VDI 2067 Blatt 21-2003 Economic efficiency of building installations - Energy effort of benefit transfer - HVAC systems.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREWirtschaftlichkeit gebudetechnischer AnlagenEnergieaufwand der NutzenbergabeRaumlufttechnikEconomic efficiency of building installations Energy effort of benefit transferHVAC systemsVDI 2067Blatt 21 / Part 21Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Raumlufttec

2、hnikVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsch

3、e Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 91.140.30Mai 2003May 2003The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Geltungsbereich und Zwe

4、ck . . . . . . . . . . 22 Zugehrige Vorschriften, Normen undRichtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Bestimmung der Aufwandszahlen. . . . . . . 65 Berechnungsgrundlagen fr den Energieaufwand. . . . . . . . . . . . . . . . . 65.1 Teilbe

5、reiche der Nutzenbergabe . . . . . . 75.1.1 Luftfhrung. . . . . . . . . . . . . . 85.1.2 Lufttransport . . . . . . . . . . . . . 85.1.3 Luftbehandlung. . . . . . . . . . . . 95.2 Vorgehensweise fr die Teilbereiche . . . . 105.2.1 Luftfhrung. . . . . . . . . . . . . . 105.2.2 Lufttransport . . . . .

6、. . . . . . . . 125.2.3 Luftbehandlung. . . . . . . . . . . . 135.3 Ablaufschema zur Berechnung des Energie- und Stoffaufwandes . . . . . . . . 216 Energieaufwand der Luftbehandlung fr ausgewhlte Anlagen. . . . . . . . . . . . . . 266.1 Betriebsweise . . . . . . . . . . . . . . . . 266.1.1 Nutzungs-

7、 und Betriebszeit . . . . . 266.1.2 Regelung des Befeuchtungsgrades . . 266.1.3 Regelung der Wrmerckgewinnung 286.1.4 Regelung der Umluftbeimischung . . 296.1.5 Befeuchtungsgrad = xg, o(22)mitxAUAuenluftfeuchteu Umluftanteil der UmluftbeimischungxAB, uuntere AbluftfeuchtexAB, oobere Abluftfeuchtexg,

8、 uuntere Grenzfeuchte zur Einteilung desh,x-Diagrammsxg, oobere Grenzfeuchte zur Einteilung desh,x-DiagrammsWird die Luft vor der Befeuchtung gekhlt oder er-wrmt, ist dies zu bercksichtigen. Im Befeuchtungs-bereich gilt:Erwrmen frmithAUEnthalpie der AuenluftAB, uuntere AblufttemperaturhAB, u= h (AB,

9、 u; xAB, u) Enthalpie der AblufthB= h (xZU, u; = 1) Enthalpie des Taupunktsder unteren GrenzzuluftfeuchtehgGrenzenthalpie zur Einteilung des h,x-Dia-gramms RckwrmzahlDie Gleichungen (23) und (24) lassen sich umformu-lieren:aus (23) folgt dann:AU= g, o(xAU)(26)xZU, uuxAB, u1 u-xZU, ouxAB, o1 u-hg, ur

10、0 xAUcp,L1 ()-hg, or0 xAUcp,L1 ()-Humidifying forxAU= xg, o(22)wherexAUis the outdoor-air humidityu is the recirculated-air fraction when addingrecirculated airxAB, uis the lower value of exhaust-air humidityxg, uis the upper value of exhaust-air humidityxg, uis the lower limit of humidity for zonin

11、g ofthe h,x diagramxg, ois the upper limit of humidity for zoning ofthe h,x diagramTake into account any cooling or heating of the airprior to humidification. The following applies to thehumidification zone:Heat forwherehAUis the enthalpy of outdoor airAB, uis the lower value of exhaust-air tempera-

12、turehAB, u= h (AB, u; xAB, u) is the enthalpy of exhaustairhB= h (xZU, u; = 1) is the enthalpy at dew pointof lower limit of air-supply humidityhgis the limit value of enthalpy for zoning ofthe h,x diagram is the heat recovery indexEquations (23) and (24) may be put in a different way,(23) yielding:

13、AU= g, o(xAU)(26)xZU, uuxAB, u1 u-xZU, ouxAB, o1 u-hg, ur0 xAUcp,L1 ()-hg, or0 xAUcp,L1 ()-hAU cp,L AU cp,L AB, u= hg, o(24)hBuhAB, u1 u-hBu hAB, u1 u-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights r

14、eserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 18 VDI 2067 Blatt 21 / Part 21mitr0Verdampfungswrme von WasserAUAuenlufttemperaturg(xAU) Grenztemperatur zur Einteilung des h,x-DiagrammsMuss weder be- noch entfeuchtet werden, giltErwrmen frAUAB, o+ = T, o(28)mitAB, oobere AblufttemperaturT, uunte

15、re Grenztemperatur zur Einteilung desh,x-DiagrammsT, oobere Grenztemperatur zur Einteilung desh,x-DiagrammsEntsprechend Bild 8 lsst sich das h,x-Diagrammmit den Bedingungen (21) bis (28) in fnf h,x-Zoneneinteilen.Die Zustandsverlufe in jeder Zone sind hnlich, dadie gleichen Luftbehandlungskomponente

16、n betriebenwerden. In Zone Ia wird die Auenluft vorerwrmt,befeuchtet und nacherwrmt. In Zone Ib sind derKhler, der Befeuchter und der Nacherwrmer in Be-trieb. In Zone II wird die Auenluft nur gekhlt, inZone III gekhlt, entfeuchtet und nacherwrmt. InZone IV wird nur der Nacherwrmer betrieben. DieBetr

17、iebsweise lsst sich auch der Tabelle 1 entneh-men.ZU, uAB, u1 u()1 ()-ZU, oAB, o1 u()1 ()-wherer0is the evaporation heat of waterAUis the outdoor-air temperatureg(xAU) is the temperature limit for zoning of theh,x diagramWhere neither humidifying nor dehumidifying is re-quired, the following applies

18、:Heat forAUAB, o+ = T, o(28)whereAB, ois the upper value of exhaust-air temperatureT, uis the upper temperature limit for zoning ofthe h,x diagramT, ois the lower temperature limit for zoning ofthe h,x diagramApplying conditions (21) through (28) allows toidentify five h,x zones in the h,x diagram,

19、as is shownin Figure 8.As the same air-conditioning components are oper-ated, the state curve is similar for each zone. In zoneIa, the outdoor air is preheated, humidified, and after-heated. In zone Ib, the cooler, humidifier, and after-heater are active. In zone II, the outdoor air is onlycooled, w

20、hereas in zone III, it is cooled, dehumidi-fied, and afterheated. Only the afterheater is active inzone IV. The mode of operation can also be seen fromTable 1.ZU, uAB, u1 u()1 ()-ZU, oAB, o1 u()1 ()-Bild 8. h,x-Zonen der untersuchten KVS-Anlage Fig. 8. h,x zones of the CAV system under consideration

21、B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 VDI 2067 Blatt 21 / Part 21 19 Tabelle 1. Betriebsweise der Luftbehandlungskompo-nentenIm Folge

22、nden werden die Zonen Ia und Ib in man-chen Fllen zu einer Befeuchtungszone I zusammen-gefasst.2. Schritt: Auswertung der WetterdatenFr die Auswertung sind die fr die Bedarfsbestim-mung nach VDI 2067 Blatt 10 zugrunde gelegtenstndlichen Wetterdaten heranzuziehen. Zunchst istfr jede Zone z durch Aufs

23、ummieren die Zahl derStunden t(z)zu bestimmen, in denen der Auenluftzu-stand innerhalb der Zonengrenzen liegt. In einemzweiten Schritt ist der mittlere Auenluftzustandin jeder Zone z zu bestimmen:(29)(30)Bei der Summierung sind dabei nur die Auenluftzu-stnde AU(z), xAU(z)zu bercksichtigen, die inner

24、halbder Grenzen der betrachteten Zone z liegen. Die Aus-wertung der Wetterdaten ist zweckmigerweise miteinem Hilfsprogramm vorzunehmen.3. Schritt: Berechnung des Stoff- und EnergieaufwandsMit dem mittleren Auenluftzustand, dem bereits inSchritt 1 bestimmten Zuluftzustand und den Be-triebsparametern

25、der Anlage lsst sich fr jede h,x-Zone ein mittlerer Zustandsverlauf bestimmen. Derfr die Wrmerckgewinnung und Umluftbeimi-schung eingesetzte Abluftzustand lsst sich fr jedeh,x-Zone entsprechend den betriebenen Anlagen-komponenten berechnen. Werden die Jahresstundent(z)dann als Betriebsstunden angese

26、tzt, lassen sichder Energie- und Stoffaufwand der RLT-Anlagen-komponenten zonenweise berechnen. Fr den Stoff-aufwand des Befeuchters in Zone Ia gilt dann:Komponenteh,x-ZoneVE K BE NEIa an aus an anIb aus an an anII aus an aus ausIII aus an aus anIV aus aus aus anAU z()xAU z();AU z()AU z()tz()t 0=876

27、0=xAU z()xAU z()tz()t 0=8760=Table 1. Mode of operation of air-conditioning com-ponentsZones Ia and Ib will, in some cases below, be treatedas one humidification zone I.Step 2: Analysis of meteorological dataFor this analysis, use the hourly meteorological dataupon which the determination of demands

28、 as perVDI 2067 Part 10 is based. First, establish, by sum-mation, the number of hours for each zone z, t(z), dur-ing which the state of the outdoor air lies within thelimits of the respective zone. Then determine the av-erage state of the outdoor air, , in eachzone z:(29)(30)Sum up only those state

29、s of the outdoor air, AU(z),xAU(z), which lie within the limits of the zone z underconsideration. Analysis of the meteorological data isconveniently performed using a software tool.Step 3: Calculation of material and energy effortsAn average state curve for each h,x zone can be deter-mined on the ba

30、sis of the average state of the outdoorair, the state of the air supply determined in step 1,and the operating parameters of the system. The stateof the exhaust air assumed for heat recovery and ad-dition of recirculated air can be calculated for eachh,x zone according to the system components oper-

31、ated. If the number of hours per year, t(z), is then as-sumed to be the number of operating hours, the en-ergy and material efforts of the HVAC componentscan be calculated for each zone. Consequently, thematerial effort of the humidifier in zone Ia is:componenth,x zoneVE K BE NEIa on off on onIb off

32、 on on onII off on off offIII off on off onIV off off off onAU z()xAU z();AU z()AU z()tz()t 0=8760=xAU z()xAU z()tz()t 0=8760=(31)hAU z()cp,LAU z()= + xAU z()r0cp,D+ AU z()B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stan

33、d 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 20 VDI 2067 Blatt 21 / Part 21mitm1, W, BE (Ia)Wasseraufwand des Befeuchters frZone Iat(Ia)Jahresstunden des Auenluftzustandesin Zone Iamittlere Auenluftfeuchte in Zone IaDer Energieaufwand des Vorerwrmers ist in Zone Iadurchmi

34、tQ1, VE(Ia)Energieaufwand des Vorerwrmers frZone Iamittlere Auenluftenthalpie in Zone Iamittlere Auenlufttemperatur in Zone Iagegeben.Der Energieaufwand des Nacherwrmers in Zone Ialsst sich wie folgt berechnen:Q1, NE (Ia)= t(Ia) cp,L ZU, u B(34)mitQ1, NE (Ia)Energieaufwand des Nach-erwrmers fr Zone

35、IaB= (xZU, u, = 1) Taupunkttemperatur der un-teren Grenz-ZuluftfeuchteAnalog dazu lassen sich die Gleichungen zur Berech-nung des Energie- und Stoffaufwands der Kompo-nenten fr die h,x-Zonen Ib, II, III und IV herleiten:xAU Ia()hAU Ia()AU Ia()m1, Lwherem1, W, BE (Ia)is the water effort of the humidi

36、fier forzone Iat(Ia)is the number of hours per year duringwhich the outdoor-air state lies inzone Iais the average outdoor-air humidity inzone IaThe energy effort of the preheater in zone Ia iswhereQ1, VE(Ia)is the energy effort of the preheater for zoneIais the average enthalpy of outdoor air inzon

37、e Iais the average outdoor-air temperature inzone IaThe energy effort of the afterheater in zone Ia can becalculated as follows:Q1, NE (Ia)= t(Ia) cp,L ZU, u B(34)whereQ1, NE (Ia)is the energy effort of the after-heater for zone IaB= (xZU, u, = 1) is the dew-point temperature oflower limit of air-su

38、pply humi-dityThe equations for calculating the energy and materialefforts of the components for the h,x zones Ib, II, III,and IV can be derived analogously:xAU Ia()hAU Ia()AU Ia()m1, Lm1, W, BE (Ia)= t(Ia) xZU, u u xAB, u (1 u) (32)m1, LxAU Ia()(33)Q1, VE Ia()m1, LtIa()hBu hAB, u1u()= hAU Ia()cp,L+

39、 AB, uAU Ia()() Q1, K (Ib)= t(Ib) hB u hAB, u (1 u) (35)m1, W, BE (Ib)= t(Ib) xZU, u u xAB, u (1 u) (36)Q1, NE (Ib)= t(Ib) cp,L ZU, u B(7Q1, K (II)= t(II) cp,L ZU, o u AB, o (1 u) (38)m1, W, K (III)= t(III) xZU, o u xAB, o (1 u) (39)Q1, K (III)= t(III) cp,L E u AB, u (1 u) (40)Q1, NE (III)= t(III) c

40、p,L ZU, u E(41)Q1, NE (IV)= t(IV) cp,L ZU, u u AB, u (1 u) (42)m1, L hAU Ib()cp,L+ AB, uAU(Ib)() m1, LxAU Ib()m1, Lm1, L AU(II)+ AB, oAU(II)()()m1, LxAU III()m1, L AU(III)+ AB, uAU(III)() m1, Lm1, L AU(IV)+ AB, uAU(IV)()()B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19

41、CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 VDI 2067 Blatt 21 / Part 21 21 mitQ1, K (Ib)Energieaufwand des Khlers fr ZoneIbm1, W, BE (Ib)Wasseraufwand des Befeuchters frZone IbQ1, NE (Ib)Energieaufwand des Nacherwrmer

42、sfr Zone IbQ1, K (II)Energieaufwand des Khlers fr ZoneIIQ1, K (III)Energieaufwand des Khlers fr ZoneIIIm1, W, K (III)Kondenswassermenge des Khlers frZone IIIQ1, NE (III)Energieaufwand des Nacherwrmersfr Zone IIIQ1, NE (IV)Energieaufwand des Nacherwrmersfr Zone IVt(z)Jahresstunden des Auenluftzustand

43、esin Zone zmittlere Auenluftfeuchte in Zone zmittlere Auenluftenthalpie in Zone zUmittlere Auenlufttemperatur in Zone zE= (xZU, o, = 1) Taupunkttemperatur der obe-ren Grenz-ZuluftfeuchtehE= h (xZU, o, = 1) Enthalpie des Taupunkts deroberen Grenz-ZuluftfeuchtehB= h (xZU, u, = 1) Enthalpie des Taupunk

44、ts derunteren Grenz-Zuluftfeuchte5.3 Ablaufschema zur Berechnung des Energie- und StoffaufwandsMit den aus VDI 2067 Blatt 10 und 11 ermittelten Be-darfswerten fr das Heizen Q0, H, Khlen Q0, K, Be-feuchten Q0, Bund Entfeuchten Q0, E, dem bei derAuslegung definierten Zuluftbedarf des Raumesund der Nut

45、zungszeit tNTZbzw. BetriebszeittBTRkann der Energie- und Stoffaufwand der RLT-Anlage ausgehend von Abschnitt 5.2.1 Luftfhrunggem dem Ablaufschema und der folgendenTabelle 2 berechnet werden. An dieser Stelle seinochmals darauf hingewiesen, dass zur Berechnungder Bedarfswerte nur die Auenluftstrme be

46、rck-sichtigt werden drfen, die durch das Gebude oderdie Nutzung direkt vorgegeben werden (siehe Ab-schnitt 5.2).xAU z()hAU z()AU z()m0,LwhereQ1, K (Ib)is the energy effort of cooler for zone Ibm1, W, BE (Ib)is the water effort of humidifier forzone IbQ1, NE (Ib)is the energy effort of afterheater forzone IbQ1, K (II)is the energy effort of cooler for zone IIQ1, K (III)is the energy effort of cooler for zoneIIIm1, W, K (III)is the quantity of condensed water forzone IIIQ1, NE (III)is the ener