VDI 6002 Blatt 1-2014 Solar heating for potable water - Basic principles - System technology and application in residential buildings.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURESolare TrinkwassererwrmungAllgemeine GrundlagenSystemtechnik und Anwendung im WohnungsbauSolar heating for potable waterBasic principlesSystem technology and application inresidential buildingsVDI 6002Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Sa

2、nitrtechnikVDI-Handbuch Ressourcenmanagement in der UmwelttechnikVDI-Handbuch Wrme-/HeiztechnikVDI-RICHTLINIEN ICS 27.160, 91.140.65 Mrz 2014 March 2014Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . .

3、. . . . . . . . . . 32 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . 43 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Solares Angebot und Umwandlung der Solarstrahlung in Wrme. . . . . . . . . . . . 74.1 Solares Angebot. . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Solarkollektoren. . . . . . . . . . .

4、 . . . . 105 Systemtechnik und Komponentenauslegung 165.1 Auswahlkriterien fr ein Solarsystem . . . 16 5.2 Systemtechnik . . . . . . . . . . . . . . . 175.3 Grundstze der System- und Komponentenauslegung . . . . . . . . . . 245.4 Kollektorfeld. . . . . . . . . . . . . . . . 305.5 Solarspeicher . . .

5、 . . . . . . . . . . . . 365.6 Wrmebertrager . . . . . . . . . . . . . 425.7 Rohrleitungssystem im Kollektorkreis . . 465.8 Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.9 Sicherheitseinrichtungen . . . . . . . . . 505.10 Wrmetrger im Kollektorkreis . . . . . . 565.11 Regelung . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . 585.12 Blitzschutz und berspannungsschutz bei thermischen Solaranlagen . . . . . . . . . 59 6 Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . 606.1 Kosten der solaren Nutzwrme . . . . . . . 606.2 Umweltvertrglichkeit . . . . . . . . . . . 69Contents PagePreliminary note . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative references . . . . . . . . . . . . . 43 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 44 Insolation and conversion of solar radiation into heat . . . . .

8、 . . . . . . . 74.1 Insolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Solar collectors . . . . . . . . . . . . . . . 105 System technology and component design . 165.1 Selection criteria for a solar heating system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.2 System technology 175.3 Fundamental prin

9、ciples of system and component design . . . . . . . . . . . . . 245.4 Collector array . . . . . . . . . . . . . . 305.5 Solar storage tanks . . . . . . . . . . . . 365.6 Heat exchangers . . . . . . . . . . . . . . 425.7 Piping system in the collector loop . . . . 465.8 Pumps . . . . . . . . . . . .

10、. . . . . . . 495.9 Safety equipment . . . . . . . . . . . . . 505.10 Heat transfer fluid in collector loop . . . . 565.11 Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.12 Lightning protection and voltage surge protection in solar thermal heating systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 Eco

11、nomic efficiency . . . . . . . . . . . . . . 606.1 Costs of useful solar heat . . . . . . . . . . 606.2 Environmental compatibility . . . . . . . . 69Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedZubeziehen durch /AvailableatBeuth Verl

12、ag GmbH,10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V., Dsseldorf 2014Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-la

13、tion. VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG)Fachbereich Technische GebudeausrstungFrhereAusgaben: 09.04; 05.12 EntwurfdeutschFormer editions: 09/04; 05/12Draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF8DD9NormCD - Stand 2014-03All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure,

14、Dsseldorf 2014 2 VDI 6002 Blatt 1 / Part 1Seite7 Inbetriebnahme, Abnahme, Betrieb, Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . 707.1 Inbetriebnahme, Abnahme, Instandhaltung 707.2 Funktionskontrolle und Ertragsbewertung . 71Anhang A Datenblatt fr Herstellerangaben zum Kollektor . . . . . . . . .

15、 . . . . . . . 72Anhang B Beispielrechnung fr die Systemauslegung (Flachkollektoren) . 74Anhang C Beispiel fr die Auslegung des Membranausdehnungsgefes im Kollektorkreis . . . . . . . . . . . . . 76Anhang D Profile des Warmwasserbedarfs . . . . 80Anhang E Berechnungsbeispiel fr solare Wrmegestehungs

16、kosten . . . . . . . 84Anhang F Preisdynamische Barwertfaktoren. . . 86 Anhang G Musterformular zur Systember- prfung bei Inbetriebnahme . . . . . . 87Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empf

17、ehlungen der Richt-linie 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

18、-bedingungen (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.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/6002.Einle

19、itungEine verstrkte Nutzung regenerativer Energien ist notwendig zur ressourcenschonenden und emissions-armen Deckung des Energiebedarfs unter Wahrung des Lebensstandards. Fr die Sanitrtechnik und kon-kret fr die Erwrmung von Trinkwasser bedeutet dies, dass der Stellenwert der Solarenergienutzung zu

20、nehmen wird.Page7 Commissioning, acceptance, operation, maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707.1 Commissioning, acceptance, maintenance. 707.2 Functional checking and yield assessment. 71Annex A Manufacturers collector data sheet . . 73 Annex B System design calculation example (flat-pl

21、ate collectors) . . . . . . . . . . 75Annex C Design example for membrane expansion vessel in collector loop . . . 78 Annex D Hot-water demand profiles . . . . . . . 80Annex E Example calculation of solar heat production costs . . . . . . . . . . . . 85Annex F Present-value factors based on dynamic

22、prices . . . . . . . . . . . . . 86Annex G Sample checklist for system checking during commissioning . . . . . . . . . 88Bibliograpy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89Preliminary noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendatio

23、ns of the standard 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 this standard without infringement of copy-right is permitted subject

24、to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/6002.IntroductionIncreased u

25、se of renewable energy sources is required if energy demand is to be covered taking into account resource conservation and emission reduction while maintaining the standard of living. In the field of san-itary engineering and, specifically, potable-water heating, this means that the use of solar ene

26、rgy will become more important.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF8DD9NormCD - Stand 2014-03Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2014 VDI 6002 Blatt 1 / Part 1 3 Bei der Auslegung einer Solaranlage mssen dem planend und beratend ttigen Fachingenieur, dem In-stallatio

27、nsunternehmen und auch dem Architekten fundierte technische Unterlagen zur Verfgung ste-hen. Hier hilft die Richtlinie VDI 6002: Sie gibt Hin-weise, auf welche Besonderheiten bei thermischen Solaranlagen geachtet werden muss.Diese Richtlinie ermglicht eine fabrikatsneutrale Auslegung von Solaranlage

28、n zur Trinkwassererwr-mung.Die Auslegung kann anhand der hier aufgefhrten Richtwerte erfolgen und mit entsprechender Simula-tionssoftware im Detail berprft und optimiert wer-den.Neben der geeigneten Auslegung des Gesamtsystems sind unbedingt auch die Trinkwasserhygiene (siehe VDI/DVGW 6023), Besonde

29、rheiten der einzelnen Komponenten und die Hinweise zum Betreiben und Instandhalten (siehe VDI 3810 Blatt 2) und die Funk-tionskontrolle (siehe VDI 2169) zu beachten.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie befasst sich mit der solaren Unter-sttzung der Trinkwarmwassererwrmung.Technisch wie wirtschaftlich

30、 kann es sinnvoll sein, neben dem Verbraucher Trinkwarmwassererwr-mung“ einen zweiten Verbraucher mit solarer Wrme aus einem einzigen Solarkreis zu versorgen. Beipiele sind: Raumheizung Raumluftkhlung Schwimmbeckenwassererwrmung in Frei- und Hallenbdern (siehe auch VDI 2089) ProzesswrmeBehandelt wer

31、den schwerpunktmig Solaranlagen zur Trinkwassererwrmung fr Mehrfamilienhuser mit Kollektorflchen von typischerweise mehr als 20 m2. Die Aussagen und Ergebnisse sind in vielen Fllen bertragbar auf Ein- und Zweifamilienhuser. Sofern fr diese kleinen Anlagen besondere Bedin-gungen vorliegen, wird darau

32、f hingewiesen.Neben den Planungs- und Auslegungskriterien wer-den Hinweise zur Systemtechnik und Komponenten-auswahl gegeben.Diese Richtlinie behandelt im Schwerpunkt Solarsys-teme zur Trinkwassererwrmung im Wohnungsbau. Viele Hinweise sind auch auf andere Anwendungsbe-reiche bertragbar. Blatt 2 die

33、ser Richtlinienreihe be-handelt Anwendungen in Studentenwohnheimen, Se-niorenheimen, Krankenhusern, Hallenbdern und auf Campingpltzen.For designing a solar heating system, sound technical documentation must be available to the planning and consulting specialist engineers, installers and archi-tects.

34、 The standard VDI 6002 is a useful tool here, giving guidance on the specifics to be considered for solar thermal heating systems. This standard allows designing solar heating systems for potable-water regardless of makes. The design can be based on the values recommended in the standard and can be

35、checked and optimised in detail using suitable simulation software. In addition to an appropriate design of the overall sys-tem, further crucial issues to be considered include potable-water hygiene (see VDI/DVGW 6023), spe-cific features of the individual components, the guid-ance on operating and

36、maintenance (see VDI 3810 Part 2) and the functional checking (see VDI 2169).1 ScopeThis standard deals with solar heating support sys-tems for potable-water heating.It can make sense, both technically and economically, to provide a second consumer, in addition to the “po-table-water heating” consum

37、er, with solar heat from one single solar loop. Examples are: space heating room-air cooling swimming-pool water heating in outdoor and in-door pools (see also VDI 2089) process heatThis standard focuses on solar heating systems for potable-water heating for multi-dwelling units with collector areas

38、 typically above 20 m2. Statements and results are often applicable to detached and semi-de-tached homes. Where special conditions exist for these small systems, they are pointed out. In addition to the planning and design criteria, guid-ance is given on the system technology and the selec-tion of c

39、omponents.This standard mainly deals with solar heating sys-tems for potable-water heating in residential build-ings. Many details are also applicable to other fields of application. Part 2 of this series of standards per-tains to applications in students halls of residence, homes for the elderly, h

40、ospitals, indoor pools and at camping sites.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF8DD9NormCD - Stand 2014-03All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2014 4 VDI 6002 Blatt 1 / Part 12 Normative Verweise / Normative referencesDie folgenden zitierten Dokumente sind fr die An-wendu

41、ng dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indispensa-ble for the application of this standard:DIN 1988-100:2011-08 Technische Regeln fr Trinkwasser-Installationen; Teil 100: Schutz des Trinkwassers, Erhaltung der Trinkwassergte; Technische Regel des DVGW (Codes of p

42、ractice for drinking water installations; Part 100: Protec-tion of drinking water, drinking water quality con-trol; DVGW code of practice)DIN EN 1717:2011-08 Schutz des Trinkwassers vor Verunreinigungen in Trinkwasser-Installationen und allgemeine Anforderungen an Sicherungsein-richtungen zur Verhtu

43、ng von Trinkwasserverun-reinigungen durch Rckflieen; Deutsche Fassung EN 1717:2000; Technische Regel des DVGW (Protection against pollution of potable water in-stallations and general requirements of devices to prevent pollution by backflow; German version EN 1717:2000; Technical rule of the DVGW)VD

44、I 2169:2012-10 Funktionskontrolle und Ertrags-bewertung bei solarthermischen Anlagen (Functional checking and yield rating of solar ther-mal systems)VDI 3810 Blatt 2:2010-05 Betreiben und Instandhal-ten gebudetechnischer Anlagen; Sanitrtech-nische Anlagen (Operation and maintenance of building insta

45、llations; Sanitry systems)VDI/DVGW 6023:2013-04 Hygiene in Trinkwasser-Installationen; Anforderungen an Planung, Aus-fhrung, Betrieb und Instandhaltung (Hygiene in drinking-water installations; Requirements for planning, execution, operation and maintenance)3 BegriffeFr die Anwendung dieser Richtlin

46、ie gelten die fol-genden Begriffe:AbsorberBauteil der Solaranlage, das die Strahlungsenergie der Sonne absorbiert und in Form von Wrme an die Flssigkeit des Kollektorkreislaufs bertrgt.Anmerkung: Siehe Abschnitt 4.2.Auslastung (spezifische Last)Trinkwarmwasserverbrauch oder -bedarf im Ge-bude bei ei

47、ner Wassertemperatur von 60 C.Anmerkung: Die Auslastung wird angegeben in Litern pro Tag und Quadratmeter Kollektorflche.AuslegungsbedarfDurchschnittlicher Warmwasserbedarf pro Vollbe-legungsperson und Tag whrend der Schwachlast-periode.Anmerkung: Der Auslegungsbedarf wird zur Dimensionierung und Au

48、slegung der Solaranlage benutzt.Bivalenter SpeicherIn zwei Bereiche unterteilter Speicher, der von unter-schiedlichen Energiesystemen beladen wird.Beispiel: Solarenergie wird in den unteren Teil eingespeist, kon-ventionelle Energie in den oberen.Deckungsanteil (solarer Deckungsanteil, Zapfdeckungsan

49、teil, Gesamtdeckungsanteil)Anteil, den die Solaranlage zur Deckung des Energie-verbrauchs beitrgt.3 Terms and definitionsThe following terms and definitions are used throughout this standard:AbsorberComponent of the solar heating system, which ab-sorbs solar radiation energy and transfers it in the form of heat to the liquid in the collector loop.Note: See Section 4.2.Capacity utilisation (specific load)Consumption of, or demand for, potabl