Grundlagen Lüftungstechnik

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Gerhardt Geier
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1 Informationen über Aufgaben und Anforderungen der Lüftung Aufgaben: - Sicherstellung des Frischluftbedarfs - Beheizung - Kühlung - Entfeuchtung ( z.b. Schwimmbad) - Befeuchtung - Wärmerückgewinnung - Abführung von Luftverunreinigungen (z.b. Schadstoffe, Gerüche) - Unterbindung der Geruchsausbreitung (z.b. WC's) Anforderungen : - Ausreichende Volumenströme - Luftverteilung ohne Zugerscheinungen - Wirtschaftlichkeit - keine Lärmbelästigung und Körperschallübertragung

2 SI-System Internationaler Praxis zufolge wird in diesem Katalog das SI-Maßsystem (Systeme Internationel d'unites) benutzt. In Diagrammen und Tabellen sind wir manchmal gezwungen, die Maßeinheit des sog. "Technischen Systems" neben den Sl-Maßen anzugeben. Die sieben Grundeinheiten des SI-Systems Länge Meter m Masse Kilogramm kg Zeit Sekunde s Elektrischer Strom Ampere A Temperatur 1 ) Kelvin K Lichtstärke Candela cd Molekulargewicht Mol Mol 1 ) Die Einheit Grad Celsius entspricht genau der Einheit Kelvin, weshalb die Temperatur auch in Grad Celsius angegeben werden kann. 0 K (absoluter Nullpunkt) = -273, 15 C. In den nachstehenden Tabellen haben wir nur Einheiten gewählt, die in unserer Branche vorkommen. Bei einigen Größen und Einheiten sind Umrechnungstabellen für andere Maßsysteme zu finden. Formelzeichen und Einheiten Formel- Benennung Einheit zeichen a Rechteckseite mm,m b Rechteckseite mm,m Barometerstand mbar c Spezifische Wärmekapazität J(kg K) c H Faktor für Höhenkorrektur - c k Faktor für Rauhigkeitskorrektur - c t Faktor für Temperaturkorrektur - g Fallbeschleunigung rd. 9,81 m/s 2 h Spezifische Enthalpie J/kg k Wärmedurchgangskoeffizient W/(m 2 K); J/m 2 h K k Rauhigkeit (Rohrinnenwand) mm Konzentration (Schadstoff) cm 3 /m 3 oder mg/m 3 l Länge m m Masse kg m Massenstrom kg/s, kg/h n Drehzahl s -1 ; min -1 Fortsetzung siehe nächste Seite!

3 Formelzeichen und Einheiten Formel- Benennung Einheit zeichen Fortsetzung: p Druck allgemein und Druckverluste in Wasser-, Dampf- und Luftnetzen, Förderdrücke von Ventilatoren und Umwälzpumpen Pa = N/m 2 Ruhedrücke, Betriebsdrücke, Nenndrücke in Wasser-, Dampf- und Pressluftnetzen bar p i (Dampf-) Teildruck des Bestandteils i (absoluter Druck) Pa, bar p Druckdifferenz Pa, bar r Spezifische Verdampfungswärme J/kg t Celsius-Temperatur C t Temperaturdifferenz K u Umfangsgeschwindigkeit m/s v Geschwindigkeit m/s x Absoluter Feuchtegehalt eines Gases g/kg tr. Luft A Fläche m 2 B Breite m D Durchmesser, Innendurchmesser m; mm F a Axialschub N H Enthalpie J Höhe m K Schadstoffanfall im Raum cm 3 /h, mg/h L Länge m M A K max. Arbeitsplatz Konzentration Gase cm 3 /m 3 Staube mg/m 3 P Leistung W; kw Q Wärmemenge J = Ws Q Wärmestrom J/s = W; kj/h, W, kw R Gaskonstante J(kg K) Re Reynolds-Zahl Re = (v D): v R Druckgefälle (je 1 m Rohr) Pa/m T Thermodyn. (absol.) Temperatur K U Umfang m V Volumen (Rauminhalt) m 3 V Volumenstrom m 3 /s, m 3 /h Z Einzelwiderstände einer Teilstrecke Pa ß (Stündlicher) Luftwechsel 1/h Widerstandszahl - Wirkungsgrad - Dynamische Zähigkeit kg/(s m) Rohrreibungszahl - Kinematische Zähigkeit m 2 /s Dichte kg/m 3 Zeit, Zeitspanne s,h Relative Luftfeuchte - Fortsetzung siehe nächste Seite!

4 Formelzeichen und Einheiten Fortsetzung: Indizes Indizes a außen st statisch d dynamisch tr trocken f feucht zul zulässig g gesamt AB Abluft gleichwertig AU Außenluft hyd hydraulisch D Dampf i innen FO Fortluft krit kritisch RA Raumluft o Anfangswert UM Umluft s gesättigt ZU Zuluft

5 Umrechnungstabellen Umrechnen von Druckeinheiten mbar bar Pa 1) = Torr mm WS= m WS ata= atm N/m 2 kp/m 2 kp/cm 2 1 mbar ,750 10,2 0,0102 1,02x10-3 9,87x10-4 1bar ,2 1,0197 0,987 1 Pa 1) ,5x10-3 0,102 1,02x10-4 1,02x10-5 0,987x N/m2 1 Torr 1,332 1,333x , ,6 0,0136 1,36x10-3 0, mm WS 0,0981 9,81x10-5 9,81 0, ,968x kp/m 2 0,1 1 m WS 98,066 0, ,65 73, ,1 0,968x ata 980,66 0, , ,968 1 kp/cm 2 1 atm 1013,25 1, ,332 1, ) 1 Pa = 1 N/m 2 = 1 kg/m x s 2 Umrechnen von Druckeinheiten 1 mbar/m = 1 Pa/m = 1 mm WS/m = 1 bar/km 1 N/m2 x m 1 kp/m2 x m = 1 m WS/km 1 mbar/m = ,2 1 bar/km 1 Pa/m = ,102 1 N/m2 x m 1 mm WS/m = 0,0981 9, kp/m2 x m = 0, m WS/km Umrechnen von Wärme- und Arbeitseinheiten J kcal kpm kwh 1 J 1 2,389 x , ,778 x kcal 4,187 x ,269 x ,163 x kpm 9, ,342 x ,724 x kwh 3,60 x ,84 3,671 x

6 Umrechnungstabellen Weitere Umrechnungen Kraft : Druck: Arbeit : Wärmeeinheiten : 1 kp = 9,81 kg m/s 2 = 9,81 N 1N(ewton) = 1 kg m/s 2 = 1 J/m 1 bar = 10 3 mbar = 10 5 N/m2 1 kp/cm 2 = kp/m 2 1 J(oule) = 1 Nm = 1 Ws 1 kcal/ = 1,163 W 1 kcal/m h grd = 1,163 W/m K 1 kcal/m 2 h grd = 1,163 W/m 2 (=a,k) 1 kcal/kg grd = 4,2 kj/kg K 1 kcal/m 3 grd = 4,2 kj/m 3 K 1 PSh = 632 kcal Leistung : 1 W = 1 J/s 1 PS = 75 kpm/s = 0,1757 kcal/s = 0,7357 kw 1 kw = 102 kpm/s = 0,239 kcal/s = 1,3596 PS = 1 kj/s Spez. Wärmekapazität für trockene Luft: cp = 0,24 kcal/kg K 1 kj/kg K CP =0,31 kcal/m 3 K 1,298 KJ/m 3 x K, gültig für trockene Luft von 0 C, b = 1013 mbar, ändert sich mit Temperatur und Höhe.

7 Vereinfachte Volumenstromermittlung Die Ermittlung der Zu-/Außen- und Abluftmenge ist überwiegend abhängig von der Nutzung des Raumes und dessen Luftverunreinigung. In anderen Fällen wird der Volumenstrom durch die Feuchtelast, Kühllast oder den Wärmebedarf bestimmt. Können mehrere Kriterien herangezogen werden, ist von der ungünstigsten Annahme auszugehen. Die Berechnung kann anhand der nachfolgenden Formeln und Tabellen erfolgen, wobei unbedingt auf die Einhaltung der geltenden Normen und Vorschriften zu achten ist. Außenluftvolumenstrom Bestimmung über die Luftwechselzahl V AU = V R x LW (m 3 /h) VR = Raumvolumen in m 3 LW = Luftwechsel aus Tabelle 1 Bestimmung über die Außenluftrate je Person V AU = P x AR (m 3 /h) P = Personenzahl AR = Außenluftrate je Person aus Tabelle 2 Bestimmung nach der Luftverunreinigung (MAK-Werte) K V AU = k MAK - k a (m 3 /h) K = Stündlich anfallende Schadstoffmenge in mg/h k MAK = MAK-Wert aus Tabelle 3 in mg/m 3 k a = Schadstoffanteil in der Zuluft in mg/m 3 (saubere Luft k a = 0)

8 Vereinfachte Volumenstromermittlung Zuluftvolumenstrom Bestimmung nach der Feuchtelast (Luftentfeuchtung) W V ZU = x (X 2 - X 1 )(m 3 /h) W = abzuführende Wassermenge in g/h = Luftdichte in kg/m 3 (Luft 20 C, 1013 mbar p = 1,2 kg/m 3 ) X 2 = Wassergehalt in der Raumluft in g Wasser /kg Luft X 1 = Wassergehalt in der Zuluft in g Wasser /kg Luft Bestimmung nach der Kühllast Q K x 3600 V ZU = x C p x it (m 3 /h) Q K = Kühllast in kw = Luftdichte in kg/m 3 (Luft 20 C, 1013 mbar p = 1,2 kg/m 3 ) c p = spez. Wärmekapazität in kj/kg K (Luft 20 C; c p 1) t = t R - t Z in K t R = Raumtemperatur t Z = Zulufttemperatur Bestimmung nach dem Wärmebedarf Q H x 3600 V ZU = x C p x it (m 3 /h) Q K = Wärmebedarf in kw = Luftdichte in kg/m 3 (Luft 20 C, 1013 mbar p = 1,2 kg/m 3 ) c p = spez. Wärmekapazität in kj/kg K (Luft 20 C; c p 1) t = t R - t Z in K t R = Raumtemperatur t Z = Zulufttemperatur

9 Tabellen zur Volumenstromermittlung Tabelle1 Luftwechselzahl und Schalldruck (empfohlene Richtwerte) Raumart LW/h max. Bemerkung Schalldruck pegel db(a) WC gewerblich Entlüftung öffentlich Entlüftung Accuräume "Ex" erforderlich Baderäume Vorwärmung Zuluft Beizereien Säureschutz Bibliotheken Büroräume Duschräume Vorwärmung Zuluft Färbereien "Ex" prüfen, Säureschutz Farbspritzräume "Ex" erforderlich Garagen ca Entlüftung Garderoben Gaststätten/Kasinos Be- und Entlüftung Gießereien Entlüftung, Wärmebilanz erstellen Härtereien bis Entlüftung, Wärmebilanz erstellen Hörsäle Be- und Entlüftung Kinos und Theater /25 Be- und Entlüftung Klassenräume Konferenzräume Küchen privat Entlüftung gewerblich Entlüftung Laboratorien Entlüftung, "Ex", Säureschutz Lackierräume "Ex" erforderlich Lichtpausereien Entlüftung Maschinensäle Wärmebilanz erstellen Montagehallen Plättereien Entlüftung, Wärmebilanz erstellen Schweißereien Arbeitsplatzabsaugung Schwimmhalen Vorwärmung Zuluft Sitzungszimmer Tresore Umkleideräume Entlüftung Turnhallen Verkaufsräume Versammlungsräume Wartezimmer Wäschereien Wärmebilanz erstellen Werkstätten mit hoher Luftverschlechterung mit geringer Luftverschlechterung Wohnräume 3-6 tags 40/nachts 30

10 Tabellen zur Volumenstromermittlung Tabelle 2 Außenluftrate pro Person auf Raumart Raumart m 3 Raumart m 3 h x Person h x Person Einzelbüro 30 Lesesaal 20 Großraumbüro 50 Klassenraum 30 Theater, Konzert 20 Hörsaal 30 Kantine 30 Messehalle 20 Konferenzraum 30 Verkaufsraum 20 Kino 20 Museum 20 Festsaal 20 Gaststätte 40 Ruheraum 30 Hotelzimmer 30 Pausenraum 30 Turn- und Sporthalle 20 mit Zuschauern Bei Geruchsquellen (z.b. Tabakrauch), sollte die Außenluftrate pro Person um 20m werden. 3 /h erhöt Tabelle 3 MAK-Werte (stark gekürzt) Schadstoffe cm 3 mg Schadstoffe cm 3 mg m3 m3 m3 m3 Aceton Hydrazin 0,1 0,13 Anilin 2 8 Jod 0,1 1 Ammoniak Methanol Asbeststaub - 2 Nicotin 0,07 0,5 Blei - 0,1 NO Butan Ozon 0,1 0,2 Chlor 0,5 1,5 Propan Chromate - 0,1 PVC 3 8 CO Quecksilber 0,01 0,1 CO Salpetersäure Formaldehyd 1 1,2 SO 2 (H 2 SO 4 ) 2 (-) 5 (1) Chlorwasserstoff HCL 5 7 Zinkoxid - 5 Tabelle 4 Volumenströme für innenliegende Bäder und WC (nach DIN 18017) Bäder WC Betriebsweise 40 m 3 /h 20 m 3 /h bei mindestens 12 Std./Tag Laufzeit 60 m 3 /h 30 m 3 /h Wenn V auf 0 m 3 /h reduziert werden kann und nach jedem Ausschalten weitere 5 m 3 abgeführt werden können

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