Gebäudenergiebilanzen & innere Wärmequellen?
Für meine Abschlussarbeit (Maschinenbau) bin ich im Bereich der Gebäudeplanung eingesetzt. Es geht um die Kühlungsauslegung über die Energiebilanz eines nicht-Wohngebäudes.
In diesem Gebäude finden mehrere elektrische Maschinen platz, welche mit viel Abwärme betrieben werden. Die Norm DIN V 18599 beschäftigt sich mit Energiebilanzen von Gebäuden, geht aber nicht genauer auf die inneren Wärmequellen in Form solcher Maschinen ein.
Inwiefern muss ich diese in der Energiebilanz berücksichtigen? Idealerweise habt ihr einen Verweis auf die passende Norm oder eine Veröffentlichung dazu.
Danke euch :)
2 Antworten
Ich betrachte die Sache mal aus Sicht der Thermodynamik, also ganzheitlich:
Die Systemgrenze ist die Außenhaut des Gebäudes. Der Wärmeeintrag in das Gebäude durch die elektrischen Anlagen ist leicht zu ermitteln. Das ist die dem Gebäude zugeführte elektrische Leistung/Verbrauch, der leicht zu ermitteln ist. Nach dem Energieerhaltungssatz wird die gesamte zugeführte elektrische Energie letztlich in Wärme umgewandelt, die dann, wie auch immer, mit demselben Betrag wieder aus dem Gebäude raus muss, wenn man isotherm bleiben will.
Bei dieser für die Thermodynamik typischen Betrachtung des Gebäudes als "Black Box" muss man überhaupt nicht wissen, welche Maschinen wie und wo die zugeführte elektrische Energie in Wärme umwandeln. Es reicht zu wissen, was rein- und rausgeht, um zutreffende Rückschlüsse auf das Verhalten des Systems ziehen zu können.
Es geht sogar so weit, dass eine Wand, ab einer bestimmten Tiefe (16m, die hier überschritten wird) in ein eigenes System eingeteilt wird.
Moment....dazu habe ich gar nichts gesagt. Mir ist bekannt, dass es da Berechnungsvorschriften gibt. Wie Wärme durch die Wände oder sonstwie rein und rausgeht, ist nicht men Thema.
Ich habe nur zu dem Thema innerer Energieeintrag etwas gesagt und der ist wie geschildert, aufgrund des Energieerhaltungssatzes gleich dem Einz´trag an elektrischer Energie....worüber ja die Voschriften nichts sagen, wie du selber feststellst, aber dafür die Thermodynamik. Sollte von den Trafos eine elektrische Leitung nach Außen führen, muss diese elektrische Leistung natürlich abgezogen werden.
Wie kann ich im besten Fall den Faktor der Gleichzeitigkeit beurteilen,
Wenn ein stationärere Zustand erreicht ist, ist dQ/dt = dEel/dt. Dann ist auch die maximale Kühlleistung gefordert.
Die Transformatoren im Prüffeld werden teilweise aktiv über Lüfter (erzwungene Konvektion)
Wird die Kühlluft nach Außen geleitet oder bleibt die im Raum?
Beeinflusst der Luftstrom der Lüfter für die erzwungene Konvektion auf irgendeine, rechnerisch, ohne Simulation nachweisbare Weise das Gebäudeklima?
Das hängt davon ab, ob die Kühlluft nach außen abgeführt wird oder nicht.
--> Kühllastberechnung nach VDI 2078.
Hier müssen für die Kühllast (also der Kältebedarf) neben den Gebäudeeigenschaften (Standort, Wärmedämmung, Verschattung etc.) auch die inneren Lasten wie PCs und Beleuchtung berücksichtigt werden.
gibt es ein vereinfachtes Verfahren? Habe schon irgendwas von der DIN V 4108 gelesen, die scheint aber nicht mehr Stand der Technik zu sein.
Vereinfacht fände ich jetzt als Maschinenbauer insofern sinnvoll, dass z.B. Leuchtmittel mit 1 - 2kW im Verhältnis zu den Wärmeverlustleistungen der Trafos mit 1,2 MW nicht wirklich ins Gewicht fallen.
Jain. Du hast laut Frage Maschinen die viel Abwärme produzieren. Dafür gibt es keinen pauschalen Ansatz, da du hier vermutlich eine spezifische Kühlung vorsehen willst, oder?
Wenn du jetzt meinst, die Beleuchtung zu ignorieren, da diese neben den Trafos untergeht könntest du das machen. Da wär dann aber eher die Frage, warum müssen die Trafos dauerhaft beleuchtet werden? Wenn es also wirklich um Trafos geht, dass wäre nur die Verlustleistung der Trafos wichtig. Arbeitsplätze wird es ja z.B. neben dem Trafo auch nicht geben.
Berücksichtige aber, dass zu nicht einfach ein Klimasplitgerät in den Aufstellraum der Trafos montieren darfst. Hier bleibt dir eigentlich nur Bauteilaktivierung oder Lüftung.
Üblicherweise werden Trafos meines Wissens nach, wenn möglich, über Lüftung/Außenluft gekühlt.
Ja es geht um ein Kühlkonzept eines kompletten Prüffeldes für Leistungstransformatoren. Da steht ein Prüfling unter Last, sowie die für den Betrieb nötigen Betriebsgeräte. Alle mit eigenen Verlusten. Spannend ist an der ganzen Arbeit eigentlich nur woher die Verluste kommen und wie sich diese zeitabhängig addieren. Die Bestimmung der Kühlung ist nur der letzte Schritt. Weil das Thema so speziell ist, kennen sich im Unternehmen die Leute nicht genauer damit aus. Danke schonmal für die Hilfestellung.
Abschlussfrage: wieso darf ich keine RLT Anlage für dieses Prüffeld vorsehen?
wieso darf ich keine RLT Anlage für dieses Prüffeld vorsehen?
Da hast du mich falsch verstanden. Ich bin von einem Traforaum ausgegangen und nicht von einem Prüffeld bzw. Prüfstand. Und dann habe ich von Klimasplitanlagen gesprochen. Diese pusten zwar auch Luft im Kreis, sind aber keine Lüftungsanlagen.
Tatsächlich würde ich für einen Prüfstand schauen ob die Kühlung nicht direkt über eine Lüftung realisiert werden kann. Wenn rechnerisch der Luftvolumenstrom zu hoch werden würde könnte man diesen noch entsprechend über ein Kühlregister abkühlen. Trafos werden ja wie bereits geschrieben üblicherweise über Luft gekühlt.
Wenn du die Lüftung zielgerichtet konstruierst solltest du auch tatsächlich umliegende Faktoren wie Beleuchtung und Arbeitsplätze ignorieren können.
Okay verstanden. Dein Ansatz klingt in der Theorie sinnvoll, leider muss man dabei mehrere Probleme beachten:
- Ich kann die einzelnen Geräte nicht direkt in einen Kühlkreislauf anbinden, ich kann also nicht mit der Auslegung der Wärmeübertrager punkten
- Das Equipment, insbesondere der Prüfling erfordert die Einhaltung gewisser thermischer Randbedingungen für den Prüfzyklus
Ich denke also eine Wärmezufuhr in den Raum ist letztendlich die sinnvollste Argumentation. Ich kann aber dennoch nicht einschätzen, welche der Quellen und Senken welchen Einfluss haben und inwiefern ich mich verpflichte diese zu Berücksichtigen oder nicht
Ich kann die einzelnen Geräte nicht direkt in einen Kühlkreislauf anbinden,
Das ist ja klar, aber du könntest unter dem Trafo Luft einblasen und über dem Trafo absaugen. Diese Luft könntest du je nach zu erwartenden Temperaturen direkt von Außen beziehen (natürlich mit Ventilatoren), im Umluftbetrieb fahren und aktiv konditionieren (heizen/hühlen und wenn benötigt be- und entfeuchten) oder einen Mischbetrieb fahren.
Das Equipment, insbesondere der Prüfling erfordert die Einhaltung gewisser thermischer Randbedingungen für den Prüfzyklus
Gerade dafür eignet sich doch eine Lüftung mit entsprechenden Konditionierungsmaßnahmen.
Ich denke also eine Wärmezufuhr in den Raum ist letztendlich die sinnvollste Argumentation.
Ich dachte du willst den Raum kühlen???
Ich kann aber dennoch nicht einschätzen, welche der Quellen und Senken welchen Einfluss haben
Was ist hier mit Senken gemeint? Für die Trafos hast du doch die Verlustleistung und somit die abzuführende Wärme. Du hast oben etwas von 1,2 MW geschrieben. Da wirst du nahezu jeden Raum in Minuten zur Sauna machen.
Teilweise werden, insbesondere die größeren Trafos über 125 MVA aktiv mit Lüftern gekühlt. Wir wollen ja auch dieses Kühlungsverhalten nicht beeinflussen, sondern im besten Fall die Prüfbedingungen herstellen. t=20°C, p=1013 hPa und für die relative Feuchtigkeit gibt es auch einen Wert.
Mit Wärmezufuhr in den Raum meinte ich folgendes:
Die inneren Wärmequellen (Trafos, Umrichter) geben ihre Wärme an den Raum ab, und diese führe ich dann ganzheitlich vom Gebäude ab, nicht die Wärme jedes Betriebsmittels für sich.
Und mit Senken meine ich z.B. Fenster oder Wärmeleitung im Winter usw., dass im Prüfbetrieb dauerhaft gekühlt oder zumindest belüftet und konditioniert werden muss, egal zu welcher Jahreszeit ist eigentlich klar.
für die relative Feuchtigkeit gibt es auch einen Wert.
Na dann bleibt dir nichts anderes übrig als eine Lüftungsanlage mit entsprechenden Konditionierungsmöglichkeiten zu nutzen. Die feuchte bekommst du sonst nicht geregelt.
Danke dir für deine Antwort, aus Sicht der Thermodynamik hast du klar recht. Das ganze kollidiert leider mit dem Thema der deutschen Normen- da wird nämlich die Aufteilung anders vorgenommen. Es geht sogar so weit, dass eine Wand, ab einer bestimmten Tiefe (16m, die hier überschritten wird) in ein eigenes System eingeteilt wird. Ich glaube also, dass dieser reine thermodynamische Ansatz zu einfach ist.
Du kannst mir dennoch weiter helfen - der Energieeintrag findet über dQ/dt statt und bestimmt sich aus den entsprechenden Massenströmen, den Wärmekapazitäten und den Temperaturgradienten. Wie kann ich im besten Fall den Faktor der Gleichzeitigkeit beurteilen, vor allem, wenn die Aufheizkurven der einzelnen Geräte kein lineares Verhalten aufweisen? Vermutlich über die eingebrachte Arbeit unter der Aufheizkurve oder?
Und deine Einschätzung zum Thema Kühlung. Die Transformatoren im Prüffeld werden teilweise aktiv über Lüfter (erzwungene Konvektion) oder durch natürliche Konvektion gekühlt. Beeinflusst der Luftstrom der Lüfter für die erzwungene Konvektion auf irgendeine, rechnerisch, ohne Simulation nachweisbare Weise das Gebäudeklima? Meiner Ansicht nach schon, dies ist aber schwer nachzuprüfen und für die Auslegung der Kühlung vermutlich unerheblich, da die eingebrachte Wärme ja nicht von der Kühlungsart abhängig sein sollte.