Solare Luftheizsysteme für Industrie- und Gewerbegebäude - Evaluation einer Pilotanlage

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/501048

Short description (German)

Solare Luftheizsysteme sind Versorgungsanlagen zur teilweisen Abdeckung des Heiz- und Lüftungsbedarfs eines Gebäudes mit Luft als Arbeitsmittel. In der Fachliteratur werden solare Luftheizsysteme als marktreif bezeichnet, der Marktanteil liegt aber gemäss Studien nochunter einem Prozent. Um die Informationslücke zu schliessen möchte die Hochschule Luzern mit dem Hersteller Montana die technische und wirtschaftliche Machbarkeit solcher Luftheizsysteme an einer Industriehalle demonstrieren.

Final report (German)

Solare Luftheizsysteme sind Versorgungsanlagen zur Teildeckung des Heizwärme- und Lüftungsbedarfs eines Gebäudes mit Luft als Arbeitsmittel. In der Fachliteratur werden sie als marktreif und zuverlässig bezeichnet. Studien zeigen aber, dass ihr Marktanteil unter 1% liegt. Um die Informationslücke zu schliessen, demonstrierte die Hochschule Luzern gemeinsam mit dem Hersteller Montana die technische Machbarkeit von unabgedeckten, perforierten Luftkollektoren in der Fassade einer Industriehalle. Die thermischen Eigenschaften und der Hilfsenergieverbrauch des Systems konnten während eines Jahres untersucht und der Wartungsbedarf dokumentiert werden. Zudem wurden hygienische Untersuchungen und Schallmessungen durchgeführt. Parallel zum Projekt wurde in einer studentischen Arbeit ein Computermodell entwickelt und mithilfe von Messdaten kalibriert. Somit konnten in einem zweiten Schritt die Einsparpotentiale des solaren Luftheizsystems mit denjenigen eines Erdluftregisters verglichen werden. Zusätzlich wurde ein Konzept für die Kombination eines Luftkollektors mit einer Wärmerückgewinnungsanlage entwickelt und am Computer getestet. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Primäraufgabe eines solaren Luftheizsystems die Vorwärmung der hygienisch notwendigen Aussenluftzufuhr ins Gebäude ist. Im Betrieb erreichte der Luftkollektor jedoch auch Austrittstemperaturen deutlich über der Raumtemperatur. Somit konnte mit der Luft – in begrenztem Umfang – auch geheizt werden. Verglichen mit einem Erdregister produziert der Luftkollektor laut Simulation - bei ähnlichen Druckverlusten - etwa um einen Faktor sechs mehr Heizenergie. Allerdings kann das Erdregister im Sommer – im Gegensatz zum Luftkollektor – zur Kühlung eingesetzt werden. Deshalb sollte die Entscheidung für die eine oder andere Vorwärmtechnologie unter Berücksichtigung des Kühlbedarfs erfolgen.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hochschule für Technik + Architektur HTA Luzern

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Sicre,Benoit

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• Solare Luftheizsysteme für Industrie- und Gewerbegebäude | Evaluation einer Pilotanlage - Schlussbericht [PDF] 1'557 kB

Final report (English)

For the purpose of energy conservation, modern buildings become more and more air-tight and generally rely on a mechanical ventilation system for the supply of breath air in the rooms. According to literature, solar air heating systems can contribute in a cost-effective way to the ventilation and heating of utility buildings. But the market share of solar air collector is less than 1% .To demonstrate the technical feasibility of generating heating energy on facades, Montana AG, a Swiss manufacturer decided to build a demonstration plant based on an unglazed solar air collector. This plant was intensively investigated by Hochschule Luzern using energy metering during a one-year period. Beside this monitoring activity, sound level and hygiene investigations were conducted. Further, a simulation model was developed and calibrated using the measurement results. The annual solar yield of the collector was computed with a whole-building simulation software and was compared with the energy output of buried pipes (earth-to-air heat exchanger) and with the energy savings of a state-ofthe-art air-to-air heat recovery unit. Project results outline that the primary role of an unglazed micro-perforated air collector is to preheat the make-up air. But the solar air collector generally achieves higher temperature levels than room temperature. Therefore it offers room heating capabilities, but the potential is limited. Benchmarked against buried pipes, the air collector produces up to 6 times more heating energy under similar pressure drop conditions. But as free cooling is regarded, buried pipes surpasse the collector by approx. 2 times. The selection of what preheating technology fits the best should be made under consideration of the needs for free cooling.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hochschule für Technik + Architektur HTA Luzern

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Sicre,Benoit