VDI 2078-2015 Calculation of thermal loads and room temperatures (design cooling load and annual simulation).pdf

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1、ICS 91.140.30 VDI-RICHTLINIEN Juni 2015 June 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen (Auslegung Khllast und Jahressimulation) Calculation of thermal loads and room temperatures (design cooling load and annual simulation) VDI 2078 Ausg. deutsch/englisch

2、 Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG) Fachbereich Technische Gebudeausrctung

3、 VDI-Handbuch Raumlufttechnik VDI-Handbuch Architektur VDI-Handbuch Bautechnik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgaben:07.96;03.12Entwurf,deutsch;VDI2078 Blatt1:2003-02Zu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772

4、Berlin AlleRechtevorbehalten/All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Formereditions:07.96;03.12Draft,inGerman only;VDI2078 Part1:2003-02Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 3 Einleitung . 3 1 Anwendungsbereich . 8 2 Normative Verweise 9 3 Begriffe 10 4 Abkrzungen . 12 5 Ver

5、wendung meteorologischer Daten 12 5.1 Klimazonen (Khllastzonen) und Testreferenzjahre (TRY) 12 5.2 Sonneneinstrahlung und Beschattung 15 5.3 Tageslicht . 17 6 Gebude 18 6.1 Gebudebeschreibung 18 6.2 Gebudenutzung und Nutzungsperioden 21 7 Berechnungsgrundlagen . 38 7.1 Randbedingungen 38 7.2 Raummod

6、ell . 45 7.3 Definition der Einschwingperioden . 46 7.4 Khllast- und Raumtemperaturberechnung 49 8 Testbeispiele . 57 8.1 Aufgabenstellung . 58 8.2 Erluterung der Ergebnisse 64 8.3 Hinweise zur Genauigkeit von Berechnungsergebnissen der Testbeispiele 76 9 Validierung 77 9.1 Systematik der Validierun

7、g 77 9.2 Validierungsmastbe und Validierungsdetails 79 9.3 Nachweis der Validierung Fall A und Fall B 80 9.4 Nachweis der Validierung Fall C . 81 Preliminary note . 3 Introduction 3 1 Scope . 8 2 Normative references . 9 3 Terms and definitions 10 4 Abbreviations 12 5 Using meteorological data . 12

8、5.1 Climatic zones (cooling load zones) and test reference years (TRY) 12 5.2 Insolation and shading . 15 5.3 Daylight . 17 6 Building . 18 6.1 Building description . 18 6.2 Building usage and usage periods . 21 7 Calculation basis 38 7.1 Boundary conditions 38 7.2 Room model 45 7.3 Definition of se

9、ttling periods . 46 7.4 Calculation of cooling load and room temperature 49 8 Test examples . 57 8.1 Task definition . 58 8.2 Explanation of the results 64 8.3 Notes on the accuracy of test example calculation results . 76 9 Validation 77 9.1 Systematic validation . 77 9.2 Validation criteria and va

10、lidation details . 79 9.3 Verification of validation case A and case B . 80 9.4 Verification of validation case C . 81 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 2078 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Seite Anhang A Berechnungsal

11、gorithmen . 86 A1 Definition Berechnung CDP und CDD 86 A2 Khllast- und Raumtemperaturberechnung 96 A3 Nherungsformeln fr den Luftaustausch ber Fenster fr VDI 2078 . 110 A4 Hinweise fr die rechentechnische Umsetzung der Algorithmen 113 Anhang B Kennwerte . 116 B1 Meteorologische Daten 116 B2 Khllastz

12、onen (KLZ) . 118 B3 Kennwerte transparenter Fassaden (Verglasung und Sonnenschutz) 123 B4 Belastungsfaktoren fr Abluftleuchten 130 Anhang C Testbeispiele 131 C1 Kennwerte der Beispielrume 131 C2 Test- und Validierungsbeispiele, Inhalt Datentrger 136 Anhang D Abschtzverfahren . 137 D1 Abschtzung der

13、maximalen Khllast . 137 D2 Beispiel fr die Khllastabschtzung . 143 Anhang E Formblatt fr eine Konformittserklrung. 147 Schrifttum 149 Page Annex A Calculation algorithms . 86 A1 Definition CDP and CDD calculation 86 A2 Cooling load and room temperature calculation 96 A3 Approximation formulae for ai

14、r exchange via windows for VDI 2078 . 110 A4 Notes on the computational implementation of the algorithms 113 Annex B Characteristics 116 B1 Meteorological data . 116 B2 Cooling load zones (KLZ) . 118 B3 Parameters for transparent faades (glazing and sunshading) . 123 B4 Loading factors for ventilate

15、d lights 130 Annex C Examples 131 C1 Parameters of exemplary rooms. 131 C2 Test and validation examples, content of data carrier . 136 Annex D Estimation 137 D1 Estimate of the maximum cooling load . 137 D2 Example for cooling load estimate 143 Annex E Model declaration of conformity 148 Bibliograph

16、y 149 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 2078 3 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbe

17、sondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-

18、Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are res

19、erved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/rich

20、tlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Zum Zeitpunkt der Bearbeitung der letzten Ausga-be der Richtlinie VDI 2078 (Mitte der 1980er-Jahre) war es noch sinnvoll, bei einem Rechenver-fahren auf Rechenzeiten zu a

21、chten und ein alterna-tives vereinfachtes Verfahren (Handverfahren) anzubieten. Das damals gewhlte Verfahren mit Typrumen und Gewichtsfunktionen, das heit mit vorausberechneten Gewichtsfaktoren, erfllte die Anforderung nach kurzen Rechenzeiten. Aufgrund der erforderlichen Normierung der Bauteile auf

22、 U = 1 W/(m2K) und A = 1 m2und der darauf fol-genden Denormierung konnten die Ergebnisse nur fr die zugrunde liegenden Typrume korrekt sein. Die ber die Normierung verloren gegangene Rei-henfolge der Wandschichten fhrte zu einer Ver-nderung der wirksamen Speicherkapazitt. Die Begrenzung der Anzahl d

23、er Gewichtsfaktoren hatte zur Folge, dass sehr schwere Rume nicht mehr korrekt abgebildet werden konnten. Fr die Innen-wnde wurde ein adiabates Wandverhalten ange-nommen und abweichende Nachbarraumtempera-turen wurden nur stationr bercksichtigt, was bei Raumtemperaturnderungen in den Nachbarru-men o

24、ft zu unsinnigen Resultaten fhrte. Bei Au-enbauteilen waren nur vordefinierte Bauteil-schichten in Bezug zu nehmen. Dies hatte zur Fol-ge, dass dabei eine Bewertung des Speicherverhal-tens unterschiedlicher Wandaufbauten nur abge-schtzt und nicht berechnet werden konnte. Die dabei vorgeschriebene Ei

25、nschwingdauer von 14 Tagen (mit gleichen maximalen Temperaturen und maximaler Strahlung) verringerte zwar die Fehler hinsichtlich der wirksamen Speicherkapazi-tt, da ein nahezu voll eingeschwungener Zustand berechnet wurde, fhrte aber zu einer nicht uner-heblichen berdimensionierung der Anlagen. Die

26、 Berechnung von Raumtemperaturen war, abgese-hen von einer Berechnung fr einen der vier vorde-Introduction At the time of revising the last version of the standard VDI 2078 (in the mid-1980s), it still made sense to pay attention to the computation times required by computer-based methods and to off

27、er an alternative simplified (manual) method. The method chosen at that time, with type rooms and weighting functions, i.e. with precalculated weighting factors, met the requirement for short computation times. Due to the required normalisa-tion of the building components to U = 1 W/(m2K) and A = 1

28、m2and the subsequent denormalisation, the results could be correct only for the underlying type rooms. Losing the sequence of wall layers through normalisation, brought about a change in the effective storage capacity. Limiting the number of weighting factors resulted in very heavy rooms which could

29、 no longer be modelled correctly. For the inner walls, adiabatic behaviour was assumed and variant adjacent room temperatures were al-ways treated as stationary, which in the case of temperature changes in the adjacent rooms often led to nonsensical results. For exterior building components, only pr

30、edefined building component layers were considered. The result was that the storage behaviour of different wall structures could only be estimated and not calculated. The specified settling time of 14 days (with the same maximum temperatures and maximum radiation) did reduce the errors as regards th

31、e effective storage capacity, since an almost fully settled state was calculated, but led to a considerable overdimensioning of the systems. The calculation of room temperatures was not meaningful, other than calculation for one of the four predefined type rooms, and there was no provision for calcu

32、lating the operative temperature.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 4 VDI 2078 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 finierten Typrume, nicht aussagekrftig und die Berechnung der operativen Temperatur nicht vor-gesehen. Der in dies

33、er Richtlinie neu eingefhrte Begriff Raum vom Typ “ hat eine andere Bedeutung als der Begriff Typraum “ in der Richtlinie VDI 2078:1996. Der jeweils betrachtete reale Raum wird nicht mehr einem Typraum“ zugeord-net. Fr die Berechnung der Khllast und Raum-temperatur sind nun immer die realen Wandauf-

34、bauten mit individuellen stofflichen Kennwerten und der realen Schichtfolge zu verwenden. Die neuen Rume vom Typ XL bis XS sind nur zur Definition der Testbeispiele erforderlich. Neben dem Wegfall der genannten Beschrnkun-gen wurde das Verfahren wesentlich verbessert und erweitert, z. B. um die Kopp

35、lung zwischen thermischer Berechnung, Betriebsweise, aktiven Anlagenkomponenten und Regelstrategien. Des Weiteren wurde eine Erweiterung und Ergnzung der verwendbaren Wetterdaten vorgenommen und der Anwendungsbereich auf alle Gebudearten mit und ohne RLT-Anlagen, Bauteilkhlung und Fens-terlftung erw

36、eitert. Letztere erlaubt u. a. die Be-rechnungen zum Nachweis des sommerlichen Wrmeschutzes. In den letzten Jahren ist der EDV-Einsatz nicht nur fr den Planer, sondern auch fr den Installateur zur Selbstverstndlichkeit geworden. Damit entfal-len die Grnde fr eine starke Vereinfachung der Verfahren a

37、uf Kosten der Genauigkeit und der Bereitstellung von Handverfahren. Bei EDV-An-wendung ist es in einfacher Weise mglich, auf die Stoffdaten von Baustoffschichten, auf Kennwerte fr Verglasungen und andere Datenbanken zuzu-greifen. Der Aufwand fr die Dateneingabe bei der Anwendung eines Programms ist

38、bereits geringer als der fr manuelle Durchfhrung des einfachsten Handrechenverfahrens. Die optimale Auslegung von TGA-Anlagen hat eine nicht zu unterschtzen-de volkswirtschaftliche und energiepolitische Be-deutung. Es ist Aufgabe des Planers, den energeti-schen und wirtschaftlichen Aufwand fr gebude

39、-technische Anlagen zu optimieren. Eine korrekte Berechnung von Khllast und Raumtemperaturen ist dabei eine unabdingbare Voraussetzung. Die leider noch vorhandene Vielfalt der Verfahren fr die gleichen physikalischen Vorgnge (Heizlast, Khllast, Raumtemperaturen, Energiebedarf usw.) ist unntig und un

40、wirtschaftlich. Ein modernes Verfahren zur Bestimmung der Khllast und zur Berechnung von Raumluft- und operativen (empfundenen) Temperaturen muss folgende Aufgaben erfllen: The term “room type ” newly introduced in this standard has a different meaning from the term “type room ” used in standard VDI

41、 2078:1996. The real room under consideration is no longer assigned to a “type room”. Rather, the real wall structures with individual material parameters and the real sequence of layers are always to be used for calculating cooling load and room temperature.The new room types XL to XS are only requ

42、ired for defining the test examples. In addition to getting rid of the aforementioned limitations, the method has been considerably im-proved and extended, e.g. by adding coupling be-tween thermal calculation, operating mode, active system components and control strategies. Moreo-ver, the usable wea

43、ther data have been extended and supplemented and the range of application extended to all types of buildings with and without air-conditioning units, building component cooling and window ventilation. The latter permits, inter alia, calculations for verifying thermal protection in the summer. In re

44、cent years, using computers has become a matter of course not only for the planner but also for the installer. Therefore, no longer are there reasons to simplify the method drastically at the expense of its precision and to provide manual methods. Computers make possible easy access to construction

45、material data, to the parameters of window glazing and to other databases. The re-sources needed for data input when using computer programs, are already less than those needed by the simplest manual calculation method. The im-portance of optimising the design of building ser-vices systems in econom

46、ic and energy conserva-tion terms, should not be underestimated. The planners task is to optimise energy usage and the other economic costs of such systems, with correct calculation of cooling load and room temperatures being a vital prerequisite. Unfortunately, the cur-rent plethora of methods for

47、dealing with the same physical processes (heating load, cooling load, room temperatures, energy requirements, etc.) is unnecessary and wasteful. A modern method for determining the cooling load and for calculating room air and operative (per-ceived) temperatures must fulfil the following tasks: B55E

48、B1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 2078 5 Berechnung der Heiz- oder Khllast, aufgeteilt in: konvektiven Anteil strahlenden Anteil Flchenheizung oder -khlung Berechnung der Temperaturen: Raumlufttemp

49、eratur operative Temperatur Der Rechenkern nach VDI 6007 Blatt 1 erfllt diese Anforderungen. Das Fenstermodell nach VDI 6007 Blatt 2 beendet den unbefriedigenden Zustand hinsichtlich unzureichender Angaben zum Sonnenschutz. Eine Tabelle mit den Kennwerten der wichtigsten Kombinationen aus Verglasung und Sonnenschutz ist in dieser Richtlinie (An-hang B3) aufgenommen. Flchenkhlung und -heizung, die das Raumverhalten beeinflussen, sind in d