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Aktive Klimatisierung/Kühlung von Wohn- und Geschäftsräumen
etc. - Grundlagen |
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Wir planen für Sie
dezentrale Anlagen
für Einzelräume, Wohnbereiche, Büros, Verkaufsräume etc.
Dafür kommen
Raumklimageräte
in den verschiedensten Ausführungen zum Einsatz.
Die Montage ist einfach, ein Kanalsystem wird meistens
bei dezentralen Anlagen nicht benötigt.
Für große Objekte werden zentrale Klimaanlagen mit einem
aufwendigen Kanalsystem für Zu-, Ab- Fort- und Frischluft eingesetzt.
Mit Vollklimaanlagen wird im Winter auch geheizt.
Klimageräte
Zur Aufrechterhaltung eines funktionierenden Kühlkreislaufes muss
der Verflüssiger immer durch Wärmetausch gekühlt werden. Als Kühlmedium wird
Luft oder Wasser verwendet.
1. Luftgekühlte Klimageräte
Hier unterscheidet man zwischen Kompakt- und Splitgeräten
2. Wassergekühlte Klimageräte
Diese verfügen über zwei getrennte Kreisläufe:
Den hermetisch geschlossene Kältemittelkreislauf im Kühlaggregat
und einen separaten Kreislauf mit Wasser als Kühlmedium.
(entweder als geschlossener Kreislauf zwischen Kühlaggregat und
externem Wärmetauscher mittels einer wasserbefüllten Verbindungsleitung oder als
offener Kreislauf durch direkten Anschluss an eine Wasserleitung)
Energieträger zur Klimatisierung/Kühlung
Als Energieträger kann je nach Geräteausstattung Luft oder
Wasser verwendet werden.
Für die
nachfolgende vorgestellte Klima- und Kühltechnik ist der
Energieträger für die Wärme/Kälteübertragung gekühlte bzw. behandelte Luft.
(d. h. den Räumen wird z. B. gekühlte Luft zugeführt. Die Luft
nimmt Wärme auf, kühlt dabei den Raum ab.
Die erwärmte Luft wird zum Klimagerät zurückgeführt und wieder
abgekühlt/nachgeheizt/befeuchtet.) |
Raumkühlung oder Raumklimatisierung
Mit
Klimageräten
wird die Luft gekühlt und entfeuchtet, nachgewärmt und befeuchtet.
Die aufwendige Technik
hat natürlich Ihren Preis, auch der höhere Energieverbrauch ist zu beachten.
Bei
Kühlgeräten
wird die Luft nur gekühlt und damit entfeuchtet,
d. h. die Raumluft wird auch trockener.
Viele der für den Hausgebrauch angebotenen Klein-Klimageräte sind
eigentlich nur Kühlgeräte (z. B. Fahrzeugklimaanlagen etc.).
Behaglichkeitskriterien
Nur mit Klimaanlagen können ideale Behaglichkeitskriterien
erreicht werden, da nicht nur die Raumlufttemperatur beeinflusst
wird, sondern auch die für die Behaglichkeit wichtige Raumluftfeuchte.
Die Temperaturdifferenz zwischen Kaltluft
(Zuluft) und
Raumtemperatur sollte nicht zu groß sein (in d. R. 5 bis 12 K), um Zugerscheinungen,
Erkältungen etc. zu vermeiden.
Für die Behaglichkeit ist auch eine möglichst
geringe
Luftgeschwindigkeit wichtig (im Luftaustritt und im Raum).
Über Luftfiltersysteme kann die Luft zusätzlich von Staub,
Pollen etc. gereinigt werden.
Kälteerzeugung
Kälte wird in d. R. aktiv z. B. mittels elektrischen
Kompressionskältemaschinen, Kaltwassersätzen oder Dampfstrahlkälteanlagen
erzeugt.
Die thermische Kälteerzeugung mit Sorptionskältemaschinen
ist z. Z. noch wenig
verbreitet (z. B. > solarthermische Kühlung).
Für passive Kühlung kann z. B. Brunnenwasser oder
kältere Außenluft genutzt werden. |
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Begriffe |
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Kühllast |
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Definition Kühllast
Summe aller
einwirkenden konvektiven Wärmeströme, die abgeführt werden müssen, um die
gewünschte Lufttemperatur in einem Raum zu erreichen oder zu erhalten.
Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Kühllast in Deutschland erfolgt nach
der VDI 2078.
Die Kühllast setzt
sich aus den äußeren und inneren Kühllasten zusammen:
Äußere Kühllasten
Energien, welche durch
Sonneneinstrahlung und warme Außenluft in das Gebäude eingebracht werden und
somit zu seiner Erwärmung führen. Dazu gehören:
-
Wärmestrom durch Außen- und Innenwände, Fenster und Dächer (Transmission)
-
Strahlungswärme durch Fenster
-
Wärmeeintrag durch Fugenlüftung
Innere Kühllasten
Energien, welche durch
Energieumwandlungsprozesse die im Inneren des Raumes oder Gebäudes stattfinden
und zu einer Erwärmung des Raumes führen. Dazu gehören:
-
Wärmeabgabe durch Personen
-
Wärmeabgabe durch Beleuchtung, Maschinen- und Gerätewärme
-
Wärmeeintrag durch Stoffdurchsatz
-
Wärme durch chemische Reaktionen
-
Wärmestrom von Nachbarräumen
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Latente Wärmelasten
Besondere Form der
inneren Kühllasten, die nicht spürbar sind, weil der Raum sich (noch) nicht
durch sie erwärmt hat.
Es handelt sich
hierbei um die Enthalpie des in der Raumluft enthaltenen Wasserdampfes.
Wenn dieser
Wasserdampf kondensiert (z.B. bei Abkühlung des Raumes durch Klimaanlage), wird
die enthalpisch gespeicherte Wärmeenergie des Wasserdampfes frei, und führt dem
Raum Energie zu, die jetzt zu einer Erwärmung und somit einem zusätzlichen
Leistungsbedarf der Klimaanlage führt.
Sensible Kühllast
derjenige Wärmestrom, der bei konstantem Feuchtgehalt aus dem Raum abgeführt
werden muss, um eine angestrebte Lufttemperatur aufrecht zu erhalten und
entspricht somit den ermittelten konvektiven Wärmeströmen.
Latente Kühllast
derjenige Wärmestrom, der erforderlich ist, um einen Dampfmassenstrom bei
Lufttemperatur zu kondensieren, so dass bei konstanter Lufttemperatur ein
angestrebter Feuchtgehalt im Raum aufrecht erhalten wird.
Die Summe aller
Faktoren ergibt die Kühllast eines Gebäudes oder Raumes.
(s. a. unter Planung)
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Kühlleistung |
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Kühlleistung des Geräts
Summe, der vom
Kühlgerät erbrachten sensiblen und latenten Kühl- oder Kälteleistung.
Für die Auslegung der
Geräte gilt: Kühlleistung ≥ Kühllast.
Sensible Kühlleistung
diejenige Kühlleistung, die vom Gerät zur Kühlung der Luft ohne
Feuchteausscheidung erbracht wird.
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Latente Kühlleistung
diejenige Kühlleistung, die vom Gerät durch Taupunktunterschreitung der feuchten
Luft erbracht wird, um Anteile des in der feuchten Luft enthaltenen
Wasserdampfes durch Kondensation auszuscheiden.
Die in
dem Wasserdampf enthaltene Verdampfungswärme wird in Form von Kühlenergie zur
Kondensation vom Gerät zur Verfügung gestellt.
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Raumklimageräte |
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Aufgabe
Klimaanlagen
sorgen für ein
gutes Raumklima, angenehme Temperaturen und gute Luftfeuchtewerte.
Geräte
Auf dem Markt finden sich eine ganze Reihe unterschiedlicher Systeme von
Klimageräten für Wohn- und Geschäftsräume (Raumklimageräte):
transportable Geräte
und Multi-Splitt-Systeme.
Beeinflussbare Raumklimaparameter
Raumklimageräte
können die wichtigsten Komponenten für das Raumklima beeinflussen:
- Temperatur
- Luftfeuchte
- Luftreinheit
- Luftbewegung.
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Installation
Raumklimageräte
sind ohne großen Aufwand kostengünstig zu installieren, anders als
Vollklima-Anlagen, die im Winter zusätzlich für Beheizung, Belüftung und
Befeuchtung sorgen.
Klima-Zentralanlagen mit Luftkanälen sind viel teurer und ein nachträglicher
Einbau solcher Anlagen ist vielfach nicht möglich.
Auslegung
Raumklimageräte
sollten so ausgelegt werden, dass die Raumtemperatur, je nach Raumgröße,
um höchstens 5 K abgesenkt wird.
Eine größere
Temperaturdifferenz könnte bei sensiblen Menschen Beschwerden führen.
Die Geräte-Leistung
(Kühlleistung, Luftvolumenstrom etc.) hängt von vielen Faktoren
(Kühllast etc.)
ab.
Für die Auslegung der
Geräte gilt: Kühlleistung ≥ Kühllast.
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Funktion von Raumklimagräten |
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Die Technik
von Raumklimageräten basiert, wie die kältetechnischen Anlagen auch, auf
einem geschlossenen Kältekreislauf.
Kältemittel
(Arbeitsmedien) sind maßgeblich verantwortlich für das
Funktionieren eines Klimagerätes.
Das Arbeitsmedium verdampft bei
niedrigen Temperaturen und nimmt dabei Wärme auf.
Wird nun die Raumluft über
den Luft-Wärmeaustauscher (Verdampfer) geführt, in dem das Kältemittel
zirkuliert, dann entzieht es der Raumluft Verdampfungswärme und verwandelt
sich vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand.
Die Raumluft kühlt sich
dabei um einige Grad ab.
Ein Verdichter saugt das dampfförmige Kältemittel an und verdichtet es. Infolge des höheren Drucks steigt
die Temperatur an und das Kältemittel gelangt so auf eine höhere Temperatur.
Für diesen Vorgang ist
zusätzliche elektrische Energie für den Antrieb des Verdichters notwendig.
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Das Kältemittel, das nun unter hohem Druck steht und eine hohe Temperatur
aufweist, gelangt jetzt zum Außenluft-Wärmeaustauscher (Verflüssiger).
Hier
gibt das Kältemittel die Wärme, die dem Raum entzogen wurde und die
elektrische Aufnahmeleistung des Verdichters an die Außenluft wieder ab.
Dabei verflüssigt es sich.
Anschließend baut ein Expansionsventil den hohen Druck des flüssigen
Kältemittels wieder ab und somit
kann der Kreislauf des Klimagerätes von Neuem beginnen.
Das Kältemittel nimmt Wärme auf
und verdampft, wenn feuchtwarme Luft über den Verdampfer gelangt. So kühlen
sich Verdampfer und Luft ab.
Dabei reduziert sich die absolute Luftfeuchtigkeit, danach verflüssigt sich
der Wasserdampf am Taupunkt und kondensiert aus.
Wenn das Klimagerät als Wärmepumpe arbeitet, so fällt das Kondensat am
Außengerät an. |
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Besonderheiten bei Planung und Installation |
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Geräte-Kennzahlen |
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Kühlleistung
Die Kühlleistung eines
Klimagerätes entspricht der Wärmemenge in Watt, die es einem Raum pro Stunde
entzieht.
Faustregel:
Spezifische Kühlleistung z. B. 60
W/m²
(d.h. für ein Zimmer mit 30 m²
benötigt man eine Kühlleistung von 1.800 W)
Leistungsaufnahme (Stromverbrauch)
Den erforderlichen Strombedarf
eines Klimagerätes bezeichnet man als Leistungsaufnahme (Watt).
Leistungszahl
Leistungszahl = Kühlleistung (W) /
Leistungsaufnahme (W)
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Je höher die Leistungszahl, umso
energieeffizienter arbeitet das Gerät.
Beispiel:
Bei 2.700 W Kälteleistung und
1.300 W Leistungsaufnahme ergibt sich eine Leistungszahl von rund 2,1.
Energieeffiziensklasse
Eine Leistungszahl von 2,1
entspricht der Energieeffiziensklasse C.
Bei z. B. 500 Betriebsstunden und einem
Strompreis von 19 Ct/kWh fallen 95 Euro Stromkosten an.
Ein Gerät der Klasse A verbraucht
ca.
11 bis 15% weniger.
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Planung |
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Kühllast QK
Damit Klimaanlagen ein angenehmes Klima schaffen können, muss die
Klimatechnik auf die Bedingungen der Räume zugeschnitten werden.
Die Art
und Größe der entsprechenden Anlage ergibt sich nach der Errechnung der Kühllast.
In die Berechnung der Kühllast
fließen verschiedene Faktoren wie Volumenstrom, Raumgrößen, Fensterflächen,
innere Lasten usw. ein.
Kühllast =
äußere (Transmissionslasten etc.) + innere Wärmelasten
Kühlluftmenge (Luftvolumenstrom VL)
nach thermodynamischer Grundgleichung: QK
= mL x cL
x Δt
mL = Gewicht der
Luft (kg), mL = V x ςL)
Die Kühllast QK
ist somit das Produkt von Luftvolumenstrom VL, spezifischer Wärme c L
und Dichte ςL
der Luft
und Temperaturdifferenz (Δt = Raumtemperatur - Zulufttemperatur):
QK
(kW) = VL (m³/s) x ςL
(1,2 kg/m³) x cL
(1 kJ/kg K) x Δt (K)
(Umrechnung 1kJ/s = 1 kW)
-> VL = QK
/ ςL x cL x Δt
(m³/s)
Mit der auf Raumfläche/Raumvolumen
bezogenen Kühllast erhält man eine wichtige Kennzahl, die spezifische
Kühllast (W/m² bzw. W/m³).
Faustregel zur spezifischen
Kühllast:
- Bis 60 W/m²
kann man noch viel falsch machen (Auslegung Luftdurchlässe)
- bei > 60 W/m²
wird Fachwissen erforderlich
- bei Lasten >
100 W/m² ist die Grenze der Klimatisierung erreicht
Einsatzgrenze
In der Klimatechnik definiert der Temperaturbereich eines
Klimagerätes gleichzeitig seine Einsatzgrenzen. Innerhalb dieser
Temperaturspanne arbeitet das Gerätes sicher und
störungsfrei.
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Damit die Druck- und Temperaturverhältnisse im Kältekreis die
einzelnen Bauteile (Verdichter, Verflüssiger) nicht beeinträchtigen,
legt man für die Außentemperatur eine obere und
untere Einsatzgrenze fest.
Die Höchstgrenze bei der Kühlung ist
in d. R. maximal
43°C Außentemperatur, die untere Grenze 15°C.
Geeignete
Winterregelungen ermöglichen das Absenken der
unteren Grenzen bis auf –10°C.
Regelung
Bei der Klimatisierung sind
besonders die inneren Wärmelasten zu berücksichtigen.
Wenn die Wärme in
einem Raum zum Großteil aus inneren Wärmelasten besteht (z. B. Beleuchtung, EDV-Anlagen), ist oft sogar
im Winter eine Kühlung nötig.
Das erlaubt jedoch die untere
Einsatzgrenze nicht.
Demzufolge wird mit einer Winterregelung die
Lüfterleistung des Außenventilators stufenlos herunter geregelt, um die Wärmeabgabe
des Verflüssigers im Außengerät zu reduzieren.
Mit der Winterregelung lässt sich
eine stufenlose Anpassung des Temperaturniveaus im Kältekreislauf bis zu
Außentemperaturen
von –10°C erreichen.
Aufstellung
von mehreren Geräten
Sollten Außengeräte mehrfach aufgestellt werden,
ist zu beachten, dass sich die Luftströme nicht
negativ beeinflussen.
Die Austrittsöffnung eines Gerätes
darf sich z. B. nicht direkt hinter der Eintrittsöffnung eines weiteren
Gerätes befinden, denn das zweite Gerät saugt die warme Abluft an.
Die warme Abluft würde steigende
Außentemperatur simulieren und der integrierte Temperaturfühler würde daraufhin
Temperaturen oberhalb der Einsatzgrenze messen und das Klimagerät würde sich
abschalten.
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Installation |
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Bei Raumklimageräten sind einige Besonderheiten zu beachten,
z. B.:
- Höhenunterschiede
von Innen- und Außengerät
- richtige
Installation und die Ableitung des Kondensats
- die Isolierung von
Kondenswasser- und Kältemittelleitungen
- die Funktionsweise
der Zweischlauchtechnik
Isolierung von Kondenswasserleitungen und Kältemittelleitungen
Durch eine Isolierung
der kalten Kondensatleitung lässt sich ein Kontakt mit feuchtwarmer Luft
vermeiden – so entstehen weder Schwitzwasser noch Wasserschäden.
Kältemittelleitungen im Klimagerät
müssen durchgängig diffusionsdicht isoliert werden, um Leistungsverluste und
Schwitzwasserbildung an kalten Splitleitungen zu umgehen (Verwendung geeigneter Isolationsstoffe).
Zweischlauchtechnik
Bei mobilen Kompaktgeräten kommt die Zweischlauchtechnik zum
Einsatz (alle Bauteile des Kältekreises im
gleichen Gehäuse).
Der
erste Schlauch saugt Luft von außen an, die über den Verflüssiger geleitet wird. Die
aufgenommene Wärme und Feuchtigkeit (Kondensat) wird
über den zweiten Schlauch wieder abgeführt.
Einschlauchtechnik
Es
wird keine Luft von außen angesaugt, sondern über eine Öffnung wird
die Luft direkt dem Raum entnommen.
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Nachteil: Dem Raum wird ständig Luft entnommen und in gleichem Maß
strömt warme Luft durch geöffnete Türen und Fugen in den Raum
nach. Zum anderem wird bereits gekühlte Raumluft nach außen verströmt (bis zu 40% Einbußen).
Maximale Höhenunterschiede
Der Höhenunterschied
zwischen Innen- und Außengerät darf die vorgeschriebenen Werte (s.
Herstellerdaten) nicht
überschreiten. Andernfalls droht ein Schmierölmangel im Verdichter.
Installation der Innengeräte
Um unangenehme
Zuglufterscheinungen zu vermeiden, sollten Innengeräte neutral im Raum
angeordnet werden.
Bei richtiger
Kühllastberechnung ist
die Kühlleistung der Raumklimageräte immer ausreichend dimensioniert, eine
Installation in unmittelbarer Nähe von Menschen ist deshalb nicht erforderlich.
Sie kann das Wohlbefinden sogar beeinträchtigen.
Kondensatableitung
Die Ableitung des
Kondensats geschieht in d. R. automatisch. Bei der Installation von
Splitgeräten sollte die Ableitung ein natürliches Gefälle haben.
Wenn dies nicht
möglich ist, können zusätzliche Kondensatpumpen zum Einsatz kommen (maximal möglichen Förderhöhen und -strecken beachten).
Sicherheitsabschaltung der Pumpen
Das Klimagerät wird
damit bei Störung abschaltet, um Wasserschäden zu verhindern.
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Mobile Klimageräte |
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Bei mobilen
Klimageräten gibt es kompakte Klimageräte und Klimageräte in
Splitausführung:
Klimageräte in Kompaktbauart
versammeln alle Bauteile in einem Gerät,
Klimageräte in
Split-Ausführung
enthalten diese Bauteile in einem Innen- und einem
Außengerät.
Anwendung
für Räume mit
relativ geringen und saisonal auftretenden Kühllasten, z. B. in kleinen
Büro- oder Wohnräumen.
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Die kompakte Bauform dieser Klimageräte erleichtert den Transport an den
jeweiligen Einsatzort.
Sobald eine Kühlung nicht mehr notwendig ist, lassen
sich diese Klimageräte bequem wieder verstauen.
Bauarten
-
Klimageräte mit einem Schlauch
-
Klimageräte mit zwei Schläuchen
-
Klimageräte in Split-Ausführung
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Klimageräte mit einem Schlauch |
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Die Abwärme und
überschüssige Luftfeuchte wird über einen Schlauch ins Freie transportiert.
Dieser muss durch ein Fenster, Türspalt etc. geführt werden.
Weil durch diese
Öffnung wieder warme Luft ins Zimmer dringt, haben diese Geräte
Schwierigkeiten, die erwünschte Abkühlung um 5 bis 6 Grad zu erreichen.
Die
Betriebsgeräusche von Kompressor und Lüfter sind zu beachten, da sie sich
ja mit im Zimmer befinden.
Bei den Geräten
mit einem Schlauch gibt es zwei Möglichkeiten zur Kühlung des Verflüssigers:
1. Klimageräte mit Wassertank
Diese Klimageräte
besitzen einen Tank, der täglich mit Wasser aufgefüllt wird.
Dieses Wasser wird
auf den Verflüssiger gesprüht, wo es verdunstet und danach mit einem Teil
der Raumluft nach außen gelangt.
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Vorteil
Es
wird weniger Raumluft zur Kühlung des Verflüssigers benötigt als bei
einer Kühlung ohne Wasser.
Nachteil
Das Wasser
muss zur Sicherstellung der Kühlleistung täglich nachgefüllt werden.
In Regionen mit hartem, kalkhaltigem Wasser muss der
Verflüssiger regelmäßig von Ablagerungen befreit werden.
2. Klimageräte ohne Wassertank
bei ihnen übernimmt das bei der Entfeuchtung der Raumluft anfallende Kondenswasser die Aufgabe der
Verflüssigerkühlung.
Das Kondenswasser wird ebenfalls auf den Verflüssiger
gesprüht, verdunstet danach und wird über die Abluft nach außen geführt.
Nachteil
20 bis 30% der
Kühlleistung gehen verloren.
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Klimageräte mit Zweischlauchtechnik und
Split-Ausführung |
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Klimageräte mit Zweischlauchtechnik
wurden als
Alternative zur Einschlauchtechnik entwickelt.
Vorteile
Die
Luft, die für die Wärmeabführung notwendig ist, wird über einen Schlauch von
außen angesaugt und über einen weiteren Schlauch wieder nach außen
abgeführt. So entsteht kein Kühlverlust.
Die Handhabung dieser Klimageräte
ist auch für Laien einfach.
Ein Wanddurchbruch ist zur Installation nicht
notwendig, es genügt der Anschluss an das Stromnetz und die Führung des
Abluftschlauches durch einen Fenster- oder Türspalt ins Freie.
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Mobilgeräte in Split-Ausführung
teilen das System
in zwei Einheiten auf. Beide Teile sind durch zwei Cu-Leitungen verbunden:
Dabei befindet
sich das Kälteaggregat mit dem Verflüssiger im Freien (Balkon, Terrasse
etc.).
Die
eigentlichen Klimageräte mit Verdampfer und Umwälzventilator sind dagegen
innerhalb des Raumes, der gekühlt werden soll.
Die Kühlleistung dieser
Geräte reicht bis zu 5 kW.
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Kompakt-Klimageräte |
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Bei diesen "Fensterklimageräten"
ist die gesamte
Technik in einem Gehäuse aus Stahlblech, Holz oder Kunststoff untergebracht.
Diese Klimageräte werden entweder zum
Fenster- oder zum Wandeinbau
geliefert und eignen sich zur Kühlung einzelner Räume mit bis zu etwa 20
m² Grundfläche.
Kühlleistung
Die Kühlleistung
liegt zwischen 1,5 bis 7 kW.
Einige Geräte eignen sich bei kühler Witterung auch als Wärmepumpe,
allerdings nicht unterhalb einer Außenlufttemperatur von + 5 °C.
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Installation
Zur
Installation dieser Klimageräte ist ein größerer Ausschnitt in der Mauer
oder im Fenster und die Anfertigung geeigneter Halterungen notwendig.
E-Anschluss
Um das
Gerät in Betrieb zu nehmen, genügt meistens eine Steckdose. Nur bei Geräten
mit hoher Leistung ist eine feste Elektroinstallation erforderlich.
Vorteile
Einfache Bedienung und günstiger
Preis.
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Festinstallierte Klimageräte |
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Single-Split-Geräte |
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Festinstallierte Klimageräte
in Split-Bauart bestehen aus einem Außen- und einem Innengerät, die über
Kältemittelleitungen miteinander verbunden sind.
Diese Kombination der
Klimageräte wird als Single-Split-System bezeichnet.
An ein Außengerät
können mehrere Innengeräte angeschlossen werden.
Man unterscheidet zwischen
Ein-, Zwei- und Dreikreisanlagen, entsprechend der Anzahl der vorhandenen
Kältekreise.
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Das wesentliche Merkmal der Klimageräte in
Split-Ausführung ist die Aufteilung in zwei Teile.
Der eine Teil (Gebläse, Verdampfer) befindet
sich innerhalb des zu kühlenden Raumes und der andere (Kompressor,
Verflüssiger) im Freien,
z. B. Balkon.
Der Kompressor würde innerhalb eines
Raumes zu laute Geräusche erzeugen. Im Freien aufgebaut, stört er
niemanden.
Eine dünne Kupferleitung ersetzt
bei Split-Geräten die bei mobilen Klimageräten üblichen Abluftschläuche.
Durch diese Leitung fließt das
Kältemittel, das die Wärme, die dem Raum entnommen wurde, nach außen führt.
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Multisplit-Geräte |
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Eine Sonderform bilden die Multisplit-Geräte. An diese
Klimageräte können mehr als zehn Innenteile angeschlossen werden.
Anwendung
Dies eignet sich besonders für
den nachträglichen Einbau in große Gebäude mit vielen Räumen, wie
beispielsweise Hotels, Büros und Praxen.
Kühlleistung
Klimageräte der Split-
bzw. Multisplit-Klasse erzielen eine Kühlleistung zwischen 3 und 15 kW und
eignen sich für die Kühlung von Räumen mit bis zu 35 m² Grundfläche.
Bis zu dieser Größe bieten sich Klimageräte in der Split-Ausführung an.
Wenn
mehrere Räume innerhalb eines Gebäudes gekühlt werden sollen, können Multisplit-Geräte eingesetzt werden.
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Vorteile
gegenüber Mobil- und Kompaktgeräten
- höhere Kühlleistung
- arbeiten
geräuscharm
- bei Geräten mit
Wärmepumpen auch Raumheizung möglich
- Ausrüstung mit effektiven Filtersystemen
(Allergiker)
Ausführungen
Innenteile für
Splitsysteme gibt es in verschiedenen Ausführungen:
Stand-, Wand-,
Wandeck-, Deckeneck-, Kassetten- und Deckeneinbaugeräte.
Sowohl die Kassetten-
als auch die Deckeneinbaugeräte werden innerhalb einer abgehängten Zwischendecke
angebracht und sind nicht zu sehen.
Alle übrigen
Klimageräte dieser Bauart sind sichtbar im Raum installiert.
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Split-Klimageräte zum
Kühlen und Heizen mit Wärmepumpe |
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Aufbau, Funktion und Einsatz
(Wandgerät) |
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Aufbau
Ein modernes Split-Klimagerät besteht aus einem Außengerät
mit leistungsgeregelten Kompressor (Invertertechnologie), Wärmetauscher und Axialventilator und
einem oder auch mehreren Innengeräten (Split- oder Multisplitgerät) mit
Wärmetauscher und Gebläse.
Außen- und Innergerät sind über eine Kältemittelleitung aus Cu
miteinander verbunden.
Funktion
Ein Split-Klimagerät zum Kühlen und Heizen kann im Kühlbetrieb
als Kältemaschine und im Heizbetrieb als
Luft/Luft-WP arbeiten (umkehrbarer Kältemittelkreislauf).
Es kann aber nicht in jedem Fall als Vollheizung im Winter eingesetzt werden,
sondern nur als Zusatzheizung in der Übergangszeit.
Dazu sind leistungsstärkere Geräte notwendig, als z. B. die von
Baumärkten etc. zum Preis von 200 bis 500 Euro angebotenen Geräte.
Über das Innengerät wird mittels Gebläse die Raumluft angesaugt,
über den Wärmetauscher erwärmt oder gekühlt und dann wieder an dem Raum
abgegeben (Umluftbetrieb).
Wärme- und Energiequelle
Die Luft ist nicht nur die Energiequelle (Außenluft), sondern
auch der Träger für den Wärmetransport (Raumluft). Demzufolge ist es eigentlich ein
Lüftungsgerät mit einer WP zum Kühlen oder Heizen der Raumluft.
Montage
sollte grundsätzlich nur über einen
für Kälteanlagen autorisierten Fachbetrieb erfolgen.
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Aufstellung
Das Außengerät kann als
Wandgerät zur Montage an die Außenwand oder für größere Leistungen als Standgerät geliefert werden.
Innengeräte werden in
den Wohnräumen in d. R. an der Wand unterhalb der Decke befestigt.
Bei der Anordnung ist unbedingt zu
beachten, dass es besonders bei kleinen Räumen im Luftstrahlbereich zu
Zugerscheinungen im Heiz- und auch im Kühlbetrieb kommen kann.
Genehmigung
Eine wasserrechtliche Genehmigung wie bei Erd-WP ist nicht erforderlich.
Einsatz
Zur Kühlung der Raumluft in Wohn- und Geschäftsräumen (z. B. bis max. 35 m²
Raumfläche).
Im Kühlbetrieb ist zu beachten, dass die Raumluft dabei
entfeuchtet, d. h. trockener wird.
Zur Heizung der Raumluft in d. R. nur als Zusatzheizung in der
Übergangszeit geeignet.
Die Geräte können grundsätzlich nicht an eine
Warmwasser-Zentralheizung angeschlossen werden (Luft/Luft-WP).
Trinkwassererwärmung
ist ohne eine eine Zusatzheizung generell nicht möglich.
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Technische Daten |
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Beispiel für das Innengerät
Kühlleistung je nach Baugröße z. B.
2,5 bis 3,5 kW (9.000 bis 12.000 BTU)
Heizleistung je nach Baugröße z. B.
3,2 bis 4,0 kW (11.000 bis 14.000 BTU)
Arbeitsparameter (Nennbedingungen) und Leistungszahlen
(COP/EER)*
Heizbetrieb:
Raumtemperatur 20 °C TK, Außentemperatur 7 °C TK/6 °C FK
COP ca. 3,6
Kühlbetrieb:
Raumtemp. 27 °C TK/19 °C FK, Außentemp. 35 °C TK/24 °C
TK
EER ca. 3,2
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*) EER und COP sind international genormte Leistungszahlen:
EER (Energy Efficiency Ratio) bezieht sich auf die
Leistung beim Kühlen und
COP (Coefficient of Performance) auf die Leistung
beim Heizen
Luftdurchsatz je nach Baugröße z. B.
ca. 570 bis 620 m³/h
Geräuschpegel
Die hohen Luftleistungen (ca. 2.500 m²/h) beim Außengerät sind
auch mit Geräuschen verbunden, was bei der Standortwahl zu berücksichtigen
ist.
Geräuschpegel bis zu 50 bis 55 dB(A) in 1 m Abstand Freifeld
Der Lüfter im Innengerät arbeitet zwar relativ leise, was aber u.
U. trotzdem als störend empfunden werden könnte.
Geräuschpegel ca. 30 bis 42 dB(A).
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Festinstalliertes Kaltwasser-Klimasystem |
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Im Gegensatz zu den Direktverdampfern
zirkuliert hier zwischen dem Außen- und dem Innengerät kein Kältemittel, sondern
ein etwa 7 °C kaltes Wasser-Glykolgemisch.
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Der Kältekreis befindet sich in dieser Variante komplett im Außengerät.
Die im Innengerät aufgenommene Wärme wird über einen zusätzlichen
Plattenwärmetauscher im Außengerät auf das Kältemittel übertragen.
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Passive
Raumkühlung - Ausnutzung gegebener Möglichkeiten |
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Da Klimageräte
(aktive Kühlung) eine ganze Menge Strom verbrauchen und nicht nur den
Geldbeutel zusätzlich belasten, trägt auch noch der CO2-Ausstoß
der Kraftwerke zur Umweltbelastung bei.
Das sind gute
Gründe, alle Möglichkeiten der passiven Raumkühlung zu nutzen:
- Nachtkühle
Fenster während des Tages geschlossen halten und dafür nachts oder am frühen
Morgen mit der kühleren Lüft ausgiebig lüften.
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Sonnenstrahlung reduzieren
Fensterflächen mit Jalousien, Roll- oder Klappläden oder Markisen vor
Sonnenstrahlung schützen.
Eine Außenmontage reduziert die Einstrahlung um 75%, auf der Innenseite
halten Jalousien noch 25% der Strahlung ab.
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Innere Wärmequellen
Lampen, Computer etc. nur einschalten, wenn sie gebraucht werden.
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Wärmedämmung
Eine gute Wärmedämmung hält das Gebäude mit Einschränkungen nicht nur im Winter warm, sondern
auch im Sommer länger kühl.
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Ventilatoren
Zusätzlich können auch z. B. Tisch- oder Standventilatoren durch einen
erfrischenden Luftwirbel das Raumklima angenehmer machen.
Die genannten
Maßnahmen helfen evtl. ein Klimagerät ganz überflüssig machen oder zumindest
den Einsatz in Grenzen zu halten.
So kann es
evtl. reichen, z. B. mit dem Klimagerät das tagsüber abgeschirmte Schlafzimmer am Abend vorzukühlen und
nachts wieder das Fenster zu öffnen.
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Neu! Nachhaltige
Lüftung und Klimatisierung in Bürohochhäusern |
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"Sick Building Syndrome"
Große zentrale Klimaanlagen mit ihren künstlichen Klimazonen sind für moderne
Großbauten mit ihren architektonisch schönen, aber problematischen Glasfassaden und der großen Abwärme
aus vielen Menschen, Computern, Beleuchtungen etc. nicht nur eine Lösung, sondern
neben hohen Energiekosten
oftmals auch Verursacher von Problemen.
Teilweise sind keine Regler oder zu öffnende Fenster für eine individuelle
Einstellung vorhanden oder auch nicht möglich, so dass der eine schwitzt und der
andere friert.
Das führt neben einer Leistungsminderung dann zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen (Sick Building Syndrome)
Mit der Verknüpfung von traditionellen
Wissen mit moderner Technik geht es auch anders, besser, billiger und gesünder.
Der Kamineffekt, wird
schon seit tausenden von Jahren z. B. in arabischen Häusern angewendet
und kühlte die trockene Hitze mit Temperaturen von 60 °C auf 40 °C herunter.
Dabei nimmt die Luft im Haus Wärme auf
und steigt nach oben, strömt durch eine Öffnung ab und saugt von unten
wieder kühlere
Luft an.
Auch die Nutzung des Windes als
natürlicher Ventilator, der fast immer um hohe Gebäude weht, ist eine
zusätzliche Möglichkeit zu
kühlen.
Der Wind drückt permanent einen
Frischluftstrom durch steuerbare Klappen in der Fassade in das Gebäude.
Innovatives
Lösungskonzept* mit dezentraler Belüftung und Klimatisierung in Verbindung
mit passiver Lüftung/Kühlung
Die alleinige passive Klimatisierung
mit natürlichen Quellen ist allerdings bei höheren Kühllasten nicht
ausreichend.
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Statt einer großen Zentralanlage wird eine Vielzahl kleiner
dezentraler Klimageräte in den Büroräumen mit individuellen
Reglungsmöglichkeiten eingesetzt.
Die Abluft/Fortluft wird über
ein Kanalsystem mit Abluftventilator in den einzelnen
Etagen abgesaugt. Diese Abluftkanäle enden jeweils in einem Skygarten (Kamin) an der Nordfassade.
Die erwärmte Luft steigt durch den
Kamineffekt auf und zieht durch gesteuerte Klappen als Fortluft ins
Freie ab (ohne zusätzliches Gebläse).
Die Kaminhöhe sollte sich aber nur
über max. bis zu 9 Etagen hinziehen, ansonsten verursacht der Kamineffekt
einen zu hohen Sog.
Eine doppelte Außenfassade
(Südseite) mit einem strömungstechnisch optimierten Zwischenraum und einer Vielzahl gesteuerter
Zuluftklappen auf der Außenseite ermöglicht, dass ein definierter (milder) Luftstrom
auf die
Innenfassade trifft.
Somit können in der Innenfassade auch wieder Fenster
eingesetzt werden, die sich individuell öffnen lassen.
An windstillen Tagen schalten sich
Ventilatoren automatisch ein, um den Luftstrom in Gang zu
halten.
In der doppelten Süd-Außenfassade sind steuerbare
Verschattungselemente angebracht.
Vorteile gegenüber klassischen
Großanlagen:
- Energiekosteneinsparung ohne
wesentlich höheren Investkosten
- Platzeinsparung durch kleinere
Anlagentechnik und Kanalsysteme
- individuelle Regelungsmöglichkeiten,
auch durch Öffnen der Fenster
- Kaum Einschränkungen der
architektonischen Möglichkeiten
*) Post Tower in Bonn,
Planung Fa. Transolar Klimaengineering und Klimakonzept Stuttgart
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Anwendungsbeispiele |
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Effiziente Kühlung von Serverräumen |
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Wahl des
geeigneten Präzisionsklimagerätes
Neben der Kühlleistung sind noch
weitere Faktoren zu beachten:
- ganztägiger
Betrieb bei hoher Last
- sehr hohe
Verfügbarkeit
- enge
Temperatur- und Feuchtetoleranz (±1 °C,
±5% Feuchte)
Systemvarianten
- Betrieb im
Serverraum oder in benachbarten Raum
- verschiedene
Richtungen der Luftführung als kältemittel- oder
wasserbasierte Systeme
Systeme mit Kältemittel
Vorteil: keine Gefährdung
durch Wasser
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Systeme mit Wasser-Glykol-Gemisch
Vorteil:
- lange
Leitungswege möglich
- Einbindung
weiterer Geräte einfach
- Rückkühler kann
an beliebiger Stelle platziert werden und zur
Freikühlung benutzt werden
Nachteil:
Im üblichen
Doppelboden ist eine Auffangwanne einzubauen
Quelle: IKZ-FACHPLANER 5/2008;
www.gea-happel.de
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Klimageräte mit Wasser-Glykol-Kreisläufen mit und ohne Freikühlfunktion |
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In beiden Varianten (mit und ohne
Freikühlfunktion) ist ein
Kältemittelkreislauf im inneren des Präzisionsklimagerätes installiert, der
die abzuführende Wärme über einen Wärmetauscher an einen
Wasser-Glykol-Kreislauf abgibt.
Dieser bindet einen außen
aufgestellten Luft-Wasser-Kühler ein.
Beide
Betriebsfälle minimieren die Laufzeit bzw. Auslastung des Verdichters und
sparen somit elektrische Antriebsenergie
Freikühlversion
Hier wird die anfallende Wärme bei niedriger Außentemperatur über
einen zusätzlichen innen liegenden Luft-Wasser-WT abgeführt.
Im günstigsten
Fall genügt die Freikühlung ohne Kompressoreinsatz, um die richtige
Lufttemperatur bereitzustellen.
In der
Übergangszeit kann der Kompressor bei geringer Last evtl. zugeschaltet
werden.
Auslegung
Eine
Überdimensionierung bis ca. 25 % ist u. U. günstig, da die meisten
Präzisionsklimageräte dann im Teillastbetrieb einen besseren Wirkungsgrad
erreichen.
Auch um Redundanz zu schaffen, ist es sinnvoll, mehrere Geräte
in Teillast zu betreiben.
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Die Zulufttemperatur kann für ca. 12°C ausgelegt werden.
Die Anlage wird im
Umluftbetrieb betrieben.
Führungsgröße für die Regelung ist die
Austrittstemperatur am Gerät (Zulufttemperatur).
Wirtschaftlichkeit
Wirtschaftlich ist
die Mehrinvestition in ein Gerät mit Freikühlung immer dann, wenn hohe
innere Kühllasten existieren und die Außentemperatur für eine möglichst hohe
Anzahl von Jahresstunden unter der gewünschten Zulufttemperatur liegt (in d.
R. in Mittel- und Nordeuropa).
Beim
Freikühlsystem ist der Kompressor ca. 1/3 des Jahres nicht in Betrieb.
Durch die
Einsparung werden die Mehrkosten in weniger als zwei Jahren bezahlt (s. Tab.
für Beispiel Standort Wien).
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Systemvergleich eines Kaltwassersystems
mit und
ohne Freikühlung (Beispiel) |
Kaltwasser
System |
Freikühl-
System |
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Kälteleistung |
19,2 kW |
19,2 kW |
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Elektr. Leistungsaufnahme Ventilator |
2,01 kW |
2,01 kW |
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Elektr. Leistungsaufnahme Pumpe |
0,22 kW |
0,2 kW |
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Elektr. Leistungsaufnahme Rückkühl-Ventilator |
0,79 kW |
0,79 kW |
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Elektr. Leistungsaufnahme Kompressor |
6,4 kW |
5,93 kW |
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Summe max.
Leistungsaufnahme |
9,42 kW |
8,93 kW |
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Stromverbrauch kWh/a |
82.548 |
51.409 |
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Ersparnis Stromkosten €/a (12 ct/kWh) |
- |
3.740 |
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Für
wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen
Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung. |
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