Technische Gebäudeausrüstung

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1 - Klima- und Umweltbedingungen - Prof. Dr. Ulrich Hahn SS 2008

2 Bedeutung für Gebäude und -technik Auslegung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen Erforderliche Energie zum Betrieb dieser Anlagen Weitere Parameter für den Energieverbrauch: Aufbau der Gebäudehülle Lage und Ausrichtung des Gebäudes Nutzerverhalten 2

3 Energiebedarf in Deutschland 3

4 Heizwärmebedarf verschiedener Gebäude 4

5 Physikal. Größen zur Beschreibung des Klimas Lufttemperatur Umgebungstemperatur (Boden, Bauwerke außen, ) Luftfeuchtigkeit Luftgeschwindigkeit (Wind) Luftdruck Reinheit der Luft (Staub, Schadstoffe ) Sonnenstrahlung Bewölkung Niederschlag Auslegung von gebäudetechnischen Anlagen geeignete Mittelwerte der Größen (meist in DIN 4710) 5

6 Berlin Lufttemperatur Berlin, Sommer Winter Mittlere Tagestemperatur 1 T = (T7Uhr + T14Uhr + 2T21Uhr ) 4 6

7 Summenhäufigkeit der Außentemperatur Wichtig für Auslegung der Heizung (Extremwerte) Auslegung der Klimaanlage Energiebedarf (Heizgrenztemperatur) 7

8 Klimazonen in Deutschland Wärmebedarf: 15 Zonen (DIN 4710) Kühlbedarf: 2 Zonen (VDI 2078) 8

9 Heiztage, Gradtagzahl Heizperiode: September - Mai Außentemperatur < 15 C Bewertung der von der Heizung zu überwindenen Temperaturunterschiede: Gradtagzahl G t = Z k = 1 ( T innen T außen, k ) Vereinfachte Berechnung: G t = Z ( T T, e) innen außen Heizperiod Berlin: Z = 252, T a,hp => G t = 3809 K. d Essen: Z = 249, T a,hp => G t = 3470 K. d = 4,9 C = 6,1 C 9

10 Heiztage, Gradtagzahl 10

11 Kühlgradstunden Kühlung erforderlich, wenn T innen > 26 C Aber: Kühlung in der Regel nur Stundenweise erforderlich! N G K = ( T innen j= 1 26 C) Lüftungsgradstunden Berücksichtigen der Lufterwärmung beim Lüften, wenn 15 C < T außen < T innen G = L ( T N j= 1 Sonst berücksichtigen in der Gradtagzahl innen T außen ) 11

12 Für die Gebäudetechnik: Luftfeuchtigkeit Luft = trockene Luft (N, O 2 2, Ar, CO 2 ) + Wasserdampf quantitative Beschreibung: Feuchtegrad x := m m Dampf tr. Luft relative Luftfeuchtigkeit ϕ := P P Dampf Sättigung P sätt. (T) aus der Dampfdruckkurve P Sätt. ( T ) P Sätt. ( T 0 ) e m QV R 1 1 ( T T 0 ) meist: Q Vm = 41,5 kj/mol, T 0 = 273 K, P Sätt. (T 0 ) = 611 Pa P sätt. (fast) nicht abhängig vom Gesamtdruck! 12

13 Gasgesetze: Luftfeuchtigkeit Dalton-Gesetz: P + feuchtel. = PtrockeneL. P Dampf Zustandsgleichung Pfeuchte L. V = mtrockenel. RLuftT + m Dampf R Dampf T häufig erforderlich: x ϕ umrechnen Enthalpie: innere Energie bei konstantem Umgebungsdruck Heizen/Kühlen Volumenänderungsarbeit Q = CP T : = H = U + P V H = U + PV P = const: Umwandlungswärmen/ - enthalpien 13

14 H. f. L. = Ht. L. + H D Enthalpie feuchter Luft Konvention: H Dampf = C P,D T + H V (0 C) Bezugstemperatur 0 C, s s s. H = m c T + m c T + h ) f. L. t. L. P, t. L. D ( P, D V = s s m t. L. ( cp, t. L. T + x( cp, DT + h s V )) h Vs (0 C) = 2500 J/g für energetische Betrachtungen häufig gebraucht: h-x Diagramm Be- und Entfeuchtung von Luft 14

15 Temperatur 40 C h, x -Diagramm nach Mollier rel. Luftfeuchtigkeit g/kg spezifische Enthalpie 60 P = 1013 hpa J/g % 100 Feuchtegrad 15

16 zeitlicher Verlauf der Luftfeuchtigkeit 16

17 zeitlicher Verlauf der Luftfeuchtigkeit 17

18 Verteilung der Luftzustände 18

19 Regulierung der Luftfeuchtigkeit Behaglichkeit: 21 C, 50% relative Luftfeuchtigkeit Lüftung Außenluftzustand muss geändert werden x = 8 g/kg 19

20 Luftdruck abhängig von der Wetterlage: 880 hpa (extremes Tief) 1060 hpa (extremes Hoch) abhängig von der Höhe: P R g h T Luft ( h) P T = const. = 0 g h klein: P( h) = P0 (1 h) R T Luft warum zieht ein Schornstein? unter Berücksichtigung der höhenabhängigen Temperatur: T = T γ 0 + ( h h0 γ -6,5 K/km ) P 2, = P ( h h0 ) 100 km gültig bis h 11km 5,256 20

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