Simulation und experimentelle Evaluierung thermoaktiver Raumtextilien für die energieeffiziente Heizung und Kühlung von Räumen
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aus den Erkenntnissen der ersten Projektphase zu verschiedenen Prototypen thermoaktiver Textilen konnten gezielte Arbeiten an den erfolgversprechendsten Typen erfolgen. So wurde begonnen, die notwendige Fügetechnik weiterzuentwickeln, um eine beschädigungsfreie Anbindung der Schläuche mittels Zick-Zack-Stich an das Polyestergewebe zu realisieren und diese hinsichtlich der Funktionalität zu untersuchen. Weiterhin wurde die Entwicklung der aus Projektphase 1 entstandenen geschweißten Textilien fortgeführt, um die thermische Energieübertragung zu begünstigen. Dazu wurden veränderte Funktionsmuster gefertigt bei welchen die Geometrie, die Kanalführung und die Übertragungsfläche der thermoaktiven Textilien variierten. Darüber hinaus wurden auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse zwei Demonstratoren erstellt, welche möglichen realen Einsatzbedingungen gerecht werden. Der erste Demonstrator stellt dabei einen Teil eines Trennwandsystems (Raumteilers) dar, wohingegen der zweite Demonstrator als Vorhang aus thermisch aktiven Textilien in Form von Lamellen ausgeführt worden ist. Es konnte gezeigt werden, dass die textilen Elemente sowohl ihre prinzipielle Funktion als Raumtextilien als auch ihre neuartige Funktion zur Raumtemperierung erfüllen können. Neben den konfektionstechnischen Arbeiten erfolgten zudem sehr umfangreiche messtechnische Untersuchungen sowohl einzelner gefertigter Prototypen als auch der kompletten Demonstratoren. Diese Untersuchungen beinhalteten zum einen Druckverlustbestimmungen bezüglich der optimalen Wahl von Kanal- /Schlauchgrößen und von Kanalführungen. Zum anderen erfolgten Messungen der Leistungsparameter und der Oberflächentemperaturen einzelner Prototypen. Basierend auf den hier beschriebenen Voruntersuchungen erfolgte dann die Wahl der Raumteiler und der Lamellen für den Aufbau der Demonstratoren, da sich diese als die Optima aus fertigungstechnischem Aufwand, Funktionalität und erzielbarer Heiz- und Kühlleistung herausstellten. Für diese Demonstratoren erfolgten ebenfalls umfangreiche messtechnische Untersuchungen unter realen Bedingungen im Klimaraum der Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung. Dabei wurden sowohl Heizfälle als auch Kühlfälle in Anlehnung an die jeweiligen Prüfverfahren betrachtet. Zudem erfolgten räumlich und zeitlich hoch aufgelöste numerische Untersuchungen der Demonstratoren in einem virtuellem Klimaraum auf Basis gekoppelter Gebäude-, Anlagen-, Strömungs- und Bauteilsimulation. Im Zuge der Untersuchungen konnte eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Mess- und Simulationsdaten festgestellt werden und es zeigte sich, dass die Demonstratoren in der Lage sind, die für typische Anwendungssituationen erforderlichen Heiz- und Kühlleistungen zu erbringen. Auf Basis der aus den messtechnischen Untersuchungen gewonnenen Parameter erfolgten weitere Untersuchungen der Demonstratoren mittels gekoppelter Gebäude-, Anlagen- und Strömungssimulation in einem sehr breiten Anwendungsspektrum, um die Möglichkeiten und Grenzen derartiger Systeme in der praktischen Anwendung abschätzen zu können. Die Untersuchungen erstreckten sich von unterschiedlichen Raumgeometrien, Nutzungsprofilen und variierenden klimatischen Bedingungen und Anordnungen der Demonstratoren (Lamellen und Raumteiler) bis hin zu unterschiedlichen Dämmstandards und Zuluftsystemen der betrachteten Räume/Gebäude. Im Rahmen der Untersuchungen zeigte sich, dass die thermoaktiven Textilien sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen sehr gut geeignet sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Simulation and Evaluation of thermoactive Textiles for energy-efficient Heating and Cooling of rooms. 16th World Textile Conference AUTEX 2016, 8-10 June 2016, Ljubljana, Slovenia
Reich, A; Rödel H.
- „Numerical and experimental study of thermo-active textiles for energy-efficient heating and cooling of rooms“, In: Heiselberg, P.K. (Ed.) CLIMA 2016 - proceedings of the 12th REHVA World Congress, volume 2. Aalborg, Aalborg University, May 2016
Gritzki R., Kandzia, C., Rösler, M., Scheer, C., Felsmann C.
- „Simulation und experimentelle Evaluierung thermoaktiver Textilien für die energieeffiziente Heizung und Kühlung von Räumen“, In: Grunewald, J. (Ed.) proceedings of CESBP/BauSIM 2016, Fraunhofer IRB Verlag, 2016
Gritzki R., Kandzia, C., Rösler, M., Scheer, C., Felsmann C.
- Entwicklung thermoaktiver Raumelemente für energieeffizientes Heizen und Kühlen in Räumen. Jahresbericht 2017 des Institutes für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden (2018)
Reich, A; Rödel H.; Krzywinski S.
- Entwicklung thermoaktiver Raumelemente für energieeffizientes Heizen und Kühlen in Räumen. TEXTILPLUS, 11/12-2018
Reich, A; Rödel H.; Krzywinski S.
- „Thermoaktive Textilien zur Raumklimatisierung – vom Prototyp zum Demonstrator“, TGA Kongress 2018, Berlin, März 2018
Felsmann, C., Arendt, M., Gritzki, R., Kandzia, C., Rösler, M.
