Validierung des MEG-Kurzverfahrens Klimakälte

INSTITUT WOHNEN
UND UMWELT GmbH
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Validierung des MEG-Kurzverfahrens Klimakälte
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Im Forschungsprojekt „Methodik zur Erfassung, Beurteilung und
Optimierung des Elektrizitätsbedarfs von Gebäuden“ wurden
Kurzverfahren zur Berechnung des elektrischen Energiebedarfs für
Beleuchtung, Lüftung und Klimakälte entwickelt. Die vom IWU
durchgeführten Untersuchungen zur Klimakälte sind in den
Modulen 1.3 und 2.3 beschrieben. Im vorliegenden
Teilbericht (Modul 4.2) werden die Berechnungsansätze zur
Klimakälte durch den Vergleich mit Messdaten überprüft.
Hierzu werden unterschiedliche Feinanalysen an dem
Gebäude der Helvetia-Versicherung in der Weißadlergasse,
Frankfurt am Main durchgeführt. Untersucht wird, ob das
Kurzverfahren MEG-Klimakälte für die gegebenen
Randbedingungen den Nutzkältebedarf der Zonen richtig
voraussagt und ob das das Betriebsverhalten der
Abbildung 1: Helvetia-Versicherung;
kältetechnischen Anlagen realitätsnah modelliert wird.
Weißadlergasse in Frankfurt am Main
Wie Abbildung 2 zeigt, stimmt der berechnete Nutzkältebedarf für die
gekühlten Bereiche des Gebäudes weitgehend mit den Messungen
überein. Größere Differenzen treten nur bei der Kältegruppe KG 6 auf,
in der der Nutzkälteverbrauch von Serverraum, Poststelle, Schulung und
Kantine gemeinsam gemessen wird. Als Gründe werden vermutet:
a) die nicht bekannte zeitliche Entwicklung der Ausrüstung des
Serverraums mit EDV-Geräten;
b) die Raumtemperatur in Schulung und Poststelle, die von den Nutzern
über einen Drehschalter im Raum frei gewählt werden kann.
Für die übrigen Zonen wird eine gute Übereinstimmung zwischen
Messung und Berechnung gefunden, so dass davon ausgegangen werden
kann, dass die Berechnungsansätze in der Lage sind, den tatsächlichen
Nutzkältebedarf eines Gebäudes realitätsnah zu ermitteln.
1
180000
160000
Kantine
Schulung
Poststelle
Nutzkältebedarf in kWh/a
140000
KG 6
120000
Serverraum
100000
KG 6
KG 5
Küche
80000
Restaurant
60000
40000
KG 3+4
KG 5
Bürogruppe 2
KG 3+4
KG 1+2
20000
Bürogruppe 1
KG 1+2
0
Messung 2002
Rechnung 2002
Messung 2003
Rechnung 2003
Abbildung 2:Vergleich von gemessenem und berechnetem Nutzkältebedarf für
alle untersuchten Zonen des Gebäudes der Helvetia-Versicherung in der
Weißadlergasse in Frankfurt am Main
Anteil freie Kühlung an gesamter Kälteerzeugung
In einem zweiten Schritt wird der Strombedarf untersucht, der von der
Kälteanlage und den Hilfsantrieben zur Bereitstellung des
Nutzkältebedarfs benötigt wird. Berücksichtigt werden muss dabei der
Beitrags der freien Kühlung, die in dem Gebäude über ein trockenes
Rückkühlwert realisiert werden kann. Hier ergeben sich gute
Übereinstimmungen zwischen Messung und Rechnung. (Abbildung 3).
Während sich dieser Anteil aus den Messungen zu 21,5 % bestimmt,
wird in den Berechnungen ein Anteil von 18,5 % ermittelt.
100%
Berechnung
90%
Messung
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
02
/1
02
/2
02
/3
02
/4
02
/5
02
/6
02
/7
02
/8
02
/9
02
/1
0
02
/1
1
02
/1
2
03
/1
03
/2
03
/3
03
/4
03
/5
03
/6
03
/7
03
/8
03
/9
03
/1
0
03
/1
1
03
/1
2
0%
Monate der Jahre 2002 und 2003
Abbildung 3: Anteil der freien Kühlung an der gesamten
Kälteerzeugung (freie Kühlung + Kälteanlage)
2
Die Jahresarbeitszahl der Kältemaschine und der Anteil der Hilfsenergie
für Rückkühlwerk, Pumpen und Regelung sind Eingabegrößen im
Programm. In den Feinanalysen kann also nur überprüft werden, ob die
vorgeschlagenen Standardwerte plausibel sind. Es zeigte sich, dass der
in der Arbeitshilfe angesetzte Standardwert für die Jahresarbeitszahl von
4 für eine Kältemaschine, die auf höherem Temperaturniveau
(12 °C/18 °C) arbeitet, eine gute Annahme ist. Für die HelvetiaKältemaschine wurden Werte von 4,1 (2002) und 3,5 (2003) ermittelt (
Abbildung 4).
5
4,5
4
Arbeitszahl
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
02
/1
02
/2
02
/3
02
/4
02
/5
02
/6
02
/7
02
/8
02
/9
02
/1
0
02
/1
1
02
/1
2
03
/1
03
/2
03
/3
03
/4
03
/5
03
/6
03
/7
03
/8
03
/9
03
/1
0
03
/1
1
03
/1
2
0
Jahr/Monat
Abbildung 4: Aus Messdaten ermittelte monatliche Arbeitszahl der Kältemaschine in
der Helvetia Versicherung Frankfurt
Größere Differenzen gab es bei der Annahme zu den erforderlichen
Hilfsenergien. Hier liegen die in der Berechnung vorgeschlagenen
Standardwerte von ca. 30 % des Strombedarfs der Kälteanlage (ExcelArbeitshilfe Version 1.1.4) deutlich niedriger. Über die Messungen
wurde ein Anteil der Hilfsenergien ermittelt, der fast in der gleichen
Größenordnung liegt wie der Strombedarf der Kältemaschine zur
Kälteerzeugung (Abbildung 5). An dieser Stelle sind weitere
Untersuchungen erforderlich um festzustellen, ob es sich um eine
Besonderheit der Helvetia-Versicherung handelt oder ob der
Stromverbrauch von Rückkühlwerk, Pumpen und Regelung tatsächlich
üblicherweise in dieser Größenordnung liegt.
3
monatalicher Stromverbrauch in kWh
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
02
/1
02
/2
02
/3
02
/4
02
/5
02
/6
02
/7
02
/8
02
/9
02
/1
0
02
/1
1
02
/1
2
03
/1
03
/2
03
/3
03
/4
03
/5
03
/6
03
/7
03
/8
03
/9
03
/1
0
03
/1
1
03
/1
2
0
Jahr / Monat
Stromverbrauch von Pumpen, Rückkühlwerk und Regelung (Hilfsenergie allgemein)
Stromverbrauch zur Kälteerzeugung
Abbildung 5: Gemessener Stromverbrauch
Rückkühlwerk, Pumpen und Regelung
zur
Kälteerzeugung
Insgesamt zeigen die Feinanalysen, dass mit den Berechnungsansätzen
des Kurzverfahrens MEG-Klimakälte der elektrische Energiebedarf
eines Gebäudes plausibel eingeschätzt werden kann. Es wird deutlich,
dass neben der Rechengenauigkeit die realitätsnahe Definition der
nutzungs-, gebäude- und anlagentechnischen Randbedingungen von
hoher Bedeutung für die Verlässlichkeit der Berechnungsergebnisse
sind. Insbesondere bei der Einschätzung des elektrischen Energiebedarfs
der Hilfsenergie für Rückkühlung, Pumpen und Regelung gibt es dabei
noch Untersuchungsbedarf.
Quelle
Knissel; Jens: Feinanalysen zur Validierung des MEG-Kurzverfahrens
Klimakälte; Modul 4.2 des Forschungsprojektes „Methodik zur
Erfassung, Beurteilung und Optimierung des Elektrizitätsbedarfs von
Gebäuden“; Institut Wohnen und Umwelt; Darmstadt 2006
4
und
für