VDI 6007 Blatt 1-2015 Calculation of transient thermal response of rooms and buildings - Modelling of rooms.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREBerechnung des instationren thermischen Verhaltens von Rumen und GebudenRaummodellCalculation of transient thermal responseof rooms and buildingsModelling of roomsVDI 6007Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Wrme/HeiztechnikVDI-Handbuch Ele

2、ktrotechnik und GebudeautomationVDI-Handbuch RaumlufttechnikZubeziehendurch / Available atBeuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V., Dsseldorf 2015Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for i

3、nternal use not permittedInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3Indizes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4、 4 Verwendung meteorologischer Daten. . . . . 54.1 Wetterdaten nach DIN 4710 undVDI 4710 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2 Testreferenzjahr . . . . . . . . . . . . . . . 54.3 Wetterdaten fr Auslegungstage . . . . . . 65 Gebude und Rume . . . . . . . . . . . . . . 75.1 Beschreibung . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . 75.2 Nutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75.3 Aufteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Modellbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76.1 Anforderungen an das Rechenverfahren . . 7 6.2 Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . 86.3 Thermisches Verhalten

6、der Bauteile . . . . 116.4 Thermisches Verhalten des Raums . . . . . 146.5 Berechnungsablauf (Ablaufplan) . . . . . . 306.6 Validierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.7 Testbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . 316.8 Hinweis fr die Programmierung . . . . . . 36Anhang A Testbeispiele und

7、Diagramme . . . . . 38A1 Testbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . 38A2 Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Anhang B Ablaufplan . . . . . . . . . . . . . . . 79Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2In

8、troduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 4 3 Subscripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Use of meteorological data . . . . . . . . . . 54.1 Meteorological data as per DIN 4710

9、and VDI 4710 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2 Test reference year . . . . . . . . . . . . . 54.3 Meteorological data for design days . . . . 65 Buildings and rooms . . . . . . . . . . . . . . 75.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . 75.2 Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10、. 75.3 Zoning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76.1 Requirements to be met by the calculation method . . . . . . . . . . . . . 76.2 Boundary conditions . . . . . . . . . . . . 86.3 Thermal response of building components . 116.4 Thermal respo

11、nse of the room . . . . . . . 146.5 Calculation procedure (flow chart) . . . . . 306.6 Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.7 Test examples . . . . . . . . . . . . . . . . 316.8 Programming note . . . . . . . . . . . . . 36Annex A Test examples and diagrams . . . . . . 38A1 Test exampl

12、es . . . . . . . . . . . . . . . . 38A2 Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Annex B Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . 87Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken

13、as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Frhere Ausgabe:03.12Formeredition: 03/12VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG)Fachbereich Technische GebudeausrstungVDI-RICHTLINIENICS 91.120.10, 91.140.10Juni 2015 June 2015B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB3

14、0F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 6007 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des

15、Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedin-gungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern gerege

16、lt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/6007.EinleitungSeit den 1960er-Jahren wurden eine Reihe von Re-gelwerken fr die Berech

17、nung der Heizlast (des Wr-mebedarfs), der Khllast, des Jahresenergiebedarfs und der Raumtemperaturen erarbeitet. Dabei hatte die Erstellung einfacher Rechenverfahren Vorrang gegenber einer mglichst genauen Erfassung der zum Teil komplexen instationren Vorgnge. Die Entwicklung der elektronischen Date

18、nverarbeitung war nicht soweit fortgeschritten, dass man ihren Ein-satz fr Standardberechnungen wie Heiz- und Khl-last unter dem Grundsatz wirtschaftlicher Vernunft htte fordern knnen. Die Berechnung der Heizlast wurde deshalb mit ei-nem stationren Verfahren durchgefhrt. Bei der Khllast wurde nach d

19、em ersten Ansatz mit Spei-cherfaktoren (1972) Ende der 1980er-Jahre ein Ver-fahren mit Gewichtsfaktoren und Typrumen erarbei-tet. Dabei wurde fr die Innenwnde ein adiabates Wandverhalten angenommen. Abweichende Nach-barraumtemperaturen wurden stationr bercksich-tigt. Bei Auenbauteilen waren nur vord

20、efinierte Bauteilschichten in Bezug zu nehmen. Dies hatte zur Folge, dass eine Bewertung des Speicherverhaltens unterschiedlicher Wandaufbauten nur abgeschtzt und nicht berechnet werden konnte. Heute existieren nun innerhalb der Technischen Ge-budeausrstung (TGA) die unterschiedlichsten Re-chenverfa

21、hren mit ebenso unterschiedlicher Genau-igkeit fr dieselben thermischen Vorgnge. Der Un-terschied zwischen Heiz- und Khllast ist physika-lisch nur eine Frage des Vorzeichens bei der Defini-Preliminary noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and

22、recom-mendations 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 perm

23、itted subject to the licensing conditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. 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/6007.Introduct

24、ionSince the 1960s, numerous rules for calculating the heating load (heat demand), the cooling load, the yearly energy demand and the room temperatures have been developed. At that time, the development of simple calculation techniques took priority over the most precise possible recording of the so

25、metimes complicated transient processes. The evolution of in-formation technology had not yet progressed far enough for stipulating its use in standard calculation techniques like those for heating and cooling load to be economically reasonable. This was the reason why the calculation of heating loa

26、d was performed using a steady-state method. Fol-lowing a first approach using storage factors (1972) for calculating the cooling load, the end of the 1980s saw the development of a method using weighting factors and idealised room types. This method as-sumed an adiabatic response of the interior wa

27、lls. Different temperatures in adjacent rooms were ac-counted for in a steady-state calculation. Only prede-fined layers of exterior building components were to be taken into consideration. It is a consequence of these limitations that an evaluation of the storage be-haviour of varying wall structur

28、es could only be esti-mated rather than calculated. Today, a wide variety of different calculation tech-niques with as widely varying accuracies exist within the building services branch for calculating the same thermal processes. The difference between heating and cooling load is, physically, just

29、a matter of the sign chosen when defining the supply or removal of B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08VDI 6007 Blatt 1 / Part 1 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015tion von Wrmezu- oder -abfuhr. Beide Werte lassen sich mit den gleich

30、en Algorithmen berechnen. Es ist aufgrund des heutigen Stands der Datenverar-beitung wirtschaftlich nicht mehr vertretbar, Lastbe-rechnungen manuell vorzunehmen und auf die erzielbaren Erkenntnisse aus dem instationren Ver-halten zu verzichten. Der Aufwand fr die Datenein-gabe bei der Anwendung eine

31、s Programms ist bereits geringer als der fr manuelle Durchfhrung des ein-fachsten Handrechenverfahrens. Fr den volkswirt-schaftlichen Nutzen ist es unerlsslich, ein einheitli-ches Verfahren zu whlen und damit die Vielfalt der Programme und Abweichungen der Ergebnisse zu minimieren, abgesehen vom unn

32、tigen Programmie-rungs- und Schulungsaufwand. Dabei soll keine Ein-schrnkung der Entwicklung stattfinden. Wie in der Richtlinie VDI 6020 gezeigt, sind z. B. im Bereich der Simulationsberechnungen unterschiedliche L-sungen mglich und zulssig, sofern sie zu vergleich-baren Ergebnissen fhren. Fr Standa

33、rdberechnun-gen, wie Heiz- und Khllast, Energiebedarf nach Richtlinie VDI 2067 Blatt 10, ist es jedoch sinnvoll, ein standardisiertes Verfahren einzusetzen, um den Aufwand zu minimieren.Die Besonderheiten der jeweiligen Aufgabenstellung und die dabei zu bercksichtigenden Parameter (Wetterdaten, uere

34、 und innere Wrmequellen oder -senken etc.) und Genauigkeitsanforderungen werdenin den jeweiligen Richtlinien/Normen wie VDI 2078, VDI 2067 und DIN EN 12 831 geregelt. Diese Richtlinie soll das grundstzliche Verfahren (Modellbildung und Algorithmen) einheitlich fest-schreiben. Sie soll auch dazu dien

35、en, Rume und Ge-bude ohne RLT-Anlagentechnik bauphysikalisch auf instationres thermisches Verhalten zu untersuchen und zu bewerten.Anmerkungen zur Neuausgabe In der vorliegenden Neuausgabe wurden Druckfehler korrigiert. Am Berechnungsverfahren erfolgten keine nderungen, jedoch kamen zum besseren Ver

36、stnd-nis Erluterungen, Anmerkungen und Ergnzungen hinzu.1 AnwendungsbereichDas in dieser Richtlinie beschriebene Verfahren dient als Grundlage fr Berechnungen des instationren thermischen Verhaltens von Rumen und Gebuden. Das Verfahren ermglicht die Berechnung von Las-ten und Raumtemperaturen unter

37、korrekter Berck-sichtigung der thermischen Eigenschaften der Bau-teile sowie deren instationres Verhalten (adiabat/ heat; both quantities can be calculated using the same algorithms.Given the current state of the art in information tech-nology, it is no longer economically reasonable to manually cal

38、culate loads and not to make use of the information that can be obtained from the transient response. The effort required to enter the data for us-ing a software program is already less than that re-quired to carry out even the simplest manual calcula-tion method. In order to obtain economic benefit

39、s, it is mandatory that a harmonised method be chosen, thus limiting the variety of programs and deviations of the results to a minimum, not to mention the un-necessary effort for programming and training. De-velopment, however, is not to be curbed. As shown in the standard VDI 6020, different techn

40、iques for the calculation of, e. g., simulations are possible and per-missible, provided their results are comparable. For standard calculations of, e. g., heating and cooling load or energy demand in accordance with the stand-ard VDI 2067 Part 10, however, it is reasonable to use a standardized met

41、hod in order to minimise the effort taken. The specific aspects of the task at hand and the pa-rameters to be taken into consideration (meteorolog-ical data, external and internal heat sources and sinks, etc.) and required accuracies are specified in the per-tinent standards such as VDI 2078, VDI 20

42、67 and DIN EN 12 831. This standard is intended to specify the basic tech-nique (modelling and algorithms) in a harmonised way. It also serves to investigate and evaluate the building physics of the transient thermal response of rooms and building without HVAC installations. Notes on the new edition

43、In this edition of the standard, misprints have been corrected. No changes have been made to the calcu-lation procedure. However, explanations, notes and details have been added for better understanding. 1ScopeThe technique described in this standard serves as a basis to the calculation of the trans

44、ient thermal re-sponse of rooms and buildings. The technique allows to calculate loads and room temperatures on the basis of the correct consideration of the thermal properties of the building components and their transient behav-iour (adiabatic/non-adiabatic). The method therefore B55EB1B3E14C22109

45、E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 4 VDI 6007 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015nicht adiabat). Damit dient das Verfahren auch der thermisch-bauphysikalischen Bewertung von Ru-men und Gebuden. Die Richtlinie beschrnkt sich auf d

46、ie Beschreibung des Rechenkerns und behandelt darber hinaus ge-hende Algorithmen nur insoweit sie an anderer Stelle nicht oder unvollstndig beschrieben und fr ver-gleichbare Ergebnisse erforderlich sind.Die konkreten Randbedingungen fr eine bestimmte Aufgabe, z. B. Berechnung der Khllast (VDI 2078),

47、 werden in der jeweiligen Richtlinie festgelegt. 2BegriffeFr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die fol-genden Begriffe:2-K-Modell (2-Kapazitten-Modell)Modell, das die thermischen Einflsse von n Kapazi-tten fr einen Raum so zusammenfasst, dass die Be-rechnung auf zwei Kapazitten zurckgefhrt wer-

48、den kann. Anmerkung: Es handelt sich deshalb um ein vereinfachtes n-Kapa-zitten-Modell.AuenwandBauteil mit auf Innen- und Auenseite unterschiedli-chen Randbedingungen (Wandverhalten: nicht adia-bat). Anmerkung: In diesem Sinne ist z. B. eine Kellerdecke in der Regel eine Auenwand. Flche Auenbauteil

49、Produkt der Bruttomae eines Auenbauteils, wobei die Breite sich aus dem Ma von Wandmitte zu Wandmitte (Rasterma) ergibt und die Hhe von OKF (Oberkante Fuboden) zu OKF ermittelt wird. Flche Innenbauteil Produkt der lichten Mae eines Innenbauteils. InnenwandBauteil mit gleichen Randbedingungen auf beiden Seiten des Bauteils (Wandverhalten: adiabat).3IndizesIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Indizes verwendet:AW zusam