Elektrospeicherheizung Thermosphère Grundlagen für die

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Bericht
Horw, 20. August 2015
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Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH
Messungen und thermische Simulationen
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Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH – Messungen und thermische Simulationen
Impressum
Auftraggeber
wibo-Werk GmbH Hamburg
Herr Wolfgang Wegner
Jägerlauf 41-51
D-22529 Hamburg
Auftragnehmer
Hochschule Luzern
Technik & Architektur
Zentrum für Integrale Gebäudetechnik ZIG
Technikumstrasse 21
CH-6048 Horw
Verfasser
Dr. Davide Bionda, Hochschule Luzern – T&A
Projektbeteiligte
Dr. Tjeerd de Neef, Hochschule Luzern – T&A
René Stockhaus,
Hochschule Luzern – T&A
Verteiler
Herr Wolfgang Wegner, wibo-Werk GmbH
Version/Datum
Version 1, 20. August 2015
SAP-Nr.
1101355
Dateiname
r_20150820_wibo_Bericht.docx
Titelbild
Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH (2.0 kW) bereit für die Messungen in der Klimakammer der Prüfstelle Gebäudetechnik, Hochschule Luzern – Technik & Architektur.
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Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ............................................................................................................................... 4
1.1. Ausgangslage und Fragestellung .......................................................................................... 4
1.2. Geräte .................................................................................................................................. 4
2. Methodik ................................................................................................................................ 6
2.1. Messanordnung.................................................................................................................... 6
2.2. Randbedingungen ................................................................................................................ 7
2.3. Heizkörper-Einstellungen .................................................................................................... 8
2.4. Auswertungsperioden .......................................................................................................... 8
2.5. Ermittlung der Leistungsaufnahme und der zugeführten Energie .......................................... 9
2.6. Ermittlung der thermischen Zeitkonstante ............................................................................ 9
2.7. Ermittlung des Thermischen Komforts ................................................................................. 9
2.8. Thermische Simulationen..................................................................................................... 9
3. Resultate .............................................................................................................................. 10
3.1. Gemessene Temperaturverläufe ......................................................................................... 10
3.2. Leistungsaufnahme und zugeführte Energie ....................................................................... 11
3.3. Thermische Zeitkonstante .................................................................................................. 12
3.4. Thermischer Komfort......................................................................................................... 12
3.5. Thermische Simulationen................................................................................................... 14
3.5.1. Kalibrierung des Modells ................................................................................................ 14
3.5.2. Simulation eines Wohnzimmers....................................................................................... 14
4. Zusammenfassung ................................................................................................................ 20
5. Anhang 1: Spezifikation der Messmittel ................................................................................ 21
6. Anhang 2: Randbedingungen Klimakammer ......................................................................... 23
7. Anhang 3: Simulationsgrundlagen......................................................................................... 24
7.1. Simulationsperiode ............................................................................................................ 24
7.2. Standort ............................................................................................................................. 24
7.3. Klimadaten ........................................................................................................................ 24
7.4. Gebäude und Zonen ........................................................................................................... 25
7.5. Gebäudehülle ..................................................................................................................... 26
7.5.1. Wand gegen Aussenklima ............................................................................................... 26
7.5.2. Innenwand gegen beheizt ................................................................................................ 26
7.5.3. Decke gegen beheizt........................................................................................................ 26
7.5.4. Boden gegen unbeheizt .................................................................................................... 26
7.5.5. Fenster ............................................................................................................................ 27
7.5.6. Wärmebrücken ................................................................................................................ 27
7.5.7. Verschattung ................................................................................................................... 27
7.6. Räume / Zonen .................................................................................................................. 27
7.6.1. Wohnzimmer................................................................................................................... 27
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1. Einleitung
1.1. Ausgangslage und Fragestellung
Die Geräte der Modellreihe Biomatic der Firma wibo-Werk GmbH sind Elektroheizungen, welche
mit einem sekundären Wärmespeicher aus Schamotteplatten ausgestattet sind und die Wärme ohne
Ventilatoren durch passive Konvektion (ca. 70%) und Strahlung (ca. 30%) an die Umgebung abgeben.
Gemäss Information des Herstellers ermöglicht ein korrekt dimensioniertes wibo-Gerät dank seiner
Bauweise und präziser Steuerung, eine Reduktion der Heizleistung bis zu ca. 60% und der Heizenergie bis ca. 35-40% gegenüber konventionellen Elektrospeicherheizungen. So sollte zum Beispiel mit einem wibo-Gerät à 2 kW ein ähnliches Niveau an thermischem Komfort erreicht werden
können wie mit einer 5 kW-Elektrospeicherheizung.
Im Auftrag des Herstellers wibo-Werk GmbH soll eine neutrale Instanz anhand von Labormessungen und Simulationen die Leistungsaufnahme und den Energieverbrauch einer wibo-Elektroheizung
mit einer herkömmlichen Elektrospeicherheizung vergleichen, unter gleichzeitiger Überprüfung des
thermischen Komforts im Innenraum.
1.2. Geräte
Folgende Geräte wurden geprüft:
• wibo Biomatic Classic 83 CH Elektroheizung mit 2.0 kW Nennleistung, Abmessungen (B x T x
H) von ca. 100 x 10 x 62 cm und drahtlosem Funkthermostat 3662-EP (Abbildung 1).
• Vergleichsgerät: alte Elektrospeicherheizung (ohne Typenschild) mit ca. 4.5 kW Nennleistung,
Abmessungen (B x T x H) von ca. 129 x 33 x 64 cm (Abbildung 2).
Abbildung 1. wibo Biomatic Classic 83 CH Elektroheizung à 2 kW (oben), Funkthermostat (oben rechts) und
Geräte-Typenschild (rechts).
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Abbildung 2. Alte Elektrospeicherheizung (links) und Detail des Einstellrads am Heizkörper (rechts).
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2. Methodik
2.1. Messanordnung
Die Messungen wurden unter kontrollierten Raumklimabedingungen in der Klimakammer der Prüfstelle Gebäudetechnik durchgeführt.
In der Klimakammer wurde eine Messkabine (Abbildung 3) mit den Abmessungen (L x B x H) 4.0
x 4.2 x 2.4 m in Leichtbauweise aufgestellt (die Innenabmessungen der Klimakammer betragen 6.3
x 4.2 x 3.35 m). Die Messkabine diente als Analogiemodell im Massstab 1:1 eines Wohnzimmers
mit einer wärmegedämmten Aussenwand mit Fenster, drei Innenwänden und einer Decke gegen
beheizten Räumen sowie einem Boden gegen den unbeheizten Keller. Die Kenndaten der Messkabine sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Vorraum
„Aussenwand“
(gedämmt)
Eingang
Klimakammer
„Fenster“
Eingang
Messkabine
Lage
Heizkörper
Messkabine
Abbildung 3. Grafische Darstellung der Klimakammer der Prüfstelle Gebäudetechnik mit der eingebauten Messkabine (blau schattiert), der gedämmten „Aussenwand“ mit „Fenster“ im Vordergrund und der Lage des Heizkörpers.
Bauteil
Klimakammer / Messkabine
Material
Dicke
[mm]
Wärmeleitfähigkeit
[W/(m K)]
Bauteil
Analogiemodell
Decke
OSB Platte
18
0.130
Decke gegen beheizt
Wand Süd
OSB Platte
18
0.130
Innenwand gegen beheizt
Wand Nord
Flumroc Dämmplatte 1
100
0.035
OSB Platte (raumseitig)
18
0.130
Wand gegen Aussen
(Ausrichtung nach Norden)
Fenster Wand Nord
(separat steuerbare Paneele in
der Mitte der Nordwand)
Wand Ost
Fenster gegen Aussen
(Ausrichtung nach Norden)
Wand Klimakammer (Absorberplatte mit Metalloberfläche)
Wand West
Boden
Boden Klimakammer (Tobler R25)
Boden gegen unbeheizt
Tabelle 1. Materialisierung und thermische Eigenschaften der raumabschliessenden Flächen der Messkabine.
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Der zu prüfende Heizkörper wurde an der „Aussenwand“, unter dem „Fenster“ in der Messkabine
platziert und mit einem Temperaturfühler (Pt100) für die Messung der Oberflächentemperatur in
der Mitte der Frontseite versehen (Abbildung 4). Die Raumlufttemperatur wurde an drei Stellen in
der Messkabine (direkt oberhalb des Heizkörpers, in der östlichen und in der westlichen Raumhälfte) sowie an zwei Stellen im Vorraum (bei ca. 60 und 300 cm über den Boden) gemessen. Parallel
dazu wurden der thermische Komfort mittels PMV-Sonde und die Leistungsaufnahme des Heizkörpers erfasst. Alle Messwerte wurden von Datenloggern im 15-Sekunden-Zeitschritt aufgenommen.
Die verwendeten Messmittel sind im Anhang 1: Spezifikation der Messmittel aufgelistet.
„Aussenwand“
(wärmegedämmt)
„Fenster“
Heizkörper
Abbildung 4. Links: Eingang zur Klimakammer und zur Messkabine. Rechts: Innenansicht der Messkabine mit der
„virtuellen Aussenwand“ und „Fenster“ sowie dem zu prüfenden Heizkörper im Hintergrund.
2.2. Randbedingungen
Die Oberflächentemperaturen innerhalb der Klimakammer wurden während der Messungen unter
kontrollierten Bedingungen gehalten (Abbildung 5).
An der Nordwand der Klimakammer, hinter der Dämmschicht der eingebauten „virtuellen Aussenwand“, wurde der Temperaturverlauf der Aussenoberfläche einer am Standort Zürich nach Norden
ausgerichteten Aussenwand gefahren. Beim „virtuellen Fenster“ wurde der entsprechende Temperaturverlauf der inneren Oberflächentemperatur einer ebenfalls nach Norden ausgerichteten Verglasung am Standort Zürich einprogrammiert. Beide Temperaturverläufe decken eine Zeitspanne von
vier Tagen in Herbst 1 (Abbildung 6) und wurden im Vorfeld der Messungen mit Hilfe eines Gebäudesimulationsprogramms (siehe 2.8) berechnet. Alle anderen raumabschliessenden Flächen der
Klimakammer wurden auf eine möglichst konstante Temperatur gehalten (siehe Anhang 2: Randbedingungen Klimakammer).
Die Messungen wurden – bezogen auf die simulierten Temperaturverläufe der „virtuellen Aussenwand“ – in Echtzeit durchgeführt, um für die instationären Wärmespeichervorgänge der Materialien
und das Verhalten der Heizkörper einen möglichst realitätsnahen Kontext herzustellen. Ein Tagesgang der Aussentemperatur beanspruchte somit genau 24 Stunden reeller Messzeit.
1
Das Kühlsystem der Klimakammer ermöglicht keine Oberflächentemperaturen unter ca. 5 °C.
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Oberfläche: 21.8°C
Oberfläche: 21°C
Oberfläche: 15°C
Aussenoberfläche:
Temperatur Zürich
Abbildung 5. N-S Schnitt durch die Klimakammer und die Messkabine mit Angabe der während der Messungen
eingestellten Oberflächentemperaturen. Die Ostwand (nicht abgebildet) wies dieselbe Oberflächentemperatur wie
die West- und die Südwand. Die Nordwand der Klimakammer wurde als „virtuelle Aussenwand“ mit dem berechneten Oberflächentemperaturverlauf am Standort Zürich konfiguriert (siehe Details im Text).
Aussenluft Zürich-MeteoSchweiz [°C]
Innenoberfläche Fenster [°C]
Aussenoberfläche Aussenwand [°C]
Temperatur [°C]
20
15
10
5
19.10.1986
20.10.1986
21.10.1986
22.10.1986
23.10.1986
Abbildung 6. Berechnete Oberflächentemperaturverläufe einer nach Norden ausgerichtete Aussenwand und Fenster
beim Standort Zürich. Aussenlufttemperatur nach SIA Merkblatt 2028 für den Standort Zürich-MeteoSchweiz.
2.3. Heizkörper-Einstellungen
Der Raumthermostat der wibo Elektroheizung wurde auf 20.5°C eingestellt. Die Regulierung der
alten Elektrospeicherheizung erfolgte durch Ausprobieren, da keine Dokumentation zum Gerät
vorhanden war. Folgende Einstellungen erwiesen sich als passend und wurden für die Messung
übernommen: Einstellrad am Heizkörper auf Position „1“, Ladezeit von 3 Stunden pro Tag.
2.4. Auswertungsperioden
Die Messungen in der Klimakammer erstreckten sich vom 29.4.2015 bis zum 11.5.2015. Pro geprüften Heizkörper wurde eine dreitägige Messperiode im eingeschwungenen Zustand ausgewertet
(Tabelle 2).
Heizkörper
Auswertungsperiode
Dauer
wibo Biomatic Classic 83 CH
30.04.2015 00:00 – 03.05.2015 00:00
3 Tage
alte Elektrospeicherheizung
07.05.2015 00:00 – 10.05.2015 00:00
3 Tage
Tabelle 2. Auswertungsperioden und –Dauer für die zwei geprüften Heizkörper.
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2.5. Ermittlung der Leistungsaufnahme und der zugeführten Energie
Die Leistungsaufnahme von Heizung und Steuerungselektronik sowie (nur beim Vergleichsgerät)
des Ventilators wurde aus den entsprechenden elektrischen Phasen abgelesen und zeitaufgelöst
aufgenommen. Die während der ganzen Messphase zugeführte Energie wurde durch Integration
über die Zeit der gesamten Leistungsaufnahme bestimmt.
2.6. Ermittlung der thermischen Zeitkonstante
Die thermische Zeitkonstante τ bezeichnet diejenige Zeit, bei welcher die Temperatur 𝑇𝑇 auf den
1� -Teil abgeklungen ist (𝑒𝑒 = 2.71828, somit 1� = 36.8%) und ist wie folgt definiert:
𝑒𝑒
𝑒𝑒
𝜏𝜏 =
1
𝑘𝑘
[s] oder [h]
𝑘𝑘: Abkühlungsrate [s-1] oder [h-1]
Die Abkühlungsrate des Heizkörpers wurde durch Anpassung („curve fitting“) des Newtonschen
Abkühlungsgesetzes an den gemessenen Oberflächentemperaturen anhand der Methode der kleinsten Quadrate ermittelt:
𝑇𝑇(𝑡𝑡) = 𝑇𝑇𝑎𝑎 + (𝑇𝑇0 − 𝑇𝑇𝑎𝑎 )𝑒𝑒 −𝑘𝑘𝑘𝑘
[°C]
𝑇𝑇(𝑡𝑡): Oberflächentemperatur des Heizkörpers als Funktion der Zeit [°C]
𝑇𝑇𝑎𝑎 : Umgebungstemperatur [°C]
𝑇𝑇0 : Anfangstemperatur der Oberfläche des Heizkörpers [°C]
𝑘𝑘: Abkühlungsrate [s-1]
𝑡𝑡: Zeit [s]
2.7. Ermittlung des Thermischen Komforts
Der thermische Komfort in der Messzelle wurde während der Messungen mittels PMV-Sonde nach
Norm SN ISO 7730:2006 erfasst. Die mit dem jeweiligen Heizkörper erreichten Raumluft- und
operativen Temperaturen sowie den vorausgesagten Prozentsatz Unzufriedenen (PPD, „Predicted
Percentage of Dissatisfied“) wurden nach Norm EN 15251 bewertet.
2.8. Thermische Simulationen
Die thermischen Simulationen wurden mit dem Gebäudesimulationsprogramm IDA ICE (Expert
Edition, Version 4.6.1) der Firma EQUA Simulation AB durchgeführt.
In einem ersten Schritt wurden zwei Simulationsmodelle der Klimakammer inklusive Elektroheizung erstellt (je ein Modell für die wibo Heizung und für das Vergleichsgerät). Da die Heizelemente-Standardbibliothek von IDA ICE kein Modell von Elektrospeicherheizungen zur Verfügung
stellt, wurde ein solches Modell spezifisch für das vorliegende Projekt im „Advanced Level“ entwickelt.
Die zwei Modelle – und insbesondere die Parameter der Elektroheizungen – wurden anhand der
Resultate der Messungen kalibriert. Die kalibrierten Elektroheizungsmodelle wurden anschliessend
für die Simulation einer Wohnzimmerzone in einem fiktiven Mustergebäude am Standort Zürich
eingesetzt.
Die Grundlagen für die thermischen Simulationen sind im Anhang 3: Simulationsgrundlagen dokumentiert.
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3. Resultate
3.1. Gemessene Temperaturverläufe
Abbildung 7 und Abbildung 8 zeigen die während der dreitägigen Messperiode erfassten Temperaturverläufe für die wibo Elektroheizung und die alte Elektrospeicherheizung.
Die mit der wibo Elektroheizung erreichte Raumlufttemperatur in der Messkabine lag mehrheitlich
im Bereich zwischen ca. 20.5°C und 21.5°C. Die Oberflächentemperatur des Heizkörpers schwankte zwischen ca. 25°C und 55°C.
Mit der alten Elektrospeicherheizung schwankte die Raumlufttemperatur in der Messkabine im
Tagesrhythmus zwischen ca. 21°C und 23.5°C. Beim Unterschreiten von ca. 21.5°C Raumlufttemperatur schaltete sich der Ventilator im Heizgerät im Stundentakt ein, bis die Raumluft die 21.5°C
wieder überschritten hatte. Die Temperatur der ausgeblasenen Luft erreichte Spitzen von ca. 45°C
bis 70°C.
Messkabine (Mittelwert)
Vorraum (Mittelwert)
Oberfläche Heizkörper (Skala rechts)
24.5
60
24.0
Lufttemperatur [°C]
70
50
23.5
23.0
40
22.5
30
22.0
21.5
20
21.0
10
20.5
20.0
30.04.2015 00:00
Oberflächentemperatur [°C]
25.0
01.05.2015 00:00
02.05.2015 00:00
0
03.05.2015 00:00
Abbildung 7. wibo Biomatic Classic 83 CH: gemessene Temperaturverläufe während der dreitägigen Messperiode.
Messkabine (Mittelwert)
Vorraum (Mittelwert)
Luft aus Gerät (Skala rechts)
24.5
60
24.0
70
50
23.5
23.0
40
22.5
30
22.0
21.5
20
21.0
10
20.5
20.0
07.05.2015 00:00
25.0
08.05.2015 00:00
09.05.2015 00:00
0
10.05.2015 00:00
Abbildung 8. Alte Elektrospeicherheizung: gemessene Temperaturverläufe während der dreitägigen Messperiode.
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3.2. Leistungsaufnahme und zugeführte Energie
Abbildung 9 und Abbildung 10 zeigen die elektrische Leistung, welche während der Messperiode
von den geprüften Heizkörpern aufgenommen wurde.
Bei eingeschalteter Heizung lag die Leistungsaufnahme des wibo Geräts im Mittel bei ca. 2040 W.
Die Heizung schaltete sich regelmässig jede 15 Minuten für 3 Minuten ein. Die während der dreitägigen Messperiode (30.04.2015 00:00 – 03.05.2015 00:00) total zugeführte elektrische Energie
beträgt ca. 24.8 kWh.
Die alte Elektrospeicherheizung wurde so eingestellt, dass sie einmal pro Tag während 3 Stunden
auflädt. Die Leistungsaufnahme beim Aufladen lag im Mittel bei ca. 4393 W. Die während der
dreitägigen Messperiode (07.05.2015 00:00 – 10.05.2015 00:00) total zugeführte elektrische Energie beträgt ca. 37.9 kWh.
2500
PElektrisch [W]
2000
1500
1000
500
0
30.04.2015 00:00
01.05.2015 00:00
02.05.2015 00:00
03.05.2015 00:00
2500
PElektrisch [W]
2000
1500
1000
500
0
02.05.2015 00:00
02.05.2015 00:15
02.05.2015 00:30
02.05.2015 00:45
02.05.2015 01:00
Abbildung 9. Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH: gemessene elektrische Leistungsaufnahme während
der dreitägigen Messperiode (oben) und Detail einer Stunde (unten).
5000
PElektrisch [W]
4000
3000
2000
1000
0
07.05.2015 00:00
08.05.2015 00:00
09.05.2015 00:00
10.05.2015 00:00
Abbildung 10. Alte Elektrospeicherheizung: gemessene elektrische Leistungsaufnahme während der dreitägigen
Messperiode.
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3.3. Thermische Zeitkonstante
Abbildung 11 zeigt die Übereinstimmung der gemessenen mit den durch Anpassung des
Newtonschen Abkühlungsgesetzes berechneten Temperaturverläufen für den wibo Heizkörper und
für die alte Elektrospeicherheizung.
Oberfläche Heizkörper
T(t) = Ta + (T0 - Ta) e-kt
55
55
50
50
45
40
35
30
40
35
30
25
20
20
15
04.05.2015 14:00 10.05.2015 06:00
04.05.2015 13:00
T(t) = Ta + (T0 - Ta) e-kt
45
25
15
04.05.2015 12:00
Luft aus Gerät
60
Temperatur [°C]
Temperatur [°C]
60
10.05.2015 18:00
11.05.2015 06:00
Abbildung 11. Verlauf der gemessene und den durch Anpassung des Newtonschen Abkühlungsgesetzes berechneten Temperaturverläufen für die zwei geprüften Heizkörper.
Die durch „curve fitting“ ermittelte thermische Zeitkonstante der wibo Elektroheizung liegt bei
0.11 h (knapp über 6.5 Minuten) und ist somit um ca. zwei Grössenordnungen kleiner als diejenige
des Vergleichsgeräts (14.86 Stunden, siehe Tabelle 3).
Abkühlungsrate [h-1]
Heizkörper
Thermische Zeitkonstante [h]
8.962
0.11
0.067
14.86
Messstelle
Oberflächentemperatur in der
Mitte der Frontseite
Lufttemperatur beim Luftauslass
an der Frontseite unten
Tabelle 3. Abkühlungsraten und thermische Zeitkonstanten für die Abkühlung der Heizkörper.
3.4. Thermischer Komfort
Die gemessenen Grössen geben Auskunft über den in der Messkabine mit dem jeweiligen Heizkörper erreichten thermischen Komfort. Die Bewertung erfolgte anhand der in der Norm EN 15251
definierten Behaglichkeitskategorien (Tabelle 4).
Kategorie
Beschreibung
Temperaturbereich für die Heizung [°C]
PPD [%]
I
Hohe Erwartungen
21.0 – 25.0
<6
II
Normale Erwartungen
20.0 – 25.0
< 10
IIII
Moderate Erwartungen
18.0 – 25.0
< 15
IV
Nicht annehmbar
< 18 oder > 25
> 15
Tabelle 4. Behaglichkeitskategorien und Anforderungen für Wohngebäude / Wohnräume nach Norm EN 15251.
Annahmen: Aktivitätsgrad = 1.2 met (Sitzende Aktivitäten), Bekleidung = 1.0 clo (leichte Winterbekleidung).
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Die mit der wibo Elektroheizung erreichte Raumlufttemperatur (Abbildung 12) lag während der
ganzen Messperiode innerhalb der Behaglichkeitskategorien I und II (normale bis hohe Erwartungen). Mit der alten Elektrospeicherheizung war die Temperatur auch mehrheitlich innerhalb den
Kategorien I und II. Rund 5% der Messpunkte lagen jedoch aufgrund der für den Raum zu gross
dimensionierte Heizleistung bzw. der mit drei Stunden zu lange Ladezeit im nicht annehmbaren
Bereich oberhalb von 25 °C. Die operative Temperatur reichte aufgrund der kalten Bodenoberfläche und „virtuelle Aussenwand“ von Kategorie I bis III.
Die Auswertung des PPD-Wertes (Abbildung 13) zeigt, dass dieser mit beiden Heizkörpern immer
im annehmbaren Bereich lag, wobei die wibo Elektroheizung mehrheitlich in den Bereichen II und
III, während die alte Elektrospeicherheizung tendenziell eher in den Bereichen I und II lag.
Temperatur, alte Elektrospeicherheizung
Temperatur, wibo Biomatic Classic 83 CH
Operative Temperatur, alte Elektrospeicherheizung
Optimale operative Temperatur, alte Elektrospeicherheizung
Operative Temperatur, wibo Biomatic Classic 83 CH
Optimale operative Temperatur, wibo Biomatic Classic 83 CH
99.999
Kat. III
99.99
Kat. II
Kat. I
99.9
Kumulierte Häufigkeit [%]
99
95
90
80
70
50
30
20
10
5
1
.1
.01
.001
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Temperatur [°C]
Abbildung 12. Kumulierte Häufigkeit der Temperatur, der operativen Temperatur und der optimalen operativen
Temperatur sowie Behaglichkeitskategorien nach Norm EN 15251.
99.999
99.99
99.9
Kumulierte Häufigkeit [%]
99
95
90
80
70
50
30
20
10
5
1
EN 15251 Kat. I
EN 15251 Kat. II
.1
EN 15251 Kat. III
.01
Kat. I
.001
0
Kat. II Kat. III Kat. IV
5
10
15
20
25
30
35
40
Vorausgesagter Prozentsatz Unzufriedener (PPD) [%]
Abbildung 13. Kumulierte Häufigkeit des vorausgesagten Prozentsatzes Unzufriedener (PPD) und Behaglichkeitskategorien nach Norm EN 15251.
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3.5. Thermische Simulationen
3.5.1.
Kalibrierung des Modells
Die Simulationsmodelle wurden anhand der Resultate der Messungen in der Klimakammer kalibriert. Insbesondere die Modellparameter der Heizkörper wurden soweit angepasst, bis eine akzeptable Übereinstimmung zwischen Mess- und Simulationsresultate – inklusive Energieverbrauch von
ca. 25 kWh (wibo Elektroheizung) bzw. ca. 38 kWh (alte Elektrospeicherheizung) während der
dreitägigen Messperiode – erreicht wurde. Abbildung 14 zeigt den Vergleich zwischen der gemessenen und der anhand der Simulation berechneten mittleren Raumlufttemperaturen für die zwei
Heizkörper.
T [°C]
T [°C]
25
25
24
24
23
23
22
22
21
21
20
20
19
19
18
18
17
17
16
16
15
15
21
7010
7020
7030
7040
19
7050
7060
7070
t [h]
21
7000
Lufttemperatur berechnet [°C]
Lufttemperatur gemessen [°C]
7010
7020
7030
7040
7050
7060
t [h]
Lufttemperatur berechnet [°C]
Lufttemperatur gemessen [°C]
Abbildung 14. Vergleich der berechneten (simulierten) mit der gemessenen Raumlufttemperatur. Links: Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH. Rechts: alte Elektrospeicherheizung.
3.5.2.
Simulation eines Wohnzimmers
Die kalibrierten Modelle der Elektroheizungen wurden für die Simulation einer Wohnzimmerzone
in einem fiktiven Mustergebäude am Standort Zürich eingesetzt. Dabei wurde speziell geachtet,
dass mit beiden Heizkörpern möglichst ähnliche minimale Raumlufttemperaturen erreicht wurden.
Für die Simulationen mit der alten Elektrospeicherheizung musste die tägliche Ladezeit von 3 auf
1.5 Stunden verkürzt werden. Eine passende Übereinstimmung konnte während der Winterzeit erreicht werden; in Herbst und in Frühling führt dagegen die alte Elektrospeicherheizung zu einer um
ca. 1.5 °C höheren Raumlufttemperatur (Abbildung 15).
Während der Heizperiode (16. Oktober – 15 April), bei Aussentemperaturen zwischen -10°C und
20°C (Aussenklima in Zürich nach SIA Merkblatt 2028) und einem Sollwert am Thermostat von
21°C, schwankt die Raumlufttemperatur zwischen ca. 18.5°C und 22.5°C (wibo Elektroheizung,
Abbildung 16) bzw. zwischen ca. 19°C und 24°C (alte Elektrospeicherheizung, Abbildung 17).
T [°C]
Von 16.10.1986 bis 15.04.1987 23:59:46
25
24
23
Abbildung 15. Vergleich der berechneten Raumlufttemperaturen, die mit den zwei Heizkörpern
während der Heizperiode (16. Oktober – 15 April)
erzielt werden.
22
21
20
19
18
17
16
15
Okt
7000
Nov
7500
Dez
8000
8500
Jan
9000
Feb
9500
10000
Mär
10500
Apr
11000
t [M/h]
Seite 15/31
Ende Oktober
P [W]
T [°C]
Woche: 44, von 1986-10-27 bis 1986-11-02
25
Elektrische Heizung [W]
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
24
23
22
21
Mon
20
7180
19
P [W]
18
17
16
15
Mon
7180
Die
7200
Mit
7220
7240
Don
7260
Fre
Sam
7300
7280
Son
7320
7340
t [d/h]
Mittlere Lufttemperatur [°C]
Die
7200
Woche: 44, von 1986-10-27 bis 1986-11-02
Mit
7220
Don
7240
7260
Fre
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0:00
7176.0
0:10
7176.1
7176.3
Son
7300
7320
7340
t [d/h]
Datum: 1986-10-27, Zeit: 0:00 - 1:00
0:20
7176.2
Sam
7280
0:30
7176.4
7176.5
0:40
7176.6
7176.7
0:50
7176.8
1:00
7176.9
7177.0 t [d/h]
Mitte Januar
P [W]
T [°C]
Woche: 3, von 1987-01-12 bis 1987-01-18
25
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
24
23
22
21
Mon
20
9040
19
P [W]
18
17
16
15
Mon
9040
Die
9060
Mit
9080
Don
9100
Fre
9120
Sam
9140
9160
Son
9180
t [d/h]
Die
9060
Woche: 3, von 1987-01-12 bis 1987-01-18
Mit
Don
9080
9100
Fre
9120
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0:00
9024.0
0:10
9024.1
9024.3
9160
9180
t [d/h]
Datum: 1987-01-12, Zeit: 0:00 - 1:00
0:20
9024.2
Son
Sam
9140
0:30
9024.4
9024.5
0:40
9024.6
9024.7
0:50
9024.8
1:00
9024.9
9025.0 t [d/h]
Ende März
P [W]
T [°C]
Woche: 13, von 1987-03-23 bis 1987-03-29
25
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
24
23
22
21
Mon
20
10720
19
P [W]
18
17
16
15
Mon
10720
Die
10740
Mit
10760
Don
10780
Fre
10800
10820
Sam
10840
Son
10860
t [d/h]
Die
10740
Woche: 13, von 1987-03-23 bis 1987-03-29
Don
Mit
10760
10780
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0:00
0:10
0:20
Fre
10800
10820
Sam
Son
10840
10860
t [d/h]
Datum: 1987-03-23, Zeit: 0:00 - 1:00
0:30
0:40
0:50
1:00
10704.0 10704.1 10704.2 10704.3 10704.4 10704.5 10704.6 10704.7 10704.8 10704.9 10705.0 t [d/h]
Abbildung 16. Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH: Verlauf der berechneten Raumlufttemperatur (links,
Stundenmittelwerte) und der Leistungsaufnahme (rechts, für die ganze Woche und für eine Stunde im Detail) während jeweils einer Woche in Oktober, Januar und März beim Standort Zürich. Wenn die Heizung in Betrieb ist,
dann nimmt sie nur jede 15 Minuten während ca. 3 Minuten elektrische Leistung auf.
Seite 16/31
Ende Oktober
T [°C]
P [W]
Woche: 44, von 1986-10-27 bis 1986-11-02
25
Woche: 44, von 1986-10-27 bis 1986-11-02
4500
24
4000
23
3500
22
3000
21
2500
20
2000
19
1500
18
17
1000
16
500
15
0
Mon
7180
Die
7200
Mit
7240
7220
Don
7260
Fre
7280
Sam
7300
Son
7320
Mon
7340
t [d/h]
7180
Die
7200
Mit
7220
7240
Fre
Don
7260
7280
Sam
7300
Son
7320
7340
t [d/h]
Mitte Januar
T [°C]
P [W]
Woche: 3, von 1987-01-12 bis 1987-01-18
25
Woche: 3, von 1987-01-12 bis 1987-01-18
4500
24
4000
23
3500
22
3000
21
2500
20
2000
19
1500
18
17
1000
16
500
15
0
Mon
9040
Die
9060
Mit
9080
Don
9100
Fre
9120
Sam
9140
9160
Son
9180
Mon
t [d/h]
9040
Die
9060
Mit
9080
Don
9100
Fre
9120
Sam
9140
9160
Son
9180
t [d/h]
Ende März
T [°C]
P [W]
Woche: 13, von 1987-03-23 bis 1987-03-29
25
Woche: 13, von 1987-03-23 bis 1987-03-29
4500
24
4000
23
3500
22
3000
21
2500
20
2000
19
1500
18
1000
17
500
16
15
0
Mon
10720
Die
10740
Mit
10760
Don
10780
Fre
10800
10820
Sam
10840
Son
10860
Mon
t [d/h]
10720
Die
10740
Mit
10760
Don
10780
Fre
10800
10820
Sam
10840
Son
10860
t [d/h]
Abbildung 17. Alte Elektrospeicherheizung: Verlauf der berechneten Raumlufttemperatur (links, Stundenmittelwerte) und der Leistungsaufnahme (rechts) während jeweils einer Woche in Oktober, Januar und März beim Standort Zürich. Je nach Raumlufttemperatur, lädt sich der Heizkörper während bis zu 3 Stunden täglich auf.
Seite 17/31
Die berechnete operative Temperatur liegt während der Heizperiode mit beiden Heizkörpern mehrheitlich in den Behaglichkeitskategorien I bis II nach Norm EN 15251 (normale bis hohe Erwartungen, siehe Abbildung 18 und Abbildung 19).
Von 16.10.1986 bis 15.04.1987 23:59:53
Operative Temperatur [Grad C]
25
20
15
10
5
0
-5
Okt
7000
Nov
7500
Dez
8000
8500
Jan
9000
Feb
9500
10000
Behaglichkeitskategorie
Anz. Std. mit Belegung
I (hohe Erwartungen)
2405
1800
163
0
II (normale Erwartungen)
III (moderate Erwartungen)
IV (nicht annehmbar)
Mär
10500
Apr
11000
Abbildung 18. Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH: Berechnete operative Temperatur während eines
Jahres, Behaglichkeitskategorien und Anzahl Stunden nach Norm EN 15251.
Von 16.10.1986 bis 15.04.1987 23:59:53
Operative Temperatur [Grad C]
25
20
15
10
5
0
-5
Okt
7000
Nov
7500
Dez
8000
8500
Jan
9000
Feb
9500
10000
Behaglichkeitskategorie
Anz. Std. mit Belegung
I (hohe Erwartungen)
2709
1430
229
0
II (normale Erwartungen)
III (moderate Erwartungen)
IV (nicht annehmbar)
Mär
10500
Apr
11000
Abbildung 19. Alte Elektrospeicherheizung: Berechnete operative Temperatur während eines Jahres, Behaglichkeitskategorien und Anzahl Stunden nach Norm EN 15251.
Seite 18/31
Die verbrauchte Energie für die Heizung des simulierten Wohnzimmers während der Heizperiode
(16. Oktober – 15 April) beträgt mit der wibo Elektroheizung ca. 1422 kWh/a (Abbildung 20) und
entspricht somit einem spezifischen Verbrauch pro Flächeneinheit von ca. 85 kWh/(m2 a). Mit der
alten Elektrospeicherheizung und einer täglichen Ladezeit von 1.5 Stunden 2 beträgt die verbrauchte
Energie 1206 kWh/a (Abbildung 21), d.h. ca. 72 kWh/(m2 a). Durch Erhöhung der Ladezeit auf 3
Stunden steigt jedoch der Energieverbrauch der alten Elektrospeicherheizung bereits auf knapp
2400 kWh/a, bzw. 143 kWh/(m2 a) (Abbildung 22). Die Raumtemperatur steigt entsprechend mit
Maximalspitzen bis ca. 27°C.
Monat
Heizenergie [kWh]
10
Oktober
75.1
11
November
214.1
12
Dezember
303.2
13
Januar
284.3
14
Februar
270.6
15
März
201.8
16
April
Gesamt
72.6
1421.6
Abbildung 20. Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH: Berechnete verbrauchte Energie für die Heizung des
Wohnzimmers während der Heizperiode vom 16. Oktober bis zum 15. April.
Monat
Heizenergie [kWh]
10
Oktober
11
November
197.9
12
Dezember
206.4
13
Januar
206.6
14
Februar
186.5
15
März
204.4
16
April
98.8
Gesamt
105.4
1206.1
Abbildung 21. Alte Elektrospeicherheizung (1.5 Stunden Ladezeit pro Tag): Berechnete verbrauchte Energie für
die Heizung des Wohnzimmers während der Heizperiode vom 16. Oktober bis zum 15. April.
Monat
Heizenergie [kWh]
10
Oktober
210.9
11
November
395.4
12
Dezember
408.6
13
Januar
408.6
14
Februar
369.0
15
März
413.0
16
April
Gesamt
193.3
2398.8
Abbildung 22. Alte Elektrospeicherheizung (3 Stunden Ladezeit pro Tag): Berechnete verbrauchte Energie für die
Heizung des Wohnzimmers während der Heizperiode vom 16. Oktober bis zum 15. April.
2
Für die Praxis stellt sich jedoch die Frage, ob mit einer Elektrospeicherheizung so kurze Ladezeiten regelungstechnisch realisierbar sind.
Seite 19/31
Die Resultate der Simulationen zeigen, dass für die Heizung des untersuchten fiktiven Wohnzimmers:
• Die wibo Elektroheizung deutlich weniger Energie braucht als die alte Elektrospeicherheizung
mit 3 Stunden Ladezeit. Entsprechend werden mit der Elektrospeicherheizung höhere Raumtemperaturen erlangt (Abbildung 23).
• Die wibo Elektroheizung etwas mehr Energie braucht als die alte Elektrospeicherheizung mit
1.5 Stunden Ladezeit (siehe dazu Fussnote 2, Seite 18). Es werden dabei ähnliche Minimaltemperaturen erreicht (Abbildung 23). Die kleine Diskrepanz im Energieverbrauch lässt sich mit der
pulsierenden Funktionsweise des wibo Heizkörpers erklären (Abbildung 24), der in regelmässigen Zeitabständen elektrische Leistung aufnimmt (nur soweit nötig, um den Temperatursollwert
zu erreichen oder einzuhalten) und an die Umgebung in Form von Wärme wieder abgibt (siehe
Zeitweise höhere Raumlufttemperaturen als mit der alten Elektrospeicherheizung).
T [°C]
T [°C]
Monat: Dezember 1986
27
27
26
26
25
25
24
24
23
23
22
22
21
21
20
20
19
19
18
Datum: 1986-12-15
18
1
3
5
7
8100
9
11
8200
13
15
8300
17
19
8400
21
23
8500
25
27
8600
29
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
8352
8354
8356
8358
8360
8362
8364
8366
8368
8370
8372
8374
8376
31
t [d/h]
8700
alte Elektrospeicherheizung (Ladezeit 1.5 h)
t [h]
Abbildung 23. Verlauf der mit den zwei Heizkörpern erreichten Raumlufttemperaturen während des Monats Dezember (links) und im Detail über 24 Stunden am 15. Dezember (rechts).
P [W]
P [W]
Monat: Dezember 1986
4500
Datum: 1986-12-15
4500
4000
4000
3500
3500
3000
3000
2500
2500
2000
2000
1500
1500
1000
1000
500
500
0
0
1
3
8100
5
7
9
8200
11
13
15
8300
17
8400
19
21
8500
23
25
8600
27
29
8700
31
t [d/h]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
8352
8354
8356
8358
8360
8362
8364
8366
8368
8370
8372
8374
8376
t [h]
Abbildung 24. Verlauf der Leistungsaufnahme der zwei Heizkörper während des Monats Dezember (links) und im
Detail über 24 Stunden am 15. Dezember (rechts).
Seite 20/31
4. Zusammenfassung
Die Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH sowie eine alte Elektrospeicherheizung als Vergleichsgerät wurden unter klimatisch kontrollierten Bedingungen während jeweils einer dreitägigen
Messperiode in der Klimakammer untersucht. Folgende Kennwerte wurden ermittelt und im vorliegenden Bericht dokumentiert:
• Elektrische Leistungsaufnahme und total zugeführte Energie.
• Thermische Zeitkonstante für die Abkühlung und Abkühlungsrate.
• Thermischer Komfort in der Messkabine während der Messungen.
Zwei Simulationsmodelle wurden spezifisch für die geprüften Heizkörper entwickelt und aufgrund
der Messresultate kalibriert. Das Verhalten der Heizkörper in einem fiktiven Wohnzimmer am
Standort Zürich wurde anhand von dynamischen thermischen Simulationen ermittelt und dokumentiert, insbesondere:
• Verlauf der Raumlufttemperatur und der Leistungsaufnahme für jeweils eine Woche in Herbst,
Winter und Frühling.
• Verlauf der operativen Temperatur inkl. Behaglichkeitskategorien nach EN 15251 während der
Heizperiode (16. Oktober – 15. April).
• Verbrauchte Energie für die Heizung der simulierten Wohnzimmer während der Heizperiode
(16. Oktober – 15. April).
Seite 21/31
5. Anhang 1: Spezifikation der Messmittel
Genereller thermischer Komfort nach SN ISO 7730:2006
Raumlufttemperatur
Fabr.
LumaSense Innova
Typ
MM0034
Log. Nr.
1.18 HP 014
Messbereich
5….40°C
Messunsicherheit ±0.2K (5°C < tr < 40°C)
Taupunkttemperatur
Fabr.
LumaSense Innova
Typ
MM0037
Log. Nr.
1.18 HP 014
Messbereich
5….100°C
Messunsicherheit ±0.5K (tr -td < 10K)
Strömungsgeschwindigkeit
Fabr.
LumaSense Innova
Typ
MM0038
Log. Nr.
1.18 HP 014
Messbereich
0….10m/s
Messunsicherheit (±0.05va+0.05)m/s für va<1m/s
Operative Temperatur
Fabr.
LumaSense Innova
Typ
MM0060
Log. Nr.
1.18 HP 014
Messbereich
5….40°C
Messunsicherheit ±0.3K
Trockener Wärmeverlust – Dry Heat Loss
Fabr.
LumaSense Innova
Typ
MM0057
Log. Nr.
1.18 HP 014
Messbereich
175 W/m² oder 3 Met mit drei angeschlossenen DHL-Sensoren
Messunsicherheit ±0.4W/m² oder ±2%
Raumluftströmung – Multichannel Flow Analyzer
Fabr.
Dantec
Typ
54N10
Log. Nr.
1.18 HP 004
Messbereich
0 - 100 cm/s / 1 – 5 m/s; 0 - 45°C
Kanäle
12
Fabr.
Typ
Log. Nr.
Messbereich
Kanäle
Dantec
54N10
1.18 HP 015
0 - 100 cm/s / 1 – 5 m/s; 0 - 45°C
12
Seite 22/31
Datenlogger
Fabr.
Typ
Log. Nr.
HP
34970A
1.16 HP 115
Temperaturfühler
Pt100
Pt100
Pt100
Pt100
Pt100
Pt100
Pt100
1.16 HP 115-K203 (Oberflächentemperatur Boden)
1.16 HP 115-K205 (Oberflächentemperatur Heizkörper)
1.03HP132 (Lufttemperatur Messkabine West)
1.03HP135 (Lufttemperatur Messkabine Ost)
1.03HP136 (Lufttemperatur Vorraum oben)
1.03HP139 (Lufttemperatur Vorraum unten)
1.03HP166 (Lufttemperatur über Heizkörper)
Seite 23/31
6. Anhang 2: Randbedingungen Klimakammer
Oberfläche Wand Süd
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
Oberfläche Wand West
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
Oberfläche Fenster West
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
Oberfläche Wand Nord
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
Oberfläche Fenster Nord
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
Oberfläche Wand Ost
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
Boden
Temperatur [°C]
25
Oberfläche
20
15
10
5
Oberfläche Kühldecke
Temperatur [°C]
25
20
15
10
5
Auswertungsperiode
Auswertungsperiode
Vorlauf
Seite 24/31
7. Anhang 3: Simulationsgrundlagen
7.1. Simulationsperiode
Ganzes Jahr.
7.2. Standort
Land:
Stadt:
Breitengrad:
Längengrad:
Höhe über Meer:
Zeitzone:
Schweiz
Zürich
47.38° N
8.57° O
569 m
+1 h
7.3. Klimadaten
Für das Aussenklima werden DRY (Design Reference Year) Klimadaten nach SIA Merkblatt 2028
für den Standort Zürich-MeteoSchweiz eingesetzt (Abbildung 25).
Abbildung 25: Klimadaten für den Standort Zürich-MeteoSchweiz, SIA Merkblatt 2028.
Seite 25/31
7.4. Gebäude und Zonen
Es wird eine Zone simuliert (Nutzung Wohnzimmer), welche folgende Bauteile aufweist:
-
1 Wand gegen Aussenklima, mit Fenster und nach Norden ausgerichtet
3 Innenwände gegen beheizte Räume (21 °C)
Decke gegen beheizten Räum (21 °C)
Boden gegen den unbeheizten Kellerraum (10 °C)
Die Aussenwand ist gegen Norden ausgerichtet.
Aussenklima
Decke gegen
beheizt
Wand gegen
Aussenklima
Innenwände
gegen beheizt
Boden gegen
unbeheizt
Abbildung 26: 3D-Ansicht der zu simulierenden Zone.
Seite 26/31
7.5. Gebäudehülle
7.5.1.
Wand gegen Aussenklima
Konstruktionsaufbau
Dicke
Dichte
Wärmekapazität
m
W/(m·K)
kg/m3
J/(kg·K)
Innenputz
0.015
0.700
1400
1000
Modulbackstein
0.250
0.440
1100
1000
Polystyrol expandiert (EPS)
0.100
0.045
27.5
1450
Aussenputz
0.015
0.870
1800
1000
(von innen nach aussen)
Tabelle 5: Baustoffkennwerte für die Aussenwand. Der U-Wert beträgt 0.33 W/(m2 K).
7.5.2.
Konstruktionsaufbau
Dicke
Dichte
Wärmekapazität
m
W/(m·K)
kg/m3
J/(kg·K)
Innenputz
0.015
0.700
1400
1000
Modulbackstein
0.125
0.440
1100
1000
Innenputz
0.015
0.700
1400
1000
(symmetrisch)
Tabelle 6: Baustoffkennwerte für die Innenwände. Der U-Wert beträgt 2.01 W/(m2·K).
7.5.3.
Decke gegen beheizt
Konstruktionsaufbau
Dicke
Dichte
Wärmekapazität
m
W/(m·K)
kg/m3
J/(kg·K)
Bodenbelag Holz
0.010
0.140
500
2300
Zementmörtel
0.070
1.400
2200
1000
Beton armiert 1% Stahl
0.200
2.300
2300
1000
(von oben nach unten)
Tabelle 7: Baustoffkennwerte für die Decke. Der U-Wert beträgt 2.64 W/(m2·K).
7.5.4.
Boden gegen unbeheizt
Konstruktionsaufbau
Dicke
Dichte
Wärmekapazität
m
W/(m·K)
kg/m3
J/(kg·K)
Bodenbelag Holz
0.010
0.140
500
2300
Zementmörtel
0.070
1.400
2200
1000
Beton armiert 1% Stahl
0.200
2.300
2300
1000
Polystyrol expandiert (EPS)
0.100
0.045
27.5
1450
(von oben nach unten)
Tabelle 8: Baustoffkennwerte für den Boden. Der U-Wert beträgt 0.38 W/(m2 K).
Seite 27/31
7.5.5.
Fenster
Parameter
Wert
Einheit
Ug-Wert Glas (SIA Zweifach-Wärmeschutzglas)
1.3*
W/(m2·K)
g-Wert
0.64*
[-]
τe-solar
0.53*
[-]
τv-visible
0.76*
[-]
Uf-Wert Rahmen (Holzrahmen inkl. Randverbund)
3.0**
W/(m2·K)
Rahmenanteil
25**
%
* Typischer Wert für Zweifach-Wärmeschutzglas gemäss SIA 382/1:2007 Anhang C Tabelle 32
** Annahme.
Tabelle 9: Fenster-Kennwerte.
7.5.6.
Wärmebrücken
Fensteranschluss: 0.1 W/(m K)
7.5.7.
Verschattung
Das Gebäude besitzt einen aussenliegenden Sonnenschutz. Dieser schliesst wenn die Globalstrahlung auf der Aussenseite der Verglasung über 200 W/m2 steigt, die Windgeschwindigkeit tiefer als
92 km/h ist (Norm SIA 180:2014) und die Raumtemperatur über 22°C liegt. Folgende Kennwerte
der Verglasung mit Sonnenschutz werden angenommen:
Verglasung mit Sonnenschutz
Abminderungsfaktor Sonnenschutz
g-Wert
0.09*
0.14
τe
0.10*
0.19
τv
0.08*
0.11
* Typischer Wert für Zweifach-Wärmeschutzglas mit pastellfarbenem aussenliegendem
Sonnenschutz gemäss SIA 382/1:2007 Anhang C Tabelle 33
Tabelle 10. Solare Kennwerte der Verglasung mit Sonnenschutz und Abminderungsfaktoren.
7.6. Räume / Zonen
7.6.1.
Wohnzimmer
Raumklima (gemäss SIA 2024 Wohnraum)
Raumtemperatur:
Sollwert Heizen 21°C
Geometrie
Bodenfläche (Netto): 16.8 m2
Lichte Raumhöhe:
2.4 m
Fensterfläche:
2.75 m2
Personen (gemäss SIA 2024 Wohnraum)
Belegung:
1 Person (50 m2/Person)
Aktivität:
1.2 met
Bekleidung:
Winter 1.0 clo
Sommer 0.8 clo
Fahrplan:
Personenbelegung gemäss SIA 2024 Wohnraum (Abbildung 27).
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Geräte (gemäss SIA 2024 Wohnraum)
Leistung:
32 W (2 W/m2)
Fahrplan:
Auslastung gemäss SIA 2024 Wohnraum (Abbildung 28).
Beleuchtung (gemäss SIA 2024 Wohnraum)
Leistung:
150 W (9.4 W/m2)
Lichtausbeute:
40 lm/W
Konvektiver Anteil: 30%
Fahrplan:
Nutzungsstunden gemäss SIA 2024 Wohnraum (Abbildung 29).
Heizung
System:
- Elektroheizung wibo Biomatic Classic 83 CH à 2.0 kW
- Vergleichsgerät (alte Elektrospeicherheizung)
Geräteparameter und Funktionsweise gemäss Erkenntnissen
aus den Messresultaten (Kapitel 3)
Kühlung
keine
Lüftung
keine
Natürliche Infiltration
Mittlerer Luftwechsel während der Heizsaison unter Berücksichtigung eines durchschnittlichen
Benutzerverhaltens (MFH, eher undichte Gebäudehülle, Windklasse II / mittlerer Wind um 4 m/s,
exponierte Lage)
NL,B:
0.8 h-1*
*Wert aus C. Zürcher und Th. Frank, „Bauphysik – Bau und Energie“, vdf, 3. Aufl., 2010, gemäss
P. Hartmann et al., „Luftwechselmessungen unter dem Einfluss von Konstruktions-, Klima- und
Benutzerparametern“, Empa Bericht Nr. 41645/1, Dübendorf, 1984.
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Fahrpläne Personen
Abbildung 27: Fahrpläne für die Personenbelegung gemäss SIA 2024 Wohnraum.
Seite 30/31
Fahrpläne Geräte
Abbildung 28: Fahrpläne für die Auslastung der Geräte gemäss SIA 2024 Wohnraum.
Seite 31/31
Fahrpläne Beleuchtung
Abbildung 29: Fahrpläne für die Nutzungsstunden der Beleuchtung gemäss SIA 2024 Wohnraum.

Elektrospeicherheizung Thermosphère Grundlagen für die

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