Wie wird die Berechnung der Kühllast durchgeführt?

Die Berechnung der Kühllast ist ein wesentlicher Bestandteil der technischen Gebäudeausrüstung (TGA). Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Auslegung und Optimierung von Klimaanlagen und Kühlsystemen in Gebäuden.

Grundlagen der Kühllastberechnung

Um die Zusammenhänge und Funktionsweise der Kühllastberechnung zu verstehen, ist es wichtig, zunächst die grundlegenden Konzepte zu klären. Die Kühllast eines Gebäudes wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter interne und externe Wärmequellen sowie die thermischen Eigenschaften des Gebäudes.

Interne Wärmequellen

Interne Wärmequellen umfassen alle Wärmequellen innerhalb eines Gebäudes. Dazu gehören Menschen, Beleuchtung, elektrische Geräte und Maschinen. Diese Quellen tragen zur internen Wärmebelastung bei und müssen bei der Kühllastberechnung berücksichtigt werden.

Externe Wärmequellen

Externe Wärmequellen sind Faktoren außerhalb des Gebäudes, die zu Wärmegewinnen führen. Dazu zählen Sonneneinstrahlung, Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit. Diese externen Einflüsse wirken sich direkt auf die notwendige Kühlleistung aus.

Thermische Eigenschaften des Gebäudes

Die thermischen Eigenschaften eines Gebäudes, wie Dämmung, Fensterflächen und Baustoffe, spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Kühllast. Gut gedämmte Gebäude benötigen in der Regel weniger Kühlleistung als schlecht gedämmte Strukturen.

Formeln zur Berechnung der Kühllast

Die Berechnung der Kühllast erfolgt mithilfe spezifischer Formeln und Methoden. Eine verbreitete Methode ist die Verwendung der Kühlleistungsformel:

$Q_{L} = \dot{V} \cdot \rho \cdot c_{p} \cdot \Delta T$

Dabei stehen die Variablen für:

V̇: Volumenstrom der Luft (m³/s)
ϱ: Dichte der Luft (kg/m³)
c: Spezifische Wärmekapazität der Luft (J/kg·K)
Δϑ: Temperaturdifferenz (K)

Für den Nachweis der Funktionalität wird oft die Formel für die spezifische Kühlleistung verwendet:

$Q_{S} = \frac{Q_{L}}{A}$

Dabei steht A für die Fläche des zu kühlenden Raumes (m²).

Anwendungsbeispiel

Um die theoretischen Grundlagen zu veranschaulichen, folgt ein praktisches Anwendungsbeispiel:

Gegeben sei ein Raum mit einem Volumenstrom der Zuluft von 0,5 m³/s, einer Luftdichte von 1,2 kg/m³ und einer spezifischen Wärmekapazität der Luft von 1005 J/kg·K. Die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außentemperatur beträgt 8 K.

Die Kühllast berechnet sich wie folgt:

$Q_{L} = 0,5 \cdot 1,2 \cdot 1005 \cdot 8 = 4836 \, W$

Um die spezifische Kühlleistung für einen Raum mit einer Fläche von 30 m² zu berechnen, verwendet man die Formel:

$Q_{S} = \frac{4836}{30} = 161,2 \, W/m²$

Vor- und Nachteile der Kühlung von Gebäuden mit Luft

Die Kühlung von Gebäuden mit Luft hat sowohl Vorteile als auch Nachteile:

Vorteile

Einfache Installation und Wartung der Lüftungsanlagen
Kostengünstige Systeme (Nicht im Unterhalt!)
Schnelle Anpassung der Raumtemperatur

Nachteile

Begrenzte Kühlleistung bei hohen Außentemperaturen
Potenzial für Zugerscheinungen
Höherer Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Kühlsystemen
Menschliche Einflussfaktoren, wie das offen lassen von Fenstern usw. können den Betrieb stören.

Ergänzende und wichtige Gesetze innerhalb Deutschlands zum Thema

In Deutschland gibt es verschiedene gesetzliche Regelungen und Normen, die die Kühllastberechnung und Klimatisierung von Gebäuden betreffen. Zu den wichtigsten gehören:

DIN EN 12831: Diese Norm legt die Berechnung der Heiz- und Kühllast für Gebäude fest.
EnEV (Energieeinsparverordnung): Regelt die energetischen Anforderungen an Gebäude und deren Anlagentechnik.
GEG (Gebäudeenergiegesetz): Das GEG führt die EnEV, das EEWärmeG und das EnEG zusammen und regelt die energetischen Anforderungen an Neubauten und Bestandsgebäude.

Abschließend kann festgehalten werden, dass die Kühllastberechnung ein unverzichtbarer Bestandteil der technischen Gebäudeausrüstung ist. Ein fundiertes Verständnis der Grundlagen, korrekte Anwendung der Berechnungsformeln und Beachtung der gesetzlichen Vorschriften sind essenziell, um effiziente und nachhaltige Kühlsysteme zu planen.