Wärmebedarfsberechnung Gebäude
Wärmebedarfsberechnung Gebäude
Ein mit Nahwärme versorgtes Gebiet besteht in der Regel aus einer Vielzahl von bauphysikalisch unterschiedlichen Gebäuden. Um den Wärmelastgang der Einzelgebäude mit exakten dynamischen Modellen (z.B. DYNBIL, /Feist 1993/) im Detail nachzubilden, wäre eine sehr genaue Aufnahme der Gebäudedaten (Abmessungen, Orientierungen und bauphysikalische Kennwerte von Außen- und Innenbauteilen) notwendig. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass der Einfluss durch die Bewohner/Nutzer nicht unerheblich ist. Daten zum Nutzerverhalten (Raumtemperaturen, Nachtabsenkung, Anteil der beheizten Flächen, Warmwasserbedarf, etc.) lassen sich aber in Anbetracht der Größe des betrachteten Systems "Nahwärme" (in der Regel mehrere 100 Wohneinheiten) nur statistischen Erhebungen entnehmen. Dadurch ist eine gewisse "Unschärfe" bei der Abbildung des Heizwärmebedarfs nicht zu vermeiden.
Um den Aufwand (insbesondere bei der Datenaufnahme) im vernünftigen Verhältnis zur erzielbaren Genauigkeit zu halten, werden bei der Gebäudemodellierung einige Vereinfachungen getroffen:
- die Wärmekapazitäten der Einzelbauteile (Wände, Zwischendecken, ...) werden in einer Gesamtkapazität des Gebäudes zusammengefasst,
- es wird mit konstanten k-Werten der Bauteile gerechnet,
- das Gebäude wird durch eine Zone mittlerer Raumtemperatur beschrieben; unbeheizte Kellerbereiche werden darin nicht berücksichtigt.
stundenweise Berechnung
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mit |
QVerl |
: |
gesamte Wärmeverlust |
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QTrans |
: |
Transmissionswärmeverluste |
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QWB |
: |
Wärmebrückenverluste |
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QL |
: |
Lüftungsverluste |
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L |
: |
spezifischer Wärmeverlustkoeffizient des Gebäudes in W/K |
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Ti |
: |
stündliche Raumtemperatur unter Berücksichtigung der Nachtabsenkung und der Gebäudewärmekapazität |
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Ta |
: |
Tagesmittel der Außentemperatur |
tagesweise Berechnung
QHeiz = QVerl + QSol + Q Pers&Ger
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mit |
QHeiz |
: |
täglicher Heizwärmebedarf |
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QVerl |
: |
gesamte Wärmeverluste |
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QSol |
: |
solare Wärmegewinne |
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QPers&Ger |
: |
interne Wärmegewinne |
QGebäude = QHeiz + QWBB
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mit |
QGebäude |
: |
Gesamtwärmebedarf Gebäude |
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QHeiz |
: |
täglicher Heizwärmebedarf |
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QWBB |
: |
Wärmebedarf der Warmwasserbereitung |
Hinweis: Die Tageswerte werden mit Hilfe der normierten Heizenergieverteilung auf die Stundenwerte verteilt. Die normierte Heizenergieverteilung ist vom Gebäudetyp abhängig.
normierte Heizenergieverteilung
Der tägl. Gebäudewärmebedarf wird auf Stundenwerte verteilt.
QGeb,(t) = QGeb * f(t)
Für Wohngebäude erfolgt eine Verteilung nach VDI 2067 jeweils für folgende Typtage:
- Winter-trüb
- Winter-heiter
- Übergang-trüb
- Übergang-heiter
- Sommer
Für alle anderen Gebäude erfolgt eine Verteilung nach Messwerten jeweils für folgende Typtage:
- Winter-Werktag
- Winter-Wochenende
- Übergang1-Werktag
- Übergang1-Wochenende
- Sommer-Werktag
- Sommer-Wochenende
- Übergang2-Werktag
- Übergang2-Wochenende
Damit erstellt BHKW-Plan die Ganglinie des stündlichen Wärmebedarfs von einzelnen Gebäuden bis zu größeren Nahwärmenetzen. In der folgenden Abbildung wird die Jahresganglinie eines Nahwärmenetzes gezeigt.
Hier kann jeder sehen, dass es unmöglich ist abzuschätzen wie groß die Leistung eines Blockheizkraftwerkes sein müsste um eine vernünftige Laufzeit zu erhalten. Sortiert man diesen stündlichen Wärmebedarf nach absteigender Reihenfolge so erhält man die Jahresdauerlinie.
In dieser Abbildung wurde von BHKW-Plan die Laufzeiten der Blockheizkraftwerke eingetragen. Diese beruhen jedoch nicht auf der Ermittlung der Jahresdauerlinie sondern entsprechend der Simulation nach der Jahresganglinie, anders sind die Wirkungsweise von Pufferspeicher und Leistungsmodulation nicht berechenbar. Dies wird bei den modernen Blockheizkraftwerken und den zukünftigen Brennstoffzellen Blockheizkraftwerken immer wichtiger.