Berechnung der Kühllast nach VDI 2078:2015

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1 Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbh Bertolt-Brecht-Allee Dresden, Deutschland Web: Tel.: Andreas Hantsch Berechnung der Kühllast nach VDI 2078:2015 elbau-live, Weimar,

2 Inhalt 1) Einleitung 2) Grundlagen zur Kühllastberechnung 3) Beispiele 4) Zusammenfassung 2

3 Einleitung Inhalt 1) Einleitung 2) Grundlagen zur Kühllastberechnung 3) Beispiele 4) Zusammenfassung 3

4 Einleitung Motivation Berechnungsziele: Auslegung einer Kälteanlage: maximale Kühllast am Ende der 19-tägigen Cooling Design Period (CDP) Nachrechnen der Auslegung: Jahressimulation mit stündlichen Wetter- und Lastdaten Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes mit Randbedingungen nach DIN Umsetzung in validierter Anwendersoftware, wie: Gebsimu mh-software SOLAR-COMPUTER 4

5 Einleitung Normative Zusammenhänge VDI 6020 Anforderungen, Validierung VDI Referenzenergiebedarf VDI Raummodell VDI 2078 Kühllast, Jahressimulation VDI Fenstermodell DIN Sommerlicher Wärmeschutz VDI Modell solarer Einstrahlung 5

6 Grundlagen der Kühllastberechnung Inhalt 1) Einleitung 2) Grundlagen zur Kühllastberechnung Wetterdaten VDI 2078:2015 VDI :2015 VDI :2012 VDI :2015 3) Beispiele 4) Zusammenfassung 6

7 Grundlagen der Kühllastberechnung Wetterdaten Auslegung nach VDI Kühllastzonen in Deutschland Berücksichtigung von Großstadtlagen möglich kleinere Temperaturamplitude Tag-Nacht höheres Temperaturniveau Jahressimulation nach VDI Zonen in Deutschland, zu sog. Testreferenzjahren zusammengefasst Berücksichtigung von: extremen Wintern oder Sommern Großstadtlagen größeren Höhen 7

8 Grundlagen der Kühllastberechnung VDI 2078:2015 (Kühllast und Jahressimulation) Kühllast: durch haustechnische Anlage, in Raum konvektiv und/oder strahlend entzogene Leistung, um Raumluftsolltemperatur einzuhalten Auslegungsperiode (sog. cooling design period, CDP) bis zum Auslegungstag ( cooling design day, CDD) 8

9 Grundlagen der Kühllastberechnung VDI :2015 (Raummodell) Verwendung des sog. 2-Kapazitäten-Modells; Unterscheidung und jeweilige Zusammenfassung von Bauteilen mit: beidseitig gleichen Randbedingungen (z.b., Wärmeübergangskoeffizienten, Strahlung, Temperaturen): adiabates Bauteil oder Innenwand i.s.d.r unterschiedlichen Randbedingungen: nicht-adiabate Bauteile oder Außenwand i.s.d.r vor Berechnung bereits festgestellt welcher Bauteiltyp vorliegt; keine Aktualisierung während der Berechnung vorgesehen Unterschiedliche modellhafte Behandlung der beiden Bauteilklassen (siehe VDI , S. 11ff.) 9

10 Grundlagen der Kühllastberechnung VDI :2012 (Fenstermodell) Modell zur Berechnung von Transmissionsgraden g unter Berücksichtigung von Strahlungstransmission Sekundäre Wärmeabgabe, wie Wärmestrahlung Konvektion Lüftung Bereitstellung tabellierter Transmissionsgrade für verschiedene Kombinationen aus Aufbau transparenter Fassaden (einfach, doppelt) Glas (Anzahl der Scheiben, Beschichtung) Sonnenschutz (Gewebe, Lamellen, innen, mittig, außen, ) Manuelle Festlegung von Transmissionsgraden möglich 10

11 Grundlagen der Kühllastberechnung VDI :2015 (Modell solarer Einstrahlung) Modell zur Berechnung solarer Einstrahlung Kurzwellige Einstrahlung (direkt und diffus) Langwellige Einstrahlung (direkt und diffus) Kurzwellige Transmission durch Bauteile (inkl. Sonnenschutz) Grenzwerte für Beleuchtungssteuerung Sonneneinstrahlung und Beschattung Umrechnung von Daten aus meteorologischen Daten (TRY) Bereitstellung von Berechnungsgleichungen Fenstermodell Äquivalente Außenbedingungen des Raummodells 11

12 Beispiele Inhalt 1) Einleitung 2) Grundlagen zur Kühllastberechnung 3) Beispiele Geometrie und Randbedingungen Einfluss der Großstadtlage Einfluss der Bauschwere Einfluss der Raumtemperaturregelung Einfluss solarer Einstrahlung Einfluss der Position des Sonnenschutzes Einfluss strahlender Quellen/Senken 4) Zusammenfassung 12

13 Beispiele Geometrie und Randbedingungen 1 Geometrie einzelner Raum mit LxBxH = 5x4x2,5m 3 Fenster auf Südseite (doppeltverglast, Wärmeschutzglas, Sonnenschutz außen) Fußboden gegen Erdreich Decke gegen Nachbarraum mit gleicher Temperatur Randbedingungen Standort Dresden (Kühllastzone 4, TRY-Zone 4) Nutzungszeit: 8-18 Uhr (5 Personen, 5 Computer, Licht 500 lx) dichte Gebäudehülle (0,2 Luftwechsel/h) konvektive Klimatisierung auf 23 C Raumlufttemperatur an Arbeitstagen, freischwingende Raumtemperatur an Nichtarbeitstagen Sonnenschutz geschlossen bei direkter Bestrahlung 13

14 Beispiele Geometrie und Randbedingungen 2 14

15 Beispiele Einfluss der Großstadtlage Vergleich Normallage (A) und Großstadtlage (B, höhere Mitteltemperatur, kleinere Temperaturamplitude) A B Größe Einheit A B B/A maximale Kühllast W ,049 15

16 Beispiele Einfluss der Bauschwere Vergleich Bauschwere: ρc p A = 736 J m 3 K, ρc p B = 2944 J m 3 K A B Größe Einheit A B B/A maximale Kühllast W ,939 16

17 Beispiele Einfluss der Raumtemperaturregelung 1 Regelung auf konstante Raumtemperatur (A), zulässige Schwankung 2 K (B) A B Größe Einheit A B B/A maximale Kühllast W ,790 Max. Raumtemperatur C 23,0 25,0 17

18 Beispiele Einfluss der Raumtemperaturregelung 2 Regelung auf konstante Raumtemperatur (A), zulässige Schwankung 2 K bei Solltemperatur 21 C (B) A B Größe Einheit A B B/A maximale Kühllast W ,842 Max. Raumtemperatur C 23,0 23,0 18

19 Beispiele Einfluss der solaren Einstrahlung Raum mit Südfenster (A) und um 180 gedreht mit Nordfenster (B) Sonnenschutz bei direkter Sonneneinstrahlung geschlossen A B September! Größe Einheit A B B/A maximale Kühllast W ,195 19

20 Beispiele Einfluss der Position des Sonnenschutzes Vergleich Sonnenschutz außen (A) und innen (B) A B September! Größe Einheit A B B/A maximale Kühllast W ,711 20

21 Beispiele Einfluss strahlender Quellen/Senken Vergleich konvektives Kühlsystem (A) und Kühldecke (B) A B Größe Einheit A B B/A maximale Kühllast W ,481 21

22 Zusammenfassung Kühllastbegriff in VDI 2078:2015 definiert Berechnungsmodell in VDI , -2, -3 definiert Randbedingungen für standardisierte Nachweise: DIN 4108, VDI 2067 Validierung von Software nach VDI 6020 (Nachweis enthält o.g. Richtlinien) z. T. starke Abhängigkeit der Kühllast von: Lage Bauschwere Regelungskonzept Kühlsystem Solare Einstrahlung Sonnenschutz 22