RIETSCHEL Raumklimatechnik Band 2: Raumluft- und Raumkühltechnik

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1 RIETSCHEL Raumklimatechnik Band 2: Raumluft- und Raumkühltechnik

2 RIETSCHEL Raumklimatechnik Band 2: Raumluft- und Raumkühltechnik Herausgegeben von Klaus Fitzner 16., völlig überarbeitete und erweiterte Auflage mit 260 Abbildungen und 54 Tabellen 123

3 PROFESSOR A.D. DR.-ING. KLAUS FITZNER Hermann-Rietschel-Institut FG Heiz- und Raumlufttechnik Technische Universität Berlin Marchstr Berlin Ursprünglich erschienen in 2 Bänden unter dem Titel: Rietschel/Raiß, Heiz- und Klimatechnik, erster Band: Grundlagen, Systeme, Ausführung zweiter Band: Verfahren und Unterlagen zur Berechnung ISBN ISBN (Band 1) 16.Auflage Springer Berlin Heidelberg New York (Band 3) 16.Auflage Springer Berlin Heidelberg New York ISBN Auflage Springer Berlin Heidelberg New York ISBN Auflage Springer Berlin Heidelberg New York Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich,gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Satz und Herstellung: LE-TEX, Jelonek, Schmidt & Vöckler GbR, Leipzig Einbandgestaltung: WMXDesign, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3180 YL

4 Vorwort Mit diesem 2. Band Raumluft- und Raumkühltechnik der 16. Auflage des Rietschel sind jetzt 3 Bände dieser Auflage unter dem Gesamttitel Raumklimatechnik erschienen. Horst Esdorn, mein Vorgänger am Herrmann- Rietschel-Institut für Heizungs- und Klimatechnik an der TU Berlin, hat diesen neuen Sammelbegriff eingeführt, der sämtliche Verfahren und Einrichtungen zur Schaffung behaglicher Innenraumverhältnisse umreißen soll. Es ist oberstes Ziel der Raumlufttechnik, behagliche Bedingungen im Raum herzustellen und nicht nur die benötigte Kühl- oder Heizleistung aufzubringen. Nachdem der erste Band, Grundlagen, 1994 erschienen war, habe ich 2001 die Aufgabe des Herausgebers von Esdorn übernommen, der die Gliederung und die Auswahl der Autoren auch für diesen Band schon vorgenommen hatte. Ich habe die Vorschläge weitgehend übernommen. Seit der letzten 15. Auflage im Jahre 1968 hat sich auf dem Gebiet der Raumklimatechnik eine überwältigende Entwicklung ergeben. Die Fortschritte vor allem auf dem Gebiet der Raumkühltechnik waren sehr groß. Ihre ungebremste Anwendung vor allem in Bürogebäuden der 70iger Jahre hat ihr allerdings einige nicht ganz unberechtigte Kritik eingebracht. Es mussten viele Gebäude gekühlt werden, weil sie falsch gebaut wurden. Teilweise waren aber auch die inneren Lasten sehr hoch. Es war früher nicht bekannt, dass behagliche Bedingungen mit Raumlufttechnik nur verwirklicht werden können, wenn die Kühlleistungen nicht zu hoch sind. Kühlleistungen bezogen auf die Grundfläche über etwa 100 W/m² stellen eine solche kaum überschreitbare Grenze dar. Heute gibt es eine andere Tendenz. Es wird häufig bei Neu- und Umbauten auf Raumkühltechnik verzichtet, ohne sich bewusst zu sein, dass das nur möglich ist bei sehr geringen thermischen Lasten im Raum, wie es zum Beispiel bei Wohngebäuden gegeben ist. Die Bedeutung der thermischen Last kann gar nicht oft genug betont werden. Sie ist entscheidend für die Beantwortung der Frage, ob eine Raumlufttechnische Anlage erforderlich ist und wie sie auszusehen hat. Das wird selten beachtet. Leider werden auch immer wieder umfangreiche Forschungen und Vergleiche verschiedener Gebäude durchgeführt, ohne ihre thermische Last zu berücksichtigen. Es wird gar versucht, Erfahrungen aus dem Wohnbereich, wo die thermischen Lasten sehr klein sind, auf andere Gebäude zu übertragen. Es ist sehr erfreulich, dass Michael Schmidt für die Kapitel A bis E gewonnen werden konnte, wo es vor allem darum geht, die verschiedenen Lasten und ihre Abfuhr zu beschreiben.

5 VI Vorwort Das Kapitel F, Raumluftströmung, ist mein Lieblingsthema und versucht vor allem die Grenzen der thermischen Lasten hervorzuheben, wenn thermisch behagliche Bedingungen eingehalten werden sollen. Es handelt sich hier immer noch überwiegend um Erfahrungswerte aus experimentellen Arbeiten. Die numerischen Berechnungen stecken vor allem bei auftriebsbehafteten Strömungen immer noch so sehr in den Kinderschuhen, dass sie nicht verlässlich genug sind. Der Abschnitt G1 über Ventilatoren von Tibor Rákóczy und mir soll vor allem die richtige Auswahl und Anwendung der Ventilatoren und der Antriebe erleichtern. In den weiteren Kapiteln G werden zahlreiche Komponenten der Raumlufttechnischen Anlagen von mir beschrieben. Thomas Sefker gibt in Kapitel H einen Überblick über dezentrale Anlagen, ihre Komponenten und ihre Anwendung. In Kapitel I hat Ulrich Finke sich dem Thema Hygiene in RLT-Anlagen gewidmet, dem erfreulicherweise in letzter Zeit immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Die Kälteversorgung wird sehr umfangreich in Kapitel J von Anton Reinhart beschrieben, und er geht dabei auch auf die Kühlung ohne Kältemaschinen ein. Siegfried Baumgarth und Georg-Peter Schernus haben in Kapitel K den aktuellen Stand der Regelungstechnik dargestellt. Es ist das Gebiet, auf dem sich nach wie vor die stärksten Änderungen vollziehen. Die Grundprinzipien, vor allem die charakteristischen Kennlinien der Komponenten, die schon in Band 1 beschrieben wurden, bleiben zwar erhalten, aber die Digitaltechnik erweitert die Möglichkeiten ständig. Trotzdem lassen sich falsch ausgewählte Komponentenkennlinien mit Digitaltechnik kaum korrigieren, was manchmal angenommen wird! Das Kapitel L über Akustik wurde schon von Manfred Heckl geschrieben und von Michael Möser überarbeitet. Ludwig Höhenberger hat in Kapitel L das Thema Wasseraufbereitung bearbeitet, das vor allem im Zusammenhang mit der Hygiene und Fragen der Korrosion eine große Bedeutung hat. Das Thema Raumluftqualität hat in den letzten Jahren immer größere Bedeutung erlangt und es wird weiter wichtig werden, weil die Außenluftvolumenströme reduziert werden sollen und dadurch die Luftqualität schlechter wird, wenn nicht gleichzeitig Verunreinigungsquellen beseitigt werden. Es wird ein umfangreicher Überblick über die Empfundene Luftqualität und ihre Bestimmung von Dirk Müller und seinen Mitarbeitern Frank Bitter, Johannes Kasche, Birgit Müller und Jana Panaskova gegeben, und es ergänzt das Kapitel C3 aus Band 1. Auf diesem Gebiet ist weitere umfangreiche Forschung erforderlich. Last not least habe ich eine Arbeit von Olli Seppänen und William Fisk zum Thema Raumklima und Leistungsfähigkeit als Kapitel O übersetzt, das ich für die Raumlufttechnik für sehr wichtig halte, bei allen Vorbehalten, die die Autoren selbst nennen. Wie Heinz Esdorn schon im Vorwort zum ersten Band ausgeführt hat, soll der erste Band das Warum klären, dieser zweite das Wie. Dabei sind Überschneidungen nicht immer vermeidbar. Das Buch wendet sich traditionsgemäß

6 Vorwort VII an Studenten zur Unterstützung während des Studiums, mehr aber noch an tätige Ingenieure auf unserem Fachgebiet und es wäre erfreulich, wenn auch Architekten hineinsehen würden. Das Buch geht nicht so weit ins Detail, dass Ingenieure in der Entwicklung und Forschung hiermit allein zurechtkämen. Das Buch geht nicht auf Sonderanwendungen im industriellen Bereich ein, obwohl der größte Teil der Aussagen auch dort gilt. Die Formelzeichen wurden wie in den beiden früheren Bänden weiter verwendet, also noch nicht auf die laufende europäische Normung umgestellt. Auf unserem Gebiet haben sich in den letzten fast 30 Jahren zahlreiche bemerkenswerte internationale Konferenzen etabliert, die in Abständen von zwei bis vier Jahren regelmäßig stattfinden. Dazu zählen unter anderen Indoor Air, Roomvent, Healthy Building, Clima 2000 und für die Reinraumtechnik Konferenzen der ICCCS (International Confederation of Contamination Control Societies). Zahlreiche Beiträge sind daraus hier schon aufgenommen, aber es war leider nicht möglich, alle wesentlichen Beiträge dieser Konferenzen in dieses Buch einfließen zu lassen. Deshalb möchte ich auf die Kongressveröffentlichungen hinweisen. Berlin im Juni 2008 Klaus Fitzner

7 Autorenverzeichnis Abschnitt Autor A E Schmidt, Michael, Prof. Dr.-Ing. Institut für Gebäudeenergetik Universität Stuttgart Pfaffenwaldring Stuttgart F, G Fitzner, Klaus, Prof. a. D. Dr.-Ing. Hermann-Rietschel-Institut FG Heizungs- und Raumlufttechnik Technische Universität Berlin Marchstr Berlin G1 Rákóczy, Tibor, Prof. Dr.-Ing. Vorgebirgstraße Köln H Sefker, Thomas, Dr.-Ing. TROX GmbH Heinrich-Trox-Platz D Neukirchen-Vluyn I Finke, Ulrich, Dr.-Ing. KLIMAKONZEPT Ingenieurgesellschaft Olympische Str. 3a Berlin J Reinhart, Anton, Dr. sc. t. Schwesternberg 1c Lindau

8 X Autorenverzeichnis Abschnitt Autor K Baumgarth, Siegfried, Prof. Dr.-Ing. Vereidigter Sachverständiger Homburgstr Braunschweig L M N Schernus, Georg-Peter, Prof. Dr.-Ing. Labor für Elektrotechik, Fachhochschule Braunschweig/ Wolfenbüttel Institut für Verbrennungstechnik und Prozessautomation Salzdahlumer Straße Wolfenbüttel Heckl, Manfred, Prof. em. Dr. rer. nat., verstorben Institut für Technische Akustik Technische Universität Berlin Möser, Michael, Prof. Dr.-Ing. Technische Universität Berlin Institut für Technische Akustik, Sekr. TA7 Einsteinufer Berlin Höhenberger, Ludwig, Dipl.-Ing. TÜV Süddeutschland, Bau und Betrieb Westendstr München Bitter, Frank, Dr.-Ing. WSPLab Dr.-Ing. Harald Bitter Dipl.-Ing. Frank Kapuzinerweg Stuttgart Dahms, Arne, Dipl.-Ing. Hermann-Rietschel-Institut FG Heizungs- und Raumlufttechnik Technische Universität Berlin Marchstr Berlin Kasche, Johannes, Dipl.-Ing. Building Applications Ingenieure Köpenicker Str. 154 a/d Berlin

9 Autorenverzeichnis XI Abschnitt Autor O Müller, Birgit, Dr.-Ing. Fachgebiet: Heiz- und Raumlufttechnik Hermann-Rietschel-Institut Institut für Energietechnik Technische Universität Berlin Marchstr Berlin Müller, Dirk, Prof. Dr.-Ing. RWTH Aachen University E.ON Energy Research Center Institute for Rational Use of Energy in Buildings Jaegerstr D Aachen Panaskova, Jana, Dipl.-Ing. RWTH Aachen, E.ON Energieforschungszentrum Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik Jaegerstr D Aachen Seppänen, Olli, Prof. Helsinki University of Technology POBox 4100 FIN HUT Fisk, William J. MS, BS. Lawrence Berkeley National Laboratory Indoor Environment Department 1 Cyclotron Rd. 90R3058 Berkeley, CA 94720

10 Inhaltsverzeichnis A Aufgaben der Raumklimatechnik... 1 MICHAEL SCHMIDT A1 Übersicht... 1 A2 Raumbelastungen und Raumlasten... 2 A2.1 Raumbelastungen... 2 A2.1.1 Allgemein... 2 A2.1.2 Energiebelastungen... 2 A Wärme... 2 A Druck... 3 A Geschwindigkeit... 3 A Ladung... 4 A2.1.3 Stoffbelastungen... 4 A2.1.4 Speichern von Raumbelastungen... 4 A2.2 Raumlasten... 7 A2.2.1 Allgemein... 7 A2.2.2 Energielasten A Heizlasten A Kühllasten A Drucklasten A Geschwindigkeitslasten... A Ladungslasten A2.2.3 Stofflasten A Feuchtelasten A Schadstofflasten A2.2.4 Normlasten A2.2.5 Norm-Auslegungslasten Literatur B Abfuhr von Raumlasten MICHAEL SCHMIDT B1 Allgemeine Grundlagen der Lastabfuhr B2 Lastabfuhr über Raumwärmeaustauscher B2.1 Raumheizflächen B2.1.1 Allgemein... 20

11 XIV Inhaltsverzeichnis B2.1.2 Integrierte Heizflächen B Allgemein B Deckenheizungen B Fußbodenheizungen B Wandheizungen B2.1.3 Freie Raumheizflächen B Deckenstrahlplatten B Raumheizkörper B2.2 Raumkühlflächen B2.2.1 Allgemein B2.2.2 Integrierte Kühlflächen B Allgemein B Kühldecken B Kühlfußböden B Kühlwände B2.2.3 Freie Kühlflächen B3 Lastabfuhr über Raumstoffaustauscher B3.1 Allgemein B3.2 Raumbefeuchter B3.2.1 Allgemein B3.2.2 Aerosolbefeuchter B3.2.3 Verdunstungsbefeuchter B3.2.4 Dampfbefeuchter B3.3 Raumentfeuchter B3.3.1 Allgemein B3.3.2 Kondensationsentfeuchter B Raumkühlkörper B Umluftentfeuchter... B3.3.3 Sorptionsentfeuchter B3.4 Raumentstoffer B3.4.1 Allgemein B3.4.2 Umluftentstoffer B3.4.3 Oberflächenentstoffer B3.5 Raumbestoffer B4 Lastabfuhr über Raumluftaustausch B4.1 Allgemein B4.2 Grundprinzipien der konvektiven Abfuhr von Raumlasten B4.2.1 Verdünnen B4.2.2 Zonieren B4.2.3 Verdrängen... 34

12 Inhaltsverzeichnis XV B4.3 Definitionen von Raumluftkonzentrationen B4.3.1 Allgemein B4.3.2 Energielasten B Wärmelasten B Sensible Heiz- und Kühllasten B Latente Heiz- und Kühllasten B Drucklasten B Geschwindigkeitslasten B4.3.3 Stofflasten B Be- und Entfeuchtungslasten B Schadstofflasten B4.4 Raumströmungsformen zur konvektiven Lastabfuhr B4.4.1 Mischströmung B4.4.2 Schichtströmung oder Quellluftströmung B4.4.3 Verdrängungsströmung B4.4.4 Umsetzung der Lastabfuhr mit den Raumströmungsformen B4.4.5 Raumbelastungsgrad, Lüftungseffektivität B5 Raumbilanzen B5.1 Allgemein B5.2 Energiebilanzen B5.2.1 Wärmebilanzen B Sensible Wärmelasten B Latente Wärmelasten B5.2.2 Druckbilanzen B5.2.3 Geschwindigkeitsbilanzen B5.3 Stoffbilanzen B5.3.1 Feuchtebilanzen B5.3.2 Schadstoffbilanzen Literatur C Raumlufttechnische Anlagen zur konvektiven Abfuhr von Raumlasten MICHAEL SCHMIDT C1 Arbeitsbereiche der Lufttechnik C2 Funktion Raumlufttechnischer Anlagen C3 Prozesse Raumlufttechnischer Anlagen C3.1 Thermodynamische Prozesse C3.1.1 Heizen C3.1.2 Kühlen C3.1.3 Befeuchten... 60

13 XVI Inhaltsverzeichnis C3.1.4 Entfeuchten (s. G6) C3.1.5 Mischen C3.1.6 Druck aufprägen C3.1.7 Geschwindigkeit aufprägen C3.2 Mechanische Prozesse C3.2.1 Luftförderung C3.2.2 Luftreinigung Literatur D Energetische Bewertung Raumlufttechnischer Anlagen MICHAEL SCHMIDT D1 Optimierung Raumlufttechnischer Prozesse D1.1 Allgemein D1.2 Energieeinsatz D1.2.1 Wärmerückgewinnung D1.2.2 Wärme- und Stoffrückgewinnung D1.2.3 Fremdwärmenutzung D1.2.4 Förderenergie D1.3 Stoffeinsatz D1.3.1 Luft D1.3.2 Wasser D Befeuchtung D Entfeuchtung D1.4 Betriebszeiten D1.5 Regelung und Steuerung D1.5.1 Sollwerte und Istwerte D1.5.2 Regelung oder Steuerung... D1.5.3 Regelstrategie D1.6 Anlagenbetrieb D2 Energie- und Stoffbedarf Raumlufttechnischer Anlagen D2.1 Allgemein D2.2 Referenzbedarf D2.3 Subsystem Nutzenübergabe D2.4 Subsystem Verteilung D2.5 Subsystem Erzeugung D2.6 Berechnung des Energie- und Stoffbedarfs D2.6.1 Allgemein D2.6.2 Numerische Simulationsverfahren D2.6.3 Näherungsverfahren Literatur

14 Inhaltsverzeichnis XVII E Klassifikation von Raumlufttechnischen Anlagen MICHAEL SCHMIDT E1 Kurzbezeichnung nach Luftbehandlungsfunktionen und Luftarten E1.1 Luftarten E1.2 Kurzbezeichnungen E2 Systembezeichnungen nach verfahrenstechnischen Merkmalen E2.1 Allgemein E2.2 Luftversorgung E2.3 Luftart E2.4 Umluftbehandlung E2.5 Luftgeschwindigkeit in den Kanälen E2.6 Druckdifferenz an den Durchlässen E2.7 Luftvolumenstrom an den Durchlässen E2.8 Transport thermischer Energie E2.9 Zusammenfassung Literatur F Luftströmung in belüfteten Räumen KLAUS FITZNER F1 Übersicht F1.1 Einleitung F1.2 Mischströmung F1.3 Verdrängungsströmung F1.4 F1.5 Quellluftströmung Sonderfälle F1.6 Lokale Senken und Quellen F2 Erzwungene Raumströmung F2.1 Mischströmung F2.1.1 Allgemeines F2.1.2 Isotherme Luftstrahlen F Isothermer Freistrahl F Mehrfachstrahlen F Linearer Decken- oder Wandstrahl F Radialer Freistrahl F Radialer Decken- oder Wandstrahl F2.1.3 Anisotherme Strahlen F Anisotherme Freistrahlen F Anisotherme Decken- und Wandstrahlen F2.2 Verdrängungsströmung F2.2.1 Vertikale Verdrängungsströmung

15 XVIII Inhaltsverzeichnis F2.2.2 Horizontale Verdrängungsströmung F2.2.3 Anwendung in der Reinraumtechnik F Verhalten kleiner Teile F Reinraumklassen F Laminare und turbulente Verdrängungsströmung F Partiell beaufschlagte Reinraumdecken F3 Quellluftströmung F3.1 Beurteilungsmethoden F3.2 Strömungsbild F3.3 Auftrieb an einer Wärmequelle F3.4 Temperatur-, Konzentrationsund Geschwindigkeitsverteilungen im Raum F3.5 Rechenmodelle für die Temperaturprofile F3.6 Beschleunigung vor dem Luftdurchlass F3.7 Fensterlüftung F3.8 Deckenkühlung mit Quelllüftung F4 Unterschiede bei Misch- und Quellluftströmung F4.1 Anwendungsbereiche von Verdrängungs-, Mischund Quelllüftung F4.2 Unterschiede zwischen Quell- und Mischlüftung beim Stoff- und Wärmeübergang an der Oberfläche einer Person Literatur G Bauelemente raumlufttechnischer Anlagen G1 TIBOR RÁKÓCZY, G1 G7 KLAUS FITZNER G1 G1.1 Ventilatoren Einführung G1.2 Bauarten G1.3 Radialventilatoren G1.3.1 Bauform und Geschwindigkeitsdreiecke G1.3.2 Drücke G1.3.3 Reaktionsgrad G1.3.4 Dimensionslose Kennzahlen G1.3.5 Kennlinien G1.3.6 Betrieb von Ventilatoren G Auslegung G Regelung G Schaltungen G1.3.7 Einbau von Ventilatoren G1.4 Axialventilatoren G1.4.1 Bauform G1.4.2 Drücke

16 Inhaltsverzeichnis XIX G1.4.3 Dimensionslose Kennzahlen G1.4.4 Kennlinien G1.4.5 Betrieb von Ventilatoren G Auslegung G Regelung G Schaltung G1.4.6 Einbau von Ventilatoren G1.5 Querstromventilatoren G1.5.1 Bauform G1.6 Anschluss des Ventilators an das Kanalsystem G1.7 Auswahl von Ventilatoren und Antrieben G1.7.1 Spezifische Ventilatorleistung G1.7.2 Ventilatorantriebe Literatur G2 Lufterwärmer G2.1 Einleitung G2.2 Wärmeleistungsvermögen k A G2.3 Bauformen der Lufterwärmer G2.4 Temperaturen G2.5 Thermisches Betriebsverhalten G2.6 Auslegung G2.7 Betriebsverhalten und Regelung Literatur G3 Luftkühler G3.1 Allgemeines G3.2 Direktverdampfer G3.2.1 G3.2.2 Einleitung Wärmeaustauschgrad G3.2.3 Wärmedurchgangskoeffizienten G3.2.4 Auslegung G3.2.5 Betriebsverhalten und Regelung G3.3 Wasserkühler G4 Wärmerückgewinnungssysteme G4.1 Übersicht G4.2 Rekuperative Systeme G4.2.1 Bauformen G4.2.2 Auslegung G4.2.3 Betriebsverhalten und Regelung G4.3 Regenerative Systeme G4.3.1 Kreislaufverbundene Systeme mit Pumpenkreislauf G Auslegung G Betriebsverhalten und Regelung

17 XX Inhaltsverzeichnis G Bauformen G4.3.2 Systeme mit Wärmerohren G Bauformen G Betriebsverhalten und Regelung G Auslegung G4.3.3 Thermosiphons G4.3.4 Systeme mit rotierender nicht sorptionsfähiger Speichermasse G Bauformen G Betriebsverhalten und Regelung G Auslegung G4.3.5 Systeme mit rotierender sorptionsfähiger Speichermasse G4.3.6 Rückfeuchtzahl G4.3.7 Systeme mit flüssigen sorptionsfähigen Speichermedien G4.4 Wirtschaftlichkeitsvergleiche Literatur G5 Befeuchter G5.1 Übersicht G5.2 Wasserbefeuchter G5.2.1 Übersicht G5.2.2 Sprühbefeuchter G Aufbau und Bauformen G Auslegung des Sprühbefeuchters (s. auch C3.1.3) G Betriebsverhalten und Regelung (s. auch K2.6.2) G5.2.3 Rieselbefeuchter G Bauformen G Auslegung G Betriebsverhalten und Regelung G5.3 G5.3.1 Dampfbefeuchter Bauformen G5.3.2 Auslegung G5.3.3 Betriebsverhalten und Regelung Literatur G6 Entfeuchter G6.1 Übersicht G6.2 Kondensationsentfeuchter G6.2.1 Bauformen G6.2.2 Siphon G6.2.3 Auslegung von Kühlern G6.2.4 Betriebsverhalten und Regelung G6.3 Sorptionsentfeuchter G6.3.1 Systeme mit fester Sorptionsmasse G Diskontinuierliche Systeme G Kontinuierliche Systeme

18 Inhaltsverzeichnis XXI G6.3.2 Systeme mit flüssiger Sorptionsmasse G6.3.3 Auslegung G6.3.4 Betriebsverhalten und Regelung G6.3.5 Bauformen Literatur G7 Luftdurchlässe G7.1 Wetterschutzgitter G7.1.1 Bauformen G7.1.2 Auslegung G7.2 Zuluftdurchlässe G7.2.1 Zuluftdurchlässe für Mischströmung G Bauformen G Gitterdurchlässe (Luftgitter) G Schlitzdurchlässe G Durchlässe in Wandnähe für Tangentialströmung im Raum G Düsenluftdurchlässe G Radial- und Dralldurchlässe G Luftdurchlässe für lokale Mischströmung G7.2.2 Zuluftdurchlässe für Quellluftströmung G Luftdurchströmter Doppelboden G Bodenluftdurchlässe G Ebene Wanddurchlässe G Radiale Quelluftdurchlässe G7.2.3 Auswahl von Raumgeräten und Luftdurchlässen entsprechend der Kühlleistungsdichte G7.2.4 Luftdurchlässe für Verdrängungsströmung G7.3 Abluftdurchlässe G7.3.1 Abluftdurchlässe in Wänden oder Abluftleitungen G7.3.2 Abluftöffnungen zur Absaugung von Verunreinigungen im Raum Literatur H Dezentrale RLT-Anlagen THOMAS SEFKER H1 Systembeschreibung H2 Bauformen dezentraler Lüftungsgeräte H3 Anforderungen an dezentrale Lüftungsgeräte H3.1 Akustische Anforderungen H3.2 Kondensatbildung H3.3 Wärmerückgewinnung H3.3.1 Bypass für das WRG-System aus energetischen Gründen

19 XXII Inhaltsverzeichnis H3.3.2 Bypass des WRG-Systems zum Schutz vor Vereisung H3.4 Hygiene H3.5 Sekundärluftbetrieb H3.6 Windeinfluss H3.6.1 Kompensation von Windeinflüssen H4 Luftführung im Raum H5 Brand- und Rauchschutz H6 Wartung H7 Systemvorteile und -nachteile H8 Anwendungsgebiete und Einsatzgrenzen H9 Schlussfolgerungen Literatur I Hygiene in Raumlufttechnischen Anlagen ULRICH FINKE I1 Einleitung I2 Hygieneanforderungen an Raumlufttechnische Anlagen I3 Planung, Ausführung und Betrieb I3.1 Ansaugung von Außenluft I3.2 Luftfilter I3.3 Befeuchter I3.4 Schalldämpfer I3.5 I3.6 Wärmeübertrager, speziell Kühler Gerätegehäuse I4 Überwachung der Hygieneanforderungen I4.1 Hygienekontrolle I4.2 Hygieneinspektion I5 Hygienische Messverfahren I5.1 Staubflächendichtebestimmung I5.1.1 Messverfahren I Vlies-Rotationsverfahren I Saugverfahren I Wischverfahren I Tapeverfahren I5.1.2 Kriterien für die Probenahme I5.1.3 Bewertung

20 Inhaltsverzeichnis XXIII I5.2 Messverfahren für die Untersuchung von Wasser I5.2.1 Orientierende Keimzahlbestimmung I5.2.2 Untersuchung der Gesamtkeimzahl und der Legionellenkonzentration I5.3 Oberflächenuntersuchung I5.4 Luftkeimmessung I6 Zusammenfassung Literatur J Kälteversorgung ANTON REINHART J1 Einleitung J1.1 Luftkühlung ohne Feuchteentzug J1.2 Luftkühlung mit Entfeuchten J2 Kühlung ohne Kältemaschinen J2.1 Kühlung mit Wasser J2.2 Kühlung mit Oberflächenwasser J2.3 Kühlwasser aus Rückkühlwerken J2.4 Kühlung durch Verdunstung J2.5 Das DEC-Verfahren J3 Übersicht der Kälteverfahren J3.1 Kaltdampf-Kompressionsverfahren J3.2 Kaltgasverfahren J3.3 Sorptionsverfahren J3.3.1 Das Absorptionsverfahren mit Wasser-Lithiumbromid J3.3.2 Adsorptionsverfahren mit Wasser-Kieselgel J4 Der Kälteträgerkreislauf J4.1 Kreislaufschaltungen der Kälteträger J4.1.1 Das 1-Kreis-System J4.1.2 Das 2-Kreis-System J4.2 Speicher im Kälteträgersystem J4.2.1 Kurzzeit-Speicher J4.2.2 Langzeit-Speicher J4.3 Schaltung und Regelung der Kälteerzeuger J4.4 Kälteträger J4.4.1 Wasser als Kälteträger J4.4.2 Sole als Kälteträger J5 Flüssigkeitskühlsätze J5.1 Konzeption J5.1.1 Definition J5.1.2 Anforderungen/Aufgaben/Vorgaben

21 XXIV Inhaltsverzeichnis J5.1.3 Übersicht J5.1.4 Kühlmedium und Verflüssiger J5.1.5 Verdichter J5.1.6 Leistungsregelung J5.1.7 Verdampfer J5.2 Flüssigkeitskühlsätze mit Hubkolbenverdichter J5.2.1 Flüssigkeitskühlsatz mit überflutetem Verdampfer J5.2.2 Flüssigkeitskühlsätze mit variabler Temperatur J5.2.3 des Kühlmediums Flüssigkeitskühlsätze mit Hubkolbenverdichter mit Trockenexpansionsverdampfer J5.3 Flüssigkeitskühlsätze mit Spiral-Verdichtern J5.4 Flüssigkeitskühlsätze mit Schraubenverdichter J5.5 Flüssigkeitskühlsätze mit Turboverdichter J5.6 Wasserkühlanlagen mit Dampfstrahlverdichtern J5.7 Absorptionskältesätze J5.8 Adsorptionskühlsätze J6 Arbeitsstoffe J6.1 Kältemittel J6.2 Kältemaschinenöl J6.3 Absorptionsgemische J7 Komponenten des Kühl-/Kältekreislaufes J7.1 Verdichter J7.1.1 Kolbenverdichter J7.1.2 Spiralverdichter J7.1.3 Schraubenverdichter J7.1.4 Turboverdichter J7.2 J7.2.1 Verdampfer Trockenexpansionsverdampfer J7.2.2 Überflutete Verdampfer J7.2.3 Umwälzverdampfer J7.2.4 Rieselfilmverdampfer J7.3 Verflüssiger J7.3.1 Wassergekühlte Verflüssiger J7.3.2 Luftgekühlte Verflüssiger J7.3.3 Verdunstungsverflüssiger J8 Wasser-Rückkühlwerke (Kühltürme) J8.1 Grundlagen J8.2 Bauformen J8.3 Lärm und Lärmschutz J8.4 Wasseraufbereitung und Wasserabschlämmung

22 Inhaltsverzeichnis XXV J9 Gesetze, Normen, Vorschriften Literatur K Regelung, Steuerung von Raumlufttechnischen Anlagen SIEGFRIED BAUMGARTH, GEORG-PETER SCHERNUS K1 Automation in der Raumlufttechnik K1.1 Feldebene, Automatisierungsebene, Leitebene K1.2 Globale Struktur: Kopplung von Systemen K1.3 Zentrale dezentrale Verarbeitung von Daten K2 Regelung von Raumlufttechnischen Anlagen K2.1 Übersicht K2.2 Sensoren und Aktuatoren K2.2.1 Sensoren K2.2.2 Aktuatoren K2.3 Hydraulische Schaltungen K2.3.1 Lufterwärmer K2.3.2 Luftkühler, Entfeuchter K2.3.3 Ventilauslegung K2.4 Informationspunkte K2.5 Regelung der Temperatur von RLT-Anlagen K2.5.1 Übersicht K2.5.2 Raum-Zulufttemperatur-Kaskadenregelung: K2.5.3 Raum-Zulufttemperatur-Kaskadenregelung mit Umluftbeimischung: K2.5.4 Temperaturregelung einer VVS-Anlage K2.6 Regelung einer Klimaanlage K2.6.1 Übersicht K2.6.2 Klimaanlage mit Umlaufsprühbefeuchter K2.6.3 Klimaanlage mit Dampfbefeuchter K2.6.4 Klimaanlage mit h,x-geführter Mischklappenregelung K2.6.5 Klimaanlage mit Enthalpierückgewinnung K3 Steuerungstechnik K3.1 Übersicht K3.2 Konventionelle (kontaktbehaftete) Steuerungstechnik K3.2.1 Darstellung und heutige Bedeutung K3.2.2 Hauptstromkreise K Übersicht K Drehrichtungsumsteuerung (Wendeschaltung) K Stern-Dreieck-Anlauf K Drehzahlumschaltung eines D-Motors mit getrennten Wicklungssystemen K Drehzahlumschaltung eines D-Motors mit Dahlander-Wicklung

23 XXVI Inhaltsverzeichnis K3.2.3 Wichtige Hilfsstromkreise K Kontaktverriegelung K Handbedienung und lokale Vorrangbedienung (LVB) K Wächter und Begrenzer K3.3 Programmierbare Steuerungstechnik K3.3.1 Übersicht K3.3.2 Verknüpfungsfunktionen K3.3.3 Binäre Speicherfunktionen K3.3.4 Vergleicher K3.3.5 Zeitfunktionen K3.4 Programmierung von binären Steuerungsfunktionen K3.4.1 Übersicht K3.4.2 Anweisungsliste K3.4.3 Strukturierter Text K3.4.4 Funktionsbausteinsprache K3.4.5 Kontaktplan (KOP) K3.4.6 Tabellarische Programmierung K3.5 Funktionen und Funktionsbausteine für RLT-Anlagen K3.5.1 Übersicht K3.5.2 Speicherung von Störungsmeldungen K3.5.3 Sammelstörmeldung mit Hupe K3.5.4 Pumpensteuerung für Wärmeübertrager K3.5.5 Filterüberwachung K3.5.6 Keilriemen- und Strömungsüberwachung K3.5.7 Frostüberwachung und Frostschutzroutine Literatur L Schall- und Schwingungsdämpfung in raumlufttechnischen Anlagen MANFRED HECKL, MICHAEL MÖSER L1 Einleitung L2 Schallquellen L2.1 Vorbemerkung L2.2 Ventilatoren L2.2.1 Entstehungsmechanismen für Luftschall L Drehklang L Breitbandgeräusch L Radialventilatoren mit vorwärts gekrümmten Schaufeln und Querstromventilatoren L2.2.2 Messverfahren L Messgrößen L Kanalverfahren L Hüllflächen-, Hallraum- und Vergleichsquellenverfahren L2.2.3 Messbeispiele

24 Inhaltsverzeichnis XXVII L2.2.4 Erfahrungsformeln L2.2.5 Möglichkeiten zur Geräuschminderung L2.2.6 Körperschallerzeugung durch Ventilatoren L2.3 Elektromotore und Getriebe L2.4 Kompressoren L3 Strömungsgeräusche in Luftleitungen, Umlenkungen, Auslässen, etc L3.1 Gerade Leitungen L3.2 Abzweigungen, Umlenkungen etc L3.3 Drossel- und Absperrelemente, Volumenstromund Mischregler L3.4 Luftdurchlässe, Gitter etc L3.5 Induktionsgeräte L4 Schallpegelminderung in Luftleitungen L4.1 Prinzipielle Möglichkeiten zur Schallminderung L4.2 Gerade, nicht ausgekleidete Leitungen L4.3 Gerade, schallschluckend ausgekleidete Leitungen L4.4 Querschnittssprünge, Verzweigungen L4.5 Umlenkungen L4.6 Durchlässe (Mündungsreflexion) L4.7 Sonstige Einbauten L4.8 Schalldämpfer L4.8.1 Funktionsweise L4.8.2 Messverfahren und Messergebnisse L4.8.3 Telefonieschalldämpfer L4.8.4 Weitere Gesichtspunkte für die Auswahl von Schalldämpfern L4.9 Zusammenhang zwischen Schallleistung und Schalldruck in einem Raum L5 Weitere Schallschutzmaßnamen bei RLT-Anlagen L6 Beispielrechnung Literatur M Wasserbehandlung in Kühlwasser-, Rückkühl-, Kaltwasser- und Befeuchtungs-Systemen LUDWIG HÖHENBERGER M1 Kühlwasser- und Rückkühlsysteme M1.1 Übersicht und Definitionen M1.2 Durchlauf-Kühlsysteme M1.2.1 Belagbildung und Korrosion M1.2.2 Schutz vor Ablagerung und Korrosion M1.2.3 Wasseraufbereitung und Konditionierung

25 XXVIII Inhaltsverzeichnis M1.3 Kreislaufkühlsysteme M1.3.1 Belagbildung und Korrosion M1.3.2 Schutz vor Ablagerung und Korrosion M1.3.3 Wasseraufbereitung, Konditionierung und chemische Anforderungen an das Kühlwasser M2 Kaltwasser- und Zwischenkühlkreisläufe M2.1 Übersicht und Definitionen M2.2 Belagbildung und Korrosion M2.3 Schutz vor Belagbildung und Korrosion M2.4 Wasseraufbereitung, Konditionierung und chemische Anforderungen an das Kalt- und Kühlwasser M3 Luftbefeuchtungssysteme M3.1 Übersicht und Definitionen M3.2 Sprühbefeuchter M3.2.1 Belagbildung und Korrosion M3.2.2 Schutz vor Belagbildung und Korrosion M3.2.3 Wasseraufbereitung, Konditionierung und chemische Anforderungen an Wasser zur Luftbefeuchtung M3.3 Dampfbefeuchter M3.3.1 Anforderungen an den Dampf M3.3.2 Maßnahmen zur Verbesserung der Dampfqualität M4 Feuerlöschsysteme Literatur N Sensorische Bestimmung der Luftqualität FRANK BITTER, ARNE DAHMS, JOHANNES KASCHE, BIRGIT MÜLLER, DIRK MÜLLER, JANA PANASKOVA N1 Einleitung N2 Ursachen der Geruchsentstehung N3 Grundlagen der Geruchswahrnehmung N3.1 Geruchssinn N3.2 Geruchswahrnehmung N3.3 Geruchsschwellen N4 Bewertungsgrößen für die Luftqualität N4.1 Empfundene Intensität N4.2 Hedonik N4.3 Akzeptanz N4.4 Klassifizierung von Gerüchen N4.5 Einfluss von Temperatur und Feuchte

26 Inhaltsverzeichnis XXIX N5 Bewertungsverfahren für die Luftqualität N5.1 Statistische Auswertung der Bewertungen N5.2 Probennahme und Probendarbietung N5.2.1 Notwendige Luftmenge für eine Luftqualitätsbewertung N5.2.2 Bewertungstrichter N5.3 Probennahmeverfahren N5.4 Emissionskammern N5.5 Intensitätsbewertungen N5.5.1 Kategoriemethode N5.5.2 Referenzmethode N5.6 Dynamische Olfaktometrie N5.7 Hedonikbewertungen N5.8 Akzeptanzbewertungen N6 Technische Messsysteme N6.1 Chemische Analytik N6.1.1 Thermodesorption, Gaschromatographie und Massenspektroskopie N6.1.2 Auswertung von Gaschromatogrammen N6.1.3 Olfactory Detector Port (ODP) N6.2 Luftqualitätssensoren N6.3 Multigassensorsysteme N6.3.1 Gassensoren N6.3.2 Multivariate Datenanalyse Literatur O Rentabilität von Verbesserungen des Raumklimas OLLI SEPPÄNEN, WILLIAM FISK, ÜBERSETZUNG UND VORWORT VON KLAUS FITZNER O1 Vorwort O2 Einleitung O3 Raumluftqualität und Leistungsfähigkeit O4 Vorteile O5 Investitions- und Betriebskosten O6 Außenluftwechsel und Arbeitsausfall durch kurze Krankheiten O7 Luftaustausch und Leistungsfähigkeit O8 Empfundene Luft-Qualität und Leistungsfähigkeit O9 Temperatur und Leistung O10 Einfluss des Betrachterstandpunktes

27 XXX Inhaltsverzeichnis O11 Anwendung der Berechnungsmethode O11.1 Kühlung durch Nachtlüftung O11.2 Rentabilität der Temperaturbegrenzung in einem Bürogebäude O11.3 Economizer O11.4 Empfundene Luftqualität und Leistungsfähigkeit O12 Diskussion O13 Zusammenfassung Literatur Sachverzeichnis Danksagung

28 A Aufgaben der Raumklimatechnik MICHAEL SCHMIDT A1 Übersicht Räume werden gebaut, weil zum Durchführen einer Aufgabe Bedingungen erwünscht sind, die am jeweiligen Standort nicht den Außenbedingungen entsprechen oder die ohne besondere Vorkehrungen nicht gegeben sind. Die erwünschten Bedingungen können vielfältige Aspekte betreffen, wie z. B. die persönliche Sicherheit vor Angriffen oder eine Vereinfachung der Verteidigung dagegen, die sichere Abgrenzung vor oder für Andere, die Beschränkung der Sichtbarkeit, den Schutz vor Wettereinflüssen, wie Wind, Regen, Schnee, Hitze, Kälte, Sonnenstrahlung, den Schutz vor Umgebungseinflüssen und den Schutz vor inneren Einflüssen, d. h. aus dem Raum selbst bzw. aus Nachbarräumen, wie Geräusch, Geruch, Staub, Schmutz, Keime etc., den Schutz der Umgebung vor den genannten inneren Einflüssen bis hin zur Bereitstellung einer als angenehm empfundenen Umgebung. Die Aufgabe kann sich aus dem Aufenthalt von Menschen und Tieren ableiten, ggfs. spezifiziert nach einzelnen Funktionen, wie z. B. Arbeiten, Schlafen, Wohnen, Waschen usw., die Durchführung von Riten, Handlungen u. ä., wie z. B. Gottesdienste, Musik- und Theateraufführungen, Sportveranstaltungen, bis hin zur Fertigung von Produkten im weitesten Sinn. Es ist die Aufgabe der Raumklimatechnik, entsprechend der jeweiligen Anforderung einen Teil der Bedingungen zum Schutz vor Wetter- und Umgebungseinflüssen sowie zum Schutz der Umgebung zu erfüllen und einen Teil der aufgabengemäßen Nutzungsbedingungen herzustellen. Dazu stellt die Raumklimatechnik in Räumen die Temperatur, die Feuchte, den Druck, die Luftgeschwindigkeit, die Ladung und die Luftqualität her. Die Raumklimatechnik stellt demnach nur eine Reihe der oben genannten erwünschten Bedingungen her, definitiv nicht alle. Daraus folgt, dass die Raumklimatechnik eine notwendige aber keine hinreichende Disziplin beim Bauen von Räumen ist. Zur Herstellung der genannten Raumkonditionen umfasst die Raumklimatechnik die technischen Aufgaben der Planung, der Realisierung und des Betriebes entwurflich geeigneter Räume, bauphysikalisch geeigneter Konstruktionen und notwendiger Heiz-, Kühl- und RLT-Anlagen.

29 2 A Aufgaben der Raumklimatechnik A2 Raumbelastungen und Raumlasten A2.1 Raumbelastungen A2.1.1 Allgemein In allen Räumen werden Energie und Stoff freigesetzt, die als Belastung wirken. Nachfolgend wird die Betrachtung von Freisetzungen auf thermische Energie, kinetische Energie, Druckenergie, Ladungsenergie und auf Stoffe begrenzt. Mit diesen Belastungen beschäftigt sich die Raumklimatechnik. In Bild A2.1-1 ist ein Raum dargestellt. Er wird von seinen inneren Oberflächen begrenzt. Im Raum entsteht eine Freisetzung. Die Freisetzung wird mit deren Quellstärke gekennzeichnet. Ob die Ursache für die Freisetzung im Raum selbst liegt oder außerhalb des Raumes ist zunächst unerheblich. Im Raum entsteht eine Konzentration. Ist die Freisetzung stofflich, so entsteht eine auf das Volumen oder auf die Masse bezogene Stoffmenge, die Stoffkonzentration. Ist die Freisetzung energetisch, so entsteht eine Energiekonzentration, gekennzeichnet z. B. durch eine Enthalpie, eine Temperatur, einen Druck oder eine Geschwindigkeit. Bild A2.1-1 Raumbelastung, allgemein A2.1.2 Energiebelastungen A Wärme Wärme wird dem Raum durch Leitung, Konvektion oder durch Strahlung zugeführt (s. a. Bd. 1, G1). Wegen der unterschiedlichen Wärmeübertragungsformen sind die daraus resultierenden Vorgänge im Raum unterschiedlich, mit letztlich auch unterschiedlichen Wirkungen im Raum. Konvektiv freigesetzte Wärme führt zu einer direkten Temperaturerhöhung der Raumluft. Zugeführte Strahlungs-

30 A2 Raumbelastungen und Raumlasten 3 wärme erwärmt abhängig von den Einstrahlzahlen und Oberflächentemperaturen der im Strahlungsaustausch stehenden Flächen die Umschließungsflächen. Es ist demzufolge grundsätzlich die getrennte Angabe der freigesetzten, konvektiven Wärme und der freigesetzten Strahlungswärme notwendig. Die Wärmezufuhr in den Raum hat unterschiedliche Quellen, z. B. Menschen, Maschinen und Geräte, Lampen, Stoffströme, innere Umschließungsflächen, solare Zustrahlungen. Anhaltswerte für die betreffenden Quellstärken enthält z. B. die Richtlinie VDI 2078 VDI-Kühllastregel [A2-1]. Kälte wird im Raum durch Wärmesenken freigesetzt. Die häufigsten Wärmesenken sind Raumumschließungsflächen mit Oberflächentemperaturen kleiner als die Lufttemperatur bzw. kleiner als andere, im Strahlungsaustausch stehende, Oberflächen. Alle vorstehenden Aussagen zu den Wärmezufuhren gelten analog zu den Kältefreisetzungen. A Druck Jeder real vorkommende Raum weist ohne besondere Maßnahmen einen instationären Druck (Druckbelastung) auf. Dieser Druck ist abhängig vom momentanen Luftdruck in der Umgebung, von den momentanen Windgeschwindigkeiten im Gebäudeumfeld, von den momentanen Temperaturdifferenzen innen zu außen sowie von den baulichen Bedingungen. Der thermische Auftrieb im Gebäude verursacht einen Auftriebsdruck. Dieser ist abhängig von der momentanen Temperaturdifferenz innen zu außen sowie von den Undichtigkeiten in der Gebäudehülle und den gebäudeinternen Strömungswiderständen. Bei Wind entsteht ein Winddruck. Dieser ist abhängig von der momentanen Windgeschwindigkeit und Windrichtung im Gebäudeumfeld, von der geometrischen Form des Gebäudes, von der Lage des einzelnen Raumes im Gebäude sowie von den Undichtigkeiten in der Gebäudehülle und den gebäudeinternen Strömungswiderständen. A Geschwindigkeit In jedem realen Raum ist eine Luftströmung feststellbar. Diese Strömung ist ohne besondere Maßnahmen immer dreidimensional und instationär. Sie wirkt als Geschwindigkeitsbelastung. Das Strömungsfeld ist beschrieben durch die örtliche und zeitliche Verteilung der Strömungsrichtungen, -geschwindigkeiten und Turbulenzgrade. Die Strömung entsteht infolge von thermischem Auftrieb über Wärmequellen und an Raumumschließungsflächen, durch Frei- und Wandstrahlen und durch Absaugungen (s. F2.1.1; F2.2.1; F4.1).

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