VDI 4656-2013 Design and dimensioning of micro combined heat and power plants.pdf

1、 ICS 27.100 VDI-RICHTLINIEN September 2013 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Planung und Dimensionierung von Mikro-KWK-Anlagen Design and dimensioning of micro combined heat and power plants VDI 4656 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The Ge

2、rman version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU) Fachbereich Energiewandlung und -anwendung VDI-Handbuch Energietechnik VDI-Handbuch Wrme-/Heiztechnik Vervielfltigungauch fr in

3、nerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:04.11Entwurf, deutschFormeredition:04/11Draft,inGerman onlyZubeziehendurch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2013Inhalt

4、Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Normative Verweise . 3 3 Begriffe . 4 4 Formelzeichen und Indizes . 7 5 Planung 7 5.1 Energiebedarfsanalyse . 8 5.2 Analyse der rtlichen Gegebenheiten 12 5.3 Rechtliche und vertragliche Rahmenbedingungen . 13 6 Konzepterstellu

5、ng der Mikro-KWK-Anlage 13 6.1 Mikro-KWK-Technologien 14 6.2 Charakteristika von Mikro-KWK-Anlagen . 16 6.3 Vorauswahl mglicher Mikro-KWK-Gerte 19 7 Variantenrechnung mithilfe des Berechnungsprogramms 20 7.1 Generierung der Jahreslastgangkurven 21 7.2 Integration der Anlagencharakteristika 21 7.3 De

6、taillierte Jahressimulation fr eine Mikro-KWK-Anlagenvariante . 22 7.4 Interpretation der Berechnungsergebnisse und Auswahl der Mikro-KWK-Anlage 24 8 Detailplanung . 25 8.1 Dokumentation der ausgewhlten Mikro-KWK-Anlage . 25 8.2 Energiebilanz fr das ausgewhlte Mikro-KWK-Modul 25 8.3 Technische Detai

7、lplanung 25 8.4 Inbetriebnahme 28 Anhang A Kurzanleitung zum beigefgten Berechnungsprogramm gem Richtlinie VDI 4656 29 A1 Installation des Berechnungsprogramms . 29 A2 Start des Berechnungsprogramms 30 A3 Neues Projekt anlegen . 31 A4 Gebudedaten eingeben/Jahreslastgnge erstellen 31 A5 Parameterdate

8、i der Mikro-KWK-Anlage einlesen 33 A6 Auswertung der Simulationsergebnisse . 37 Preliminary note 2 Introduction . 2 1 Scope 3 2 Normative references 3 3 Terms and definitions 4 4 Symbols and indices . 7 5 Design . 7 5.1 Analysis of energy demand 8 5.2 Analysis of local circumstances . 12 5.3 Legal a

9、nd contractual conditions . 13 6 Establishment of the conceptual design for the micro CHP plant 13 6.1 Micro CHP technologies . 14 6.2 Characteristics of micro CHP plants 16 6.3 Preselection of possible micro CHP devices 19 7 Variant calculation with the aid of the calculation program . 20 7.1 Gener

10、ation of the annual load profile curves . 21 7.2 Integration of the plant characteristics . 21 7.3 Detailed annual simulation for a micro CHP plant variant 22 7.4 Interpretation of the calculation results and selection of the micro CHP plant . 24 8 Detail design 25 8.1 Documentation of the selected

11、micro CHP plant . 25 8.2 Energy balance for the selected micro CHP module 25 8.3 Technical detail design 25 8.4 Commissioning 28 Annex A Quick guide to the attached calculation program in accordance with standard VDI 4656 . 29 A1 Installation of the calculation program. 29 A2 Starting the calculatio

12、n program 30 A3 Creating a new project . 31 A4 Entering building data/creating annual load profile curves . 31 A5 Loading the parameter file for the micro CHP plant 33 A6 Evaluation of the simulation results . 37 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09 2 VDI 4656 Alle Re

13、chte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Inhalt Seite Anhang B Beispielrechnungen mit dem Berechnungsprogramm 40 B1 Berechnungsbeispiel Einfamilienhaus . 40 B2 Berechnungsbeispiel Mehrfamilienhaus 42 Anhang C Nherungsverfahren zur Ermittlung des Jahresenergiebedarfs . 45 C1

14、Heizenergiebedarf 45 C2 Trinkwarmwasserbedarf 46 C3 Elektrischer Energiebedarf 46 Anhang D CO2-quivalente . 47 Schrifttum 48 Contents Page Annex B Example calculations with the calculation program . 40 B1 Example calculations for a single family house 40 B2 Example calculations for a multi-family ho

15、use 42 Annex C Approximation procedure for calculation of the annual energy demand 45 C1 Demand for heating energy 45 C2 Demand for domestic hot water . 46 C3 Demand for electrical energy . 46 Annex D CO2equivalents . 47 Bibliography 48 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter

16、Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrec

17、hts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accorda

18、nce with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, 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 i

19、nfringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi.de/ richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Bei der Generierung von elektrischer Energie ent-steht aufgrund des begrenzten

20、 Umwandlungswir-kungsgrads immer auch Wrme. Dieser Prozess ist unabhngig von der Art des Energiewandlungspro-zesses sowie des verwendeten Brennstoffs. Wird sowohl die elektrische als auch die thermische Energie einer Nutzung zugefhrt, so spricht man von Kraft-Wrme-Kopplung (KWK). Die fr den Einsatz

21、in Ein- und Mehrfamilienhu-sern sowie Kleingewerbebetrieben konzipierten Mikro-KWK-Anlagen bestehend aus Mikro-KWK-Gert, optionalem Zusatzheizgert und Kom-bispeicher weisen eine Brennstoffleistung von maximal 70 kW auf und werden in der vorliegenden Richtlinie adressiert. Im Vergleich zur zentralen

22、Erzeugung elektrischer Energie in Grokraftwerken und der lokalen Wrmeerzeugung in Kesselanlagen reduziert der hohe Gesamtnutzungsgrad von Mikro-KWK-Anlagen die zur Versorgung des Objekts notwendige Primrenergie und damit auch die anfal-lenden CO2-Emissionen. Ein hoher elektrischer Nutzungsgrad verst

23、rkt diesen Effekt. Introduction When electrical power is generated, heat is always produced in addition due to the limited efficiency of the conversion process. This process is irrespec-tive of the nature of the energy conversion process and the fuel used. If both the electrical and thermal energy a

24、re used, the process is known as combined heat and power generation (CHP). The micro CHP plants designed for use in single family houses, multi family houses and small in-dustrial units consisting of the CHP device, an optional additional heater and combination storage tank have a maximum fuel input

25、 of 70 kW and are addressed in this standard. The high total utili-sation ratio of micro CHP plants reduces the amount of primary energy required to supply the building, and therefore also the CO2emissions, in comparison with central generation of electrical power in large-scale power plants and loc

26、al gen-eration of heat in boilers. The high electrical utili-sation ratio enhances this effect. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 4656 3 Die Normheizlast eines Objekts zur Auslegung der Wrmeerz

27、eugerleistung wird gem DIN EN 12831 ermittelt. Die vorliegende Richtlinie beschreibt basierend darauf die Planung und Dimensionierung der oben genannten Komponenten einer Mikro-KWK-Anlage. Die gegenseitige Beeinflussung der Anlagenkomponenten, die Wechselwirkung zwi-schen eingespeistem und selbstgen

28、utztem KWK-Strom und die zu bercksichtigenden elektrischen und thermischen Lastgnge des Objekts stellen dabei erhhte Anforderungen an den Planungs- und Dimensionierungsprozess. Die in der Richtlinie entwickelten Methoden basie-ren im Standardanwendungsfall auf dem Einsatz der Referenzlastprofile nac

29、h VDI 4655. Die Ver-wendung der Referenzlastprofile ermglicht es, den Vergleich verschiedener Mikro-KWK-Techno-logien und unterschiedlicher Komponentendimen-sionierungen unter gleichen Rahmenbedingungen im Planungs- und Dimensionierungsprozess durch-zufhren. Die notwendigen Berechnungen, inklu-sive

30、der Generierung der Referenzlastprofile, wer-den durch ein Berechnungsprogramm untersttzt. Fr die objektbezogene Planung besteht die Mg-lichkeit die konkreten Lastgnge des Objekts in das Berechnungsprogramm aufzunehmen, das im Auftrag des VDI von der EUtech Scientific Engi-neering erstellt wurde. Da

31、s Berechnungsprogramm sowie das zugehrige Benutzerhandbuch sind auf der beiliegenden CD-ROM verfgbar. The design heat load of a building, used to deter-mine the rated capacity of the heat generator, is calculated in accordance with DIN EN 12831. On that basis, this standard describes the design and

32、dimensioning of the above-mentioned components of a micro CHP plant. The mutual influence of the plant components, the interaction between CHP electricity fed into the grid and that used in-house, and the electrical and thermal load profiles of the building increase the stringency of the demands pla

33、ced on the design and dimensioning process. In the standard use case, the methods developed in the standard are based on the reference load pro-files set out in VDI 4655. Use of the reference load profiles enables various micro CHP technologies and different component dimensions to be com-pared in t

34、he design and dimensioning process un-der the same conditions. The necessary calcula-tions, including generation of the reference load profiles, are supported by a calculation program. For building-related planning, there is an opportu-nity to enter the real load profiles of the building into the ca

35、lculation program, which was compiled by EUtech Scientific Engineering on behalf of VDI. The calculation program and the correspond-ing user manual are available on the enclosed CD-ROM. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie findet Anwendung fr netzparallel betriebene Mikro-KWK-Anlagen mit einer Brenn

36、-stoffleistung bis 70 kW fr den Einsatz in Ein- und Mehrfamilienhusern sowie Kleingewerbebetrie-ben. Bei Verwendung der Referenzlastprofile nach VDI 4655 erstreckt sich der Geltungsbereich auf Einfamilienhuser bis zu einer maximalen Perso-nenzahl von zwlf Personen und auf Mehrfamili-enhuser mit bis

37、zu 40 Wohneinheiten. 1 Scope This standard is applicable to grid-connected micro CHP plants with a fuel input of up to 70 kW for use in single family houses, multi family houses and small industrial units. When the reference load profiles presented in VDI 4655 are used, the scope extends to single f

38、amily houses for up to twelve occupants and multi-family houses with up to 40 residential units. 2 Normative Verweise / Normative references Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indispen-sable for the applica

39、tion of this standard: DIN 51857:1997-03 Gasfrmige Brennstoffe und sonstige Gase; Berechnung von Brennwert, Heizwert, Dichte, relativer Dichte und Wobbe-index von Gasen und Gasgemischen (Gaseous fuels and other gases; Calculation of calorific value, density, relative density and Wobbe in-dex of pure

40、 gases and gas mixtures) DIN V 4108-6:2003-06 Wrmeschutz und Ener-gie-Einsparung in Gebuden; Teil 6: Berech-nung des Jahresheizwrme- und des Jahresheiz-energiebedarfs (Thermal protection and energy economy in buildings; Part 6: Calculation of annual heat and energy use) DIN V 4701-10:2003-08 Energet

41、ische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen; Teil 10: Heizung, Trinkwassererwrmung, Lftung (En-ergy efficiency of heating and ventilation sys-tems in buildings; Part 10: Heating, domestic hot water supply, ventilation) B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09 4

42、VDI 4656 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 DIN V 4701-12:2004-02 Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen im Be-stand; Teil 12: Wrmeerzeuger und Trinkwas-sererwrmung (Energetic evaluation of heating and ventilation systems in existing buildi

43、ngs; Part 12: Heat generation and domestic hot water generation) DIN V 18599-1:2011-12 Energetische Bewertung von Gebuden; Berechnung des Nutz-, End- und Primrenergiebedarfs fr Heizung, Kh-lung, Lftung, Trinkwarmwasser und Beleuch-tung; Teil 1: Allgemeine Bilanzierungsverfah-ren, Begriffe, Zonierung

44、 und Bewertung der Energietrger (Energy efficiency of buildings; Calculation of the net, final and primary energy demand for heating, cooling, ventilation, do-mestic hot water and lighting; Part 1: General balancing procedures, terms and definitions, zoning and evaluation of energy sources) DIN EN 1

45、2831:2003-08 Heizungsanlagen in Ge-buden; Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast; Deutsche Fassung EN 12831:2003 (Heating systems in buildings; Method for cal-culation of the design heat load; German ver-sion EN 12831:2003) DIN EN ISO 6976:2005-09 Erdgas; Berechnung von Brenn- und Heizwert, Dich

46、te, relativer Dich-te und Wobbeindex aus der Zusammensetzung (ISO 6976:1995 + Corrigendum 1:1997 + Corri-gendum 2:1997 + Corrigendum 3:1999); Deut-sche Fassung EN ISO 6976:2005 (Natural gas; Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe index from composition (ISO 6976:1995 in

47、cluding Corrigendum 1:1997, Corrigendum 2:1997 and Corrigendum 3:1999); German version EN ISO 6976:2005) DIN EN ISO 13790:2008-09 Energieeffizienz von Gebuden; Berechnung des Energiebedarfs fr Heizung und Khlung (ISO 13790:2008); Deut-sche Fassung EN ISO 13790:2008 (Energy per-formance of buildings;

48、 Calculation of energy use for space heating and cooling (ISO 13790: 2008); German version EN ISO 13790:2008) DIN SPEC 1139, DIN-Fachbericht CEN/TR 1749: 2010-02 Europischer Leitfaden fr die Klassi-fizierung von Gasgerten nach der Art der Ab-gasabfhrung (Arten); Deutsche Fassung CEN/ TR 1749:2009 (E

49、uropean scheme for the classification of gas appliances according to the method of evacuation of the combustion pro-ducts (types); German version CEN/TR 1749: 2009) ISO 8528-3:2005-07 Reciprocating internal com-bustion engine driven alternating current gener-ating sets; Part 3: Alternating current generators for generating sets (Wechsel-Stromerzeugungs-aggregate mit Antrieb durch Hubkolben-Ver-brennungsmotoren; Teil 3: Wechselstrom-Ge-neratoren fr Stromerzeugungsaggregate) VDI 2067 B