Programm Dokumentation/Mehrzonenmodell

Das Mehrzonenmodell rechnet ein Gebäude mit zwei oder mehr Zonen: jede Zone mit eigenen Bauteilen, Sollwerten und Nutzungswerten, gekoppelt über Trennflächen und Luftaustausch. So rechnen etwa Wohnungen und ein unbeheiztes Treppenhaus, ein Büroteil neben einer kühleren Halle oder ein Geschoss über einem Keller getrennt.

Rechenkern nach VDI 6007 Blatt 1 je Zone; elf der zwölf Testbeispiele im Normband einschließlich Druckrundung, Testbeispiel 11 in zwei Umschaltstunden um 3,4 W daneben (3,9 W gegen das Band ohne Druckrundung). Die Kopplung der Zonen ist eine Erweiterung von EPOS-Plan: VDI 6007 regelt den einzelnen Raum und seinen Nachbarraum, nicht ein Netz gekoppelter Zonen.

Zonen anlegen

Zonen führen ein Gebäude im Projekt auf dem Rechenweg VDI 6007 und ein Satz des Gebäudekatalogs; gerechnet werden sie nur im Projekt. Sie entstehen in der Ebene Zonen & Räume des Bereichs Hülle, Zonen & Bauteile – im Gebäudeeditor Gebäude im Projekt: Hülle und Zonen (Bearbeiten… in der Kopfleiste der Projektliste, siehe Gebäude) oder im Katalogeditor (Zonen im Katalog):

• + Neue Zone … oder Duplizieren, im Projekt auch Gebäude als eine Zone übernehmen;
• aus einem Gebäudeimport oder mit einem Katalogsatz, der Zonen trägt.

Vor der zweiten Zone fragt der Editor nach. Ein Gebäude trägt höchstens 50 Zonen.

Mit mehreren Zonen gilt:

• Jede Zone braucht ihre eigene Nutzfläche; die Summe der Zonen ersetzt die Nutzfläche des Gebäudes.
• Mindestens eine Zone ist beheizt. Eine unbeheizte Zone schwingt frei: kein Heizen, kein Kühlen, keine Sollwerte.
• Ein leeres Feld der Zone übernimmt den Wert des Gebäudes. Unverändert: Sollwerte, Maximalraumtemperatur, Raumhöhe, Infiltration, Nutzerlüftung, Strahlungsanteil der Heizung. Nach dem Flächenanteil der Zone: innere Wärmegewinne, Bewohner, Heizleistungsgrenze. Das Luftvolumen ist Nutzfläche × Raumhöhe. Der Zonendialog nennt an jedem Feld den Wert, der ohne Eintrag gilt.

Beispiel. Ein Gebäude mit 50 kW Heizleistungsgrenze hat zwei beheizte Zonen mit 300 und 200 m² ohne eigene Grenze: Sie rechnen mit 30 kW und 20 kW.

Konditionierung

Im Detailbereich der Zone steht dieselbe Matrix wie beim Gebäude (Gebäude: Bereich „Nutzung & Konditionierung"). Je Zelle – Heizen, Kühlen, Lüftung, Geräte und Personen; Tag, Nacht, Wochenende, Ferien und Saison – erbt die Zone den Wert des Gebäudes (die Zelle zeigt ihn als Vorgabe …) oder führt einen eigenen; Erben leert eine eigene Zelle. Für die Nachtzeit gilt dasselbe. Je Größe führt die Zone den Kalender vom Gebäude oder einen eigenen Kalender; Vom Gebäude übernehmen und anpassen legt eine Kopie an. Der Kalender der Zone trägt Vorlagen, Perioden und Teppichbild. Ein Nutzungsprofil übernimmt die Zone in der Karte 1 · Nutzungsprofil mit Übernehmen; die Kopfzeile nennt das zuletzt übernommene.

Kühlung

Im Zonendialog, Gruppe Kühlung der Zone:

• Zone wird gekühlt – leer wie das Gebäude; nein schaltet die Zone auch dann aus, wenn das Gebäude kühlt.
• Kühlleistungsgrenze – leer die des Gebäudes nach dem Flächenanteil der Zone.

Die Kühlsollwerte stehen in der Spalte Kühlen der Matrix. Gekühlt wird nur mit Kühlbetrieb im Projekt; sonst und an einer unbeheizten Zone ist die Spalte Kühlen gesperrt (an der unbeheizten auch Heizen), der Grund steht am Element. Jede Zone wird an einem Tag entweder geheizt oder gekühlt; verschiedene Zonen dürfen am selben Tag verschieden arbeiten. Einzelheiten: Kühlung.

Aufheizen. Die Aufheizoptimierung rechnet je beheizter Zone mit ihrem Heizkalender, ihren Massen und ihrer Heizleistungsgrenze; eine unbeheizte Zone rampt nicht. Vorheizzeit (h) der Zone (1 bis 47) wirkt bei Vorheizzeit vorgeben mit Geltung je Zone; leer gilt die des Gebäudes, dann die des Projekts, ohne Wert die Sollwertrampe (Simulation: Verfahren).

Trennflächen

Eine Wand oder Decke zwischen zwei Zonen ist eine Trennfläche: ein Bauteil mit der Randbedingung Nachbarzone und der Zone, an die es grenzt. Je Zonenpaar führt eine Zone die Trennflächen; die Nachbarzone rechnet sie gespiegelt (umgekehrte Schichtfolge) und zeigt sie nur zum Lesen mit dem Vermerk geführt von …. Eine Wärmebrücke $\psi \cdot L$ auf der Zonengrenze gehört der wärmeren Zone.

Wie sie rechnet, stellen Sie im Bauteileditor unter Trennfläche rechnen ein, neben der Nachbarzone:

Wahl	Wirkung
automatisch (4-K-Regel) (Vorgabe)	Zwei beheizte Zonen: Liegen ihre Heizsollwerte am Tag höchstens 4 K auseinander, rechnet die Fläche wie ein Innenbauteil, sonst wie ein Außenbauteil. Verglichen wird ohne Heizkalender der Tagessollwert, mit Heizkalender der höchste Sollwert der Nutzungszeit; Absenkungen zählen nicht. Liegt ein Paar, das wie ein Innenbauteil rechnet, im Jahreslauf 4 K oder mehr auseinander, nennt es das Protokoll.
wie Innenbauteil	Speichermasse der Zone; über die Grenze fließt keine Wärme.
wie Außenbauteil	koppelt die beiden Zonen immer.

Eine Trennfläche zu einer unbeheizten Zone koppelt immer. Gekoppelt rechnet sie wie ein Bauteil zu einem unbeheizten Raum, dessen Temperatur die Raumluft der Nachbarzone ist.

Vier Zonen: Büro und Besprechung rechnen ihre Trennfläche wie ein Innenbauteil (1 K Unterschied), Büro und Halle koppeln (6 K), das unbeheizte Treppenhaus koppelt immer; Halle und Treppenhaus tauschen 100 m³/h Luft. Prinzipbild, Beispielwerte.

Beispiel. Büro 21 °C und Besprechung 20 °C: 1 K, die Fläche rechnet wie ein Innenbauteil. Büro und Halle 15 °C: 6 K, sie koppeln. Besprechung und unbeheiztes Treppenhaus koppeln immer.

Wird eine Zone entfernt, auf die Trennflächen anderer Zonen zeigen, nennt die Rückfrage diese Bauteile; sie grenzen danach an einen unbeheizten Raum. Eine kopierte Zone übernimmt ihre Trennflächen mit denselben Nachbarn, deshalb fragt der Editor vor dem Duplizieren nach.

Luftaustausch

Luftaustausch … in der Klappe Lüftung des Bereichs Anlage & Übergabe (ab zwei Zonen) öffnet die Luftströme zwischen den Zonen: je Zonenpaar eine Zeile mit Zone A, Zone B und dem Volumenstrom V̇ in m³/h. Der Strom fließt in beide Richtungen gleich; ohne Zeile tauschen zwei Zonen keine Luft. Wird eine Zone entfernt, entfallen ihre Luftströme.

Wie gerechnet wird

Jede Zone rechnet das Raummodell nach VDI 6007 Blatt 1 mit ihren eigenen Bauteilen (Bauteilweg); gekoppelte Zonen rechnen Stunde für Stunde gemeinsam (siehe Berechnung: Kopplung der Zonen).

• Heizen: ohne Heizkreis ideal an den Sollwerten der Zone, mit Heizkreis über die Wärmeübergabe der Zone (Übergabe je Zone).
• Kühlen: ideal je Zone, mit Kühlübergabe an der Kühlfläche der Zone (Kühlübergabe je Zone).
• Kanäle: Die Heizlast des Gebäudes ist die Summe der Zonen und geht als eine Reihe in den Kanal Heizung; der Kühlbedarf der Zonen geht als Summe in den Kanal Kühlung.
• Ein Gebäude mit Zonen trägt seine echte Hülle und wird nicht hochgerechnet.

Berechnung: Kopplung der Zonen

• Jede Zone nimmt die Raumtemperatur ihrer Nachbarn aus dem letzten Durchlauf; die Stunde wird wiederholt, bis sich keine Raumtemperatur um mehr als 0,01 K und keine Heiz- oder Kühlleistung um mehr als 0,1 W ändert.
• Zonen ohne koppelnde Trennfläche und ohne Luftstrom zwischen sich rechnen getrennt.
• Kommt eine Stunde nach 50 Durchläufen nicht zur Ruhe, bricht die Bedarfsrechnung mit einer Meldung ab, die Gebäude, Zonen und Stunde nennt.
• Vor dem Jahr rechnet das Modell 30 Tage vor und wiederholt diesen Vorlauf; weicht die Wiederholung um mehr als 0,05 K ab, verlängert es ihn auf 90 Tage und nennt das im Protokoll. Eine unbeheizte Zone beginnt mit dem Mittel der Temperaturen an ihren Außenseiten.
• Das Protokoll nennt je Gebäude die Zahl der Zonen und der getrennt gerechneten Teilgruppen, die Stunden des Vorlaufs und die Durchläufe je gekoppelter Stunde, im Mittel und höchstens.

Ergebnisse

Das Blatt Simulation des Gebäudes (Knopf Simulation… im Gebäudedialog) zeigt den Block Zonen: je Zone beheizt, Heizwärme, max. Wärmelast, mittlere Raumtemperatur und Überhitzungsstunden. Eine unbeheizte Zone trägt statt Heizwärme und Last einen Strich, wohl aber Temperatur und Überhitzungsstunden. Bilder für wählt, ob das Bild des Blocks Wärme das Gebäude oder eine Zone zeigt.

Die Kennzahlen des Gebäudes entstehen aus den Zonen:

• Heizwärme, Wärmelast und Kühlbedarf: Summe der Zonen.
• Mittlere Raumtemperatur und Reihe Raumtemperatur: Flächenmittel der beheizten Zonen.
• Überhitzungsstunde: in der Nutzungszeit liegt mindestens eine beheizte Zone über ihrer Maximalraumtemperatur.
• Stunden mit Kühlbedarf, mit Sommerlüftung und mit Heizen und Kühlen: ebenso, sobald eine beheizte Zone den Fall erfüllt; eine unbeheizte Zone heizt, kühlt und lüftet nicht.

Der Bericht führt je Gebäude die Tabelle Zonen mit beheizt, Heizwärme und Spitze je Zone; die Summenzeile addiert die Heizwärme, nicht die Spitzen, weil diese nicht gleichzeitig auftreten.

Übergabe je Zone

Rechnet das Projekt mit Anlagenkopplung und hat das Gebäude einen Heizkreis (Heizkreis und Wärmeübergabe), stellt jede beheizte Zone im Abschnitt Übergabe des Zonendialogs ihre Heizfläche ein:

• Übergabeart – wie Gebäude (dahinter die Art des Gebäudes), ideal, Radiator, Flächenheizung oder Konvektor. ideal nimmt die Zone aus dem Heizkreis: Sie rechnet ideal an ihren Sollwerten, auch wenn das Gebäude gekoppelt ist.
• Exponent, Nennleistung der Übergabe, Auslegung Vorlauf, Auslegung Rücklauf, Auslegung Raum und Proportionalband des Raumreglers – leer gilt wie Gebäude; der Platzhalter nennt den wirksamen Wert.

Erbregel. Ein leeres Feld nimmt den Wert, den das Gebäude ausdrücklich trägt, sonst die Vorgabe der wirksamen Übergabeart der Zone. Ohne Eintrag ist die Auslegungsraumtemperatur der Tagsollwert der Zone, das Proportionalband 1 K und die Nennleistung der Anteil der Nennleistung des Gebäudes nach der Nutzfläche der beheizten Zonen; die Nennleistung des Gebäudes ist ohne Eintrag die Summe der stationären Heizlasten seiner beheizten Zonen. Eine Herleitungszeile nennt die wirksame Art mit Herkunft (an der Zone gewählt oder wie Gebäude) und die Vorgaben der Art.

Beispiel. Gebäude mit 20 kW Nennleistung, beheizte Zonen mit 300 und 200 m² ohne eigene Nennleistung: Die Zonen rechnen mit 12 kW und 8 kW.

Ein Heizkreis. Am Gebäude bleiben der Schalter Heizkreis, die Heizkurve, das Sollwert-Zeitprogramm und die Auslegungsaußentemperatur: Alle Zonen hängen an einem Vorlauf. Die Heizkurve läuft am höchsten Heizsollwert der Zonen im Heizkreis, höchstens bis zum Auslegungsvorlauf des Gebäudes. Jede Zone entnimmt, was ihre Heizfläche bei ihrer Raumtemperatur hergibt – eine Zone mit knapper Heizfläche bleibt kühler, während die Nachbarzone ihren Sollwert hält. Der Rücklauf des Gebäudes ist das Mittel der Zonenrückläufe, gewichtet mit ihrem Heizwasserstrom.

Ist der Heizkreis aus, die Übergabeart des Gebäudes ideal oder rechnet das Projekt ohne Anlagenkopplung, rechnen alle Zonen ideal; der Abschnitt zeigt Ohne Wirkung und behält die Werte. Eine unbeheizte Zone hat keine Wärmeübergabe.

Ergebnisse. Die Gruppe Zonen im Wärmebedarf und die Tabelle Zonen im Bericht führen je Zone im Heizkreis Vorlauf und Rücklauf (Mittel über ihre Heizstunden) und Übergabe begrenzt (Stunden, in denen die Übergabe weniger lieferte, als der Sollwert verlangte); ohne Heizkreis bleiben die Spalten leer. Das Gebäude zählt eine Stunde mit begrenzter Übergabe, wenn mindestens eine Zone begrenzt war.

Kühlübergabe je Zone

Rechnet das Gebäude seine Kühlübergabe und das Projekt mit Anlagenkopplung, stellt jede gekühlte Zone in der Gruppe Kühlung der Zone ihre Kühlfläche ein: Kühlübergabeart der Zone (wie Gebäude, ideal, Kühldecke, Flächenkühlung, Gebläsekonvektor), Exponent der Kühlübergabe (Zone) und Nennleistung der Kühlübergabe (Zone). Leer gilt wie am Gebäude, die Nennleistung als Anteil des Gebäudes nach der Nutzfläche; Exponent und Nennleistung wirken nur mit einer rechnenden Art.

Auslegungspunkt, Untere Vorlaufgrenze und Kühlkurve stehen allein am Gebäude: Alle Zonen hängen an einem Kaltwasserkreis mit einem Vorlauf.

• Jede Zone nimmt auf, was ihre Kühlfläche bei ihrer Raumtemperatur hergibt; der Rücklauf des Gebäudes ist das Mittel der Zonenrückläufe, gewichtet mit ihrem Kaltwasserstrom.
• Mit Kühlkurve läuft die Kurve am niedrigsten Kühlsollwert der Zonen, die in der Stunde kühlen; den Raumeinfluss bestimmt die Zone mit der größten Überschreitung.
• Im geschlossenen Kreis begrenzt die Kälteschranke die Kälte je Zone.

Grenzen

• Höchstens 50 Zonen je Gebäude.
• Die Kopplung rechnet mit Stundenwerten: Jede Zone sieht die Raumtemperatur ihrer Nachbarn als Mittel der Stunde.
• Ein Heizkreis je Gebäude: Die Zonen teilen Vorlauf und Heizkurve; getrennte Heizkreise mit eigenen Heizkurven legen Sie als zwei Gebäude an.
• Ein Kaltwasserkreis je Gebäude: Die gekühlten Zonen teilen Vorlauf und Kühlkurve; eine Zone ohne wirksame Kühlübergabe kühlt ideal, das Protokoll nennt es.
• Betriebszeiten des Wärmeerzeugers wirken nicht auf die Zonen; das Gebäude geht als Last in die Anlage.
• Eine Zone ohne eigene Kühlangaben nimmt Kühlschalter und Kühlsollwerte vom Gebäude, die Kühlleistungsgrenze nach ihrem Flächenanteil.
• Der Rechenweg Tagesbilanz rechnet keine Zonen.
• Die Einteilung in Zonen legen Sie fest; Räume werden nicht selbsttätig zu Zonen zusammengefasst.