VDI 4661-2014 Energetic characteristics - Fundamentals - Methodology.pdf

1、VDI-RICHTLINIENICS 01.040.27, 27.010 August 2014VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREEnergiekenngrenGrundlagen MethodikEnergetic characteristicsFundamentals methodologyVDI 4661Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch EnergietechnikVDI-Handbuch Management und Sicherheit in der UmwelttechnikVerviel

2、fltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedZubeziehen durch/ AvailableatBeuth Verlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014Die deutsche Version dieser Richtlinie ist

3、verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU)Fachbereich Sicherheit und ManagementFrhereAusgabe: 09.03Former edition: 09/03Inhalt SeiteVorbemerkung . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Formelzeichen und Indizes . . . . . . . . . . 43 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.1 Physikalische Fachtermini . . . . . . . . . 63.2 Energie

5、wirtschaftliche Fachtermini . . . . . 113.3 Energietechnische Fachtermini . . . . . . . 143.4 Energiekenngren . . . . . . . . . . . . . 163.5 Energiekennwerte fr die ganzheitlicheBewertung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Energiebilanzen. . . . . . . . . . . . . . . . . 284.1 Energiebilanzen f

6、r technische Systeme . . 284.2 Energiebilanzen fr Wirtschaftsrume . . . 304.3 Umrechnungsfaktoren. . . . . . . . . . . . 324.4 Bewertung der Energietrger . . . . . . . . 325 Anwendungsmglichkeiten von Energiekenngren. . . . . . . . . . . . . . . 345.1 Energiekenngren im betrieblichenEnergiemanagemen

7、t. . . . . . . . . . . . . 345.2 Energiekennwerte in Benchmarking-Projekten . . . . . . . . . . 376 Methodik zur Ermittlung und zum Vergleichvon Energiekenngren . . . . . . . . . . . . 396.1 Wesentliche Einflussfaktoren auf Energiekenngren . . . . . . . . . . . . . 396.2 Datenerfassung und -verarbei

8、tung . . . . . 45Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Anhang Energieeinheiten . . . . . . . . . . . . . 52Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

9、 Symbols and indices. . . . . . . . . . . . . . 43 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.1 Physical technical terms . . . . . . . . . . 63.2 Technical terms of energy economy . . . . 113.3 Power engineering technical terms . . . . . 143.4 Energetic characteristics . . . . . . . . . . 163

10、5 Energetic characteristics for anintegral evaluation . . . . . . . . . . . . . 224 Energy balances . . . . . . . . . . . . . . . . 284.1 Energy balances for technical systems . . . 284.2 Energy balances for economic areas . . . . 304.3 Conversion factors . . . . . . . . . . . . . 324.4 Evaluation

11、of the energy carriers . . . . . . 325 Possible applications forenergetic characteristics . . . . . . . . . . . 345.1 Energetic characteristics in operationalenergy management. . . . . . . . . . . . . 345.2 Energetic characteristics inbenchmarking projects . . . . . . . . . . . 376 Methods of determ

12、ining and comparingenergetic characteristics . . . . . . . . . . . 396.1 Important factors affecting energetic characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . 396.2 Data acquisition and processing . . . . . . 45Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Annex Units of energy . . . . . . .

13、 . . . . . . . 52B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF86D9NormCD - Stand 2014-08 2 VDI 4661 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.All

14、e Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), di

15、e in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungDie Diskussionen um eine sichere, umweltschonendeund nachhaltige Energieversorgung und -anwendungfhren durch unklare Vorstellungen ber die Be-griffsin

16、halte, mangelnde Klarheit begrifflicher Defi-nitionen und oft allein schon durch die missverstnd-liche Verwendung des Begriffs Energie“ zu Fehl-meinungen und -urteilen. Eine einheitliche Festle-gung von Fachtermini ist die erste Voraussetzung frdas Verstndnis energiewirtschaftlicher Grundlagen.Diese

17、 VDI-Richtlinie soll und kann nicht ein Kom-pendium aller im energietechnischen und energie-wirtschaftlichen Bereich verwendeten Kenngrendarstellen. Spezielle Kenngren mssen von denentsprechenden Fachgremien diskutiert und festge-legt werden.Einige der in der Energietechnik und -wirtschaft b-lichen

18、Begriffe sind physikalisch und thermodyna-misch inkorrekt. So geben z.B. Anlagen der Kraft-werks- oder der Heizkraftwerkstechnik nicht Kraft“,sondern mechanische bzw. elektrische Energie ab.Gerade aber bei dem Begriff Kraft“ hat sich derSprachgebrauch und dies keineswegs nur in derUmgangssprache von

19、 den physikalischen Sachver-halten vllig gelst. Man denke nur an die auch in derFachwelt gngigen Begriffe Kraftmaschine“,Kraftfahrzeug“, Kraftwerke“oder Kraftstoff“.Der Versuch, hier eine Wende zur Verwendung phy-sikalisch korrekter Ausdrcke bewirken zu wollen,ist sicherlich ebenso zum Scheitern ver

20、urteilt wie derden Begriff Energieverbrauch“ oder Energieerzeu-gung“ ersetzen zu wollen, denn beide sind im strengwissenschaftlichen Sprachgebrauch inkorrekt, weilsie der Aussage des ersten Hauptsatzes der Thermo-dynamik widersprechen.Solange und sofern eine Verstndigung auch auer-halb von Expertenk

21、reisen gewnscht und notwendigPreliminary noteThe content of this standard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data proce

22、ssing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to thi

23、s standard.IntroductionDue to an indistinct understanding of the meaning ofterms and a lack of clarity regarding the definitions ofthe terms, and frequently simply due solely to a mis-guided use of the term “energy”, discussions about asafe and sustained energy supply and utilization withlow environ

24、mental impact often results in misleadedopinions and judgments. A uniform explanation oftechnical terms is the first condition of understandingfundamentals of energy economy.This VDI Standard should not and cannot be a com-pendium of all of the characteristics used in energytechnology or energy econ

25、omy. Special characteris-tics will need to be discussed and defined by the ap-propriate technical committees.Some terms used in energy technology and energyeconomy are both physically and thermodynamicallyincorrect. For example, power plants or district heat-ing power plants do not supply “power” bu

26、t rathermechanical or electrical energy. It is, however, pre-cisely with the term “power” in practical usage andthis is by no means restricted to colloquial speechonly has divorced itself entirely from the physicalfacts. It is only necessary to recall expressions usedby technicans, such as “power en

27、gine”, “power plant”or power stroke.There is little doubt that an attempt to bring about achangeover to using physically correct expressions isas doomed to fail as the attempt to replace the terms“energy consumption” or “energy generation” sincein strict scientific usage both are in fact incorrect a

28、sthey contradict the first law of thermodynamics.For as long as and if understanding and communica-tion outside expert circles is seen as desirable andB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF86D9NormCD - Stand 2014-08VDI 4661 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014is

29、t, mssen Fachleute derartige sprachliche Unschr-fen und Unkorrektheiten hinnehmen. Sie beseitigenzu wollen, stt auf Unverstndnis und erzeugt Ver-wirrung. Gleichfalls muss man wegen der Breite undVielfalt der behandelten physikalischen und techni-schen Bereiche die Doppelbelegung von Formelzei-chen h

30、innehmen.Diese VDI-Richtlinie hat diese Fakten in ihre Festle-gungen mit einbezogen. Sie versucht, eine Reihe de-finitorischer Lcken zu schlieen, die bislang auch inFachgesprchen immer wieder zu Missverstndnis-sen fhren.1 AnwendungsbereichDer Vergleich und die Beurteilung der energetischenQualitt vo

31、n Gerten, Anlagen, Systemen und ihretechnische und wirtschaftliche Optimierung erfolgtauf der Grundlage von Energiekenngren. Die Ener-giekenngren sind in den meisten Fllen Verhltnis-zahlen, die zum Teil dimensionsbehaftet und zumTeil dimensionslos sind. Im Allgemeinen sind nebenden Energiekenngren n

32、och zustzliche Angabennotwendig, um eine eindeutige Bewertung zu ermg-lichen.Energieumwandlungen knnen durch die Gesetze derThermodynamik beschrieben werden. Allerdings istdas Gleichungssystem der Thermodynamik nur frideale, das heit reversible Prozesse geschlossen. Inder Praxis ist die exakte analy

33、tische Bestimmung vonenergietechnischen Vorgngen meist nicht mglich.Dazu sind die Verknpfungen der energetischen Be-stimmungsgren mit anderen Bestimmungsfakto-ren, wie fertigungstechnische Bedingungen, wirt-schaftliche und soziale Strukturen und Umweltbedin-gungen, zu komplex, zum Teil nicht bekannt

34、 und un-wgbar. Die Einflussfaktoren sind oft stochastischund nur schwer reproduzierbar.Die Bestimmung aller in dieser Richtlinie angespro-chenen Kenngren muss sich daher neben der Aus-wertung vorhandener Daten auf Messungen sttzen,die vom einfachen Zhlen bis zum Einsatz komplexerMesssysteme reichen

35、knnen. Eine Ermittlung vonEnergiekenngren verlangt: das Prfen vorhandener Daten bzw. das Realisie-ren eines Messkonzepts, das alle fr die jeweiligeFragestellung relevanten, den Prozess und seinenEnergieverbrauch beeinflussenden Daten in einerForm und Art liefert, die fr die Beantwortung derFragestel

36、lung notwendig sind das zielorientierte Verarbeiten und Darstellen vonMessdaten, um die den Leistungs- und Energiebe-necessary, the specialist will need to accept linguisticinexactitudes and incorrectness of this kind. Attemptsto get rid of them will only meet with misunderstand-ing and generate con

37、fusion. Likewise on account ofthe extent and great variety of scientific and techno-logical fields, it will also be necessary to deal withconventional symbols having multiple meanings as-signed to them.This VDI Standard has taken into account these cir-cumstances. It attempts to fill in a number of

38、defini-tion gaps which have so far, even in technical discus-sions, resulted again and again in misunderstandings.1 IntroductionComparison and evaluation of the energetic quality ofequipment, plants, systems and also their technicaland economic optimization is made on the basis ofenergetic character

39、istics. In most cases these ener-getic characteristics are relative values some of whichare dimensionalized and others non-dimensionalized.In general, further items of information are requiredin addition to the energetic characteristics until an un-ambiguous assessment can be made.The various types

40、of energy conversion can be de-scribed by the laws of thermodynamics. However, thesystem of equations in thermodynamics is a closedsystem only for ideal i.e. reversible processes. Inpractice, it is sometimes not possible to obtain an ex-act analytical estimation of energetic processes.Therefore ener

41、getic fundamental variables are linkedto other determining factors, such as technical condi-tions of production, economical and social structuresand environmental conditions, in a way which is toocomplex, and in some cases not known and thereforeimponderable. Commonly, the affecting factors arestoch

42、astic and only reproducible with difficulty.For this reason, determining all of the characteristicsmentioned in this standard must be based not only onan evaluation of existing data but also on measure-ments which may range from simple counting to theemployment of complex measurement systems. De-ter

43、mining energetic characteristics demands: the existing data be checked or a measurementconcept to be implemented which provides all ofthe data both relevant to the problem in questionand also which have an influence on the processand its associated energy consumption, providingthe data in the form a

44、nd way required for obtain-ing an answer to the problem in question the measured data be processed and presented in amanner so as to enable recognition and quantifica-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF86D9NormCD - Stand 2014-08 4 VDI 4661 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e

45、V., Dsseldorf 2014tion of the parameters affecting and determiningpower and energy requirements, the effects ofthese parameters and also the technical quality ofthe energy conversion and utilizationThe task of standard VDI 4661 is: to define both physical and technical terms to define a number of t

46、ypical special characteris-tics to provide examples of how characteristics are de-termined, quantified and utilized2 Symbols and indicesSymbolsThe following symbols are used throughout this stan-dard:Symbol Term UnitAZ energetic armortization time aE energy JEF harvest factor fex exergetic part rela

47、ted to inferior calorific valueg overall supply efficiency H enthalpie JHs superior calorific value J/kgHi inferior calorific value J/kgI current AKEA cumulative energy demand JL life-time am mass flow-rate kg/snA utilization of work p pressure PaP power WQ heat, reactive power J, varQ heat flow rat

48、e WS apparent power, entropy VA, J/Kt time sT thermodynamic temperature KT period sTaN utilization period at maximumcapacityh/aU internal energy, voltage J, VV volume m3W work Jdarf beeinflussenden und bestimmenden Parame-ter und ihre Wirkungen sowie die technische Qua-litt der Energieumwandlung und

49、 -anwendung zuerkennen und zu quantifizierenDie Aufgabe der Richtlinie VDI 4661 ist: das Festlegen physikalischer und technischer Fachtermini die Definition von einigen typischen speziellen Kenngren das beispielhafte Aufzeigen der Ermittlung derQuantifizierung und der Anwendung von Kenn-gren2 Formelzeichen und IndizesFormelzeichenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet:Formel-zeichenBenennun