Letzte Bearbeitung: 04.03.2012 20:59 IBS / LÜFTUNGS- UND KLIMASYSTEME
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Klima- und Kühlanlagen.
Aktive Kühlung und Klimatisierung; Kühllast, Kühlleistung; Klimageräte, Split-Klimageräte zum Kühlen und Heizen mit Wärmepumpe, Planung, Installation; Passive Raumkühlung; Adiabate Kühlung.
| Klima- und Kühlanlagen | |
| 1. Aktive Klimatisierung/Kühlung von Wohn- und Geschäftsräumen etc. - Grundlagen | |
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Kategorien Die Gerätetechnik für Klimatisierung und Kühlung unterscheidet folgende Kategorien: - RTL-Geräte (raumlufttechnische Zentralgeräte) - Fancoils (Gebläsekonvektoren) - Rooftops (Dachklima-Zentralgeräte) - Wasserkühlsätze (als Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Geräte)
Wir planen für Sie überwiegend 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 Kompressions- oder Sorptionskältemaschinen, Kaltwassersätzen oder Dampfstrahlkälteanlagen erzeugt.
Die thermische Kälteerzeugung mit Sorptionskältemaschinen ist besonders im kleinen Leistungsbereich z. Z. in Deutschland noch wenig verbreitet, obwohl sie wesentlich weniger Strom benötigt und damit die nachhaltigere Lösung ist (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 |
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. |
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. |
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. |
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) |
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 pro kW Leistungsaufnahme an 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. |
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. |
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. |
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. |
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. |
| 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. |
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. |
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. |
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. |
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. |
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 |
*) EER und COP sind international genormte Leistungszahlen: 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. |
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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2. Passive Raumkühlung |
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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.
- 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. |
- Innere Wärmequellen Lampen, Computer etc. nur einschalten, wenn sie gebraucht werden.
- Wärmedämmung Eine gute Wärmedämmung hält das Gebäude mit Einschränkungen nicht nur im Winter warm, sondern auch im Sommer länger kühl.
- 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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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. |
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Adiabate Kühlung - Grundlagen |
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Die Adiabate Kühlung oder Verdunstungskühlung ist ein in der Klimatechnik eingesetztes Verfahren, um mit Verdunstungskälte Räume zu kühlen.
Eine adiabatische Zustandsänderung ist ein thermodynamischer Vorgang, bei dem ein System von einem Zustand in einen anderen überführt wird, ohne thermische Energie mit seiner Umgebung auszutauschen.
Das Verfahren wird häufig indirekt angewandt, indem also ein anderer Luftstrom als der zu kühlende Luftstrom befeuchtet wird. Je nach Anwendung kann aber auch direkt gekühlt werden. Die Verdunstungskühlung nutzt die Eigenschaften der erneuerbaren Energie, da zur Kälteerzeugung nur Luft und Wasser als Quellen genutzt werden. Das Prinzip dieses Vorgangs ist dasselbe wie beim Schwitzen, bei dem durch die Schweißabsonderung Wasser verdunstet. Die für die Verdunstung notwendige Wärme wird der Umgebung entzogen, was dazu führt, dass die Haut des Menschen abkühlt.
Bei der indirekten adiabaten Kühlung bzw. indirekten Verdunstungskühlung wird das Kühlpotential dadurch erzeugt, dass z. B. nur die verlassende Raumluft (z. B. 26 °C) großflächig mit Wasser in Verbindung gebracht wird. Die ohnehin vorhandene Wärmerückgewinnung nimmt die Verdunstungskälte (z. B. 20 °C) auf und kühlt damit die benötigte Frischluft (32 °C) des Raumes. Dagegen gelangt die befeuchtete, verbrauchte Luft ohne Umluftanteile schwadenfrei direkt ins Freie.
Selbst im Hochsommer bei z. B. 32 °C lässt sich so die Frischluft auf angenehme 22 °C kühlen.
Die indirekte Verdunstungskühlung erhöht dabei nicht den Wassergehalt der Raumluft (Luftströme über WT getrennt). Mit 1 m³ Wasser lassen sich pro Tag ca. 1000 m² Bürofläche komfortabel kühlen.
Die Wärmerückgewinnung, mit deren Hilfe im Winter die Frischluft vorgewärmt und somit der Primärenergieverbrauch gesenkt wird, wird so im Sommer zur Kühlanlage, die FCKW-frei und ohne großen apparativen Aufwand sehr effizient die Zuluft kühlt. Das Zusammenspiel von Wärmerückgewinnung und Verdunstungskühlung garantiert ganzjährig eine primärenergiesparende Raumkühlung.
Kühlung durch Fortluftbefeuchtung Die adiabatische Kühlung ist energetisch nur unter der Bedingung sinnvoll, daß zur Raumkühlung nicht die dem Raum zugeführte Zuluft, sondern die aus dem Raum abgeführte und als Fortluft vorgesehene Luft befeuchtet und damit annähernd bis auf Kondensationstemperatur (bis etwa 90% rel. Feuchte) abgekühlt wird (sofern die Fortluft nicht wärmer wie die Außenluft oder sehr feucht ist). |
Die Kühlleistung (kJ/kg) ist dabei weniger von der Temperatur als von dem Feuchtegehalt der Fortluft abhängig. Je höher die absolute Feuchte (g/kg trockene Luft), desto kleiner die Kühlleistung.
Bei einem Luftdruck von 1.016 mbar, einer Außentemperatur von 26 °C und 70% relativer Feuchte (Fall 7) beträgt die max. absolute Feuchte 15 g/kg. Dieser extreme Zustand tritt in Deutschland allerdings nur 20 h/Jahr auf, während Feuchtewerte zwischen 5,3...7,0 g/kg (Fall 3) 1.656 h/Jahr auftreten.
Im Mollier-h,x-Diagramm für feuchte Luft lassen sich die Luftzustandsänderungen sehr anschaulich darstellen (im Beispiel für Luftdruck 1.016 mbar):
Diese relative "Kälte" wird über ein Kreislaufverbundsystem (ohnehin vorhandene Wärmerückgewinnung) aufgenommen und auf die wärmere Außenluft übertragen. Die adiabatische Kühlung kann deshalb auch als "indirekte adiabatische Befeuchtungskühlung" bezeichnet werden.
Kühlung durch Außenluftbefeuchtung Wenn die Fortluft stark wärmebelastet und wärmer als die Außenluft oder stark mit Feuchte belastet ist, ist es günstiger, wenn ein separater Außenluftstrom adiabatisch befeuchtet wird.
Eine Ausführung, bei der z. B. der Wärmeaustauscher mit Befeuchter und einem Schubventilator außerhalb des Fortluftstromes installiert wird und somit wahlweise auf Fortluft oder Außenluft umgeschaltet werden kann, hat sich in der Praxis als sehr zweckmäßig erwiesen.
Mit dieser Anordnung ist die jeweils tiefste adiabatisch erreichbare Temperatur schaltbar. Quellen: Wikipedia; IKZ-HAUSTECHNIK 4/1996 |
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