1 GRUNDLAGEN 1.1 Anforderungen 1.1.1 Raumklma und Behaglchket Snn der Wärmeversorgung von Gebäuden st es, de Raumtemperatur n der kälteren Jahreszet, das snd n unseren Breten etwa 250 bs 0 Tage m Jahr, auf enem vertretbaren Maß zu halten. Dazu muss laufend de durch de Umfassungsflächen abfleßende Wärme erneuert bzw. de von außen endrngende Kaltluft aufgehezt werden, d.h., es st en bestmmter Energeaufwand erforderlch, um den durch Transmssons- und Lüftungswärmeverluste entstehenden Wärmebedarf zu decken. Enflussgrößen des Raumklmas Der Begrff Raumklma m weteren Snne umfasst alle Bedngungen enes Raumes, von denen das Wohlbefnden und de Lestungskraft der Benutzer abhängt. Durch Hezungs-(und auch Lüftungs-)anlagen können n gewssen Grenzen folgende Enflussgrößen beenflusst werden: Oberflächentemperatur der Umschleßungsflächen Luftfeuchte Luftbewegung. Das thermsche Behaglchketsempfnden st natürlch ndvduell verscheden, abhängg von Geschlecht und Alter, Bekledung, Art der Tätgket, Aktvtätsgrad, Tages- und Jahresrhythmus. Daneben spelen aber auch noch wetere Faktoren für das Wohlbefnden des Menschen n enem Raum ene Rolle, we z.b. Luftqualtät Lärm Beleuchtung Farbgebung des Raumes usw. HEIZUNG I De Wärmeversorgung enes Gebäudes gehört mt zu den wchtgsten Aufgaben der Gebäudetechnk. Se hat neben der physologschen Bedeutung für das Wohlbefnden des Menschen n enem Raum bedngt durch de knapper werdenden fosslen Energen und de be der Verbrennung entstehenden Schadstoffe heute ene besondere ökonomsche und ökologsche Relevanz. Neben der Planung ener snnvollen und wrtschaftlchen Hezungsanlage st deshalb n Zusammenarbet mt dem Hezungsfachmann vor allem de Ensparung von Energe durch baulche Maßnahmen für den Archtekten n Zukunft ene bedeutende Herausforderung. Sehe dazu nsbesondere auch Kaptel I: Energesparendes Bauen. nur durch Lüftungsanlagen beenflussbar H 5/1 Enflussgrößen für de Behaglchket m Raum durch Hezungsund Lüftungsanlagen beenflussbar H 5
1.1 ANFORDERUNGEN HEI ZUNG Das rchtge thermsche Glechgewcht zwschen Körperwärme und Umgebung, d.h. de Wärmeabgabe des menschlchen Körpers durch Wärmeletung, Konvekton und Strahlung (= trockene Wärme) sowe Atmung und Verdunstung (= feuchte Wärme), be rchtger Luftfeuchte ergbt das Gefühl der Behaglchket. Der Mensch kann sch allerdngs durch physologsche Reaktonen des Körpers n gewssem Umfang veränderten klmatschen Bedngungen anpassen. Be lechter stzender Tätgket n enem Raum beträgt de Wärmeabgabe durchschnttlch etwa 115 bs 120 W. Mt zunehmender stegt nsbesondere der Antel der feuchten Wärmeabgabe durch Verdunstung. Sehe auch Kap. L 1.1.2. Als Enhet für de Wärmeabgabe des menschlchen Körpers wrd de Enhet 1 met (von englsch metabolsm ) engeführt. 1 met = Wärmeprodukton von 58 W/m 2 Körperoberfläche. Ene Änderung von 0,5 clo bewrkt ene Änderung der Empfndungstemperatur von etwa 4 C (vgl. auch Kap. H 1.1.2). De Enhet 1 clo 0,155 m 2 K/W hat sch allerdngs n der Praxs kaum durchgesetzt. Wetere Enzelheten sehe Kap. L 1.1.2 und angeführte Normen. Wärmeabgabe des menschlchen Körpers Bem gesunden Menschen beträgt de Körpertemperatur etwa zwschen 36,6 und 37 C, de der Haut etwa 32 bs 33 C. De durch den Energestoffwechsel (Umwandlung der aufgenommenen Nahrung und des Luftsauerstoffs n Muskelkraft und Wärme) erzeugte Egenwärme wrd laufend an de Umgebung abgegeben, sodass de zum ordnungsgemäßen Funktoneren der Organe erforderlche Körpertemperatur aufrechterhalten wrd. Ist de Umgebungstemperatur zu nedrg: zu hohe Wärmeabgabe: Freren, Zusammenzehen der Blutgefäße (Gänsehaut), Muskelzttern (zur Erzeugung zusätzlcher Wärme!) Ist de Umgebungstemperatur zu hoch: Wärmestau, Schwtzen (dadurch gerngerer Wärmeübergangswderstand der Haut!). De Gesamtwärmeabgabe stegt mt zunehmender Temperaturdfferenz Körper-/Lufttemperatur, Luftgeschwndgket, zunehmender Bewegung und körperlcher Tätgket (sehe Tab. H 6/1). H 6/1 Wärme-, Wasserdampfabgabe und Kalorenverbrauch enes Erwachsenen be verschedenen Tätgketen (ungefähre Anhaltswerte nach verschedenen Quellen) Art der Tätgket Schlafen, ruhges Legen stzende Tätgket, z.b. Lesen, Schreben lechte Tätgket, z.b. Büroarbeten mäßg schwere körperlche Tätgket schwere körperlche Tätgket, Sportaktvtät Gesamte Wärmeabgabe n W Wasserdampfabgabe n g/h Kalorenverbrauch pro Tag n kj 65-85 20-35 7500 85-125 25-45 8000 125-175 45-65 10 500 175-225 65-105 12 000 360-500 160-0 15 000 H 6/2 Wärmeabgabe u. Wasserdampfabgabe des Menschen be stzender Tätgket und ener rel. Luftfeuchte von ca. 50 % C 10 15 20 25 Wärmeabgabe n W gesamt trocken feucht 156 131 117 117 114 135 110 93 73 46 21 21 24 44 68 Bekledung De Wärmeabgabe kann durch entsprechende Kledung verzögert werden (Erhöhung des Wärmedurchlasswderstandes). De dafür vorgesehene Enhet für den Isolatonswert der Kledung nach DIN 33 403-3 und DIN EN ISO 77 st 1 clo (von clothng ). H 6/3 Wärmedurchlasswderstand der Bekledung (DIN 33 403-3) Art der Bekledung (Bespele) 1) Ohne Kledung Lechte Sommerkledung Lechter Straßenanzug Lechter Anzug und Mantel Kl. für nasskaltes Wetter Wasserdampfabgabe n g/h 35 64 98 Wärmedurchlasswderstand R n m 2 K/W 0,000 0,078 0,155 0,233 0,310 1) Sehr ausführlche Angaben enthält DIN EN ISO 77. dgl. n clo 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 H 6
1.1.2 Empfundene Temperatur De wchtgste Aufgabe enes behezten Raumes st es, en Gefühl der Behaglchket zu erzeugen durch ene möglchst glechmäßge Wärmeabgabe des Menschen nach allen Seten des Raumes. Dese wrd subjektv bestmmt durch de Dfferenz zwschen Körpertemperatur und empfundener Temperatur E, das st ungefähr das arthmetsche Mttel aus Lufttemperatur und mttlerer Umgebungsflächentemperatur s (s. Abb. H 7/1). De und deren Vertelung m Raum ( Temperaturprofl ) st abhängg von der Art und Anordnung der Hezflächen. Nach verschedenen, z.t. dffererenden Untersuchungen st ene möglchst glechmäßge, nach oben etwas abnehmende Temperaturkurve anzustreben (Kurve 1). Ene Temperaturdfferenz von 4 K zwschen Fuß (0,10 m Höhe) und Kopf (1,70 m Höhe) wrd als unbehaglch empfunden. H 7/2 Bespele für verschedene Raumluft-Temperaturprofle Hnwes: De n der Hezlastberechnung nach DIN EN 12 831 vorgeschrebenen Norm-Innentemperaturen bezehen sch auf de Empfndungstemperatur und ncht auf de. Se snd damt ncht drekt messbar. Erforderlche en lt. ASR 6/1u. 3 s. Kap. L 1.1.2. Anmerkung zu den Arbetsstättenrchtlnen n Bd.1, Kap. D 1.3. Temperatur der Umschleßungsflächen Für de Behaglchket n enem Raum snd glechmäßge, ncht zu nedrge Oberflächentemperaturen der Umschleßungsflächen (Decke, Wände, Fußboden) von genauso großer Wchtgket, da der Körper bs zur Hälfte de Wärme als Strahlung abgbt. Flächen mt nedrgen Oberflächentemperaturen (z.b. große Fensterflächen oder ungenügend gedämmte Bautele) bewrken ene höhere Wärmeabstrahlung, welche vom Menschen als Zug empfunden wrd und be längerer Enwrkung zu Gesundhetsschädgungen führen kann (vgl. Abb. H 8/1). De Oberflächentemperatur der Umschleßungsflächen sollte deshalb 18 C ncht unterschreten und ncht mehr als 2-3 K unter der Raumtemperatur legen. Neben der Außentemperatur e und Innentemperatur wrd de Oberflächentemperatur enes Bautels n erster Lne durch den Dämmwert, also den U-Wert des betreffenden Bautels bestmmt. De Formel für de Berechnung der Oberflächentemperatur (nnen) enes Bautels lautet (sehe auch Bd.1, Kap. A 3.2.2): H 7/1 Enfluss des U-Werts auf de Oberflächentemperatur s Legende 1 Theoretsch deale Temperaturvertelung 2 Radatoren an Innenwand 3 Radatoren an Außenwand 4 Enzelöfen (an Innenwand) 5 Lufthezung 6 Decken-Strahlungshezung 7 Fußbodenhezung 8 Wandhezung Nach verschedenen Quellen, vgl. auch Kap. H 5.2 Hezflächen. s Rs U( e ) n C In gewssen Grenzen können nedrge Wandtemperaturen durch ene erhöhte Raumtemperatur ausgeglchen werden und umgekehrt (sehe Abb. H 7/3). H 7/3 Zusammenhang zwschen Luft- und Umschleßungsflächentemperatur [H.12] H 7
1.1 ANFORDERUNGEN HEI ZUNG Operatve Temperatur o : u o u 2 mttl. Strahlungstemperatur der Oberflächen des Raums De physologsch optmale Mtteltemperatur legt für stzende Tätgket und lechte Bekledung be etwa 20-22 C, mt ungefähr glechen Antelen von Konvektons- und Strahlungswärme. Be entsprechend höherer körperlcher Betätgung oder wärmerer Kledung (vgl. Tab. H 6/1 und H 6/3) st für de Behaglchket ene entsprechend nedrgere Empfndungstemperatur, bem Ruhen oder ohne Bekledung ene entsprechend höhere Empfndungstemperatur erforderlch. Empfndungstemperatur De für das Gefühl der Behaglchket maßgebende empfundene Temperatur oder operatve Temperatur o stellt etwa das arthmetsche Mttel zwschen der und der mttleren Oberflächentemperatur der Raumumschleßungen u dar. Es gbt nach verschedenen Untersuchungen enen Berech, n dem sch der Mensch n enem geschlossenen Raum am wohlsten fühlt, m sog. Behaglchketsfeld. Sehe auch Kap. L 1.1.2. H 8/1 Behaglchketsfeld für und Temperatur der Umschleßungsflächen u (n. Frank [L.08]) Während der Mensch m Freen ene mäßge Luftbewegung durchaus als angenehm empfndet, st er n geschlossenen Räumen sehr empfndlch, besonders gegen Zugluft mt gerngerer Temperatur. De Toleranz der Luftbewegung hängt n erster Lne von der ab: Be normalen Raumtemperaturen von etwa 20-22 C sollte de Luftgeschwndgket 0,15 bs 0,25 m/s überschreten, während se be höheren Temperaturen (26 C) z.b. 0,5 m/s möglchst ncht überschreten sollte. 1.1.3 Luftbewegung De Luftbewegung n enem Raum hat ebenfalls erheblchen Enfluss auf de Behaglchket, da be höheren Luftgeschwndgketen ene größere Entwärmung des Körpers stattfndet, was vom Menschen als nedrgere Temperatur ( Zug ) empfunden wrd. Auch her lässt sch auf durchschnttlche Verhältnsse bezogen en Behaglchketsfeld n Abhänggket von der angeben, n dem sch der Mensch am wohlsten fühlt. Der menschlche Organsmus reagert sehr verscheden auf Zugluft: Ältere Menschen snd m Allgemenen empfndlcher als jüngere, ferner st de Empfndlchket u.a. abhängg vom Geschlecht, der Kledung und dem Aktvtätsgrad (Bewegung). H 8/2 Behaglchketsfeld für und Luftgeschwndgket v (n. Roedler [L.08]) De Luftgeschwndgket spelt be der Auslegung von Lüftungsanlagen ene Rolle. Dabe st vor allem Zug be nedrgen en zu vermeden. H 8
1.1.4 Luftfeuchte Da en Tel der Wärmeabgabe (etwa 20 % be normalen Temperaturen) des menschlchen Körpers durch Verdunstung auf der Haut erfolgt, spelt auch der Feuchtgketsgehalt der Raumluft ene wchtge Rolle für de Behaglchket. Der Feuchtgketsgehalt der Luft wrd gekennzechnet durch de relatve Luftfeuchtgket, das st de prozentual vorhandene Wasserdampfmenge m Verhältns zur Sättgungsmenge be ener entsprechenden Temperatur. Bem Aufhezen der Luft snkt mt stegender Temperatur de relatve Luftfeuchte, was be der dadurch verursachten erhöhten Staubbldung und der Austrocknung der Atemwege zu Erkältungskrankheten führen kann. Ferner begünstgt trockene Luft be bestmmten Stoffen (Kunststoffbeläge, Teppche, Gardnen, Kunststoffverkledungen und anderen) de elektrostatsche Aufladung der Luft, was zu unangenehmen elektrschen Schlägen bem Berühren führt. Be Abkühlung der Luft stegt de relatve Luftfeuchte m Raum an, wobe sch be Unterschretung des Taupunkts (sehe auch Bd.1, Tab. A 22/1) an kalten Stellen (Wärmebrücken!) Feuchtgket nederschlägt, was zu Schmmel- und Sporenbldung auf organschen Stoffen und auch zu Bauschäden führen kann. Neben der Beenträchtgung der Behaglchket durch Modergeruch st feuchter Staub auch en Träger von Krankhetserregern. Hohe Luftfeuchtgket be sommerlchen Temperaturen (und fehlender Luftbewegung) wrd als Schwüle empfunden (Tropenoder Trebhausklma), wel der Körper ncht mehr genügend Wärme über de Verdunstung auf der Haut abgeben kann. Be hohen Raumtemperaturen sollte de relatve Luftfeuchtgket deshalb abgesenkt werden. Be normalen Raumtemperaturen hat de Wärmeabgabe durch Verdunstung kene allzu große Bedeutung. De relatve Luftfeuchte sollte zwschen 35 und 65 % legen; als optmal wrd ene Luftfeuchte von etwa 45 bs 55 % angesehen. De relatve Luftfeuchte kann durch de Hezungsanlage über de Temperatur nur ndrekt beenflusst werden. Wasserzerstäuber oder -verdunster snd mest ncht sehr wrkungsvoll und unhygensch. H 9/2 Behaglchketsfeld für und relatve Raumluftfeuchte j (n. Leudsen u. Freymark [L.08]) Durch Lüftungsanlagen mt Luftbefeuchtung bzw. Luftentfeuchtung lässt sch de relatve Luftfeuchte m Raum exakt reguleren bzw. auf vorbestmmte Werte enstellen (sehe Kap. L 2.3.4). Begrffe zum Feuchteschutz sehe auch Bd.1, Kap. A 3.2.1; Tabellenwerte der Taupunkttemperatur sehe Bd.1, Kap. A 2.2.2. H 9/1 Taupunkttemperaturen s und relatve Luftfeuchte Lt. Arbetsstättenverordnung dürfen bem Ensatz von lüftungstechnschen Anlagen de n der Tab. H 9/3 angegebenen maxmalen Werte für de relatve Luftfeuchtgket n Arbetsräumen ncht überschrtten werden: H 9/3 Maxmale Werte für de relatve Luftfeuchtgket (gemäß ASR 5) n C 20 22 24 26 relatve Luftfeuchte n % 80 70 62 55 H 9