Berechnung der Kühllast nach VDI 2078:2015

Abstract

The presentation is about the cooling load calculation according to VDI 2078:2015.

visit: www.ilkdresden.de/kuehllast

Full text

Institut für Luft- und Kältetechnik
gemeinnützige Gesellschaft mbH
Andreas Hantsch
Berechnung der Kühllast nach
VDI 2078:2015
eLBau-Live, Weimar, 11.05.2016
Bertolt-Brecht-Allee 20
01309 Dresden, Deutschland
Web: www.ilkdresden.de
E-Mail: Andreas.Hantsch@ilkdresden.de
Tel.: +49-351-4081-684

1) Einleitung
2) Grundlagen zur Kühllastberechnung
3) Beispiele
4) Zusammenfassung
2Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Inhalt

1) Einleitung
2) Grundlagen zur Kühllastberechnung
3) Beispiele
4) Zusammenfassung
3Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Einleitung
Inhalt

•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 4108-2
•Umsetzung in validierter Anwendersoftware, wie:
–Gebsimu
–mh-Software
–SOLAR-COMPUTER
https://www.vdi.de/technik/artikel/validierung-und-konformitaetserklaerung/
4Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Einleitung
Motivation

5Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Einleitung
Normative Zusammenhänge
VDI 6020
Anforderungen,
Validierung
VDI 2078
Kühllast, Jahres-
simulation
VDI 6007-1
Raummodell VDI 6007-2
Fenstermodell VDI 6007-3
Modell solarer
Einstrahlung
DIN 4108-2
Sommerlicher
Wärmeschutz
VDI 2067-10
Referenz-
energiebedarf

1) Einleitung
2) Grundlagen zur Kühllastberechnung
Wetterdaten
VDI 2078:2015
VDI 6007-1:2015
VDI 6007-2:2012
VDI 6007-3:2015
3) Beispiele
4) Zusammenfassung
6Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Grundlagen der Kühllastberechnung
Inhalt

•Auslegung nach VDI 2078
–5 Kühllastzonen in Deutschland
–Berücksichtigung von Großstadtlagen möglich
•kleinere Temperaturamplitude Tag-Nacht
•höheres Temperaturniveau
•Jahressimulation nach VDI 2078
–15 Zonen in Deutschland, zu
sog. Testreferenzjahren
zusammengefasst
–Berücksichtigung von:
•extremen Wintern oder
Sommern
•Großstadtlagen
•größeren Höhen
7Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Grundlagen der Kühllastberechnung
Wetterdaten

•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)
8Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Grundlagen der Kühllastberechnung
VDI 2078:2015 (Kühllast und Jahressimulation)

•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 6007-1, S. 11ff.)
9Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Grundlagen der Kühllastberechnung
VDI 6007-1:2015 (Raummodell)

•Modell zur Berechnung von Transmissionsgraden gunter
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
10Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Grundlagen der Kühllastberechnung
VDI 6007-2:2012 (Fenstermodell)

•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
11Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Grundlagen der Kühllastberechnung
VDI 6007-3:2015 (Modell solarer Einstrahlung)

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
12Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Inhalt

•Geometrie
–einzelner Raum mit LxBxH = 5x4x2,5m3
–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 Nichtarbeits-
tagen
–Sonnenschutz geschlossen bei direkter Bestrahlung
13Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Geometrie und Randbedingungen 1

14Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Geometrie und Randbedingungen 2

•Vergleich Normallage (A) und Großstadtlage (B, höhere Mitteltem-
peratur, kleinere Temperaturamplitude)
15Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Einfluss der Großstadtlage
Größe
Einheit
A
B
B/A
maximale Kühllast
W
-
1008
-
1057
1,049
BA

•Vergleich Bauschwere:   
,   

16Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Einfluss der Bauschwere
B
Größe
Einheit
A
B
B/A
maximale Kühllast
W
-
1008
-
947
0,939
A

•Regelung auf konstante Raumtemperatur (A), zulässige Schwankung
2 K (B)
17Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Einfluss der Raumtemperaturregelung 1
Größe
Einheit
A
B
B/A
maximale Kühllast
W
-
1008
-
796
0,790
Max. Raumtemperatur
°
C
23,0
25,0
A B

•Regelung auf konstante Raumtemperatur (A), zulässige Schwankung
2 K bei Solltemperatur 21 °C (B)
18Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Einfluss der Raumtemperaturregelung 2
Größe
Einheit
A
B
B/A
maximale Kühllast
W
-
1008
-
849
0,842
Max. Raumtemperatur
°
C
23,0
23,0
A B

•Raum mit Südfenster (A) und um 180°gedreht mit Nordfenster (B)
•Sonnenschutz bei direkter Sonneneinstrahlung geschlossen
19Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Einfluss der solaren Einstrahlung
A
Größe
Einheit
A
B
B/A
maximale Kühllast
W
-
1008
-
1205
1,195
B
September!

•Vergleich Sonnenschutz außen (A) und innen (B)
20Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Einfluss der Position des Sonnenschutzes
A
Größe
Einheit
A
B
B/A
maximale Kühllast
W
-
1008
-
1725
1,711
B
September!

•Vergleich konvektives Kühlsystem (A) und Kühldecke (B)
21Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Beispiele
Einfluss strahlender Quellen/Senken
A
Größe
Einheit
A
B
B/A
maximale Kühllast
W
-
1008
-
1493
1,481
B

•Kühllastbegriff in VDI 2078:2015 definiert
•Berechnungsmodell in VDI 6007-1, -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
22Hantsch (www.ilkdresden.de): Berechnung Kühllast (VDI 2078)
Zusammenfassung