masterseminar_qian jiawei

DD

Vergleich der Auslegungen

für Klimaanlagen in Büro- und

Verwaltungsgebäude nach Normen

in Deutschland, China und den USA

Jiawei Qian

Betreuer: Prof. Dr. Martin Renner

Abgabetermin: Mai.2015

Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in

Deutschland, China und den USA2/20

13%Deutschland

37%China

35%

42% 16%

26%

25%

46%

Anteil des Energieverbrauchs

der Klimaanlagen in

Bürogebäude

32%USAVerhältnisse zwischen

öffentlichen Gebäude und

Wohngebäude

Deutschland, China, USA

Flächenanteil

öffentliche Gebäude

Wohngebäude

Anteil am Energieverbrauch

öffentliche Gebäude

Wohngebäude

Hälfte der Bürogebäude mit Klimaanlage

Fast alle mit Klimaanlage

Fast alle mit Klimaanlage



Meine Masterarbeit

EnergieeffizienzBehaglichkeit

Raumkomfort

Normen: Auslegungsparameter

Temperatur

Feuchte

Anlagensysteme:HLK-Anlagen

Außenklima

Baukörper:U-Wert

Dämmstoff

Sonnenschutz

Nutzung:Nutzungsart

Nutzungszeit

Interne Wärmequelle

Inhaltsverzeichnis



1

2

3

4

5

6

7

Motivation und Aufgabenstellung

Gliederung

Grundlage

Vergleich der Normen

Vergleich der Anlagensysteme

Vergleich der Kälteerzeugung

Vergleich der Energieverbrauch

1. Motivation und Aufgabenstellung

• Energieverbrauch der öffentlichen Gebäuden steigt, hauptsächlich Stromverbrauch

• Vertiefung und Ergänzung einer Bachelorarbeit von CDHAW Studentin

• Vergleich der Normen

• Verhältnisse zwischen Normen und Energieeffizienz und Behaglichkeit



0

1

2

3

4

Ne

ufl

äch

e in

Ch

ina

(M

illi

ard

en

m²)

Wohngebäude Öffentliche Gebäude

China:

Hälfte des weltweiten Baumarkts

50% • Jährliche 2 Milliarden Quadratmeter von Neubaufläche in China

• Vor- und Entwurfsplanung von deutschen und amerikanischen Ingenieurbüro gemacht

1. Motivation und Aufgabenstellung

Aufgaben meiner Masterarbeit sind,

• die Schaffung eines Überblicks über die Anforderungen der Behaglichkeit und Energieeffizienz von Büro- und Verwaltungsgebäude in Deutschland, den USA und China,

• der Vergleich der Auslegungskriterien und verschiedener Planungsparametern für Klimatechnik in Bürogebäude anhand der Normen in Deutschland, den USA und China,

• die Auswertung und Analyse der Anwendungsmöglichkeiten der verschiedenen Anlagensysteme (ggf. nach Außenbedingungen),

• der Vergleich der Kälteerzeugung für Bürogebäude in Deutschland, den USA und China,

• der Vergleich der Bewertungsmethode der Wirtschaftlichkeit, Energieverbrauch und Ökologie



2. Gliederung



Kapitel Unterkapitel Status

Kapitel 1 Einleitung 1.1 Motivation √

1.2 Aufgabenstellung √

Kapitel 2 Grundlagen 2.1 Behaglichkeit & 2.1.1 Die Behaglichkeit in Bürogebäude √

Energieeffizienz 2.1.2 Energieeffizienz der Bürogebäude √

2.1.3 Lüftungsanlagen/Klimaanlagen √

2.2 Schlüsselkonzepte in China √

2.3 Vorstellung der Normen 2.3.1 Überblick über Normen √

2.3.2 Sortierung der Normen √

Kapitel 3 Vergleich der Auslegungen 3.1 Vergleich der Behaglichkeit

3.2 Vergleich der Auslegungsparametern

3.3 Vergleich der Anlagensysteme

3.4 Vergleich der Kälteerzeugung

Kapitel 4 Simulation eines

Modellgebäudes

4.1 Beschreibung der Randbedingungen und Modellgebäude

4.2 Modellierung des Modelgebäudes in Simulationsprogramm

4.3 Ergebnisse

4.5 Bewertung und Analyse

Kapitel 5

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung5.1 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

5.2 Vergleich der Energieverbrauch

Kapitel 6 Zusammenfassung

3. Grundlage



Raumklima

Schallübertragung (Körperschall, Luftschall)

Thermische

Behaglichkeit

Luftqualität

Außenluftvolumenstrom

Luftfeuchtigkeit

operative Temperatur

Luftbelastung

Hygienische

Behaglichkeit

Tageslichtquotient.

Visuelle

Behaglichkeit

Luftgeschwindigkeit

Raumlufttemperatur

Beleuchtungsstärke

Leuchtdichte

Farbgebung

Blendung

Lärmimmissionen

Zugluftrisiko

PMV/PPD

Luftbewegung

Feinstäube (PM10, PM2.5)

Luftschadstoffe

Raumluftqualität

Luftwechsel

Gase (CO2-Konzentration etc.)

Olfaktorische

Behaglichkeit

Akustische

Behaglichkeit

Gerüche

Schalldämpfung

Schalldämmung

Schallabsorption

Diagramm: Ishikawa der Raumklima

3. Grundlage



Heizenergieverbrauch

Stromverbrauch

3. Grundlage

Anlagengeregelte Funktionen Bezeichnung der Anlage

Lüften Heizen Kühlen Befeuchten Entfeuchten

x - - - - Reine Lüftungsanlage

x x - - -Lüftungsanlage mit der Heizung oder

Luftheizanlage

x x - x - Teilklimaanlage mit Befeuchtung

x x x - (x) Teilklimaanlage mit Kühlung

x x x x (x) Teilklimaanlage mit Kühlung und Befeuchtung

x x x x x Raumklimaanlage (Vollklimaanlage)



Legende:

- von der Anlage nicht beeinflusst

x von der Anlage geregelt und im Raum sichergestellt

(x) durch die Anlage beeinflusst, jedoch ohne Garantiewerte im Raum

USA Deutschland China



ASHRAE Standard 55 - 2010

Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy

ASHRAE Standard 62.1 - 2010

Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality

DIN EN 13779: 2007-09

Lüftung von Nichtwohngebäuden -Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und RaumkühlsystemeDIN EN 15251: 2012-12

Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden -Raumluftqualität, Temperatur, Licht und AkustikDIN EN ISO 7730:2006-05

Ergonomie der thermischen Umgebung -Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMV- und des PPD-Indexes und Kriterien der lokalen thermischen Behaglichkeit

GB 50189 - 2005

Design standard for energy efficiency of public buildingsGB 50019 - 2003

Code for design of heating ventilation and air conditioningGB 50736 - 2012

Design code for heating ventilation and air conditioning of civil buildingsGB/T 18049 - 2000 eqv ISO 7730:1994

Moderate thermal environments -Determination of the PMV and PPDF indices and specification of the conditions for thermal comfort

gesetzlich

3. Grundlage

3. Grundlage



Deutschland China USA

DIN EN

13779

DIN EN

15251

DIN EN

ISO 7730

GB

50189

GB

50019

GB

50736

GB/T

18049

ASHRAE

Standard 55

ASHRAE

Standard 62.1

Thermische Behaglichkeit

Kategorie √ √ √ √ √ √

PMV/PPD √ √ √

Zugluft √ √ √

Vertikaler Lufttemperaturunterschied √ √

Asymmetrie der Strahlungstemperatur √ √

Aktivität √ √ √

Bekleidung √ √ √

Raumklima

Luftarten/Klassifizierung √ √

Personenbelegung √ √ √ √

Raumlufttemperatur √ √ √ √ √

operative Temperatur √ √ √ √ √

Luftgeschwindigkeit √ √ √ √ √ √ √ √

Raumluftqualität √ √ √

Zuluftvolumenstrom √ √

Außenluftvolumenstrom √ √ √ √ √

Luftwechsel √ √ √

Luftfeuchte √ √ √ √ √ √

CO2-Konzentration √ √

Kälteerzeugung √ √ √

4. Vergleich der Normen

• Vergleich der Kategorien



Kategorien des Umgebungsklimas


DIN EN 15251 DIN EN ISO 7730 GB 50736 ASHRAE 55

PPD % PMV PPD % PMV PPD % PMV PPD % PMV

I <6 -0,2<PMV<+0,2 A <6 -0,2<PMV<+0,2 I ≤10 -0,5≤PMV≤+0,5 <10 -0,5<PMV<+0,5

II <10 -0,5<PMV<+0,5 B <10 -0,5<PMV<+0,5 II ≤27-1≤PMV<-0,5,

0,5<PMV≤1

III <15 -0,7<PMV<+0,7 C <15 -0,7<PMV<+0,7

IV >15PMV<-0,7,

+0,7<PMV

• Vergleich der Personenbelegung

4. Vergleich der Normen



Bodenfläche je Person in m²/Person

Nutzungsart


DIN EN 13779 DIN EN 15251 GB 50189 ASHRAE 62.1

Einzelbüro 10 10 8* 20

Großraumbüro 12 15 4 20

Sitzungsraum 3 2 2,5 2

Kaufhaus 4 7 3 (4*) 2,5

Hotelzimmer 10 - 15 (30*) 10

Restaurant 1,5 1,5 - 1,4

* Luxus

5. Vergleich der Anlagensysteme



Bevorzugte Anlagentechnik

Europa: kombinierte Anlage (Luft / Wasser)

China / USA: überwiegend: Nur-Luftanlagen

z.B. Sommer:

Abfuhr der Kühllast

Medium Wasser

Einsatz in Kühldecke

Medium Luft

Lüftung / Klimatechnik

-20

-10

0

10

20

30

40

Au

ße

nte

mp

era

tur

(°C

)

Außentemperaturverelauf Berlin, Beijing und

Washington

Washington Berlin Beijing

6. Vergleich der Kälteerzeugung



China Deutschland USA

44%

21%

30%

5%

31%

34%

35%

1%

4%

84%

12%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

VRF/VRV Split-Klimageräte Kältemaschine

China Deutschland USA

Kältemaschine

31 28 20

94

158

2717

4

25

94

82

32

10

63

120

6

6

6

1368

34

18

5021

19

18

49

56

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Standard-

Bürogebäude

Niedrigenergie-

Bürogebäude

Passiv-

Bürogebäude

alle Shanghai

Deutschland USA China

Prim

ären

erg

iev

erb

ra

uch

in k

Wh

/m²a

Primärenergieverbrauch der Bürogebäude in Deutschland, den USA und China

Klima Arbeitshilfen Beleuchtung Warmwasser Heizung Sonstiges

235 kWh/m²a

136 kWh/m²a

76 kWh/m²a

293 kWh/m²a

427 kWh/m²a



Wichtige Quelle

Vergleich der Energieverbrauchsdaten:

• Klimaschutz durch Reduzierung des Energiebedarfs für Gebäudekühlung 2010/2011

• DOE: U.S. Department of Energy, 2011 Buildings Energy Data Book

• EIA: Energy Information Administration, 2003 CBECS (Commercial Buildings Energy Consumption Survey)

• 中国建筑节能年度发展研究报告 2014 Annual Report on China Building Energy Efficiency

Vergleich der Anlagesysteme

• 2013年中国中央空调市场调查 2013 Chinese HVAC Market Analysis

• Global Trends in Air Conditioning – BSRIA



Vergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in

Deutschland, China und den USA

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Jiawei Qian

Email: [email protected]

Mobil: 0176 84654989

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