Masterseminar_Qian Jiawei
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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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA3/20
Meine Masterarbeit
EnergieeffizienzBehaglichkeit
Raumkomfort
Normen: Auslegungsparameter
Temperatur
Feuchte
Anlagensysteme:HLK-Anlagen
Außenklima
Baukörper:U-Wert
Dämmstoff
Sonnenschutz
Nutzung:Nutzungsart
Nutzungszeit
Interne Wärmequelle
Inhaltsverzeichnis
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA4/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA5/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA6/20
2. Gliederung
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA7/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA8/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA9/20
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)
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA10/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA11/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA12/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA13/20
Kategorien des Umgebungsklimas
Deutschland China USA
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA14/20
Bodenfläche je Person in m²/Person
Nutzungsart
Deutschland China USA
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA15/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA16/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA17/20
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
Jiawei QianVergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA18/20
Vergleich der Auslegungen für Klimaanlagen in Büro- und Verwaltungsgebäude in
Deutschland, China und den USA
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Jiawei Qian
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Mobil: 0176 84654989