Normen müssen reproduzierbare Ergebnisse liefern. Die Prüfbedingungen sollten dabei so gestaltet sein, dass ...

... möglichst die häufigsten Betriebszustände in der Praxis betrachtet werden. Bei den aktuellen Verfahren ist das nicht vollständig der Fall, da niedrige Systemtemperaturen und geringe Masseströme unzureichend berücksichtigt werden. Diese Problemstellung möchte die nachfolgende Veröffentlichung aufgreifen und Ergebnisse und Korrekturvorschläge für zwei Normen vorschlagen [1].

Flächenheiz- und Flächenkühlsysteme sowie freie Heizflächen stellen zum heutigen Zeitpunkt bei wasserbasierten Anlagen die am häufigsten eingesetzten Systeme zur Wärme- und Kälteübergabe im Raum dar. Wichtig ist es beim planerischen Einsatz der Systeme, dass die resultierenden thermischen Leistungen möglichst exakt bestimmt werden können. Für Flächenheiz-/-kühlsysteme sind die DIN EN 1264 [2] sowie die ISO 11855 [3], die hinsichtlich des Berechnungsverfahrens identisch sind, anzuwenden. Bei den freien Heizflächen gilt die EN 442 [4] zur Leistungsbestimmung.

Stand der Technik zur Leistungsbestimmung

Das Messverfahren der EN 442 für freie Heizflächen beruht auf einer kalorischen Bilanzierung in einer Prüfkabine mit A = 20 m² Grundfläche und einer Höhe von h = 3 m. Als Prüftemperaturen sind Vorlauf-/ Rücklauftemperaturen von ϑ_V/ϑ_R = 75 °C/ 65 °C und ϑ_V/ϑ_R = 55 °C/45 °C vorgesehen – bei konstantem Massestrom. Die unter diesen Bedingungen ermittelten Heizleistungen können mit Gleichung (Gl.) 1, in Kombination mit Gl. 2 und 3, auf andere Systemtemperaturen umgerechnet werden.

Gl. 2 spiegelt hierbei die Berechnung mit einer logarithmischen Temperaturdifferenz und Gl. 3 mit einer arithmetischen Temperaturdifferenz wider. Die Voraussetzung eines konstanten Massestroms ist in der Praxis jedoch nicht immer gegeben. Trotz häufig eingesetzter Heizkurvenregelung in Abhängigkeit der Außentemperatur wird raumseitig eine Massestromdrosselung durch das Thermostatventil vorgenommen. Die Leistungskennwerte werden hierdurch signifikant beeinflusst. Wünschenswert wären daher einfache Korrekturfunktionen, die eine Massestromveränderung berücksichtigen.

Bei bauteilintegrierten Systemen erfolgt die Leistungsbestimmung nach einer festen Beziehung (Gl. 4). Sie beschreibt den Wärmeübergang an einer Oberfläche. Die Wärmeübergangskoeffizienten sind stark von der Oberflächentemperatur und hierbei indirekt von der Teilung der Rohre (das heißt, dem Abstand) abhängig. Besonders bei Niedertemperatursystemen sind die in DIN EN 1264 sowie der ISO 11855 hinterlegten Wärmeübergangskoeffizienten nicht mehr umfänglich gültig, wodurch zu hohe Wärmeleistungen der Systeme berechnet werden.

Analysen

Freie Heizflächen

Zur Analyse von freien Heizflächen wurden zunächst messtechnische Untersuchungen in Kooperation mit der HLK-Stuttgart GmbH nach der Prüfnorm EN 442 vorgenommen. Die dabei verwendeten Vorlauftemperaturen waren ϑ_V = 75 °C/50 °C sowie 45 °C. Die Raumtemperatur wurde bei ϑ_i = 20 °C nahezu konstant gehalten. Variationsparameter war der Massestrom ṁ. Mit den bestimmten Temperaturen wurde die Leistung des Wärmeübergabesystems bestimmt. Als Bewertung wurden Kennwerte mit Bezug zu den Werten beim Normmassestrom unter Nutzung des relativen Massestromverhältnisses m_rel gebildet. Tabelle (Tab.) 1 liefert die entsprechenden Ergebnisse der Analysen für eine Auswahl von Heizkörpertypen. Analysiert wurden Heizwände, Röhrenradiatoren sowie Plattenheizkörper in unterschiedlicher Ausführung und Anschlussart.

Betrachtet man die Ergebnisse bei unterschiedlichem Massestromverhältnis, so ist zu erkennen, dass mit sinkendem Wert die Heizleistung abnimmt. Beachtet man die Kennwerte der kalorischen Bilanz (Gl. 5) und vergleicht diese mit den Kennwerten der arithmetischen (Gl. 1/Gl. 3) und logarithmischen Bilanz (Gl. 1/Gl. 2), so werden Abweichungen detektiert. Es treten Kennwerte auf, die einmal leicht über den Kennwerten der kalorischen Bilanz liegen und einmal leicht unter diesen.

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