Ziel der Arbeit ist es zu untersuchen, ob es möglich ist, ein Gebäude regenerativ mit einem System zu kühlen, welches über langwellige Abstrahlung die Atmosphäre als Wärmesenke nutzt. Durch langwellige Abstrahlung gegen den Himmel entsteht auf einer Strahlungsoberfläche eine negative Energiebilanz, welche einen Wärmefluss in Richtung der Atmosphäre zur Folge hat. Der aus dem Strahlungsaustausch mit der Atmosphäre resultierende Wärmestrom ist von der Temperatur der Strahlungsoberfläche bzw. von der emittierten Strahlung dieser Fläche (Quelle) und von der emittierten Strahlung des Himmels (Senke) abhängig. Die Größe dieses Wärmestroms ist für den Strahlungs- und Energiehaushalt einer dem Himmel gegenüberliegenden Oberfläche sehr wichtig. Deshalb beschäftigt sich ein Großteil der vorliegenden Arbeit mit der Theorie und Berechnung der Atmosphärischen Gegenstrahlung.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Einleitung
- Zielsetzung der Arbeit
- Allgemeines zur Atmosphärischen Gegenstrahlung
- Absorption der Terrestrischen Strahlung in der Atmosphäre
- Entstehung der Atmosphärischen Gegenstrahlung
- Theorie des Langwelligen Strahlungsaustauschs
- Theorie des Klaren Himmels
- Strahlungsaustausch in den Wolken
- Atmosphärische Gegenstrahlung
- Der Himmel als Schwarzer Strahler
- Empirische Gleichungen zur Atmosphärischen Gegenstrahlung
- Verschiedene Definitionen zur Berechnung
- Definition einer effektiven Himmelstemperatur
- Definition eines Emissionsgrades des Himmels
- Berechnung der atmosphärischen Gegenstrahlung
- Atmosphärische Gegenstrahlung des klaren Himmels
- Vergleich der Modelle zum klaren Himmel
- Extremwerte der Atmosphärischen Gegenstrahlung bei klarem Himmel
- Zusammenstellung der Himmelsmodelle zum klaren Himmel
- Zusammenhang zwischen Lufttemperatur und Himmelstemperatur
- Atmosphärische Gegenstrahlung des Bewölkten Himmels
- Auswahl eines Modells zur Atmosphärischen Gegenstrahlung
- Himmelsmodell Ceres
- Vergleich der Regionen
- Auswahl der Klimadaten und Regionen
- Verfügbare Stationen
- Ausgewählte Stationen
- Lufttemperaturen und Bedeckungsgrad der verschiedenen Stationen
- Himmelstemperaturen der verschiedenen Stationen (gesamtes Jahr)
- Nettostrahlung bei 18°C Oberflächentemperatur
- Simulation Teich - Speicher
- Wärmeströme Teich
- Berechnung des latenten Wärmestroms aufgrund von Verdunstung
- Solarstrahlung
- Konvektiver Wärmeübergang
- Wärmelast vom Speicher
- Simulation des Speichers
- Beurteilung der Leistungsfähigkeit des Systems
- Komponenten des Systems
- Regelung des Sonnenschutzes
- Regelung des Massenstroms zwischen Teich und Speicher
- Variantenvergleich
- Basisvariante
- Einfluss des Absorptionsgrad des Beckenbodens
- Einfluss des Schwellenwertes des Sonnenschutzes
- Entwicklung eines verbesserten Sonnenschutzes
- Einfluss einer Schattenwand südlich des Teichs
- Mögliche Last mit einer Schattenwand
- Emissivität der Wand
- Zusammenstellung der bisherigen Ergebnisse
- Teich mit dämmenden Schwimmkörpern
- Gewähltes System für weitere Untersuchungen
- Leistung bei anderen Systemtemperaturen
- Lastverläufe des gewählten Systems
- Systemleistung in anderen Regionen
- Simulation Teich - Speicher - TABS
- Simulation des Thermoaktiven Bauteilsystems
- Erweiterter Algorithmus zum Handrechenverfahren
- Geometrischen und physikalischen Daten
- Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten am Boden und der Decke
- Simulation des Raumes
- Geometrie des Raumes
- Wärmelasten des Raumes
- Simulationsergebnisse
- Beurteilungskriterium der Raumtemperatur
- Beurteilungskriterium für die Leistungsfähigkeit des Systems
- Vorgehensweise bei der Simulation
- Ergebnisse der Simulation
- Relative Teichfläche
- Jahressummen der Nettostrahlung
- Jahressummen der absorbierten Solarstrahlung
- Jahressummen des Wärmestroms aufgrund von Verdunstung
- Jahressummen des Wärmestroms aufgrund von Konvektion
- Last- und Temperaturverläufe
- Realisierte Projekte
- Unterteilung der Sky-Cooling-Systeme
- Automotive Centre of Excellence
- General Services Administration Port of Entry
- Crenshaw Boulevard Employment Development Department
- Residential Roof Cooling, Florida Solar Energy Center
- Night Sky Radiation Cooling Strategies with Hybrid PV-T Systems
- Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Die Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung der Sky Cooling Technologie, einer innovativen Methode zur Kühlung von Gebäuden durch Nutzung der atmosphärischen Gegenstrahlung. Ziel ist es, die Funktionsweise der Sky Cooling Technologie zu analysieren, die relevanten physikalischen Prozesse zu beschreiben und die Eignung für verschiedene klimatische Bedingungen zu bewerten.
- Analyse der atmosphärischen Gegenstrahlung und deren Einfluss auf die Gebäudekühlung
- Entwicklung und Simulation von Sky Cooling Systemen mit unterschiedlichen Komponenten (Teich, Speicher, TABS)
- Bewertung der Leistungsfähigkeit der Sky Cooling Systeme in verschiedenen Klimazonen
- Untersuchung der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Sky Cooling Technologie
- Realisierte Sky Cooling Projekte und deren Anwendung in der Praxis
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Zielsetzung der Arbeit erläutert und die Grundlagen der atmosphärischen Gegenstrahlung beleuchtet. Die Kapitel 2 und 3 gehen tiefer auf die Theorie des langwelligen Strahlungsaustauschs und die empirischen Gleichungen zur Berechnung der atmosphärischen Gegenstrahlung ein. In Kapitel 4 werden verschiedene Klimadaten und Regionen analysiert, um die Eignung der Sky Cooling Technologie für unterschiedliche Klimazonen zu beurteilen.
Kapitel 5 befasst sich mit der Simulation eines Teich-Speicher-Systems für Sky Cooling. Die Funktionsweise, die relevanten Wärmeströme und die Leistungsfähigkeit des Systems werden detailliert untersucht. Verschiedene Varianten des Systems werden simuliert und verglichen, um die optimale Konfiguration zu ermitteln.
Kapitel 6 erweitert die Simulation um ein Thermoaktives Bauteilsystem (TABS), um die Integration der Sky Cooling Technologie in ein Gebäude zu untersuchen. Die Ergebnisse der Simulation werden in Bezug auf Raumtemperatur und Systemleistung analysiert.
In Kapitel 7 werden realisierte Sky Cooling Projekte aus der Praxis vorgestellt und deren Anwendungsmöglichkeiten aufgezeigt. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse und einem Fazit, in dem die Eignung der Sky Cooling Technologie für die Gebäudekühlung bewertet wird.
Schlüsselwörter (Keywords)
Sky Cooling, atmosphärische Gegenstrahlung, Gebäudekühlung, Simulation, Teich-Speicher-System, TABS, Klimadaten, Regionen, Leistungsfähigkeit, Nachhaltigkeit, realisierte Projekte.
- Quote paper
- Sebastian Buchner (Author), 2007, Sky Cooling/Gebäudekühlung. Atmosphäre als Wärmesenke, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/418351
