Operative Temperatur als Mess-, Steuer- und Regelungsgröße für elektrische Direktheizungssysteme (OpTemp-Heizung)

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von einfachen und kostengünstigen Mess-, Steuer- und Regelungsmethoden, die die lokal empfundene (operative) Temperatur im Raum anstelle der Lufttemperatur als Führungsgröße nutzen. Dabei soll die Temperatur sehr schnell anpasst werden, so dass sich im idealen Betriebszustand analog zum Ein- und Ausschalten der Beleuchtung ein behagliches Raumklima einstellt. Dies soll mit Hilfe von reaktionsschnellen, elektrisch beheizten Flächen erfolgen. So sollen zum einen die Wände und die Decke des Versuchsraums mit einem thermisch von der Bauteilmasse entkoppelten PTC-Heizgewebe ausgestattet werden. Zum anderen sollen am Markt vorhandene Heizfenster zum Einsatz kommen, die mit einer nur wenige Nanometer dicken, transparenten Metalloxid-Beschichtung versehen sind. Dabei wird der Tatsache Rechnung getragen, dass jedes der beschriebenen Systeme baulichen Beschränkungen in Bezug auf den Ort der Wärmeeinbringung unterliegt – Heizfenster können nur an der Fassade und Heizgewebe nur an freien Raumflächen montiert werden. Jedes System soll für sich gesehen das o.g. Ziel erreichen. Die unmittelbare Anpassung der individuellen Raumoberflächen-Temperaturen eröffnet aufgrund der bei gleicher Behaglichkeit geringeren Lufttemperatur und der Vermeidung einer Überversorgung energetische Einsparpotentiale. Dafür soll für beide Systeme ein Vergleich zu konventionellen Warmwasser-Heizungen angestellt werden. Im Rahmen von thermisch-energetischen Simulationen sollen außerdem der Einfluss verschiedener Randbedingungen und Systemparameter analysiert und damit die Übertragbarkeit gewährleistet werden.

The aim of the research project “OpTemp-Heizung” is the development and testing of simple and low-cost measurement and control methods which use the locally sensed (operative) room temperature in-stead of the air temperature as control parameter. The temperature will be adapted very quickly to create a comfortable room climate analogous to switching on and off the lighting. This will be achieved with fast reacting, electrically heated surfaces. Firstly, the walls and the ceiling of a test room will be equipped with a PTC heating fabric that is thermally decoupled from the buildings mass. Secondly, commercially available heating windows with a few nanometer thick, transparent metal oxide coating will be used. This considers the fact that each system described above is subject to constructional restrictions regarding the location of the heat input – i.e. heating windows can only be installed on the facade and heating fabrics can only be installed on free inner surfaces. Each system shall achieve the above-mentioned purpose on its own. A direct adaptation of the individual room surface temperatures opens energetic saving potentials due to lower air temperatures at the same comfort level and due to the avoidance of the inertia-related oversupply of conventional heating systems. For this purpose, a comparison with conventional hot water heating systems will be made for both systems. In the context of thermal-energetic simulations, the influence of various boundary conditions and system parameters will also be analyzed to ensure the transferability of the results.