Main equations and thermal characteristics of radiators

Accurate calculations of radiator thermal performance were performed based on accurate considerations of the varying heat transfer coefficient on the radiator surface. Using a reference point, both the main equation for heat power output and the main equation for exit temperature were derived. Both equations allow the prediction of all other operating points, so that the complete thermal characteristics of a given radiator can be calculated directly from the reference point without having to consider the geometrical parameters of the radiator and the physical properties of the air under free convection. For performing the load regulation with the exit flow temperature as the target, e.g., reverse calculations for the exact setting of the mass flow were presented. Furthermore, the approaching equation contained in DIN EN442 was reviewed for its accuracy and application limitations. For designs and calculations, both the eigen-constant and the eigen-parameter were furthermore introduced, which greatly facilitates the experimental determination of the heat transfer coefficient. The established relationship between the power output and the surface area of radiators showed satisfactory agreement with the data available in the VDI Heat Atlas

Main equations and thermal characteristics of plate heat exchangers

Novel and effective analytical calculations of the thermal characteristics of plate heat exchangers have been presented. The basic concept is the use of a reference operation point that is known but must not be necessarily the design point. Three main equations have been established and presented for the heat power and exit temperatures of two flows. They apply to all types of plate heat exchangers in both parallel and counter-flow arrangements and allow the complete thermal characteristics to be calculated by knowing only one reference point. The calculation can be easily performed in tabular form. The conversion equation between parallel and counter-flow arrangements has been provided for calculating the operation points from one arrangement to another. The evidenced thermal relationship between plate heat exchangers with different plate numbers shows that the thermal characteristics of such plate heat exchangers are identical when the proportional reference operating points are applied. The analyses and calculations could be well validated by measurements. Finally, the calculation concept for the thermal characteristics of other heat exchanger types was outlined

Neuartige reversible Luft/Wasser-Wärmepumpe mit natürlichem Kältemittel (Propan) für ein energieeffizientes Bürogebäude

Aufgrund des gestiegenen Komfortbedürfnisses werden neue Bürobauten heutzutage vermehrt gekühlt. Gleichzeitig sind die gesetzlichen Anforderungen an die Energieeffizienz sowie an die Ökologie von Gebäudesystemen stark gestiegen. So dürfen ab einer gewissen Anlagengrösse bereits keine in der Luft stabilen Kältemittel mehr eingesetzt werden. Im vorliegenden Projekt wird eine neuartige reversible Luft/Wasserwärmepumpe entwickelt. Diese wird mit dem natürlichen Kältemittel Propan betrieben und in Kombination mit einem reversiblen Verteil- und Abgabesystem als Demonstrationsanlage in ein Minergie-P Bürogebäude implementiert. Um einen sehr geringen Endenergiebedarf des Gesamtsystems zu erreichen, wird mit einer Reihe von passiven und aktiven Massnahmen wie einer hochwärmegedämmten Gebäudehülle oder einer wirksamen Nachtauskühlung der Wärme- und Kältebedarf minimiert. Zusätzlich ist eine klare Trennung zwischen Heiz- und Kühlbetrieb erzielt worden. Die Warmwasserbereitstellung erfolgt mit einer separaten Luft/Wasser-Wärmepumpe, welche gleichzeitig den Serverraum im Untergeschoss kühlt. Die Propan-Wärmepumpe wird nur für die Klimatisierung und die Deckung des Heizwärmebedarfs verwendet. Im Projekt konnte gezeigt werden, dass umschaltbare Wärmepumpen mit Propan als Kältemittel in der heutigen Praxis verwendbar sind und das Sicherheitsdispositiv einer aussenaufgestellten Anlage mit einem vertretbaren Aufwand umgesetzt werden kann. Aufgrund der Anforderungen an Schallschutz ist die Anlage in einem explosionsgeschützten Maschinengehäuse untergebracht. Die erreichten Arbeitszahlen im Winterfall sind als hoch zu bezeichnen. Insbesondere, wenn man berücksichtigt, dass die Anlage aufgrund der tiefen Heizgrenze bei sehr tiefen respektive sehr hohen mittleren Aussenbedingungen betrieben wird. Das führt dazu, dass die Anlage häufig in nicht energieoptimalen Betriebspunkten arbeiten muss. Das Gesamtsystem zeigte sich jedoch als sehr effektiv und der erreichte Komfort darf in allen Zonen als sehr gut beurteilt werden

Neuartige reversible Luft/Wasser-Wärmepumpe mit Propan für ein energieeffizientes Bürogebäude

Die steigenden Anforderungen an den Energiebedarf von Gebäudesystemen haben dazu geführt, dass der Anteil an installierten Wärmepumpensystemen bei Neubauten stetig wächst. Zudem werden moderne Bürogebäude in den Sommermonaten oft gekühlt, um den Komfortansprüchen gerecht zu werden. Gleichzeitig muss der Einsatz synthetischer Kältemittel mit hohen Treibhausgaspotentialen langfristig stark eingeschränkt werden. Daher müssen neue Anlagentypen auf Basis natürlicher Kältemittel entwickelt werden, welche insbesondere für kleinere bis mittlere Gebäudegrössen aktuell auf dem Markt kaum verfügbar sind. Im Rahmen eines Demonstrationsprojektes des Bundesamtes für Energie wurde eine neuartige reversible Luft/Wasser-Wärmepumpe mit Propan als Kältemittel entwickelt. Dieser Beitrag fasst die Analyse der ersten Heizphase zusammen und dokumentiert die daraus abgeleiteten Optimierungsmassnahmen zur Effizienzsteigerung des Wärmepumpen-Betriebs