VDI 6007 Blatt 3-2015 Calculation of transient thermal response of rooms and buildings - Modelling of solar radiation.pdf

1、ICS 91.120.10, 91.140.10 VDI-RICHTLINIEN Juni 2015 June 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Berechnung des instationren thermischen Verhaltens von Rumen und Gebuden Modell der solaren Einstrahlung Calculation of transient thermal response of rooms and buildings Modelling of solar radiation VDI 6007 Bla

2、tt 3 / Part 3 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG) Fa

3、chbereich Technische Gebudeausrstung VDI-Handbuch Wrme-/Heiztechnik VDI-Handbuch Elektrotechnik und Gebudeautomation VDI-Handbuch Raumlufttechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:04.12Formeredition:04/12Zu bezieh

4、en durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 4 3 Begriffe 5 4 Abkrzungen . 5 5 Grundlagen und Definiti

5、onen . 5 6 Kurzwellige Einstrahlung auf eine horizontale Flche 8 6.1 Direkte Einstrahlung auf horizontale Flche . 8 6.2 Diffuse Einstrahlung auf horizontale Flche . 9 7 Kurzwellige Einstrahlung auf eine beliebig orientierte und beliebig geneigte Flche . 11 7.1 Direkte Einstrahlung auf die beliebig o

6、rientierte und beliebig geneigte Flche . 12 7.2 Diffuse Einstrahlung auf die beliebig orientierte und beliebig geneigte Flche . 13 7.3 Bodenreflexion auf die beliebig orientierte und beliebig geneigte Flche . 15 7.4 Bercksichtigung einer Horizontberhhung bei der diffusen Einstrahlung . 15 8 Ermittlu

7、ng der kurzwelligen Strahlung durch beliebig orientierte und beliebig geneigte transparente Flchen (einschlielich Sonnenschutz) 16 8.1 Korrekturwerte korgund ekorbei nicht senkrechtem und nicht parallelem Strahlungseinfall 18 8.2 Rckwirkung eines auen liegenden Sonnenschutzes auf korgund ekor22 Prel

8、iminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 4 2 Normative references 4 3 Terms and definitions . 5 4 Abbreviations 5 5 Basic principles and definitions 5 6 Short-wave irradiation on a horizontal surface area . 8 6.1 Direct irradiation onto horizontal surface area . 8 6.2 Diffuse irradiation onto horiz

9、ontal surface area . 9 7 Short-wave irradiation on a surface area with any orientation and inclination 11 7.1 Direct irradiation onto the surface area with any orientation and inclination . 12 7.2 Diffuse irradiation onto the surface area with any orientation and inclination . 13 7.3 Ground reflexio

10、n onto the surface area with any orientation and inclination . 15 7.4 Consideration of horizon vertical exaggeration for diffuse irradiation 15 8 Determination of the short-wave radiation due to transparent surface areas with any orientation and inclination (including solar protection) . 16 8.1 Corr

11、ection values korgand ekorfor non-vertical and non-parallel radiation incidence . 18 8.2 Repercussion of external solar protection on korgand ekor. 22 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 6007 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure

12、e.V., Dsseldorf 2015 Seite 9 Zustzlicher Wrmeeintrag bei Fensterlftung und gleichzeitig geschlossenem auen liegendem Sonnenschutz . 23 10 Berechnung der langwelligen Ein- und Ausstrahlung whrend der Cooling Design Period (CDP) . 24 11 Ermittlung der Grenzwerte der Einstrahlung fr das Ein- und Aussch

13、alten der Beleuchtung . 25 11.1 Natrliche Beleuchtung 26 11.2 Tageslichtberechnung nach DIN 5034 . 26 11.3 Tageslichtsimulation 26 11.4 Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte der Beleuchtung 27 12 Sonneneinstrahlung und Beschattung . 31 12.1 Eigenbeschattung durch Vorsp

14、rnge bei direkter Strahlung . 31 12.2 Fremdbeschattung durch Horizontberhhung und/oder Verbauung bei direkter Strahlung 33 12.3 Horizontberhhung und Beschattung bei diffuser Strahlung 35 13 Validierung 36 Schrifttum 36 Page 9 Additional heat input in the event of window ventilation and simultaneousl

15、y closed external solar protection 23 10 Calculation of the long-wave irradiation and radiation during the cooling design period (CDP) 24 11 Determination of the thresholds for irradiation regarding activation and deactivation of the illumination 25 11.1 Natural illumination . 26 11.2 Daylight calcu

16、lation according to DIN 5034 26 11.3 Daylight simulation 26 11.4 Calculation procedures for determining the activation and deactivation times of the illumination 27 12 Solar irradiation and shadowing 31 12.1 Self-shadowing due to projections for direct radiation 31 12.2 Third party shadowing due to

17、horizon vertical exaggeration and/or obstruction for direct radiation . 33 12.3 Horizon vertical exaggeration and shadowing for diffuse radiation 35 13 Validation . 36 Bibliography . 36 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtli

18、nie 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 Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.

19、de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt 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. Preliminary note The content

20、 of this standard has been developed in strict accordance 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 t

21、ext or of extracts. The use of this standard without infringement 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. A catalogue of all available parts

22、of this series of standards can be accessed on the internet at www.vdi.de/6007. Einleitung Diese Richtlinie dient als weiterer Baustein in der Neuordnung der Rechenverfahren zur Berechnung des instationren thermischen Verhaltens von Rumen und Gebuden. Zweck dieser Neuordnung ist die Trennung der Ric

23、htlinien entsprechend ih-rem Aufgabenbereich. So enthalten die neuen Introduction This standard serves as a further component in the reorganisation of the calculation procedures regard-ing the calculation of transient thermal response of rooms and buildings. The purpose of this reorgani-sation is to

24、 separate the standards in accordance with their field of functions. This way, the new B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 6007 Blatt 3 / Part 3 3 Khllastregeln VDI 2078 die Definitionen und Fest

25、legungen der Parameter und Randbedingun-gen, unter denen die Khllast zu bestimmen ist. Die Verfahren fr die thermisch energetische Be-rechnung (Rechenmodelle) sind getrennt nach ihrer Aufgabenstellung in VDI 6007 eingeordnet. VDI 6007 Blatt 1 enthlt das Raummodell als Re-chenkern, Blatt 2 das Fenste

26、rmodell und Blatt 3 das Modell fr die solare Einstrahlung. Diese Zentralisierung der Rechenverfahren in VDI 6007 hat den Vorteil, dass andere Richtlinien auf diese Verfahren verweisen und mehrfache Be-arbeitungen vermieden werden. So wird z. B. in VDI 2067 auf die VDI 6007 verwiesen. Abgesehen von e

27、iner besseren bersichtlichkeit wird auch noch eine Vereinheitlichung der wichtigsten Re-chenverfahren erreicht. Die in VDI 6020:2001 enthaltene Berechnung der solaren Einstrahlung und der Tageslichtsimulation waren speziell auf die Anforderungen einer Ganz-jahressimulation auf der Basis der Testrefe

28、renzjah-re (TRY) aufgebaut. Aufgabe war es, die Umrech-nung der Strahlungsdaten aus dem TRY und das Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte der Beleuchtung zu ver-einheitlichen. Die vorliegende Richtlinie erweitert diese Aufga-benstellung erheblich: kurzwellige Einstrahl

29、ung auf eine horizontale Flche kurzwellige Einstrahlung auf eine beliebig ori-entierte und beliebig geneigte Flche Ermittlung der kurzwelligen Strahlung durch beliebig orientierte und beliebig geneigte trans-parente Flchen (einschlielich Sonnenschutz) zustzlicher Wrmeeintrag bei Fensterlftung und gl

30、eichzeitig geschlossenem auen liegen-dem Sonnenschutz Berechnung der langwelligen Ein- und Ausstrah-lung whrend der CDP (Cooling Design Period) Ermittlung der Grenzwerte der Einstrahlung fr das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung Sonneneinstrahlung und Beschattung Damit sind alle relevanten Berechn

31、ungen fr die solare Einstrahlung an einer Stelle definiert. Vllig neu ist die Definition der Strahlungsbedingungen am CDD (Cooling Design Day) und in der CDP. VDI 6007 Blatt 3 stellt einen groen Fortschritt bei der Berechnung des diffusen Anteils der Sonnen-einstrahlung dar. Das Maximum nach VDI 207

32、8:1996 lag bei 160 W/m2auf eine horizontale Flche bei einem cooling load rules VDI 2078 include the definitions and specifications of the parameters and boundary conditions to be used to determine the cooling load. The procedures for thermal-energetic calculation (calculation models) are classified

33、within VDI 6007 separated in accordance with their field of functions. VDI 6007 Part 1 comprises the room model as main focus of the calculation, Part 2 the window model, and Part 3 the model for solar irradiation. This centralisation of the calculation procedures in VDI 6007 provides for the advant

34、age that other standards refer to these procedures and multiple processing is avoided. This way, VDI 2067 con-tains reference to VDI 6007, e.g. Apart from a better clarity, a standardisation of the most im-portant calculation procedures can be achieved. The calculation of the solar irradiation and t

35、he daylight simulation contained in VDI 6020:2001 were build specifically upon the requirements of an all-year simulation on the basis of the test refer-ence years (TRY). The assignment was to stand-ardise the conversion of the radiation data from the TRY and the calculation procedure for the deter-

36、mination of the times the illumination must be switched on and off. The present standard significantly expands this assignment: short-wave irradiation on a horizontal surface area short-wave irradiation on a surface area with any orientation and inclination determination of the short-wave radiation

37、through transparent surface areas with any orientation and inclination (including solar protection) additional heat input in the event of window ventilation and simultaneously closed external solar protection calculation of the long-wave irradiation and radiation during CDP (cooling design period) d

38、etermination of the thresholds for irradiation regarding activation and deactivation of the illu-mination solar irradiation and shadowing This way, all relevant calculations for solar irradia-tion onto a location are defined. The definition of the radiation conditions on the CDD (cooling de-sign day

39、) and in the CDP is completely new. VDI 6007 Part 3 constitutes a huge progress re-garding the calculation of the diffuse share of solar irradiation. The maximum according to VDI 2078:1996 was 160 W/m2on a horizontal surface area at a turbidi-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - St

40、and 2015-08 4 VDI 6007 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Trbungsfaktor von 6,1 im Juli. Sowohl in den derzeit gltigen TRY nach DIN 4710 als auch in den alten TRY konnte man an vielen Stunden we-sentlich hhere Werte finden. Diese hheren Werte de

41、r Diffusstrahlung sind nicht nur vom Trbungs-faktor, sondern auch von der Bewlkung abhngig. Die durch den Kulisseneffekt leichter Wolken re-flektierte Direktstrahlung fhrt z. B. zu einer erheb-lichen Erhhung der Diffusstrahlung an einer der Sonne abgewandten Fassade. In dieser Richtlinie wurde desha

42、lb ein Verfahren fr die Berechnung der langwelligen Ein- und Ausstrahlung whrend der CDP angegeben. Das Verfahren wurde so konzipiert, dass die Daten-struktur mit der der TRY bereinstimmt, sodass mit den gleichen Algorithmen TRY und CDP be-rechnet werden knnen. ty factor of 6,1 in July. Both in the

43、currently appli-cable TRY according to DIN 4710 and in the old TRY, significantly higher values could be found for many hours. These higher values of the diffuse radiation do not only depend on the turbidity fac-tor, but also on the cloudiness. The direct radiation reflected by the set effect of min

44、or clouds results in a significant increase of the diffuse radiation at a facade on the shadow side, e.g. Thus, a procedure for calculating the long-wave irradiation and radiation during the CDP was spec-ified within the framework of this standard. The procedure was designed in a way that the data s

45、tructure corresponds to the data structure of TRY so that the same algorithms TRY and CDP can be used for calculation purposes. 1 Anwendungsbereich Die in dieser Richtlinie definierten Rechenverfah-ren dienen als Bausteine fr Rechenverfahren zur Berechnung des instationren thermischen Verhal-tens vo

46、n Rumen und Gebuden und sind Teil des Raummodells der Richtlinie VDI 6007 Blatt 1. Im Gegensatz zu den brigen Verfahren ist die Berechnung der langwelligen Ein- und Ausstrah-lung whrend der CDP auf den Einsatz im Sinne der VDI 2078 zur Berechnung von Khllast bzw. von Raumtemperaturen beschrnkt. Sie

47、hat aber ebenfalls Gltigkeit fr eine HDP (heating design period) bei instationrer Heizlastberechnung. 1 Scope The calculation procedures defined within this standard serve as components for calculation proce-dures for the calculation of the transient thermal response of rooms and buildings, and are

48、parts of the room model of standard VDI 6007 Part 1. As opposed to the other procedures, the calculation of the long-wave irradiation and radiation during the CDP is limited to the use within the meaning of VDI 2078 regarding the calculation of cooling load or room temperatures. However, it is also

49、applica-ble to an HDP (heating design period) in the event of transient heating load calculation. 2 Normative Verweise / Normative references Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indis-pensable for the application of this standard: DIN 5034-2:1985-02 Tageslicht in Innenrumen; Grundlagen (Daylight in interiors; Principles) DIN 5034-3:2007-02 Tageslicht i