Programm Dokumentation/Mehrzonenmodell

Das Mehrzonenmodell rechnet ein Gebäude mit zwei oder mehr Zonen: jede Zone mit ihren eigenen Bauteilen, Sollwerten und Nutzungswerten, gekoppelt über die Trennflächen zwischen den Zonen und den Luftaustausch. So lassen sich Räume unterschiedlicher Temperatur getrennt rechnen – etwa Wohnungen und ein unbeheiztes Treppenhaus, ein Büroteil neben einer kühler gehaltenen Halle oder ein beheiztes Geschoss über einem Keller.

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 führt ein Gebäude im Projekt auf dem Rechenweg VDI 6007 und ebenso ein Satz des Gebäudekatalogs. Sie entstehen in der Ebene Zonen & Räume des Bereichs Hülle, Zonen & Bauteile – im Gebäudeeditor Gebäude im Projekt: Hülle und Zonen, den Bearbeiten… in der Kopfleiste der Projektliste öffnet (siehe Gebäude), oder im Katalogeditor (siehe Zonen im Katalog) – mit + Neue Zone …, mit Duplizieren, im Projekt auch mit Gebäude als eine Zone übernehmen, aus einem Gebäudeimport oder mit der Übernahme eines Katalogsatzes, der Zonen trägt. Gerechnet werden die Zonen nur im Projekt. 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 tritt an die Stelle der 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: Sollwerte, Maximalraumtemperatur, Raumhöhe, Infiltration, Nutzerlüftung und Strahlungsanteil der Heizung unverändert, innere Wärmegewinne, Bewohner und die Heizleistungsgrenze nach dem Flächenanteil der Zone; das Luftvolumen ist Nutzfläche × Raumhöhe. Der Zonendialog nennt an jedem Feld den Wert, der ohne Eintrag gilt. Das gilt auch für die Konditionierung: Im Detailbereich der Zone steht dieselbe Matrix wie beim Gebäude (siehe Gebäude: Bereich „Nutzung & Konditionierung").
• Je Zelle der Matrix – Heizen, Kühlen, Lüftung, Geräte und Personen, Tag, Nacht, Wochenende, Ferien und Saison – erbt die Zone den Wert des Gebäudes, den die Zelle als Vorgabe … zeigt, oder führt einen eigenen; Erben leert eine eigene Zelle wieder. Die Nachtzeit der Zone folgt derselben Regel.
• Je Größe führt die Zone den Kalender vom Gebäude oder einen eigenen Kalender. Vom Gebäude übernehmen und anpassen legt eine Kopie des Gebäudekalenders an, die die Zone dann für sich ändert. Der Kalender der Zone trägt wie der des Gebäudes Vorlagen, Perioden und Teppichbild. Neben der Vorlage kann die Zone ein Nutzungsprofil übernehmen (Karte 1 · Nutzungsprofil im Bereich Nutzung & Konditionierung, Übernehmen); die Kopfzeile nennt das zuletzt übernommene Profil. Siehe Nutzungsprofile.
• Die Kühlung der Zone steht im Zonendialog in der Gruppe Kühlung der Zone: Zone wird gekühlt (leer wie das Gebäude, nein schaltet die Zone auch dann aus, wenn das Gebäude kühlt) und die Kühlleistungsgrenze (leer die des Gebäudes nach dem Flächenanteil der Zone). Die Kühlsollwerte der Zone stehen in der Spalte Kühlen der Matrix, ein leeres Feld gilt wie am Gebäude. Gekühlt wird nur mit Kühlbetrieb im Projekt; sonst und an einer unbeheizten Zone ist die Spalte Kühlen gesperrt, der Grund steht am Element. An einer unbeheizten Zone ist auch die Spalte Heizen gesperrt. Jede Zone wird an einem Tag entweder geheizt oder gekühlt; verschiedene Zonen dürfen am selben Tag verschieden arbeiten. Einzelheiten beschreibt die Seite Kühlung.
• Die Aufheizoptimierung (siehe Gebäudemodell VDI 6007) rechnet je beheizter Zone mit deren Heizkalender, Massen und Heizleistungsgrenze; eine unbeheizte Zone rampt nicht. Im Zonendialog trägt jede beheizte Zone das Feld Vorheizzeit (h) (1 bis 47 Stunden): Es wirkt beim Verfahren Vorheizzeit vorgeben mit Geltung je Zone; leer gilt die Vorheizzeit des Gebäudes, sonst die des Projekts, und eine Zone ohne jeden Wert rechnet mit der Sollwertrampe (Simulation: Verfahren).

Trennflächen

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

Wie eine Trennfläche rechnet, legt ihre Zuordnung fest. Sie stellen sie im Bauteileditor des Gebäudedialogs unter Trennfläche rechnen ein, neben der Nachbarzone, sobald die Randbedingung Nachbarzone gewählt ist:

• automatisch (4-K-Regel) – die Vorgabe. Zwischen zwei beheizten Zonen vergleicht EPOS-Plan die Heizsollwerte am Tag: ohne Heizkalender den Tagessollwert der Zone, mit Heizkalender den höchsten Sollwert der Nutzungszeit; Nacht-, Wochenend- und Ferienabsenkung zählen nicht. Liegen die beiden Sollwerte höchstens 4 K auseinander, rechnet die Trennfläche wie ein Innenbauteil, sonst wie ein Außenbauteil. Gegen eine unbeheizte Zone rechnet sie immer wie ein Außenbauteil. Liegt ein Paar, das wie ein Innenbauteil rechnet, im Jahreslauf 4 K oder mehr auseinander, nennt das Protokoll es.
• wie Innenbauteil – die Fläche wirkt als Speichermasse der Zone; über die Zonengrenze fließt keine Wärme.
• wie Außenbauteil – die Fläche koppelt die beiden Zonen immer.

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

Wird eine Zone entfernt, auf die Trennflächen anderer Zonen zeigen, nennt die Rückfrage diese Bauteile; sie grenzen danach an einen unbeheizten Raum. Die Kopie einer Zone übernimmt ihre Trennflächen mit denselben Nachbarn – der Editor fragt deshalb 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, die Reihenfolge der beiden Zonen ist gleichgültig. Gerechnet wird nur ein eingegebener Strom – 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 (siehe Bauteilweg). Die Zonen werden Stunde für Stunde gemeinsam gerechnet: Jede Zone nimmt die Raumtemperatur ihrer Nachbarn aus dem letzten Durchlauf, und 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, die weder über eine koppelnde Trennfläche noch über einen Luftstrom verbunden sind, 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 den Vorlauf auf 90 Tage und nennt das im Protokoll. Eine unbeheizte Zone beginnt mit dem Mittel der Temperaturen an ihren Außenseiten.

Ohne Heizkreis rechnet die Heizung je Zone ideal an den Sollwerten der Zone; mit Heizkreis rechnet jede beheizte Zone ihre eigene Wärmeübergabe (siehe Übergabe je Zone). Die Kühlung rechnet je Zone ideal, mit Kühlübergabe an der Kühlfläche der Zone (siehe Kühlübergabe je Zone). 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.

Das Protokoll der Simulation 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 – der Knopf Simulation… im Gebäudedialog – zeigt bei einem Gebäude mit Zonen den Block Zonen: je Zone eine Zeile mit beheizt, Heizwärme, max. Wärmelast, mittlere Raumtemperatur und Überhitzungsstunden. Eine unbeheizte Zone trägt keine Heizwärme und keine Last – dort steht ein Strich –, wohl aber ihre Temperatur und ihre Überhitzungsstunden. Mit Bilder für wählen Sie, ob das Bild des Blocks Wärme das ganze Gebäude oder eine Zone zeigt.

Die Kennzahlen des Gebäudes entstehen aus den Zonen:

• Heizwärme, Wärmelast und Kühlbedarf sind die Summe der Zonen.
• Die mittlere Raumtemperatur und die Reihe Raumtemperatur des Gebäudes sind das Flächenmittel der beheizten Zonen.
• Eine Überhitzungsstunde zählt das Gebäude, wenn in dieser Stunde der Nutzungszeit mindestens eine beheizte Zone über ihrer oberen Raumtemperatur (Maximalraumtemperatur) liegt.
• Stunden mit Kühlbedarf, mit Sommerlüftung und mit Heizen und Kühlen zählt es ebenso, wenn mindestens eine beheizte Zone den Fall erfüllt; eine unbeheizte Zone heizt, kühlt und lüftet nicht.

Der Bericht führt je Gebäude die Tabelle Zonen und darin je Zone beheizt, Heizwärme und Spitze aus dem Simulationslauf; 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 (siehe Heizkreis und Wärmeübergabe), stellt jede beheizte Zone ihre eigene Heizfläche ein. Der Zonendialog führt dazu den Abschnitt Übergabe:

• Übergabeart – Klappliste mit wie Gebäude (dahinter die Art des Gebäudes), ideal, Radiator, Flächenheizung und Konvektor. ideal nimmt die Zone aus dem Heizkreis: Sie rechnet mit idealer Regelung an ihren Sollwerten, auch wenn das Gebäude gekoppelt ist.
• Exponent, Nennleistung der Übergabe, Auslegung Vorlauf, Auslegung Rücklauf, Auslegung Raum und Proportionalband des Raumreglers – ein leeres Feld gilt wie Gebäude. Der Platzhalter nennt den Wert, der dann wirkt.

Ein leeres Feld übernimmt den Wert, den das Gebäude ausdrücklich trägt; trägt es keinen, gilt die Vorgabe der wirksamen Übergabeart der Zone. Die Auslegungsraumtemperatur ist ohne Eintrag der Tagsollwert der Zone, das Proportionalband 1 K. Die Nennleistung ist ohne Eintrag 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 unter den Feldern nennt die wirksame Art mit ihrer Herkunft (an der Zone gewählt oder wie Gebäude) und die Vorgaben der Art.

Am Gebäude bleiben der Schalter Heizkreis, die Heizkurve, das Sollwert-Zeitprogramm und die Auslegungsaußentemperatur: Alle Zonen hängen an einem Heizkreis mit einem Vorlauf. Die Heizkurve läuft am höchsten Heizsollwert der Zonen im Heizkreis und reicht höchstens bis zum Auslegungsvorlauf des Gebäudes. Jede Zone entnimmt dem Vorlauf, 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 des Gebäudes aus, die Übergabeart des Gebäudes ideal oder rechnet das Projekt ohne Anlagenkopplung, rechnen alle Zonen ideal; der Abschnitt zeigt dann 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 zusätzlich Vorlauf und Rücklauf (Mittel über die Heizstunden der Zone) und Übergabe begrenzt (Stunden, in denen die Übergabe der Zone weniger lieferte, als ihr Sollwert verlangte); bei einer Zone ohne Heizkreis bleiben die Spalten leer. Die Stunden mit begrenzter Übergabe des Gebäudes zählen eine Stunde, wenn mindestens eine Zone begrenzt war.

Kühlübergabe je Zone. Rechnet das Gebäude seine Kühlübergabe und das Projekt mit Anlagenkopplung, stellt jede gekühlte Zone ihre eigene Kühlfläche ein. Der Zonendialog führt dazu in der Gruppe Kühlung der Zone die Felder Kühlübergabeart der Zone (mit wie Gebäude, ideal, Kühldecke, Flächenkühlung und Gebläsekonvektor), Exponent der Kühlübergabe (Zone) und Nennleistung der Kühlübergabe (Zone); ein leeres Feld gilt wie am Gebäude, die Nennleistung leer 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, und der Raumeinfluss folgt der 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.