Ermittlung des Kühlbedarfs analog zu Kühlgradtagen
Das Gradstundenmodell kann nicht nur zur Definition des Heizwärmebedarfs, sondern auch des Kühlbedarfs verwendet werden. Wie beim Heizmodell wird dabei die Gleichgewichtstemperatur mit der Aussentemperatur verglichen, um den Kühlbedarf aus den verfügbaren Daten abbilden zu können. In jeder Stunde wird die notwendige thermische Energie berechnet, die erforderlich ist, um die gewünschte Raumtemperatur zu halten. Dieses Gebäudemodell eignet sich besonders gut, wenn keine detaillierten Daten über das Gebäude vorliegen. Polysun bietet auch andere Ansätze, um den Kühlenergiebedarf bei der Auslegung des Energiesystems zu berücksichtigen.
Energiebedarf eingeben
Für die Berechnung des Kühlbedarfs mithilfe des Gradstundenmodells sind Verbrauchsdaten des Gebäudes notwendig. In Polysun stehen hierfür drei verschiedene Eingabemöglichkeiten zur Verfügung:
Jährlicher Energiebedarf
Der jährliche Kühlbedarf wird in kWh vorgegeben. Dieses Modell eignet sich etwa, wenn der Kühlbedarf bekannt ist oder anderweitig errechnet wurde.
Monatlicher Energiebedarf
Wie zuvor kann in dieser Definitionsart eine Energiemenge in kWh vorgegeben werden, dabei ist die Eingabe aber für jeden Monat einzeln zu tätigen. Dieses Vorgehen eignet sich besonders für Gebäude, deren Kühlbedarf von der klassischen saisonalen Verteilung abweicht.
Maximaler Leistungsbedarf
Bei dieser Auswahl ist der maximale Leistungsbedarf einzugeben.
Die maximal möglichen inneren Wärmegewinne werden anhand der benutzerdefinierten Vorgaben berechnet:
\(Q_{gain,max} = Q_{dem,max} \cdot c_{gains}\)
Dabei ist \(Q_{dem,max}\) der definierte maximale Leistungsbedarf des Gebäudes und \(c_{gains}\) der Gewinnberechnungskoeffizient.
Im nächsten Schritt wird der UA-Wert unter Berücksichtigung der maximalen Aussentemperatur sowie der eingestellten Raumtemperatur berechnet:
\(UA = \frac {Q_{gain,max}} {T_{amb,max} – T_{set}}\)
Daraus werden die Wärmegewinne berechnet, allerdings nur bei Aussentemperaturen, die über der Sollraumtemperatur liegen:
\(Q_{gain}[h] = \frac{UA \cdot (T_{amb} [h] – T_{set})} {1000}\)
\(Q_{gain} = \sum Q_{gain}[h]\)
Aus der Wärmegewinnen und der Gewinnberechnungskoeffizienten wird die Kühllast berechnet.
\(Q_{dem,cooling} = \frac{Q_{gain}}{c_{gain}}\)
Nach Auswahl der Methode und Eingabe der erforderlichen Informationen erhält Polysun die notwendigen Daten über das Gebäude. Anschliessend kann die Simulation auf Basis der Kühlgradtage gestartet werden, wobei der Kühlbedarf in den Komponenten-Resultaten angezeigt wird.
Grundlagen für Kühllastberechnung: Kühlenergiebedarf, Energiegewinne und Wärmegewinne
Bei allen Arten der Eingabe des Energiebedarfs werden der Kühlenergiebedarf und die Energiegewinne entweder direkt im Kontextmenü des Gebäudes abgefragt oder aus den Benutzereingaben berechnet (z. B. maximaler Leistungsbedarf). Die Methode zur Berechnung des Kühlenergiebedarfs ist analog zur Berechnung des Heizenergiebedarfs, wobei die Berechnungsformel und das Verfahren detailliert beschrieben sind.
Die Berechnung des Kühlbedarfs basiert auf den Wärmegewinnen des Gebäudes, während die Berechnung des Heizwärmebedarfs auf den Wärmeverlusten basiert. Das folgende Beispiel zeigt, wie sich die Berechnung des UA-Wertes für den Kühlenergiebedarf vom Heizenergiebedarf unterscheidet:
- Cooling load: \(UA_b = \frac{Q_{gain} * 1000} {Sum_{T_{diff}}}\)
- Heating load: \(UA_b = \frac{Q_{loss} * 1000} {Sum_{T_{diff}}}\)
Auswahl der Wärmegewinne
Der Kühlenergiebedarf lässt sich durch die Auswahl der Wärmegewinne beeinflussen. Werden die Wärmegewinne als „hoch“ eingetragen, kann die Gleichgewichtstemperatur vom Nutzer selbst definiert werden. Wird die Einstellung „normal“ gewählt, berechnet Polysun die Gleichgewichtstemperatur, genau wie beim Heizmodell.
Energiedefizit
Das Energiedefizit berechnet sich als Differenz zwischen dem Kühlenergiebedarf und der vom Kühlelement bereitgestellten Energie:
\(Q_{def} = Q_{dem,cooling} – Q_{conv}\)
Die Warnmeldung, dass der berechneten Energiebedarf nicht gedeckt ist, erscheint, wenn eines der beiden möglichen Szenarien eintritt:
- Das Energiedefizit ist für insgesamt 12 Stunden höher als 50% des Energiebedarfs, und zwar für mindestens 10 aufeinanderfolgende Zeitpunkte.
- Das Energiedefizit ist für insgesamt 24 Stunden höher als 30% des Energiebedarfs, und zwar für mindestens 5 aufeinanderfolgende Zeitpunkte.
Was versteht man unter der Kühllast, und warum ist sie wichtig?
Die Kühllast bezeichnet die Kühlleistung, die erforderlich ist, um ein Gebäude auf der gewünschten Temperatur zu halten. Sie ist entscheidend für die Dimensionierung von Kälteanlagen, da die Anlage entsprechend der Kühllast dimensioniert werden muss. Ungenaue Kühllastberechnungen können zu einer Unter- oder Überdimensionierung führen, was Komforteinbußen, Takten der Anlage und andere Probleme zur Folge haben kann.
Wann warnt Polysun vor einem Energiedefizit?
Eine Warnung erscheint, wenn:
Das Defizit >50 % des Bedarfs für 12 Stunden (mind. 10 aufeinanderfolgende Zeiten) oder
Das Defizit >30 % des Bedarfs für 24 Stunden (mind. 5 aufeinanderfolgende Zeiten)