüftungsgeräten

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine "Außenluft Rezirkulationsanlage" (ALR-Anlage), welche bei Lüftungsanlagen ergänzend zu einem bestehenden Rotationstauscher mit bzw. ohne hygroskopischer Oberfläche eingesetzt werden kann, um die Temperatur bzw. Feuchte der einem Gebäude zugeführten Außenluft während der Heizperiode zu erhöhen.<br />Ist eine vollständige Trennung der Abluft von der Zuluft vorgesehen, so kann die ALR-Anlage auch in Kombination mit einem Rekuperator eingesetzt werden. Da durch die ALR-Anlage sowohl die Temperatur als auch die Feuchte der Außenluft unter Ausnutzung der Temperatur und Feuchte der Abluft verändert werden kann, ist auch ein Einsatz der Anlage während der Kühlperiode denkbar. Eine energetische Betrachtung des Einflusses der ALR-Anlage auf den Kühlenergiebedarf eines Gebäudes wurde in dieser Arbeit jedoch nicht angestellt. Die Rückgewinnung von Wärme bzw. Feuchte in Lüftungsanlagen kann mit Hilfe von Rekuperatoren (z.B.<br />Plattenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher) oder Regeneratoren (z.B.<br />Rotationswärmetauscher mit bzw. ohne hygroskopischer Oberfläche, Plattenregeneratoren) durchgeführt werden. Die der Abluft entzogene Wärme bzw. Feuchte wird, je nach Rückwärme bzw. Rückfeuchtezahl des Tauschers in einem mehr oder minder großen Ausmaß auf die einströmende Außenluft übertragen. Die Dimensionierung eines Wärme- bzw.<br />Feuchtetauschers erfolgt in der Weise, dass für einen definierten Außen- und Raumluftzustand sowie für einen bestimmten Zuluftvolumenstrom ein vom Verbraucher gewünschter bzw. akzeptabel hoher Übertragungsgrad von Wärme bzw. Feuchte bezogen auf die einströmende Außenluft erreicht wird.<br />Begrenzt wird das Ausmaß an übertragener Wärme bzw. Feuchte durch wirtschaftliche Überlegungen, welche die Baugröße und damit die Anschaffungskosten des Wärme- bzw. Feuchtetauschers beschränken. Weichen die sich über den Jahresverlauf einstellenden Außenluft- bzw.<br />Abluftzustände von, in der Auslegung festgelegten Sollzuständen ab, so stellen sich auch Rückwärme- bzw. Rückfeuchtezahlen ein, welche mehr oder minder stark vom Auslegungszustand abweichen. Beständig hohe Rückzahlen an Wärme bzw. Feuchte ließen sich nur durch eine Überdimensionierung des Tauschers für Wärme bzw. Feuchte erreichen.<br />Überdimensionierungen lassen sich jedoch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht rechtfertigen. Um Außenluft, welche einem Gebäude zugeführt wird auch in Zeiten mit geringen Rückzahlen thermisch und hygrisch in einem Ausmaß vorzukonditionieren, dass der Restenergiebedarf zur Erreichung des Zuluftzustandes minimiert wird, könnte eine wie in dieser Arbeit beschriebene ALR-Anlage eingesetzt werden. Mit Hilfe der ALR-Anlage wird ein Teil des durch einen Rotationstaucher bereits vorkonditionierten Außenluftvolumenstroms auf eine Position, in Strömungsrichtung der Außenluft gesehen, vor dem Eintritt in einen Wärme- bzw. Feuchtetauscher zurückgeführt, um diesen neuerlich zu durchströmen und dadurch das Ausmaß an Wärme bzw. absoluter Feuchte in der Zuluft zu erhöhen.

Aim of the presented PhD thesis was to develop an "Outside Air Recirculation System" (OAR-System) which could be used subsidiary to a rotary heat and/or moistures exchanger in a ventilation system to enhance the temperature and the humidity of the supply air for conditioning dwellings during the heating period. Is it necessary, to separate the exhaust air from the supply air, the OAR-System could be used as well with a recuperative heat exchanger too. Task of the OAR-System is, to narrow the difference between the temperature respectively the humidity of the outside air and the supply air on a scale, which couldn't reached only by the usage of a rotary heat and/or moistures exchanger. During the cooling period, the recirculation system could be used for cooling and dehumidification of the outside air too.<br />However, a calculation of the reduction of the energy demand for cooling and dehumidification hasn't been done in this research.<br />The recovery of heat and moistures in ventilation systems could be realized by recuperative exchangers (plate heat exchangers, pipe coil heat exchangers etc.) or regenerative exchangers (rotary heat and/or moistures exchangers, plate regenerators etc.). The transfer of the amount of heat and/or moistures from the exhaust air to the supply air depends on the recovery coefficient of heat and moistures of the rotary heat and/or moistures exchanger. Commonly dimensioning of a heat and moistures exchanger means, to select a type of exchanger which is able to transfer sufficient heat and moistures from the exhaust air to the supply air for a defined indoor and outdoor temperature and humidity.<br />Beside the defined indoor and outdoor conditions, the recovered heat and moistures coefficient differs along the year. Limit for the transfer of heat and/or moistures from the source side to the drain side of the exchanger are economic guidelines which are limiting the frame size of the exchanger. One opportunity to get a high coefficient of recovered heat and moistures along the year is to oversize the heat respectively the moistures exchanger. Limit for an oversizing are economic considerations. Besides an oversizing, another way to enlarge the amount of heat and/or moistures in the supply air is to use an OAR-System as it is described in this thesis. Operation mode of the OAR-System is, to lead back a proportion of the supply air (recirculation air), which has been already preconditioned by a rotary heat and/or moistures exchanger, to an intersection of the outside air and the recirculation air in front of the rotary heat and/or moistures exchanger. At the intersection point, the outside air and the recirculation air getting mixed and the fan for the outside air delivers the mixes air to the rotary heat and/or moistures exchanger again.<br />