HKL2

Ziel ist behagliches Raumklima unabhängig vom Außenklima

Meteorologische Größen:

Störgrößen beim einhalten des gewünschten Raumklimas

Bestimmen Wärme-, wind- und Feuchtebelastung eines Raumes

Eingangsgrößen für natürliche Lüftung

• barometrischer Luftdruck

• Windgeschwindigkeit/Windrichtung

• Außen Lufttemperatur

• Außen Luft Wassergehalt/relative Außen Luft feuchte

• Sonnenstrahlungsintensität/Sonnenscheindauer

• Bewölkung

• Niederschlag

Troposphäre - bis 10km um die Erde

Momentaner Zustand und Zustandsänderung der Atmosphäre auf der gesamten Erde zu jeder Zeit

Wetter = f(t) -> zeitabhängig

beeinflusst Betrieb von raumlufttechnischen Anlagen

Gleich bleibende Wetterbedingungen über einen Zeitraum von mehreren Tagen oder Wochen

Witterung ist ortsgebunden

Schönwetterperiode = Hochdruck

Schlechtwetterperioden = Tiefdruck

Mittlerer Zustand der Atmosphäre für größere örtliche Bereiche

Fortwährender zeitlicher Mittelwert über das Wetter geschehen

Makroklima - Große geographische und zeitliche Räume

Mesoklima - kleinere Räume und Zeitabschnitte, auch Regionalklima

Mikroklima - Klein Scully geräumt und Zeitabschnitte um ein Gebäude

• Geographische Breite

• Höhenlage

• Entfernung von großen Gewässern

• Luv/Lee Seite von Gebirgen

• Vegetation

Unterscheidung zwischen Außenklima und Raumklima

Faktoren:

Behaglichkeit

Wohlbefinden (Erhalt der Gesundheit)

Vermeiden von Befindlichkeitsstörungen

Unschädlicher Ablauf von Prozessen in der Produktion

subjektives Empfinden des Raumklimas durch Raumnutzer

Grad der Gebrauchsfähigkeit der Raumluft für den jeweiligen Zweck

(objektiv messbare Eigenschaften)

-> Luftqualität (Mindestluftwechselrate)

Thermische Größen

• Raumlufttemperatur

• Außenlufttemperatur

• Temperatur der Raumumschließungsflächen

• Luftfeuchte

• Luftgeschwindigkeit

• Turbulenzen der Luftbewegung im Raum

Nichtthermische Größen

• Luftschall

• CO2 Gehalt der Luft

• Gehalt an subjektiv wahrnehmenbaren Spurenstoffen

• Gehalt an gesundheitsschädlichen Stoffen

Büro, Wohnung -> leichte Tätigkeit (sitzend,stehend)

-> 125- 150 W/ Person

Wärmeproduktion hängt vom Energieumsatz ab

Körperwärme duch Aufnahme von Strahlung und Leitung

Thermische Behaglichkeit als Zustand, bei dem Mensch mit thermische Umgebung zufrieden ist, sich thermisch neutral fühlt und weder eine wärmere noch kältere Umgebung wünscht.

Behaglichkeitsgleichung gibt Kombination von Klima Parametern, die von Mensch als neutral empfunden

Ein Raum wird als behaglich empfunden, wenn

• Temperaturdifferenz zwischen Wandoberfläche und Raumluft < 4 °C

• Temperaturdifferenz zwischen den Wänden < 3 °C

• Keine Zugerscheinungen

behagliche Raumtemperaturen:

• Wohnräume 20-22 °C

• Schlafräume 16-18 °C

• Bäder 24-26 °C

Anpassung von Lufttemperatur und Luftfeuchte aufgrund der menschlichen Behaglichkeitsanforderungen

-> mit erheblichem Energieaufwand verbunden

Einstellung der Luftfeuchte erfordert wetterabhängig bestimmte Luftbehandlungsprozesse

Mittlerer Luftdruck auf Meereshöheniveau 1013 hPa (± 30)

Abnahme mit der Höhe nach barometrischer Höhenformel

Erwachsener Mensch braucht 0,5 m3 Atemluft / h

Luft ist Medium für Wasserkreislauf der Erde

• Aufnahme von Wasser in Form von Wasserdampf

• Transport über große Distanzen

• Entladung in Form von Niederschlägen

Lufttemperatur

Luftfeuchtigkeit

Luftdruck

grob: 80% Stickstoff, 20% Sauerstoff, 1% Argon

Wasserdampfanteil in der Luft bei nur wenigen Gramm pro Kg trockener Luft

Aufbereitung der Luft nach Bedarf:

Reinigung

Erwärmung, Kühlung

Be- oder Entfeuchtung

Tempertaur in C oder absolut in K

Temperaturdifferenz wird immer in K angegeben

Absolute Feuchtigkeit:

Die Wassermenge in Gramm, die in 1 kg Luft vorhanden ist

Angabe der Absolutfeuchtigkeit x in g/Kg

relative Feuchtigkeit:

Trockene Luft kann bei bestimmter Temperatur und bestimmten Druck nur maximale Menge an Wasserdampf aufnehmen

Je höher Temperatur und je höher Druck, desto größer maximal mögliche Wassergehalt

Die maximale Menge bezeichnet man als Sättigung

Dichte = Massenstrom / Volumenstrom

Spezifische Wärme c, ist Wärmemenge die erforderlich ist um 1 kg Masse um 1 K zu erwärmen

Q = c * m * delta T

Luft eines bekannten Zustandes muss durch geeignete Behandlung wie mischen, erwärmen, kühlen, befeuchten oder enfeuchten im geforderten Zustand überführt werden.

Behandlungsarten führen zu einer Änderung des Wärmeinhalts h (eines Stoffes mit 1 Kg)

Einheit kJ/kg

Absolut trockene Luft mit Temperatur = 0 °C und Wassergehalt x=0g/kg -> Wärmeinhalt h=0 kJ/kg

-> Festgelegter Nullpunkt der Enthalpie Skala

Enthalpiedifferenz grafisch aus Mollier-Diagramm entnehmbar, multipliziert mit der Masse (kg) -> erforderliche Wärmemenge für die Zustandsänderung

Auf eine Fläche wirkende Kraft

Atmosphärische Druck im Mittel 1,013 bar

1 Newton/m2 = 1N/m2 = 1 Pa (Pascal)

in HKL oft:

1 bar = 1000 mbar = 10^5 N/m2 = 10^5 Pa = 1000 hPa

Volumenstrom in m3/s oder m3/h

Massenstrom in kg/s oder kg/h

(Umrechnung zwischen beider Einheiten über die Dichte)

h,x- oder t,x-Diagramm

t -> Temperatur in °C

x -> absoluter Wassergehalt der Luft in g/kg

oder h -> Enthalpie in kJ/kg

-> Zustände und Änderungen einfacher über Diagramm erfassbar, Prozesse aufzeig und grafisch darstellbar

-> Energieaufwand aus Diagramm ablesbar

Aufbereitung von Luft in Lüftungs- und Klimaanlagen:

• Lufterwärmung

• Luftkühlung

• Luftbefeuchtung

• Lufttrocknung

• Luftmischung

(Änderung Luftzustand auch erreichbar durch Mischen zweier Luftmengen unterschiedlichen Zustandes)

Dichte der feuchten Luft von 3 Kriterien abhängig:

• Luftdruck -> Diagramm gilt immer für einen bestimmten barometrischen Luftdruck

• Temperatur -> je höher die Temperatur, umso mehr dehnt sie sich aus, umso geringer die Dichte

• Wasserdampfgehalt -> Wasserdampf ist leichter als Luft, deshalb sinkt dichte mit steigendem Wasserdampfgehalt

  -> Linien konstanter Dichte sind nach rechts abfallend, da feuchte Luft geringere Dichte aufweißt

Konsequenz:

Mischpunkt Z fällt unterhalt der Sättigungslinie -> Nebelbildung

Lösung -> 2 Möglichkeiten

1) Erwärmen der Luft führt zu verdampfen da Wassertröpfchen bei konstanter absoluter feuchte -> (Linie geht senkrecht hoch im Diagramm)

2) ohne Erwärmung bleibt die Temperatur konstant, überschüssiges Wasser (Delta x) kondensiert und fällt aus

(Linie geht diagonal nach links oben)

• reine Temperaturänderung

• keine Änderung der absoluten Feuchte

• Linie geht vertikal nach oben

• relative Feuchte ändert sich!

notwendige Wärmemenge delta h = h2 - h1

Wärme kann über Wärmetauscher in Luft eingebracht werden

Oberflächenkühlung

• Kühlflächentemperatur über Taupunktstemperatur (= trockene Kühlfläche)

• Kühlflächentemperatur unter Taupunktstemperatur (= nasse Kühlfläche)

Verdunstungskühlung (bzw. Nasskühlung)

• Versprühen von Wasser im Luftstrom

-> absolute Feuchte x1 nimmt um Delta x zu

-> Wärmeinhalt h1 nimmt um Delta h zu

Verringerung des Wassergehaltes der Luft (absolute Feuchte)

• Kühlung der Luft mit Wasserausscheidung (Unterkühlungsmethode)

  -> Nachwärmen der Luft notwendig

  -> relative Luftfeuchte sinkt

• Adsorption des Wassers durch Adsorptionsstoffe wie Kieselgel

  -> erhöhung Lufttemperatur mit Reduzierung der relativen Luftfeuchte

  -> kühlen oder mischen von Luft erforderlich

• beimischen von trockener Luft

  -> siehe Mischen von Luft

• Außenluftversorgung

• Abfuhr thermischer Lasten

• Abfuhr von Feuchtelasten

• Luftreinhaltung

• Schutzdruckhaltung (spezielle Anwendung)

• turbulente Mischlüftung (Büroklimatisierung)

  -> Zuluft an definierten Stellen, Verwirbelung mit der Raumluft, Mischung frischer mit verbrauchter Luft

• Schichtlüftung (Fabrikhallen)

  -> langsame Zuluft im unteren Raumbereich, Frischluftsee, 2-4K kälter, Abluftöffnungen im Deckenbereich

• Verdrängungslüftung (Reinräume)

  -> gleichmäßig und ausreichend hohe Zuluft auf der einen Raumseite, Abluft auf der anderen Raumseite, gleichmäßige Strömung soll Partikel gezielt mit Ablüften

• mechanische Wohnungslüftung (Wohngebäude)

  -> Zuluft an definierten Stellen über kontrollierten Luftwechsel

  • Abluft ohne WRG

  • Abluft mit WRG

  • Zu und Abluft mit WRG

• Pollen

• Pilzsporen

• Bakterien

• Co2

• Tabakrauch

• Reinigungsmittel

• Lösungsmittel

• Asbest

• Schwermetalle

• Fugenlüftung

• Fensterlüftung

• Schachtlüftung

• Dachaufsatz-Lüftung

-> Luftwechsel über die Dichte der Luft

(warme Luft steigt nach oben, kalte strömt unten nach -> oft Lüftungsschlitze oben und unten im Raum)

Prinzipien: Querlüftung und Auftriebslüftung

Luftaustausch durch kleine Fugen aufgrund Druckunterschied wegen

• Dichteunterschied im geheizten Raum (stärker bei großen Höhenunterschieden (Treppenhaus)

• Winddruck auf Luv- und Leeseite des Gebäudes

Luftaustausch durch offene Fenster

• Stoßlüftung (kurzzeitig)

• Dauerlüftung (länger dauernd)

-> bei hohen Temp.unterschieden kommt es zu Zugerscheinungen

künstliche Erhöhung Luftwechselrate durch Schaffung großer Auftriebshöhe (Kamineffekt) -> somit gesteigerter Luftaustausch

keine Wirkung bei gleichen Innen- und Außentemp

-> im Sommer zusätzlich Ventilator notwendig

künstliche Erhöhung Luftwechselrate durch Schaffung großer Auftriebshöhe (Kamineffekt) -> somit gesteigerter Luftaustausch duch Dachaufsätze

• häufig bei Hallenbauten

• über Stellklappe regelbar

• günstige Möglichkeit

bei nicht ausreichender bzw. störungsfreier freier Lüftung, sowie bei modernen wärmetechnisch optimierten Gebäuden

Entscheidungsführende Fragen:

• Akzeptable Verschmutzung der Außen Luft?

• Akzeptable Schallemission bei geöffnetem Fenster?

• Geeignete Raumgeometrie für Fensteröffnung?

• Geringe Kühllast?

• Keine Be oder Entfeuchtung notwendig?

• Keine abzuführenden Luftverunreinigungen?

-> wenn “ja”, dann RLR ggfs überflüssig

Komfortanlagen (Kosten -> 5-10T€)

-> angenehmes Raumklima zur humanen Nutzung

Industrieanlagen

-> Herstellung eines notwendigen Luftzustandes zur industriellen Produktion

• Nur-Luft-Anlagen

• Luft-Wasser-Anlagen

• Luft-Kältemittel-Anlagen

• Einkanalanlage mit konstantem Luftvolumenstrom und variabler Temperatur

  • schnelles Umschalten von heizen auf kühlen

  • Versammlungsräume, Kinos, Theater

• Einkanalanlage mit variablem Luftvolumenstrom und konstanter Temperatur

  • einfach Anpassung an Frischluftbedarf

  • Büros, Kaufhäuser, Universitäten

• Zweikanalanlage (kaum eingesetzt)

  • hoher Installations- und Energieaufwand

getrennte Aufgaben

• Außenluftversorgung, Abfuhr Feuchtelasten, Luftreinhaltung durch Medium Luft

• Abfuhr thermischer Lasten durch Medium Wasser

Induktionsanlagen

-> Ventil oder Klappenregelung

getrennte Aufgaben

• Außenluftversorgung, Luftreinhaltung durch Medium Luft

• Abfuhr thermischer und feuchte Last über Medium Kältemittel

bauliche Trennung der Hauptbaugruppen

außen -> Verdichter und Kondensator

innen -> Verdampfereinheit

Split-Anlage -> nur ein Raum

Multisplit -> mehrere Räume (Anlage meist auf Dach)

1. Kompression Kältemittel und Veflüssigug in Wärmetauscher (außen)

2. flüssiges Kältemittel wird durch Ventil gedrückt und Entspannt sich in raumseitigem Wärmetauscher -> verdampft unter Aufnahme von Wärme -> kühlt Wärmetauscher

3. Raumluft an Wärmetauscher vorbeigeblasen -> Luft wird abgekühlt und in Raum gegeben

4. warmes Kältemittel wird nach außen geleitet und wieder komprimiert

Leistung der Kompressoreinheit passt sich variabel dem Kühlbedarf an

Kompressor mit Asynchronmotor ausgestattet

• auf Rohfußboden (in Dämmung unter Estrich)

• in Rohdecke einbetoniert

• in abgehängter Decke

Vorteile:

• geringer Raumbedarf für Zentrale und Kanäle

• individuelle Temperaturregelung

• wenig Wartung

• zentrale Aufbereitung Primärluft

• Grundheizung im Nachtbetrieb

Nachteile:

• Investition teuer durch aufwendige Wasseranschlüsse, Regelungen

• Raumverlust im Fensterbereich

• ungünstige Raumdruchspülung bei Rasterdecken und geringer Raumhöhe

Anlage zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer angenehmen und nützlichen Ramluft-Qualität

Funktionen

• heizen oder kühlen

• Luft befeuchten oder trocknen

• Luft filtern oder austauschen

fehlt eine Funktion -> Teilklimaanlage

• Absorptionskälteanlage

• Adsorptionskälteanlage

• Kompressionskälteanlage

• Verdunstungkühlung

Innere Kühllast:

• Personen

• Beleuchtung

• Maschinen und Geräte

• Stoffdurchsatz

• unterschiedliche Nachbarraumtempertauren

Äußere Kühllast:

• Außenwände und Dächer

• Infolge Transmission durch Fenster

• Infolge Strahlung durch Fenster

• Aufgrund von Infiltration