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Analyse und Reduktion von Verteilverlusten in der Wärmeversorgung - Fallstudie am Zweileitersystem eines Mehrfamilienhauses in Köln

Analysis and Reduction of Heat Distribution Losses - A Case Study of a Collective Heat Distribution System in an Apartment Building in Cologne

  • Bei Gebäuden mit zentraler Wärmeerzeugung treten im Verteilsystem Wärmeverluste auf. Insbesondere bei zirkulierenden Trinkwarmwassersystemen, aber auch bei Heizungsanlagen können diese Verteilverluste einen hohen Anteil am Gesamtwärmeverbrauch ausmachen und somit relevant für die Energieeffizienz einer Anlage sein. Die Ansätze und Angaben zur Quantifizierung der Verteilverluste in den relevanten Regelwerken weichen teils deutlich von Angaben in der Fachliteratur und den wenigen vorliegenden Fallbeispielen ab. Die vorliegende Masterarbeit behandelt das Thema anhand der Analyse eines Fallbeispiels. Das untersuchte Objekt ist ein Mehrfamilienhaus mit einer Zweileiterinstallation. Dabei handelt es sich um ein System, welches die Wärmeversorgung für Heizung und Trinkwasser kombiniert. Durch Vergleich der Wärmemengenzähler in Wohnungen und Heizungskeller sind in der Vergangenheit Verteilverluste von 16,5 kWh/m²a aufgefallen, was 28 Prozent des gesamten Verbrauchs ausmacht.Im Rahmen der Falluntersuchung werden die Verteilverluste der Anlage über eine umfangreiche Datenaufnahme und mithilfe thermodynamischer Berechnungen bestimmt und mit den Zählerdaten abgeglichen. Dieser Berechnung nach betragen die Verteilverluste 14,7 kWh/m²a, wovon die Leitungsverluste den größten Anteil ausmachen. Zur Prüfung der Ansätze der Regelwerke werden diese auf das Objekt angewendet. Eine Vergleichbarkeit ist wegen abweichender Rahmenbedingungen nur bedingt gegeben. Die anhand der Normen ermittelten Werte liegen zum Teil in der Größenordnung der thermodynamischen Berechnung, teils auch deutlich darunter. Der Abgleich mit den Zählerdaten dient auch der Prüfung der thermodynamischen Berechnung. Auf diese Weise sollen fundierte und detaillierte Aussagen über den Einfluss einzelner Parameter und Komponenten des Systems ermöglicht werden. Darüber hinaus ermöglicht es die thermodynamische Berechnung, das Potenzial verschiedener Reduktionsmaßnahmen zu quantifizieren. Hier zeigt sich, dass ein Absenken der Vorlauftemperatur im Fallbeispiel eine effektive Maßnahme darstellt. Beispielsweise bewirkt die Absenkung der Vorlauftemperatur um 5 Kelvin im Fallbeispiel eine Reduktion der Leitungsverluste um circa 16 Prozent, respektive einen um circa 3 Prozent verringerten Gesamtverbrauch. Die ebenfalls modellierte Dämmung der Installationsschächte hingegen lässt bei ungleich höherem Aufwand geringere Einsparungen erwarten. Bei der Bewertung der Ergebnisse ist zu beachten, dass im Untersuchungsobjekt der spezielle Fall eines Zweileitersystems vorliegt. Dennoch können auf Basis der Untersuchung auch allgemeine Erkenntnisse über Verteilverluste gewonnen und Einschätzungen über die normativen Angaben abgeleitet werden. Darüber hinaus wird im Rahmen eines Exkurses die thermische Situation im Installationsschacht einer genaueren Betrachtung unterzogen. Diese ist von Interesse, da die Wärmeverluste hier Einfluss auf Fragen der technischen Hygiene und des sommerlichen Wärmeschutzes ausüben.
  • In buildings with central heat generation, heat losses occur within both - the heating system and the hot water system. Distribution networks are affected by heat flows to the surroundings that reduce the energy efficiency of the system significantly. A literature research showed that statements regarding the quantity of distribution losses differ considerably in German standards, the literature and case studies. In this thesis, the topic was approached by conducting a case study of an apartment building with a Collective Heat Distribution System, a system that combines heat supply for hot water and heating. By comparing the heat meters of the apartments and the boiler room, the losses were found to amount to 16.5 kWh/m²a, representing 28 percent of the total heat generation. To obtain a better understanding of these losses, a calculation of each segment was carried out based on thermodynamic formula and acquisition of data such as temperature measurements. The calculated losses totaled 14.7 kWh/m²a, mainly caused by the pipe network. The indications from German standards were partly in the same magnitude, partly significantly beneath it. The results of the thermodynamic calculations were checked for their validity through comparison with the analysis of the meters. On this basis, detailed statements about the impacts of various parameters were made. Furthermore, the potential of several reduction measures was quantified. It was demonstrated that a reduction of the supply temperature is an effective measure. For example, lowering the supply temperature by 5 Kelvin reduced the pipe losses by approximately 16 percent, which equals 3 percent of the total consumption. Further calculations showed that additional insulation in the installation ducts was less effective, and not worth the increased effort required. The results and insights gained in this case study are specifically valid for Collective Heat Distribution Systems that differ from conventional systems. Nevertheless, the case study is suitable for making general conclusions about distribution losses and allows checking the values specified in the standards to a certain extent. Moreover, the thermal situation of the installation duct was looked at closely. This part of the system is of special interest, due to its importance for issues like technical hygiene and heat protection.

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Metadaten
Verfasserangaben:Max Beckmann
URN:urn:nbn:de:hbz:832-epub4-16447
Gutachter:Prof. Dr. Nina Kloster, Dipl.-Phys.-Ing. Jörg vom Stein
Dokumentart:Masterarbeit/Diplomarbeit
Sprache:Deutsch
Veröffentlichende Institution:Hochschulbibliothek der Technischen Hochschule Köln
Titel verleihende Institution:Technische Hochschule Köln
Datum des Hochladens:04.02.2021
GND-Schlagwort:Energieeffizienz; Energiewende; Haustechnik; Wärmeversorgung
Freies Schlagwort / Tag:Leitungsverluste; Verteilverluste; Wärmeverluste; Zirkulationsverluste; Zweileiterinstallation
Seitenzahl:100
Fakultäten und Zentrale Einrichtungen:Anlagen, Energie- und Maschinensysteme (F09) / Fakultät 09 / Institut für Technische Gebäudeausrüstung
DDC-Sachgruppen:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau / 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
Open Access:Open Access
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International