TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG

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1 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 1 von 26 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Dipl.-Ing. KLAUS JENS VORLESUNGEN ÜBER TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG KAPITEL: 1 GRUNDLAGEN 2 WASSER 3 WÄRME 4 KÄLTE 5 LUFT 6 INFORMATION 7 STROM 8 TRANSPORT TRANSPORT 9 SICHERHEIT SICHERHEIT 10 PROJEKTIERUNG

2 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 2 von 26 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Kapitel Seite 5 LÜFTUNG FREIE LÜFTUNG MECHANISCHE LÜFTUNG LUFTFÜHRUNG IM RAUM LUFTFÜHRUNG IN AUFENTHALTSRÄUMEN QUELLLÜFTUNG STAUBFILTER AKTIVKOHLEFILTER REINRAUMTECHNIK KLIMAANLAGEN PSYCHROMETRIE TEMPERATUR- FEUCHTE- DIAGRAMM NACH CARRIER ENTHALPIE- FEUCHTE- DIAGRAMM NACH MOLLIER LEISTUNGSERMITTLUNG BEI LUFTZUSTANDSÄNDERUNG WÄRMERÜCKGEWINNUNG Wärmerückgewinnung mit Plattenwärmeaustauschern Rekuperative Wärmerückgewinnung Regenerative Wärmerückgewinnung Wärmerohre "Heat Pipes" Wärmepumpeneinsatz KOMBINATION VON LÜFTUNG UND KÜHLUNG BAULICHE VORKEHRUNGEN LITERATURHINWEISE 26

3 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 3 von 26 5 LÜFTUNG 5.1 Freie Lüftung Unter "freier Lüftung" versteht man den Luftwechsel, der entweder durch Ausnutzung des natürlichen Auftriebes bei Temperaturunterschieden, oder durch Windkräfte hervorgerufen wird. Der Luftaustausch erfolgt dabei über Undichtheiten der Gebäudehülle. Wärmerückgewinnung aus der Abluft ist bei "freier Lüftung" nicht möglich. Innenliegende fensterlose Räume müssen grundsätzlich gelüftet werden können. Bei natürlicher "Schachtlüftung" werden dazu Auftriebskräfte in Entlüftungsschächten genutzt, wobei die Zuluft über Luftundichtheiten von Zugangstüren aus Nebenräumen nachströmen kann. Durch "Lüftungsaufsätze", welche bei Windanfall durch Erzeugung eines Unterdruckes den Auftrieb im Entlüftungsschacht erhöhen, lässt sich die Wirkung von Schachtlüftungen verbessern. Bei Temperaturgleichheit von Innenluft und Außenluft und bei Windstille wird diese "freie Lüftung" wirkungslos. Außenliegende Räume mit Fenstern werden sowohl über die Luftundichtheiten von Fensterfugen, als auch durch periodisches Öffnen und Schließen von Fenstern "frei gelüftet". Als plausiblen Rechenwert für den Jahresdurchschnitt kann man für diese Lüftungsmethode einen etwa 0,3- bis 0,6- fachen Außenluftwechsel annehmen. Lüftung fensterloser Räume Abbildung A 05.01

4 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 4 von Mechanische Lüftung Bei "mechanischer Lüftung" (bzw. "kontrollierter Lüftung") erfolgt der Luftaustausch unter Einsatz von Ventilatoren. Innerhalb der Gebäude kann Zuluft über "Zuluftleitungen" zu Räumen verteilt, und Abluft über "Abluftkanäle" von Räumen gesammelt werden. Die Lufterneuerungsrate der einzelnen Räume lässt sich bei mechanischer Lüftung bedarfsabhängig regeln. 5.3 Luftführung im Raum Die über Zuluftdurchlässe einem Raum zugeführte "Primärluft" induziert im Raum einen "Sekundärluftstrom". Luftgeschwindigkeiten über etwa ~0,2 m/s im Aufenthaltsbereich von Personen werden als unangenehm empfunden, und sind deshalb zu vermeiden 1. Abluftdurchlässe sind in Zusammenhang mit Zugerscheinungen nicht so problematisch wie Zuluftdurchlässe. Die Luftführung im Raum soll eine möglichst gute Raumdurchspülung ermöglichen. Es sind dafür vielfältige Methoden ausführbar, wobei thermischen Auftriebskräfte möglichst genutzt, und nicht behindert werden sollten. Luftströmung im Aufenthaltsbereich von Personen Abbildung A Abbildung A 05.03

5 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 5 von Luftführung in Aufenthaltsräumen Die mit Klimaanlagen aufbereitete "Zuluft" wird zur Versorgung mehrerer Aufenthaltsräume über Luftkanalsysteme zu den in den Räumen angeordneten Zuluftdurchlässen geführt. Die in die Räume eingebrachte Zuluft bildet dort "Primärluftstrahlen", welche ihrerseits einen Teil der Raumluft als "Sekudärluft" in Bewegung versetzen. Abbildung A Strömungsverlauf eines Freistrahles Strömungsverlauf mit Coanda- Effekt Anordnung von Luftdurchlässen Abbildung A 05.05

6 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 6 von 26 Im Aufenthaltsbereich von Personen sollen Raumluftgeschwindigkeiten, Raumlufttemperaturen, Raumluftfeuchtigkeiten und Lüftungsgeräusche innerhalb der physiologisch zumutbaren Grenzwerte liegen. Projektanten von Klimaanlagen müssen diese Grenzwerte kennen und sollen in der Lage sein, das Erreichen solcher Grenzen bereits im Projektstadium theoretisch zu ermitteln. Für die Luftführung in Aufenthaltsräumen bieten sich unterschiedliche Möglichkeiten an: 5.5 Quelllüftung Bei "Quelllüftung" wird Zuluft mit Untertemperatur (Zulufttemperatur etwa 1 bis 2 K unter der Raumlufttemperatur) in Bodennähe in den Aufenthaltsraum eingebracht. Mittelwert und Turbulenz der Zuluftgeschwindigkeit sollen dabei möglichst gering sein. Im Idealfall breitet sich dann über die gesamte Bodenfläche eine geringfügig kühlere "Zuluftschichte" aus. Wärmequellen im Raum (z.b. Personen und/oder elektrische Geräte") bewirken Auftriebsströmungen aus der "Zuluftschicht". Die Abluft soll im Deckenbereich abgesaugt werden. Bei Komfortanwendungen soll die Austrittsgeschwindigkeit aus Quellluftdurchlässen 0,2 m/s nicht überschreiten, und die Höhen von Zuluftdurchlässen sollten nicht über 0,8 m liegen. Bei der Möblierung von Aufenthaltsräumen mit Quelllüftung ist stets darauf zu achten, dass Quellluftauslässe nicht verlegt oder verbaut werden, um die Luftausbreitung nicht zu behindern ("Nutzflächeneinschränkung!"). Quelllüftung Abbildung A 05.06

7 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 7 von 26 In Gegensatz zu diesem Quellluftsystem kann man bei konventionellen "Mischluftsystemen" alle Luftdurchlässe im Deckenbereich anordnen. Unter Rücksichtnahme auf Komfortansprüche ist darauf zu achten, dass die Raumluftgeschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich zumutbar bleiben ( < 0,2 m/s ). Mischlüftung Abbildung A Staubfilter Luftfilter sind Geräte, mit welchen Verunreinigungen aus der Luft abgeschieden werden können. Die Teilchengröße der luftfremden Stoffe (Stäube und Aerosole) liegt zwischen 0,001 und 500 µm (1 µm "Mikrometer" = 0,001 mm). In Normen werden hinsichtlich ihrer Wirksamkeit folgende Filterarten unterschieden: G Grobstaubfilter F Feinstaubfilter H Schwebstofffilter (HEPA- Filter..."High Efficiency Particulate Air Filter") U Hochleistungs- Schwebstofffilter (ULPA- Filter..."Ultra Low Penetration Air Filter)" Diese Filterarten werden ihrerseits in mehrere Filterklassen aufgegliedert. In Lüftungs- und Klimaanlage für normale Einsatzzwecke kommen hauptsächlich Feinstaubfilter zum Einsatz. Ihre Filtrationsleistung wird nach einem genormten Prüfverfahren 2 "mittleren Wirkungsgrades E m " ermittelt. zur Bestimmung des Zur Wirkungsgradbestimmung werden festgelegte gleiche Teilvolumenströme der Prüfluft an- und abströmseitig von dem im Versuch stehenden Prüfling entnommen und über gleichartige Messobjekte aus Papier abgeschieden. Das Messergebnis wird über die Absaugzeiten bis zur Erreichung festgelegter Schwärzungsgrade der Messobjekte ermittelt.

8 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 8 von 26 Bei besonders hohen Anforderungen an die Staubfreiheit der Luft wie z.b. für Reinräume und zugehörigen Reinraumbereiche kommen Schwebstofffilter zum Einsatz. Ihre Filtrationsleistung wird mit einem genormten Verfahren 3 zur Bestimmung des "Durchlassgrades" bestimmt. Der Durchlassgrad wird dabei als Verhältnis der Partikelkonzentration auf der Abströmseite zur Partikelkonzentration auf der Anströmseite eines Filters definiert. Die Partikelkonzentration ist mit hochempfindlichen Partikelzählgeräten messbar. Zur Überwindung der Filterwiderstände müssen in mechanische Lüftungsanlagen für die geförderte Luftvolumenströme Druckdifferenzen zur Verfügung stehen. Bei neuen, noch unverschmutzten Filtern werden diese mit "Anfangsdruckdifferenz" bezeichnet. Typische "Anfangsdruckdifferenzen" liegen in den Bereichen von: Grobstaub- Filtern bei 30 bis 50 Pa, Feinstaub- Filtern bei 50 bis 150 Pa, und Schwebstoff- Filtern bei 100 bis 250 Pa. Nach Einspeicherung von Staub steigt an den Filtern die Druckdifferenz an. Empfohlene "Enddruckdifferenzen" liegen bei: Grobstaub- Filtern bei 200 bis 300 Pa, Feinstaub- Filtern bei 300 bis 500 Pa, und Schwebstoff- Filtern bei bis Pa. Klasseneinteilung von Luftfiltern Tabelle T ÖNORM FILTER- ARTEN mittlerer Wirkungsgrad FILTER- KLAS- SEN Standzeiten Anfang Ende % Pa Pa Jahre Abscheidegrad % Druckdifferenzen Filterprüf- methode GROB G 1 A m <65 G 2 65< A m <80 G 3 80< A m <90 30 bis bis 300 0,25 bis 0,50 anström- und ab strömseitig EN 779 FEIN G 4 90< A m F 5 40< E m <60 F 6 60< E m <80 F 7 80< E m <90 F 8 90< E m <95 F 9 95< E m 50 bis bis 500 0,50 bis 0,75 Trüb ungsmessung von anström- und abströmseitig angeordneten Messob jekten EN HEPA H 10 85, High Efficiency Particulate Air Filter H 11 95, H 12 99, H 13 99, H 14 99, ULPA U 15 99, Ultra Low Penetration Air Filter U 16 99, U 17 99, bis bis ,0 bis 4,0 Partikelzählung anström- und abströmseitig bei Belastung des Prüflings mit Prüfaerosol

9 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 9 von 26 Mit "Standzeit" wird die Anlagenbetriebszeit zwischen Filterbetrieb mit Anfangsdruckdifferenz und Filterbetrieb mit Enddruckdifferenz bezeichnet. Bei normaler Staubkonzentration und bei täglich achtstündiger Betriebsweise sind folgende "Standzeiten" zu erwarten : Grobstaub- Filtern bei 0,25 bis 0,50 Jahre, Feinstaub- Filtern bei 0,50 bis 0,75 Jahre, und Schwebstoff- Filtern bei 1,0 bis 4,0 Jahre. 5.7 Aktivkohlefilter Aktivkohlefilter dienen der "Adsorption" von gas- und dampfförmigen Verunreinigungen der Luft. Bei ihrem Einsatz sind Vorfilter anzuordnen, um die Wirksamkeit der Aktivkohle nicht durch Staubverschmutzung zu beeinträchtigen. Druckdifferenzen liegen bei 10 bis 100 Pa, Standzeiten bei etwa einem Jahr. 5.8 Reinraumtechnik Bei manchen Arbeitsvorgängen in der elektronischen, optischen und pharmazeutischen Industrie werden hohe Anforderungen an die Staubfreiheit der Raumluft gestellt. Kleinste Staubteilchen mit Durchmessern von 0,1 bis 1,0 µm können dort bereits Schäden verursachen. Zur Vermeidung dieser Schäden wurde die Reinraumtechnik entwickelt. Es werden dabei hohe Zuluftvolumenströme über Schwebstofffilter geleitet, und mit "turbulenzarmer Verdrängungsströmung" bei hohem Luftwechsel über Arbeitsflächen geführt. Je nach Anspruch an die Staubfreiheit der Luft - ausgedrückt als Teilchenkonzentration in "Partikelanzahl je m³ Luft" - werden die reinen Räume in Reinheitsklassen 4 eingeteilt. Errichtung und Betrieb von Reinräumen sind besonders kostspielig. Reinraum mit vertikaler Verdrängungsströmung Abbildung A ULPA- Filter Wenn es genügt, die hohen Anforderungen an die Luftreinheit nur im Bereich begrenzter Arbeitsflächen sicherzustellen, ist der Einsatz "reiner Werkbänke" preisgünstiger als die Errichtung von Reinräumen.

10 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 10 von 26 Reine Werkbank Abbildung A Klimaanlagen Klimaanlagen dienen der "Luftaufbereitung" und ermöglichen folgende Luftzustandsänderungen : Luftreinigung Lufterwärmung Luftbefeuchtung Luftkühlung Luftentfeuchtung Luftschalldämpfung Für wesentliche "Komponenten" von Klimaanlagen wurden Bezeichnungen und Zeichnungssymbole in ÖNORM M festgelegt. Auch den Luftvolumenströmen werden je nach Art der Aufbereitung folgende Plankennzeichnungen zugeordnet: Luftartenbezeichnung Tabelle T Art Kennzeichnung Kennfarbe Außenluft AUL grün RAL 6018 Zuluft ZUL violett RAL 4003 Abluft ABL gelb RAL 1018 Umluft UML gelb RAL 1019 Fortluft FOL gelb RAL 1020 Eine Klimaanlage besteht grundsätzlich aus folgenden Hauptkomponenten, die der nachstehenden Abbildung entsprechend angeordnet werden:

11 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 11 von 26 Bauteile einer Klimaanlage Abbildung A Wetterschutzgitter Schalldämpfer Luftfilter Wärmerückgewinnung Fortluftklappe Außenluftklappe Umluftklappe Luftfilter Lufterhitzer Luftkühler Luftbefeuchter Ventilatoren Schalldämpfer Luftdurchlässe FOL ABL AUL UML ZUL Druckdifferenzfühler Umwälzpumpe Temperaturfühler AUFENTHALTSRAUM Stellmotore Druckdifferenzfühler Umwälzpumpe Regelarmatur Frostschutzfühler Regelarmatur Regelarmatur Ventilatoren Zuluftfühler Steuerungs- und Regelanlage Raumluftfühler 1 Wetterschutzgitter 2 Luftklappen für Außenluft, Umluft und Fortluft 3 Luftmischkammer 4 Luftfilter 5 Lufterhitzer 6 Luftkühler 7 Luftbefeuchter 8 Ventilator für Zuluft und Abluft 9 Schalldämpfer für Zuluft und Abluft 10 Luftdurchlässe für Zuluft, Abluft und Fortluft Klimaanlagen ermöglichen folgende Luftzustandsänderungen: Reinigung (Staubabscheidung) Erwärmung Befeuchtung Kühlung Entfeuchtung Förderung

12 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 12 von 26 Sinnbilder Tabelle T Wärmeaustauscher für Wärmerückgewinnung Bauteil- Kurzbez. Sinnbild Bezeichnung Anmerkung AUL ZUL UML FOL LE# LA# LA# LE# LR# LB# YL# Außenluft Zuluft Umluft, Fortluft Lufteinlass mit Wetterschutzgitter Luftauslass mit Wetterschutzgitter Luftauslass innerhalb eines Raumes Lufteinlass innerhalb eines Raumes Luftregulier- und Absperrklappe Brandschutzklappe Regulier- und Absperrklappe mit Stellmotor Kennfarbe: grün Kennfarbe: violett Kennfarbe: gelb für Handbetätigung mit Feststellvorrichtung mit Stellungsanzeige LF# Luftfilter LD# Luftschalldämpfer LH# Lufterhitzer LK# Luftkühler LT# LW# Luftbefeuchter ML# Ventilator mit Antriebsmotor

13 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 13 von Psychrometrie Wird in einem Luftkanal ein Luftstrom weder erwärmt noch gekühlt sondern nur befeuchtet, dann kann man eine Abkühlung dieses Luftstromes feststellen. Diese Abkühlung ist auf das Phänomen zurückzuführen, dass die zur Luftbefeuchtung erforderliche Verdampfungswärme dem Luftstrom entzogen werden muss. Zustandsänderungen feuchter Luft Abbildung A Luft kühlt sich bei Befeuchtung nur bis zur Taupunkttemperatur ab. Bei Taupunkttemperatur kann Luft keinen weiteren Wasserdampf aufnehmen. Die Luftzustandsänderung hat die Sättigungsgrenze erreicht. Die für den Befeuchtungsvorgang erforderliche Energie zur Wasserverdunstung wird der Umgebungsluft entzogen. Bei Luftzustandsänderung mit unverändertem Energieinhalt der Luft (im Bild auf Enthalpielinien ),kühlt sich die Luft ab. Das Schleuderpsychrometer mißt bei erzwungener Luftgeschwindigkeit gleichzeitig die trockene Temperatur, und die Feuchtkugeltemperatur

14 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 14 von 26 Dieser Effekt ist auch durch Einführung eines feuchten Thermometers in einen Luftstrom nachvollziehbar. Ein "Psychrometer" (das ist ein Messgerät zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit) besteht aus zwei Präzisionsthermometern, von welchen eines am Fühler mit einer feuchten Mullbinde umwickelt ist. Die am "feuchten Thermometer" ablesbare "Feuchtkugeltemperatur" entspricht der jeweils tiefsten Temperatur, auf die sich Luft bei vollständiger Sättigung mit Wasserdampf jeweils abkühlen kann (100 % relative Luftfeuchtigkeit = "Sättigung"). Luft kann bestimmte Mengen von Wasserdampf aufnehmen. Die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf erhöht sich mit zunehmender Lufttemperatur bis zu einer druck- und temperaturabhängigen "Sättigungsgrenze". Absolute Luftfeuchtigkeit und Sättigungsgrenze Abbildung A kg Luft = 0,83 m?bei + 20 C 1 g Wasser = 1 cm? für Luftdruck 900 mbar (200 m Seehöhe) absolute Luftfeuchtigkeit: Wassergehalt x in g Wasser / kg Luft Lufttemperatur t in C 0 Mit relativer Luftfeuchtigkeit ϕ in % wird der Sättigungszustand der Luft mit Wasserdampf gekennzeichnet: Einer Luftfeuchtigkeit von 0 % r.f. entspricht ein Luftzustand ohne Wasserdampfanteil. Einer Luftfeuchtigkeit von 100 % r.f. entspricht ein Luftzustand bei Sättigung mit Wasserdampf. In Gegensatz dazu wird mit der absoluten Luftfeuchtigkeit x in g/kg der dampfförmige Wassergehalt in einem Kilogramm trockener Luft in Gramm Wasser angegeben. (Einheit: g Wasser /kg Luft ).

15 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 15 von 26 Wenn in einem Luftraum, dem weder Wärme zugeführt noch Wärme entzogen wird, Wasser verdunstet (verdampft), dann muss die dafür erforderliche Energie ("Verdampfungswärme") der umgebenden Luft entzogen werden. Bei Zunahme des Wasserdampfgehaltes sinkt deshalb die Lufttemperatur in einem derartigen Luftraum. Wärmeinhalt feuchter Luft Abbildung A Wärmeinhalt "h" in Wh / kg Luft : h = c! " t + x! ( r + c! " t ) P c P = 0,279 Wh / (kgluft * K) c D = 0,517 Wh / (kgdampf * K) r = 695 Wh / kg Wasser D Lufttemperatur t in C für Luftdruck 900 mbar (200 m Seehöhe) absolute Luftfeuchtigkeit: Wassergehalt x in g Wasser / kg Luft 1 kg Luft = 0,83 m?bei + 20 C Dampf : Δm kg r * Wh/kgW = Q Wh 0, ,695 1 g Wasser = 1 cm? Dampf Wasser Energieträger Verdampfungswärme "r" = 695 Wh/kg Wasser Luft : m * * Δ P kg Wh/(kg K) c t = Q L * K Wh 1,0 0,279 2,5 0,695

16 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 16 von Temperatur- Feuchte- Diagramm nach Carrier Mit der Aufzeichnung von Luftzuständen in einem Koordinatensystem mit der "Trockenkugeltemperatur t" (in C) als Abszisse, und der "absoluten Luftfeuchtigkeit x" (in g Wasser/kg Luft) auf der Ordinate hat W.H. Carrier 5 ein hilfreiches Arbeitsdiagramm zur Darstellung von Luftzustandsänderungen geschaffen. An Kurvenscharen sind in diesem Diagramm folgende Luftzustandsgrößen ablesbar : Lufttemperaturen vertikale Linien Wassergehalt der Luft horizontale Linien Relative Luftfeuchtigkeit gekrümmte Kurvenscharen Enthalpie der Luft schräg abfallende Linien, entspricht Wärmeinhalt der Luft Dichte der Luft steil abfallende Linien Temperatur- Feuchtigkeitsdiagramm nach Carrier Abbildung A Wärmeinhalt h in kj/kg Luft Wärmeinhalt h in Wh/kg Luft Lufttemperatur t in C 1,30 1,28 1,26 1,24 1,22 1,20 1,18 1,16 1,14 1,12 1,10 1,08 3 Luftdichte! in kg Luft / m 25 Relative Luftfeuchtigkeit " in % Wasser Luft absolute Luftfeuchtigkeit: Wassergehalt x in g / kg In diesem Diagramm kann man Luftzustandsänderungen als Linien anschaulich machen, und an der Veränderung des Wärmeinhaltes "h" auch die damit verbundenen Energieströme ermitteln. Die eingetragene Neigung der Luftdichtelinien wirkt zunächst unverständlich, weil demnach ein Luftvolumen mit zunehmendem absolutem Wassergehalt "x" immer leichter werden muß.

17 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 17 von 26 Es wäre allerdings anders kaum möglich, dass sich über Wasser Wolken bilden, die dann so weit aufsteigen, bis die in höheren Luftschichten kühlere Temperatur eine weitere Sättigung der Luft mit Wasserdampf nicht mehr zulässt. Durch Ergänzung dieses Carrier- Diagrammes mit den Bereichen der häufigsten Außenluftzustände und mit dem genormten menschlichen Behaglichkeitsbereichende ergibt sich eine Art Spielwiese für klimatechnische Strategien : Abbildung von Luftzustandsänderungen im Carrier- Diagramm Abbildung A E A -2 A -1 0 B C D D B C E Wärmeinhalt h in Wh/kg Luft AUFENTHALTSRAUM Relative Luftfeuchtigkeit ϕ in % absolute Luftfeuchtigkeit: Wassergehalt x in g Wasser / kg Luft Lufttemperatur t in C Änderungen von Luftzuständen könnensind werden in dem Carrier- Diagramm mit folgenden Beispielen veranschaulicht:

18 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 18 von 26 Außenlufterwärmung mit anschließender Luftbefeuchtung: Abbildung A A B Wärmeinhalt h in Wh/kg Luft C AUFENTHALTSRAUM Relative Luftfeuchtigkeit ϕ in % A B C absolute Luftfeuchtigkeit: Wassergehalt x in Wasser Luft g / kg Lufttemperatur t in C Außenluftkühlung mit Entfeuchtung und anschließender Luftnachwärmung : Abbildung A A B Wärmeinhalt h in Wh/kg Luft AUFENTHALTSRAUM C B C 25 Relative Luftfeuchtigkeit ϕ in % A Wasser absolute Luftfeuchtigkeit: Wassergehalt x in g / Luft kg Lufttemperatur t in C

19 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 19 von Enthalpie- Feuchte- Diagramm nach Mollier Temperatur- Feuchtigkeitsdiagramm nach Mollier Abbildung A Im Jahre 1923 wurde von R. Mollier 6 ein ähnliches Diagramm für Dampf- Luftgemische veröffentlicht. Es weist ein schiefwinkeliges Koordinatensystem auf. Die "absoluten Luftfeuchtigkeit x" ist darin auf der Abszisse aufgetragen, die "Enthalpie h" (Wärmeinhalt) auf den schräg nach rechts unten laufenden Ordinatenachsen. Dieses Diagramm ist im deutschen Sprachraum besser eingeführt als das Diagramm nach Carrier. Inhaltlich unterscheidet sich diese Darstellung vom Diagramm nach Carrier nur geringfügig Leistungsermittlung bei Luftzustandsänderung Die zur Zustandsänderung eines Luftmassenstromes erforderliche "Leistung P" lässt sich nach folgenden Gleichungen ermitteln : Leistung bei Enthalpieänderung Gleichung G Größen P = V L! L " h Einheiten [ W ] [m?/h] [kg/m?] [Wh/kg] P V L ρ L Δh Leistung bei Änderung des Enthalpiezustandes der Luft Luftvolumenstrom Dichte der Luft bei + 20 mit Rechenwert: 1,20 kg/m³ Differenz der Enthalpiezustände der Luft

20 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 20 von 26 Die Gesamtleistung P setzt sich auf folgenden Anteilen zusammen: Gesamtleistung = sensible Leistung + latente Leistung Gleichung G Größen P = P S + P L Einheiten [ W ] [ W ] [ W ] P P S P L Leistung bei Änderung des Enthalpiezustandes der Luft sensible Leistung latente Leistung sensible Leistung Gleichung G Größen P S = V L! L c PL "# Einheiten [ W ] [m?/h] [kg/m?] [Wh/(kg K)] [ K ] P S sensible Leistung V L Luftvolumenstrom ρ L Dichte der Luft bei + 20 mit Rechenwert: 1,20 kg/m³ c PL spezifische Wärme der Luft Rechenwert: 0,279 Wh/(kg K] ΔΘ Differenz der Lufttemperaturen latente Leistung Gleichung G Größen P L = V L! L r W " x Einheiten [ W ] [m?/h] [kg L /m?] [Wh/g W ] [ g W /kg L ] P L latente Leistung ρ L Dichte der Luft bei + 20 mit Rechenwert: 1,20 kg L /m³ r W Verdampfungswärme Rechenwert: 0,695 Wh/g W (je Gramm Wasser) Δx Differenz der absoluten Luftfeuchtigkeiten (in Gramm Wasser je Kilo Luft) 5.14 Wärmerückgewinnung Wärmerückgewinnung mit Plattenwärmeaustauschern Bei der Lüftung von Räumen wird mit der Fortluft ein erheblicher Teil jener Energie an die Umwelt abgegeben, der kurz zuvor für die Zustandsänderung von Außenluft auf Zuluft aufgewendet werden musste. Durch Anordnung von Plattenwärmetauschern kann im "Kreuzstrom" "sensible Wärme" von der Fortluft an die Außenluft übertragen werden. Voraussetzung dafür ist eine Luftführung, bei welcher Außenluft- und Fortluft aneinander vorbeigeführt werden, um beide Luftströme über den Plattenwärmetauscher leiten zu können. Durch Steuerung von Umgehungsklappen lässt sich unerwünschte Übererwärmung von Zuluft in der Übergangsjahreszeit vermeiden.

21 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 21 von 26 Abbildung A AUL FOL ABL ZUL Sinnbild : Rekuperative Wärmerückgewinnung Wenn Außenluft- und Abluftkanal nicht aneinander vorbeigeführt werden können, dann ist auch die Anordnung eigener Wärmetauscher im Außenluft- und im Abluftstrom möglich. Bei Verbindung dieser Wärmetauscher über ein Rohrleitungssystem lässt sich mit einer Wärmeträgerflüssigkeit ("Frostschutzmittel") bei geringem Platzbedarf und bei Rekuperative Wärmerückgewinnung (kreislaufverbunden) Abbildung A Zuluftanlage Abluftanlage

22 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 22 von 26 unkomplizierter Rohrführung "sensible Wärme" (Luftfeuchtigkeit) von der Abluft an die Außenluft übertragen. Frostschutzmittel als Wärmeträgerflüssigkeit ist nur dann erforderlich, wenn Betriebszustände mit Einfriergefahr zu erwarten sind Regenerative Wärmerückgewinnung Bei Einsatz regenerativer Wärmetauscher besteht die Möglichkeit, bis zu etwa 75 % der in der Abluft enthaltenen Wärme an die Außenluft zu übertragen. Dabei wird sowohl Wärme als auch Feuchte von der Abluft an eine rotierende Speichermasse abgegeben. Die Speichermasse rotiert sodann in die Zuluftzone und gibt dort sowohl "sensible" als auch "latente" Wärme an die Zuluft ab. Regenerative Wärmerückgewinnung Abbildung A ABL FOL AUL ZUL Sinnbild Wärmerohre "Heat Pipes" Bei diesem System kommen mit Kältemittel gefüllte, evakuierte Rippenrohre zum Einsatz. Außenluft- und Fortluft müssen aneinander vorbeigeführt werden, um beide Luftströme über den Wärmerohrtauscher leiten zu können. Die Wärmerohre durchdringen als Wärmetauscherflächen in geringfügig geneigter paraleller Anordnung beide Luftströme gemeinsam. Die warme Abluft lässt das Kältemittel in der unteren Rohrhälfte verdampfen, während es in der oberen Rohrhälfte durch die kalte Außenluft kondensiert. Durch Schwerkraftwirkung fällt sie wieder nach unten. Bei Heizbetrieb wird die Abluft gekühlt, und die Außenluft erwärmt.

23 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 23 von 26 Wärmerohr zur Wärmerückgewinnung Abbildung A FOL Verdampfung AUL Kondensation Dampfstrom ABL ZUL Wärmepumpeneinsatz Durch Einsatz von Wärmepumpen zur Abkühlung von Abwärme lässt sich ein Teil des Wärmeinhaltes der Abluft nutzen ("Energierecycling"). Bei Gebäuden fällt Abwärme in Form von Abluft und Abwasser an. Wenn sich Betriebszeiten mit Wärmebedarf und Kältebedarf überlagern, dann können Kältemaschinen gleichzeitig als Wärmepumpen genutzt werden. Ein Teil der abgegebenen Abwärme ist bei Heizwassertemperaturen bis + 45 C für die Brauchwarmwasserbereitung und bei Niedertemperaturheizsystemen einsetzbar Kombination von Lüftung und Kühlung Zuluftdurchlässe können mit "Nachbehandlungsgeräten" zur Nachwärmung, Nachkühlung und/oder Nachreinigung kombiniert werden. Durch Kombination verschiedener Methoden zur Lufterneuerung, Lufterwärmung, Luftkühlung, Luftbefeuchtung oder Luftentfeuchtung ergibt sich eine Vielfalt unterschiedlicher Klimasysteme. Klimasysteme unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Funktionen, Errichtungs- und Betriebskosten. Durch ungünstige Konzeption und/oder Betriebsweise derartiger Systeme kann man ohne irgendeinen Komfortgewinn Energieträger in erheblichem Ausmaß verschwenden. Dieses Risiko könnten Sie durch Beachtung folgender Grundsätze vermeiden : Nur bedarfsabhängig lüften, nach Möglichkeit automatisch (Präsenzfühler und CO 2 -Fühler zum Einsatz bringen); Luftwiderstände in Lüftungssystemen optimieren (Lufttransportkosten angemessen berücksichtigen); Luft als Wärmeträger vermeiden (Energietransportkosten herabsetzen); Energierückgewinnung aus Abluft nutzen (Wärmetauscher- und Wärmepumpensysteme zum Einsatz bringen);

24 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 24 von 26 Lufterneuerung von der Raumheizung unabhängig gestalten (Luft nur bedarfsabhängig erneuern). Kombination von Lüftungs- und Kühlungssystemen Abbildung A Bauliche Vorkehrungen Luftkanäle bestehend in der Regel aus verzinktem Stahlblech. Sie werden vorzugsweise im Bereich von Schächten, Kellerdecken, und Zwischendecken geführt. Für die zu transportierenden Luftvolumenströme liegen die üblichen Luftgeschwindigkeiten im Bereich zwischen 6 und 12 m/s.

25 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 25 von 26 Mit diesen Richtwerten sind bereits grobe Abschätzungen von Luftkanalquerschnitten möglich. Bei der Dimensionierung von Luftkanälen werden Reibungsgefällen zwischen 2 und 10 Pa/m gewählt, günstige Verhältnisse von Investitions- und Lufttransportkosten zu erhalten ("Optimum"). Querschnitte von Lüftungs- und Klimazentralen erhält man bei Kenntnis der wirtschaftlichen Luftgeschwindigkeiten innerhalb dieser Zentralen. Diese liegen derzeit im Bereich zwischen 2 und 4 m/s. Richtwerte für den innerhalb dieser und Luftkanaltrassen, Zwischendeckenhöhen und Technikzentralen sind in nachstehenden Abbildungen zusammengestellt. Die Querschnitte von Wetterschutzgittern in der Gebäudehülle erhält man unter Annahme üblicher Luftgeschwindigkeiten im Gitterbereich zwischen 1 und 2 m/s. Für die Anordnung von Technikzentralen bieten sich häufig Möglichkeiten im Keller- oder Dachbereich. Bei Hochhäusern kann auch die Anordnung in mittleren Geschosslagen Vorteile bieten. Installationsschachtkonzeptionen Abbildung A 05.25

26 TGA 05 TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG Seite 26 von 26 Abbildung A AL AR FOL AL AK AR AH FOL AE AR FOL AL AK AH AE Legende: AE... Energieversorgung AH... Heizungszentrale AK... Kältezentrale AL... Lüftungszentrale AR... Rückkühlanlagen AL AK AH AE Bei der Anordnung von Lüftungs- und Klimazentralen ist unter anderem zu berachten : sie erfordern viel Raum in den Technikzentralen. sie erfordern die Versorgung mit Strom, Wärme, Kälte und Luftleitungsanschlüsse für Außenluft, Zuluft, Abluft und Fortluft. sie können Körperschall auf Gebäudeteile übertragen. sie können in Gebäudebereiche und in die Gebäudeumgebung Luftschall emittieren. ihre Bauteile sollen für Wartungs- und Revisionstätigkeiten jederzeit zugänglich sein. sie sollen für Unbefugte unzugänglich sein. Kältezentralen erfordern Rohrleitungsverbindungen zu den Rückkühlanlagen Rückkühlanlagen sind im Freien anzuordnen und erwärmen die Umgebungsluft 5.17 Literaturhinweise ÖNORM H ÖNORM EN 779 ÖNORM EN Richtlinie VDI 2083 W.H. Carrier, USA, "Vater der Klimatechnik" R. Mollier , Dresden