Grundlagen der Heiz- und Raumlufttechnik

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1 Übung Heiz- und Kühllastberechung Grundlagen der Heiz- und Raumlufttechnik nstitut für GebäudeEnergetik Lehrstuhl für Heiz- und Raumlufttechnik Pfaffenwaldring 35 D Stuttgart Christian Stäbler Telefon 0711/ HLK Stuttgart GmbH Pfaffenwaldring 6A V.1 März 013 März 013/CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 1/9

2 1. Heizlastberechnung Formelzeichen Bedeutung Heizlast Einheit Temperatur C Dichte der Luft kg/m³ c p Spezifische ärmekapazität der Luft J/(kgK) A Fläche m² H Verlustkoeffizient /K n min Mindestluftwechsel 1/h U ärmedurchgangskoeffizient /m²k 1.1. Aufgabenstellung n Anlehnung an EN 1831 soll die Norm -heizlast eines Raumes berechnet werden. Vorgaben: Raumtyp: ohnzimmer Raum: Länge x Breite x Höhe 10 m x 5 m x 3 m Die Längsseite ist die Außenfassade mit einem Fensterflächenanteil von 40 %. Alle weiteren Flächen grenzen an Nachbarräume mit gleicher Temperatur. U-ert Außenfassade: 0,3 /(m²k) U-ert nnenwand: 1,0 /(m²k) U-ert Boden/Decke: 0,8 /(m²k) U-ert Fenster: 1, /(m²k) Lüftungstechnische Anlagen: keine; Luftwechsel = hygienischer Mindestluftwechsel Übergabesystem: Plattenheizkörper Ort: Stuttgart Standard Personenbelegung: 4 Pers Heizleistung pro Person: 75 /Pers Dichte Luft: 1, kg/m³ spezifische ärmekapazität Luft: 1000 J/(kgK) März 013/CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx /9

3 Tabelle 1.1 Norm-Außentemperaturen für deutsche Städte mit mehr als Einwohnern lfd. Nr. Tabelle 1. Norm-nnentemperaturen Raumart Norm-nnentemperatur θ i,int [ C ] 1 ohn- und Schlafräume + 0 Büroräume, Sitzungszimmer, Ausstellungsräume, + 0 Haupttreppenräume, Schalterhallen 3 Hotelzimmer Verkaufsräume und Läden allgemein Unterrichtsräume allgemein Theater- und Konzerträume Bade- und Duschräume, Bäder, Umkleideräume, + 4 Untersuchungszimmer (generell jede Nutzung für den unbekleideten Bereich) 8 C-Räume Beheizte Nebenräume (Flure, Treppenhäuser) Unbeheizte (Keller, Treppenhäuser, Nebenräume Abstellräume). siehe Tab Tabelle 1.3 Mindestluftwechsel n min /CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 3/9

4 15 m. Kühllastberechnung n Anlehnung an Rechenbeispiel aus VD 078 (Juli 1996) Formelzeichen/ ndizes Bedeutung Q Kühllast Einheit B Raumbelastungsgrad - q spezifische ärmeabgabe /Pers S Kühllastfaktor - l Gleichzeitigkeitsfaktor Beleuchtung - k ärmedurchgangskoeffizient /(m²k) b Durchlassfaktor - Strahlungsintensität /m².1. Aufgabenstellung Ein achtgeschossiges Bürogebäude soll klimatisiert werden. Gesucht ist die maximale Kühllast für einen in einem Zwischengeschoß befindlichen Zeichensaal, sieh Bild.1. 3 C Höhe = 3,15 m 4 C 16 m Bild.1 Zeichensaal im Zwischengeschoß eines Bürogebäudes März 013/CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 4/9

5 Vorgegebene Daten: Personenbelegung: 48 Personen Beleuchtung: Abluftleuchten mit gesamt Beleuchtungsstärke 750 lx; Raumbelastungsgrad B = 0,7 (Teil der Anschlussleistung, die zu einer thermischen Belastung des Raumes führt); 3 Band Leuchtstoffröhren mit elektronischem Vorschaltgerät Betrachteter Zeitpunkt: Juli 17 Uhr Hinweis: Bei Räumen mit erheblichem Anteil zeitlich veränderlicher ärmequellen an der Kühllast und entsprechenden Fassaden gilt es zunächst, den Zeitpunkt des voraussichtlichen Maximums abzuschätzen. Gegebenenfalls müssen mehrere Fälle durchgerechnet werden um den Fall mit maximaler Kühllast zu berechnen. Aufgabe 1: Berechnen sie die innere Kühllast Nehmen Sie für jede Person eine trockene ärmeabgabe von q P, tr = 75 /Pers an Nehmen Sie für jede Person eine feuchte ärmeabgabe von q P, f = 40 /Pers an Nehmen Sie einen Kühllastfaktor von S i = 0,81 für die Personen zur betrachteten Uhrzeit und einem Konvektivanteil von 50 % an. Erklärung Kühllastfaktor: Dämpfungsfaktor für Maximum der Strahlungsbelastungen auf die Kühllast. Kühllast durch Strahlung wirkt zeitverzögert und gedämpft (Speicher und Entspeichervorgänge). Tagesgänge der Faktoren sind in Norm vorgegeben. Zum betrachteten Zeitpunkt gilt ein Gleichzeitigkeitsfaktor l = 7/15 für die Beleuchtung; 7/15 der Fläche durch Lampen ausgeleuchtet; Restliche Lampen sind ausgeschaltet Nehmen Sie einen Kühllastfaktor von S i = 0,63 für die Beleuchtung zur Betrachteten Uhrzeit und einem Konvektivanteil von 0 % an /CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 5/9

6 Tabelle.1 Richtwerte für spezifischen Beleuchtungswert p nach VD 078 Aufgabe : Berechnen Sie die äußere Kühllast Nehmen Sie an, dass die Außenfassade einen Fensterflächenanteil von 40 % hat Der ärmedurchgangskoeffizient k des Mauerwerks beträgt 0,65 /(m²k) Der ärmedurchgangskoeffizient k der Fenster beträgt 3,0 /(m²k) Nehmen Sie eine äquivalente Temperaturdifferenz zwischen nnen und Außen von äqui = 6 K für ärmeleitung durch die and an. Dieser ert ist um Speichereffekte korrigiert. Zum betrachteten Zeitpunkt sind 5 % der Fensterfläche beschattet Es ist eine innenliegende Beschattung vorhanden. Durchlassfaktor b = 0,5 Der Kühllastfaktor für äußere Bestrahlung betrage S 0, 8 Das maximum der Gesamtstrahlung zum betrachteten Zeitpunkt beträgt = 481 /m², mit einem diffusen Anteil von diff, max = 13 /m² max a Aufgabe 3: Berechnen Sie die Kühllasten, die zur Anlagenauslegung herangezogen werden /CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 6/9

7 3. Musterlösung der Heizlastberechnung Transmissionswärmeverluste: T, i H T, ie ( int, i e ) Norm- nnentemperatur: 0 C (siehe Tabelle 1.) Norm- Außentemperatur: - 1 C (siehe Tabelle 1.1) Opake Außenfläche: Transparente Außenfläche: H A 10m 3m0,6 18m A 10m 3m 0,4 1m 18m 0,3 1m 1, m K m K T, ie Aopak Uopak Atrans Utrans T, 19,8 (0C 1C) = 633,6 K i Hinweis: keine Transmissionswärmeverluste über nnenwände, da Nachbarräume mit gleicher Temperatur. 19,8 K Lüftungswärmeverluste: V, i H V, i ( int, i e ) Raumvolumen: V i 1 n min 0,5 (siehe Tabelle 1.3) h H l b h 10m 5m 3m 150m kg J 1h 0,5 150m 1, h m kgk 3600s V, i Vi cp nmin Vi cp V, 5 (0C 1C) = 800 K i 5 K Heizlast: HL, i T, i V, i RH, i 633, = 1434 RH,i wenn nicht explizit angegeben, oder mit Auftraggeber vereinbart ist Aufheizreserve = 0 nnere thermische Quellen wie z.b. Personen und Beleuchtung werden im Fall der Norm- Heizlast nicht berücksichtigt. Dieser ert wird für Anlagen-Auslegung herangezogen. März 013/CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 7/9

8 4. Musterlösung Kühllastberechnung Lösung 1: Kühllast infolge der ärmeabgabe der Personen Trockene ärmeabgabe: Q P, tr Pers qp,tr Si 48Pers 75 0, Pers Feuchte ärmeabgabe: Q P, f Pers qp, f S i 48Pers Pers Kühllast infolge Beleuchtungswärme: P Belst p A 0,75klx 19 15m 16m 340 klx m Q Bl P l S B i ,7 0,63 703,8 nnere Kühllast: Q Q Q Q ,8 = 5540 P, tr P, f Bl Lösung : Kühllast infolge ärmestrom durch die Außenwand opake Außenfläche Q k A äqui A opak 16m 3,15m 0,6 30,4m 0,65 30,4m 6K 117,9 m K Kühllast infolge Transmission durch die Fenster (Speichereffekt des Fensters wird vernachlässigt) transparente Außenfläche Q T A trans 16m 3,15m 0,4 0,16m k A 3 0,16m (3C 4C) 483,8 m K Kühllast infolge von Strahlung durch die Fenster sonnenbeschienene Fensterfläche nicht sonnenbeschienene Fensterfläche Q ( A S (19,15m max ( A 481 m trans A ) 1,01m diff,max A A ) b S A a trans trans 0,95 0,16m A 13 ) 0,5 0,8 3737,8 m 0,95 19,15m² 0,16m 19,15m 1,01m März 013/CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 8/9

9 Äußere Kühllast Q Q Q Q 117,9 483,8 3737, = 4340 A T S 8 Lösung 3 Trockene Kühllast Raum: Q KR, tr Q P, tr Q Bl Q A , = 7960 Feuchte Kühllast Raum: Q = 190 Q KR, f P, f /CS Heiz- und Kühllast AufgabeMusterlösung.docx 9/9

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