Die Neuerungen der Norm
Zu den Neuerungen gehören unter anderem:
- Berechnung der Raumlufttemperatur, der operativen (empfundenen) Temperatur, der Kühl- und Heizlast bei Vorgabe der erforderlichen Randbedingungen,
- Kopplung aktiver Anlagenkomponenten (Bauteilaktivierung (TABS), Flächenheizung und -kühlung) an das Gebäudemodell,
- instationäre Abbildung von nicht adiabaten Innenwänden,
- Berücksichtigung der Änderung verfügbarer Leistungen von aktiven Anlagenkomponenten bei Raumtemperaturänderung,
- Berücksichtigung von mechanischer und natürlicher (freier) Lüftung
- Berücksichtigung von Betriebsweise und Anlagenstrategie der Anlagenkomponenten,
- Berücksichtigung eines zulässigen Schwankungsbereiches für die Raumtemperatur und
- die ermittelte Kühllast wird in einen Konvektions- und Strahlungsanteil ausgewiesen.
Wegweiser und Grundlagen
In einer anschaulichen Grafik gibt ein „Wegweiser“ einen Überblick über die Norm und die dazugehörigen Richtlinien, insbesondere die VDI 6007 ([4] bis [6]).
Der Entwurf der VDI 2078 [1] basiert auf dem „Raummodell“ der VDI 6007 Blatt 1 [4] und integriert die Algorithmen dieser Richtlinie und die der Blätter 2 (Fenstermodell) [5] und 3 (Modell der solaren Einstrahlung) [6]. Die Berechnung transparenter Bauteile [5] basiert unter anderem auf einem berechneten Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert). Weiterhin sind in einer Tabelle Kennwerte (berechnet nach [5]) für die Kombination als Verglasung und Sonnenschutz für Standardfälle ausgewiesen.
Mit der Definition einer „Cooling Design Period (CDP)“ und eines „Cooling Design Days (CDD)“ ist eine Vereinheitlichung der Anlaufrechnung bei korrekter Berücksichtigung der Wärmespeicherung gegeben und auf die Berechnung eines eingeschwungenen Zustandes wird verzichtet.
Neben der detaillierten Begriffsdefinition (so z. B. Kühllast = sensible Kühllast, Angabe als negativer Wert) und den verwendeten Abkürzungen werden die meteorologischen Daten (Kühllastzonen und Testreferenzjahr) sowie das Gebäude und dessen Nutzung dargelegt.
Berechnungen und Schätzverfahren
Ausführlich werden die Berechnungsgrundlagen dokumentiert und in einem gesonderten Kapitel ein Abschätzverfahren vorgestellt. Es basiert auf [3], wobei wesentliche erläuternde Inhalte zu den einzelnen Gleichungsbestandteilen und Genauigkeitsbetrachtungen ausführlich [7] zu entnehmen sind. Es berücksichtigt
- die Speicherfähigkeit des Raumes,
- den zulässigen Schwankungsbereich der Raumsolltemperatur,
- die reale Betriebszeit,
- alle Quellen und Senken und
- die örtlichen Außenklimaparameter (Kühllastzone).
Die Kapitel 9 und 10 enthalten Testbeispiele und grundlegende Aussagen über die Validierung für die Programmerstellung.
Anhänge mit Definitionen und Informationen
Der Anhang A beinhaltet Aussagen zur Definition von CDP und CDD, zur Kühllast- und Raumtemperaturberechnung, Näherungsformeln für den Luftaustausch über Fenster und Hinweise für die rechentechnische Umsetzung der Algorithmen. Der Anhang B enthält Informationen zu meteorologischen Daten, Kennwerten zu transparenten Fassaden und zu Wärmequellen. Der Anhang C beschreibt Typräume, Testbeispiele und gibt zwei Beispiele zur Kühllastabschätzung im Vergleich zu den Ergebnissen nach den Berechnungsalgorithmen.
Zusammenfassung
Der Entwurf der VDI 2078 stellt ein Verfahren dar, das sowohl den Anforderungen an die Validierung nach europäischen Richtlinien gerecht wird als auch die Berechnung des instationären Verhaltens von Räumen und Gebäuden nach aktuellen Modellen widerspiegelt. Das Verfahren
- definiert die Berechnungsmethode für einen Auslegungstag und eine Auslegungsmethode zur Ermittlung der Heiz- und Kühllast bei Vorgabe von Randbedingungen sowie der sich einstellenden Raumlufttemperatur und operativer Temperatur,
- berücksichtigt das Außenklima entsprechend TRJ und bietet die Möglichkeit der Anpassung der Wetterdaten und
- berücksichtigt aktive Anlagenkomponenten, wie z. B. TABS, Flächenkühlung und -heizung und deren Leistungsänderung.
Ein Abschätzverfahren bietet die Möglichkeit, sowohl in der Planung den Einfluss wesentlicher Parameter auf die Kühllast abzuschätzen als auch in der Lehre die Bedeutung und den Einfluss der Parameter auf das Ergebnis zu vermitteln.
Es werden Handlungsanweisungen für die Programmierung gegeben sowie Beispiele für die Validierung der Erstellung der Software vorgegeben. -
Literatur:
[1] VDI 2078 (Entwurf): Berechnung von Kühllast und Raumtemperaturen von Räumen und Gebäuden (VDI-Kühllastregeln). Berlin: Beuth Verlag, März 2012
[2] VDI 2078: VDI-Kühllastregeln. Berlin: Beuth Verlag, Juli 1996
[3] DIN V 18599: Energetische Bewertung von Gebäuden Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung (Teil 2). Berlin: Beuth Verlag, Februar 2007
[4] VDI 6007 Blatt 1: Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden Rechenkern für das Raummodell. Berlin: BeuthVerlag, März 2012
[5] VDI 6007 Blatt 2 (Entwurf): Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden Rechenkern für das Raummodell. Berlin: Beuth Verlag, August 2009
[6] VDI 6007 Blatt 3: Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden Rechenkern für das Raummodell. Berlin: BeuthVerlag, März 2012
[7] David, R. u. a.: Heizen, Kühlen, Belüften & Beleuchten Bilanzierungsgrundlagen nach DIN V 18 599. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2006
Prof. Dr.-Ing. Achim Trogisch
HTW Dresden, Fakultät Maschinenbau/Verfahrenstechnik, LG TGA
