VDI 2169-2012 Functional checking and yield rating of solar thermal systems.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREFunktionskontrolle und Ertragsbewertung bei solarthermischen AnlagenFunctional checking and yield ratingof solar thermal systemsVDI 2169Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch SanitrtechnikVDI-Handbuch Wrme-/HeiztechnikVDI-Handbuch Ressourcenmanagement in der

2、 UmwelttechnikVDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2012Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsc

3、he Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 27.160 Oktober 2012 October 2012Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . 4

4、3 Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Funktionskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . 44.1 Automatische Funktionskontrolle. . . . . . 44.2 Manuelle Funktionskontrolle . . . . . . . . 85 Ertragsbewertung. . . . . . . . . . . . . . . . 145.1 Anforderungen an Instrumente des Soll-Ist-

5、Vergleichs . . . . . . . . . . . . . 165.2 Automatische Ertragsbewertung . . . . . . 185.3 Methoden zur Prfung von Ertragsvorhersagen . . . . . . . . . . . . . 415.4 Besonderheiten bei Ertragszusagen . . . . . 49Anhang A Fehlerliste . . . . . . . . . . . . . . . 51Anhang B Ergnzung zu Abschnitt 5.2.

6、4.1 Vorgehen bei zu hohen Speicher-verlusten . . . . . . . . . . . . . . . . 65Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、. . . . 32 Normative references . . . . . . . . . . . . . 43 Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Functional checking . . . . . . . . . . . . . . 44.1 Automatic functional checking . . . . . . . 44.2 Manual functional checking . . . . . . . . 85 Yield rating . . . . . . . . . . . . .

8、. . . . . . 145.1 Requirements to be met by tools for target-versus-actual comparison . . . . . . 165.2 Automatic yield rating . . . . . . . . . . . 185.3 Methods for checking predicted yields . . . 41 5.4 Specifics with regard to yield promises . . 49Annex A Fault list . . . . . . . . . . . . . . .

9、 . . 58Annex B Supplement to Section 5.2.4.1 Procedure in case of excessive storage losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Frhere Ausgabe: 09.10 Entwurf, deutsch Former edition: 09/10Draft, in German onlyThe German version of this guidelin

10、e shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG)Fachbereich Technische GebudeausrstungB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8ED9NormCD - Stand 2012-10Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Inge

11、nieure e.V., Dsseldorf 2012 2 VDI 2169VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise od

12、er vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieser Richt-linie mitgewirkt haben, s

13、ei gedankt.EinleitungDer VDI hat mit der VDI 6002 Blatt 1 eine grundle-gende Richtlinie zur Auslegung von thermischen So-laranlagen erarbeitet, die den planend und beratend ttigen Fachingenieuren, den Installationsunterneh-men und den Architekten als kompetente, fabrikats-neutrale technische Unterla

14、ge und Handlungsanlei-tung zur Verfgung steht. Sie gibt Hinweise zur rich-tigen Auslegung des Gesamtsystems, zur solarther-mischen Trinkwassererwrmung und zu den Beson-derheiten einzelner Komponenten.Die vorliegende Richtlinie VDI 2169 behandelt die grundlegenden Mglichkeiten fr die Kontrolle und Be

15、wertung einer thermischen Solaranlage und die diesbezglichen Anforderungen. Dies gilt sowohl hinsichtlich der prinzipiellen Funktionstchtigkeit als auch bezglich des vom Solaranlage erbrachten Ertrags. Dabei werden jeweils mehrere Methoden der Funktionskontrolle und Ertragsbewertung erlutert, die si

16、ch in ihrer Aussagekraft unterscheiden.Aufgabe der Funktionskontrolle in einer thermischen Solaranlage ist es, durch geeignete Manahmen fest-zustellen, ob die Funktion einzelner Komponenten bis zum gesamten Solaranlage gewhrleistet ist. Bei der Funktionskontrolle wird unterschieden zwischen Verfahre

17、n, die vom Regler der Solaranlage auto-matisch bernommen werden knnen, und Verfahren, die eine erweiterte Messtechnik erfor-dern und deren Messdaten in der Regel manuell ausgewertet werden mssen.Bei Verfahren zur Ertragsbewertung wird der Ertrag der thermischen Solaranlage gemessen und mit ei-nem So

18、llwert verglichen. Der Sollwert wird mit ge-messenen Betriebsbedingungen (Wetter/Bedarf) durch ein geeignetes Rechenmodell ermittelt. Auf-gabe der Ertragsbewertung ist es, Ertragseinbuen zu erkennen. Das Erkennen von Ursachen fr unerwartet Preliminary noteThe content of this guideline has been devel

19、oped in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of thi

20、s guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionBy issuing VDI 6002 Part 1, the VDI has provided a funda

21、mental guideline on the planning of solar ther-mal systems, to be used as a relevant, brand-neutral technical document and practical guide by planning and consulting engineers, installation companies and architects. This guideline offers guidance on the proper dimensioning of the overall system, on

22、solar drinking water heating and on the specifics of indi-vidual components. This guideline, VDI 2169, deals with the basic meth-ods for checking and evaluating a solar thermal sys-tem and the relevant requirements. This applies to both the basic functional efficiency and to the yield afforded by th

23、e solar thermal system. Several meth-ods for functional checking and yield rating are ex-plained in each case, their significance varying. Functional checking of solar thermal system serves to establish, by applying suitable techniques, if the functioning of individual components and of the overall

24、solar thermal system is ensured. Functional checking methods are distinguished into methods that can be performed automatically by the controller of the solar thermal system and methods requiring more extensive instrumentation and providing data which, as a rule, have to be an-alysed manually.Method

25、s for yield rating consist in measuring the yield of the solar thermal system and comparing it to a target value; the latter is determined by a suitable calculation model, using measured operating condi-tions (climate/demand). The yield rating serves to de-tect yield deficits; identifying the causes

26、 for unex-pectedly low yields is not among its task. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8ED9NormCD - Stand 2012-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 2169 3 niedrige Ertrge ist nicht Aufgabe der Ertragsbewer-tung.Nach der Planungs- und Realisierungsphase k

27、ann die Funktionskontrolle dazu beitragen, die in der Pla-nungsphase gesteckten Ziele zu erreichen. Die Er-tragsbewertung ermglicht es, das Erreichen des Ziels zu kontrollieren.Die verstrkte Nutzung regenerativer Energien ist eine Notwendigkeit, wenn unser Energieverbrauch ressourcenschonend und emi

28、ssionsarm bei heutigem Lebensstandard gedeckt werden soll.Thermische Solaranlagen haben sich in ihrer breiten Anwendung etabliert, sind Stand der Technik und eine ausgewhlte Manahme, ressourcenschonend und -effizient zu handeln.Thermische Solaranlagen werden berwiegend in Kombination mit einem konve

29、ntionellen Wrmeer-zeuger betrieben. Das konventionelle System wird in der Regel so ausgelegt, dass dieser Anlagenteil den Wrmebedarf allein decken kann. Ein Effekt in ei-nem solchen bivalenten System ist, dass Fehler oder Betriebsstrungen in der thermischen Solaranlage, die den solaren Wrmegewinn re

30、duzieren, oft nicht oder erst spt bemerkt werden. Es wird deutlich, wie sinnvoll deshalb eine Funktionskontrolle oder gege-benenfalls eine Ertragsbewertung ist.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie zeigt Planern und Installateuren auf, welche Mglichkeiten der Funktionskontrolle und der Ertragsbewertun

31、g es fr thermische Solaranlagen gibt und welche Voraussetzungen fr ihre Nutzung notwendig sind. Dem Betreiber zeigt sie auf, welche Manahmen er ergreifen kann, wenn er den bestim-mungsgemen Betrieb einer Solaranlage kontrollie-ren will.Im Rahmen dieser Richtlinie knnen weder alle Mglichkeiten der Fu

32、nktionskontrolle beziehungs-weise der Ertragsbewertung noch alle Varianten der Systemgestaltung oder der Nutzung der Solaranlage betrachtet werden. Die Funktionskontrolle und Er-tragsbewertung wird im Folgenden schwerpunktm-ig an Solaranlagen zur Trinkwassererwrmung be-handelt. Die Empfehlungen knne

33、n gegebenenfalls nach entsprechender Anpassung z. B. durch Erweite-rung der Messtechnik jedoch auf Anlagen mit ande-ren Nutzungsmglichkeiten bertragen werden.Die aufgefhrten Beispiele knnen nur das Prinzip der Kontrolle oder Bewertung erlutern. Im Einzel-fall kann es notwendig sein, zweckmige Anpass

34、un-gen vorzunehmen.Following the planning and realisation stage, func-tional checking can contribute to achieving the goals defined during planning. The yield rating allows to verify that a goal has been achieved. Increasing the use of renewable energy sources is a necessity if, while maintaining th

35、e current standard of living, human energy consumption is supposed to conserve resources and to keep emissions low.Solar thermal systems are well-established across their broad range of applications; they are state of the art and a method of choice for the conservation and efficient use of resources

36、.In most cases, solar thermal systems are operated in combination with conventional heat generators. As a rule, the conventional system will be so dimensioned as to be capable of satisfying the entire thermal-en-ergy demand. It is a characteristic of such bivalent systems that faults or failures of

37、the solar thermal sys-tem, which reduce the solar yield, are detected but late, or not at all. This highlights the importance of functional checking or, as the case may be, yield rat-ing. 1 ScopeThis guideline shows planners and installers the op-tions for functional checking and yield rating of sol

38、ar thermal systems, and what are the prerequisites for using these options. To the operator, it points out pos-sible actions to take for checking specified normal operation of a solar thermal system. This guideline neither can consider all options for functional checking or yield rating, nor can all

39、 vari-ants in system design or in the use of the solar thermal system be examined. The following content will fo-cus on the functional checking and yield rating of so-lar thermal systems for heating drinking water. How-ever, the recommendations given can be applied to solar thermal systems serving o

40、ther purposes, in which case adaptations such as more extensive instru-mentation may be required. The examples given can merely illustrate the princi-ple of checking or evaluating. Suitable adaptations may be required in individual cases. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8ED9NormCD - Stand

41、2012-10Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 4 VDI 21692 Normative Verweise / Normative referencesDie folgenden zitierten Dokumente sind fr die An-wendung dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indispensa-ble for the application of

42、 this guideline:VDI 6002 Blatt 1:2004-09 Solare Trinkwassererwr-mung; Allgemeine Grundlagen, Systemtechnik und Anwendung im Wohnungsbau (Solar heating for domestic water; General principles, system technology and use in residential building)VDI 6002 Blatt 2:2009-01 Solare Trinkwassererwr-mung; Anwen

43、dungen in Studentenwohnheimen, Seniorenheimen, Krankenhusern, Hallenbdern und auf Campingpltzen (Solar heating for dome-stic water; Application in students accomodations, senior citizens residence, hospitals, swimming baths and camping sites)3 VerfahrenUm eine Solaranlage zu prfen, sind unterschiedl

44、iche Methoden mglich. Die folgende Darstellung in Ta-belle 1 zeigt eine hilfreiche Unterteilung. Die Tei-lung in die Bereiche Funktionskontrolle und Ertrags-bewertung spiegelt unterschiedliche Fragestellungen wider. Innerhalb der Bereiche Funktionskontrolle und Ertragsbewertung lsst sich weiter nach

45、 manuel-len und automatischen Verfahren unterscheiden. Die genannten Beispiele fr automatische Verfahren wa-ren zum Zeitpunkt der Entstehung der Richtlinie ak-tuell.4 Funktionskontrolle4.1 Automatische FunktionskontrolleDie automatische Funktionskontrolle mittels Regler nutzt die in der Solaranlage

46、vorhandene Sensorik. Durch Einbeziehung des hydraulischen Aufbaus und des Verhaltens von Systemkomponenten ist es mg-lich, verschiedene Fehlerbilder zu erkennen.Nachfolgende Funktionskontrollen sind blich. Sie variieren in ihrer praktischen Umsetzung, daher ist die Beschreibung als Beispiel zu verst

47、ehen.4.1.1 Kontrolle der SensorenDas Sensorsignal wird analysiert, indem die jeweils gemessenen physikalischen Gren auf ihre Plausibi-litt geprft werden (ber- oder Unterschreiten von Grenzwerten, zeitlicher Verlauf). Damit kann der Regler entscheiden, ob ein Sensordefekt gemeldet werden soll. Der Re

48、gler generiert beispielsweise eine Fehlermeldung, wenn das Signal eines Sensors die obere oder untere Messgrenze erreicht (Kurzschluss oder Leitungsbruch).4.1.2 Selbstkontrolle des ReglersRegler bestehen aus verschiedenen Funktionsbaustei-nen (Echtzeituhr, stromausfallsicherer Parameter-speicher, Sc

49、haltausgnge), die durch Testroutinen in ihrer Funktion berprft werden knnen.3 MethodsVarious methods exist to test solar thermal systems. The overview in Table 1 makes a helpful distinc-tion. The distinction into the fields of functional checking and yield rating reflects the different issues. Functional checking and yield rating can be further distinguished into manual and automatic methods. The examples of automatic methods listed here were current practice