VDI 4650 Blatt 2-2013 Simplified method for the calculation of the annual heating energy ratio and the annual gas utilisation efficiency of sorption heat pumps - Gas heat pumps for.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREKurzverfahren zur Berechnung der Jahresheizzahlund des Jahresnutzungsgrads von SorptionswrmepumpenanlagenGas-Wrmepumpen zur Raumheizung und WarmwasserbereitungSimplified method for the calculation of theannual heating energy ratio and theannual gas utilisation efficiency of

2、 sorption heat pumpsGas heat pumps for space heating and domestic hot waterVDI 4650Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch EnergietechnikVDI-Handbuch Ressourcenmanagement in der UmwelttechnikVDI-Handbuch Wrme-/HeiztechnikInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . .

3、 . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 32 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . 53Begriffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Formelzeichen, Abkrzungen, Indizes . . . . 75 Grundlagen der Berechnung . . . .

4、 . . . . . 86 Berechnung der Jahresheizzahl und des Jahresnutzungsgrads . . . . . . . . . . . . . 96.1 Berechnung der Jahresheizzahl und des Jahresnutzungsgrads fr die Raumheizung 10 6.2 Berechnung der Jahresheizzahl und des Jahresnutzungsgrads fr solaruntersttzte Raumheizung . . . . . . . . . . . .

5、 . . . 176.3 Berechnung der Jahresheizzahl und des Jahresnutzungsgrads fr die Warmwasserbereitung . . . . . . . . . . . 176.4 Berechnung der Gesamt-Jahresheizzahl und des Gesamt-Jahresnutzungsgrads . . . 19 7 Elektrische Leistungsaufnahme im Bereitschaftsbetrieb. . . . . . . . . . . . . . 208 Messun

6、sicherheiten. . . . . . . . . . . . . . 219 Beispielrechnungen . . . . . . . . . . . . . . 219.1 Berechnung der Jahresheizzahl und des Jahresnutzungsgrads fr eine Sorptions- wrmepumpenanlage mit Erdwrmesonden ohne Solareintrag fr Heizungsunter- sttzung und Warmwasserbereitung . . . . 21Contents Page

7、Preliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative references . . . . . . . . . . . . . . 53 Terms and definitions. . . . . . . . . . . . . . 54 Symbols, abbreviations, indices

8、. . . . . . . . 75 Basis of calculation . . . . . . . . . . . . . . . 86 Calculation of annual heating energy ratio and annual gas utilisation efficiency . . . . . 96.1 Calculation of annual heating energy ratio and annual gas utilisation efficiency for space heating. . . . . . . . . . . . . . . . .

9、106.2 Calculation of annual heating energy ratio and annual gas utilisation efficiency for space heating with solar backup. . . . . . .176.3 Calculation of annual heating energy ratio and annual gas utilisation efficiency for DHW heating . . . . . . . . . . . . . . . .176.4 Calculation of total annu

10、al heating energy ratio and total annual gas utilisation efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . .197 Electrical power input in standby mode . . . . . . . . . . . . . . . . . .208 Uncertainties of measurement . . . . . . . . .219 Calculation examples . . . . . . . . . . . . . .219.1 Calculation

11、 of annual heating energy ratio and annual gas utilisation efficiency for a sorption heat pump system with borehole heat exchangers without solar backup for space heating and DHW heating . . . .21Zu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserve

12、d VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2013Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 27.080, 91.140.10Januar 2013 January 2013The German version of this guideline shal

13、l be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.FrhereAusgabe:11.10 Entwurf,deutschFormeredition: 11/10Draft,inGermanonlyVDI-RICHTLINIENVDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU)Fachbereich Energiewandlung und -anwendungB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63

14、B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 2 VDI 4650 Blatt 2 / Part 2Seite9.2 Berechnung der Jahresheizzahl und des Jahresnutzungsgrads fr eine Sorptions- wrmepumpe

15、nanlage mit der Wrmequelle Solarstrahlung und mit Solareintrag fr Heizungsuntersttzung und Warmwasser- bereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Anhang A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25A1 Ableitung der Heizungsvor- und -rcklauftemperaturen in Abhngigkeit von der relativen Wrmeleis

16、tung der Sorptionswrmepumpenanlage, der Raum- solltemperatur, den Norm-Vor- und -Rcklauftemperaturen des Heiznetzes und dem Heizflchenexponenten . . . . . . 25A2 Berechnung der Auentemperaturen in Abhngigkeit von der relativen Wrme- leistung der Sorptionswrmepumpen- anlage, der Raumsolltemperatur un

17、d der Norm-Auentemperatur . . . . . . . . . . 26Anhang B Simulationsrechnung mit verschiede- nen Wrmepumpen hinsichtlich ihrer Lnge und Rcklauftemperatur- verlufe der Erdwrmesonden. . . . . 27Anhang C Ermittlung der Verdampfereintritts-temperatur bei Wrmepumpen mit Solarkollektoren . . . . . . . . .

18、 . . . 32Anhang D Tabellarische bersicht der Aufgaben und Ttigkeiten von Herstellern, Prf- laboratorien und Anlagenplanern . . . 34Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-l

19、inie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vd

20、i-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/4650.Page9.2 Calculation of an

21、nual heating energy ratio and annual gas utilisation efficiency for a sorption heat pump system using solar radiation heat source plus solar backup for space heating and DHW heating. . . . . . . . . . . . . . . . 22Annex A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25A1 Derivation of the heating su

22、pply and return temperatures as a function of the relative thermal output of the sorption heat pump system, the specified room tempera- ture, the standard supply and return temperatures of the heating system and the heating surface exponent . . . . . . . . . . 25A2 Calculation of the outdoor tempera

23、tures as a function of the relative thermal output of the sorption heat pump system, the specified room temperature and the standard outdoor temperature . . . . . . . 26Annex B Simulation calculation for various heat pumps with regard to their length and return temperature profiles of borehole heat

24、exchangers . . . . . . 27Annex C Determination of evaporator inlet temperature for heat pumps with solar collectors . . . . . . . . . . . . . 32Annex D Overview tables of the tasks and activities of manufacturers, testing laboratories and system planners. . . . 36Bibliography . . . . . . . . . . . .

25、 . . . . . . . . 38Preliminary noteThe content of this guideline has been developed 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

26、 systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this 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

27、 guideline.A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/4650.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher

28、Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 4650 Blatt 2 / Part 2 3 EinleitungDie Gefahr von Klimavernderungen auf der Erde durch menschliche Aktivitten fhrt zu der auch in-ternational weitgehend anerkannten Notwendigkeit einer mglichst weitreichenden Verminderung von CO2-Emissionen und des Primrenergiebeda

29、rfs in al-len Verbrauchssektoren.Raumheizung und Warmwasserbereitung haben beide einen groen Anteil am Energieverbrauch. Ne-ben der Verminderung des Bedarfs durch Wrme-schutz bietet eine effiziente Heiz- und Warmwasser-bereitungstechnik erhebliches Potenzial zur Verrin-gerung des Energieverbrauchs.

30、Insbesondere das thermodynamische“ Heizen mit Wrmepumpen kann in neuen und auch bestehenden Gebuden durch Nutzung der von der Sonne eingestrahlten Umwelt-wrme und von Erdwrme betrchtliche Einsparun-gen bringen.Mit der vorliegenden Richtlinie wurde ein einfach zu handhabendes, aber gengend genaues Ve

31、rfahren zur Berechnung der energetischen Effektivitt erstellt, das alle technisch bedeutenden Einflussgren be-rcksichtigt. Ausgedrckt wird diese in Jahresheiz-zahlen. Die Jahresheizzahlen fr Gaswrmepumpen entsprechen thermodynamisch den in der Richtlinie VDI 4650 Blatt 1 beschriebenen Jahresarbeitsz

32、ahlen fr Elektrowrmepumpen; zustzlich wird auch der Jahresnutzungsgrad ermittelt, der den Vergleich zu Gasgerten erleichtert.Die vielfltigen Eingriffe des Nutzers Raumtempe-ratur, Lftungsgewohnheit, Reglereinstellungen, Be-trieb der Heizungsanlage und anderes mehr sind nicht einkalkulierbar und knne

33、n daher zu Abwei-chungen von in praktischem Betrieb ermittelten zu berechneten Werten fhren.Diese Richtlinie befasst sich mit Gas-Sorptionswr-mepumpen insbesondere zur Versorgung von Wohn-gebuden mit Wrme fr Raumheizung und Warm-wasserbereitung. Es werden die hauptschlich am Markt anzutreffenden tec

34、hnischen Varianten behan-delt.1 AnwendungsbereichInteressenten und Betreiber von Sorptionswrme-pumpenanlagen mchten Klarheit ber die zu erwar-tenden umweltrelevanten Ergebnisse, den Energie-verbrauch und die Heizkosten haben. Staatliche und andere Untersttzung gewhrende Institutionen, die mit dieser

35、 Technik die CO2-Emissionen und den Pri-mrenergieverbrauch verringern wollen, erwarten re-alistische Aussagen ber zu erwartende Einsparun-gen. Als Ma fr die zu erwartende Einsparung liefert diese Richtlinie die Berechnungsgrundlage fr die IntroductionIt is largely accepted, even at the international

36、 level, that the risk of global climatic changes as a conse-quence of human activities makes it necessary to re-duce CO2emissions and the primary-energy demand in all consuming sectors to the greatest possible ex-tent.Space heating and domestic hot water (DHW) heat-ing both contribute to energy cons

37、umption to a large degree. In addition to a cutback on the demand by means of thermal insulation, an efficient heating and DHW technology offers a considerable potential for reducing energy consumption. In particular, the so-called “thermodynamic” heating using heat pumps can lead to significant sav

38、ings in new, but also in ex-isting buildings by making use of the ambient heat re-sulting from solar radiation, and of geothermal heat. The present guideline describes a simple, yet suffi-ciently exact, method for calculating the energy effi-ciency, which takes into account all influence quanti-ties

39、 of technical relevance. This energy efficiency is expressed in terms of annual heating energy ratios. From the viewpoint of thermodynamics, the annual heating energy ratios of gas heat pumps correspond to the seasonal performance factors of electric heat pumps described in the guideline VDI 4650 Pa

40、rt 1; ad-ditionally, the annual gas utilisation efficiency is deter-mined, facilitating a comparison with gas appliances.The multitude of interventions by the user such as room temperature, airing habits, controller adjust-ments, operation of the heating system, etc., cannot be considered in the cal

41、culation and may, therefore, cause deviations between practically determined and calculated values.This guideline deals with gas sorption heat pumps, particularly those intended to supply heat to residen-tial buildings for space heating and DHW purposes. The technical variants most common in the mar

42、ket are addressed. 1ScopeUsers of sorption heat pump systems, and those inter-ested in using them, wish to be clear about the envi-ronmentally relevant results to be expected, about en-ergy consumption and heating costs. Governmental and other authorities granting support with the aim of reducing th

43、e CO2emissions and the consumption of primary energy by means of this technology expect realistic statements regarding anticipated savings. As a measure of the saving to be expected, this guideline provides the calculation basis for the annual heating B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF83

44、68C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 4 VDI 4650 Blatt 2 / Part 2Jahresheizzahlen und die Jahresnutzungsgrade von Sorptionswrmepumpenanlagen, welche im Rahmen der vorliegenden

45、Richtlinie betrachtet werden.Die energetische Effektivitt der Wrmepumpen-technik hngt von einer ganzen Reihe von Faktoren ab, die insbesondere die Randbedingungen des Be-triebs betreffen. Neben der Wrmequellentempera-tur, der Heizungsvorlauftemperatur und ihren Verlu-fen ber die Nutzungsperiode sind

46、 auch die Energie-verbruche fr die Hilfsantriebe der Wrmequellen-anlagen und die Temperaturdifferenz zwischen Vor-lauf und Rcklauf in der Heizungsanlage von Bedeu-tung.Prfstandsmessungen der Gerte knnen nur im Zu-sammenhang mit den Auslegungsparametern der ge-samten Sorptionswrmepumpenanlage zutreff

47、ende Aussagen ber den energetischen Nutzen bringen. Messungen von Anlagen geben zwar abgesehen von der Messgenauigkeit reale Verbruche wieder, aber nur fr bereits in Betrieb befindliche Anlagen und mit mglicherweise abweichendem Betrieb durch die Nutzer. Unzureichende Ergebnisse sind schwer zu er-kl

48、ren und meist im Nachhinein nicht mehr zu ver-bessern. Deshalb sind leicht zu handhabende Daten fr eine richtige Beurteilung der gesamten Sorptions-wrmepumpenanlage, also des Gerts und der dazu-gehrigen Peripherie, besonders wichtig, um allen an diesem Gewerk Ttigen entsprechende Hinweise zu geben.D

49、ie Richtlinie soll ausfhrliche Simulationsrechnun-gen nicht ersetzen, sie kann auch nicht als Dimensio-nierungsanleitung dienen. Aussagen ber die Jahres-heizzahl sind jedoch auch fr abweichende Bedin-gungen mglich.Wegen der bereits angesprochenen Problematik des unterschiedlichen und recht einflussreichen Nutzer-verhaltens sind Vergleiche mit gemessenen Energie-verbruchen nur mit groen Vorbehalten mglich.Diese Richtlin