Kapitel 15: (Version 2.0) Inhaltsverzeichnis Kapitel 15 15.1 Ziel...2 15.2 Grundlagen...2 15.2.1 BBT-Reglement Haustechnikplaner Lüftung...2 15.2.2 Clima. Suisse-Modell-Lehrgang...2 15.3 Einleitung...2 15.4 Allgemeine Informationen zum Thema Umluftkühlgeräte, Kälte...2 15.4.1 Vorteile von Umluftkühlgeräten...2 15.4.2 Temperaturanforderungen in EDV-Räumen...3 15.4.3 Bewilligungspflicht für Kälte-Anlagen...3 15.4.4 Einbaumöglichkeiten von Umluftkühlgeräten...4 15.5 Der Kälteprozess...5 15.5.1 Kältemittel...5 15.6 Bestimmung des Kühlleistungsbedarfs...6 15.6.1 Unterschiede zwischen statischer und dynamischer Berechnung des Kühlleistungsbedarfes...6 15.6.2 Einflussgrössen auf Kühlleistungsbedarf...6 15.6.3 Muster-Formular zur Bestimmung nach SIA V382/2...7 15.7 Checkliste 15: Umluftkühlgeräte, Kälte...8 Clima-Suisse / SSHL Seite 1 von 8
15.1 Ziel Kennenlernen der Grundbegriffe im Bereich der Dimensionierung von Kältemaschinen und Umluftkühlgeräten (Kühllastberechnungen). 15.2 Grundlagen 15.2.1 BBT-Reglement Haustechnikplaner Lüftung Art. 5, Praktische Arbeiten und Berufskenntnisse, Drittes Lehrjahr Einfache Lüftungsanlagen verschiedener Systeme fachgerecht, selbständig und rationell ausführen. Luftkühler aufgrund der technischen Daten des Herstellers berechnen und auslegen. 15.2.2 Clima. Suisse-Modell-Lehrgang Ausbildungsinhalt Der Lehrling führt sämtliche Berechnungen für einfache Lüftungsanlagen aus, entwirft Anlagedispositionen in den Bauplänen, erstellt die Anlageschemata und verfasst die technischen Informationen für die Offertstellung oder Ausführung der Installation. 15.3 Einleitung Die ältesten und bekanntesten Kältesubstanzen, die zum Abführen von Wärme verwendet wurden, sind Eis und Schnee. Die Chinesen waren die ersten, die erkannten, dass Eis die Getränke schmackhafter und kälter macht. Zur Zeit der alten Griechen und Römer wurden Sklaven eingesetzt, um Schnee von den Bergen zu holen und diesen in strohverkleideten Gruben aufzubewahren. Im Jahre 1855 wurde die erste mechanische Kältemaschine in Cleveland, Ohio, USA, zur künstlichen Erzeugung von Eis eingesetzt. Um das Jahr 1900 hielt der elektrische Strom einzug, und mit der Entwicklung des kleinen Elektromotors kam die Eismaschine in den täglichen Gebrauch. Heute werden Kältemaschinen in allen Grössen und für verschiedenste Verwendungszwecke hergestellt. Als LüftungszeichnerIn kommt man bei grösseren Projekten häufig in Kontakt mit dem Begriff Kälte. Die Ausführungen und Anlagetypen von kältetechnischen Installationen sind vielfältig. Für den Bereich der Raumlufttechnischen Anlagen lassen sich zwei Typen von Anlagen unterscheiden: die zentrale Kühlung von grossen Luftmassen mit einem im Monobloc eingebauten Luftkühler oder aber eine dezentrale Kühlung einzelner Räume mit Umluftkühlgeräten. Der vorliegende Stoff bietet einen ersten Einblick in die breite Problematik solcher Anlagen. 15.4 Allgemeine Informationen zum Thema Umluftkühlgeräte, Kälte 15.4.1 Vorteile von Umluftkühlgeräten Folgende Hauptvorteile weisen Umluftkühlgeräte (kurz ULKG genannt) gegenüber von konventionellen Lüftungsanlagen mit einer Kühlung auf: Vorteil Beschreibung Clima-Suisse / SSHL Seite 2 von 8
15.4.2 Temperaturanforderungen in EDV-Räumen (Quelle: BEW-Merkblatt, Form. 805.146 d, zu Beziehen bei der EDMZ Bern) Die zulässige mittlere Raumlufttemperatur in EDV-Räumen ist auf 26 C festzulegen. Folgende Punkte sind zu beachten: - Die Empfehlung beinhaltet bereits einen Sicherheitszuschlag, so dass 26 C als Raumlufttemperatur ohne Risiko bezeichnet werden kann. - Die empfohlene Temperatur versteht sich als Mittelwert der Raumlufttemperatur auf einer Höhe von 1.5 m über Boden. - Kurzzeitige Temperaturspitzen beeinflussen die Zuverlässigkeit von Computer-Systemen nicht. Relevant sind allenfalls permanent höhere Raumlufttemperaturen. - Eine Raumlufttemperatur von 26 C oder mehr wird von Menschen als unangenehm empfunden. Allerdings sind EDV- Räume in der Regel nur kurzzeitig von Personen besetzt. - Typenschildangaben (auf Computern) sind keine verlässliche Planungsgrundlage zur Dimensionierung der Kühlerleistung, weil sie nicht den tatsächlichen Leistungswerten entsprechen. Präzisere Angaben sind von den Herstellern oder aufgrund von Messungen zusammenzutragen. Die Empfehlung des Bundesamtes für Energiewirtschaft wurde in enger Zusammenarbeit mit den führenden Anbietern von EDV- Systemen und der ETH Zürich erarbeitet. 15.4.3 Bewilligungspflicht für Kälte-Anlagen Zu diesem Thema wurde zur Empfehlung SIA 382/2 ein BEW-Merkblatt Arbeitshilfe zum Bedarfsnachweis Kühlung und Befeuchtung herausgegeben. EDMZ-Formular-Nr. 805.162 d. Im Vollzugsordner Energie des Kantons Zürich ist unter Kapitel 5.2 der Bedarfsnachweis für Klimaanlagen wie folgt beschrieben: Anlagen, mit denen die Raumlufttemperatur herabgesetzt oder mit denen ausschliesslich oder zusammen mit der Raumlufttemperatur die Raumluftfeuchtigkeit beeinflusst werden kann, gelten als Klimaanlagen ( 45 Abs. 1 BBV I). Anlagen, welche die Wärme aus dem Raum nicht über die Luft, sondern über ein Wassersystem abführen, gelten ebenfalls als Klimaanlagen. Der Einbau einer Klimaanlage benötigt eine Bewilligung der Gemeinde ( 11 EnG). Die Bewilligung wird erteilt, wenn der Bedarf nachgewiesen wird. Die Detailbestimmungen dazu sind in 45 BBV I festgelegt. Die Bewilligung gemäss Energiegesetz ist unabhängig von der Bewilligungspflicht für lüftungstechnische Anlagen. Die baurechtlichen Anforderungen gemäss 29 BBV I sind auch bei Klimaanlagen zu beachten. Der Bedarfsnachweis ist einzureichen, sobald die Nutzung bekannt ist, möglicherweise erst nach der Fertigstellung des Gebäudes. Die Erteilung der Bewilligung und der Einbau der Feinverteilung und der Kältemaschine können erst erfolgen, wenn die Nutzung im einzelnen bekannt ist. Ein neuer Bedarfsnachweis ist notwendig, wenn im Zuge von bewilligungspflichtigen Umbauten die Nutzung oder die räumliche Einteilung der klimatisierten Zone verändert oder auf zusätzliche Räume ausgedehnt wird. Clima-Suisse / SSHL Seite 3 von 8
15.4.4 Einbaumöglichkeiten von Umluftkühlgeräten 1. Kompakt-Geräte 2. Split-Geräte Clima-Suisse / SSHL Seite 4 von 8
15.5 Der Kälteprozess Der Kältekreislauf besteht aus vier grundsätzlichen Abläufen: 1. Durch das Verdampfen des flüssigen Kältemittels wird Wärme aufgenommen. 2. Durch das Verdichten erhöht man die Temperatur des dampfförmigen Kältemittels. 3. Durch den Entzug der Wärme wird das Kältemittel verflüssigt. 4. Durch die Druckreduktion über dem Expansionsventil wird ein tieferer Verdampfungspunkt erreicht. 15.5.1 Kältemittel Das Kältemittel ist ein Medium, welches durch Verdampfung (sieden) Wärme aufnimmt. Dies passiert bei tiefem Druck und tiefer Temperatur. Das Kältemittel gibt durch Verflüssigung (kondensieren) Wärme ab. Dieser Vorgang findet bei hoher Temperatur und hohem Druck statt. Beim Kühlen wird demzufolge die Druckdifferenz ausgenützt, vom verflüssigten Zustand des Mediums im Sättigungszustand bis zu Beginn des Verdampfungsprozesses bei einem tieferen Druck. Die Sättigungstemperatur oder auch Siedetemperatur ist jener Zustand des Kältemittels, bei welchem das Kältemittel ein Maximum an Wärmeenergie aufgenommen hat (bei einem dazugehöhrigen Druck) und dabei noch nicht verdampft. Die heute verfügbaren Kältemittel sind mit unterschiedlichen Eigenschaften und Kennwerten behaftet. Da einige Kältemittel in Folge von Umwelschutzmassnahmen verboten wurden, sind teilweise noch sogenannten Uebergangskältemittel auf dem Markt erhältlich. Der Wahl des Kältemittels muss bei der Planung und Dimensionierung der Anlage ein besonderes Augenmerk geschenkt werden. Es wird hier bewusst verzichtet, Empfehlungen betreffend der Kältemittelwahl abzugeben. An der Entwicklung von neuen Kältemitteln wird gearbeitet die ganze Problematik ist momentan einem starken Wandel unterworfen. Clima-Suisse / SSHL Seite 5 von 8
15.6 Bestimmung des Kühlleistungsbedarfs Die SIA-Empfehlung V382/2 beschreibt das Vorgehen zur Ermittlung des Kühlleistungsbedarfes von einzelnen Räumen und ganzen Gebäuden. Der Kühlleistungsbedarf bezeichnet die thermische Leistung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt abgeführt werden muss, um eine vorgegebene Raumlufttemperatur einhalten zu können. Der Kühlleistungsbedarf bildet die Grundlage zur Auslegung von Lüftungsanlagen mit Kühlung und von Teilklimaanlagen. 15.6.1 Unterschiede zwischen statischer und dynamischer Berechnung des Kühlleistungsbedarfes Für detaillierte Berechnungen des thermischen Verhaltens von Räumen stehen heute verschiedene Simulationsprogramme zur Verfügung. Die Empfehlung SIA 382/2 beschreibt eine Handmethode mittels Kühllasttemperaturdifferenzen und Kühllastfaktoren, welche von der EMPA für einige typische Fälle mit dem Simulationsprogramm DOE-2 berechnet worden sind. Berechnung des Kühlleistungsbedarfes von Räumen / Gebäuden Simulation (DOE-2) Handmethode (SIA V382/2) 15.6.2 Einflussgrössen auf Kühlleistungsbedarf Innere Last Einflussgrössen Aeussere Last Clima-Suisse / SSHL Seite 6 von 8
15.6.3 Muster-Formular zur Bestimmung nach SIA V382/2 Kühlleistungsbedarf SIA V382/2 Projekt... RAUMDATEN Raumbezeichnung: Personen: Raumnummer: Tag: Bodenfläche: 0.0 [m2] Ort: Raumvolumen: [m3] File: Tageszeit 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 Aussentemperatur 3.1. 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 [ C] INTERNER KÜHLLEISTUNGSBEDARF PERSONENWÄRME Qp Sensible Wärmeabgabe qs 6.1.1. 0 0 0 0 0 0 0 [W/Pers.] Anzahl Personen 0 0 0 0 0 0 0 [Pers.] Gleichzeitigkeitsfaktor 6.1.2. 0 0 0 0 0 0 0 [-] Total Personenwärme Qp 0 0 0 0 0 0 0 [W] BELEUCHTUNGSWÄRME Qb Anschlussleistung 6.2.1. 0 0 0 0 0 0 0 [W] Gleichzeitigkeitsfaktor 6.2.2. 0 0 0 0 0 0 0 [-] Raumbelastungsgrad Leuchten 6.2.4. 0 0 0 0 0 0 0 [-] Kühllastfaktor gem 6.2.5 6.2.5. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [-] Total Beleuchtungswärme Qb 0 0 0 0 0 0 0 [W] ABWÄRME BÜROGERÄTE Leistungsaufnahme 6.3.1. 0 0 0 0 0 0 0 [W] Gleichzeitigkeitsfaktor 6.3.2. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [-] Total Abwärme Bürogeräte Qg 0 0 0 0 0 0 0 [W] TRANSMISSION INNENFLÄCHEN Fläche 1 (Boden) 0 0 0 0 0 0 0 [m2] Temperaturdifferenz 1 0 0 0 0 0 0 0 [K] k-wert 1 0 0 0 0 0 0 0 [W/m2K] Tranmission Fläche 1 0 0 0 0 0 0 0 [W] Fläche 2 (Innenwand 15 cm) 0 0 0 0 0 0 0 [m2] Temperaturdifferenz 2 0 0 0 0 0 0 0 [K] k-wert 2 0 0 0 0 0 0 0 [W/m2K] Transmission Fläche 2 0 0 0 0 0 0 0 [W] Fläche 3 (Innenwand 2-Schalen) 0 0 0 0 0 0 0 [m2] Temperaturdifferenz 3 0 0 0 0 0 0 0 [K] k-wert 3 0 0 0 0 0 0 0 [W/m2K] Transmission Fläche 3 0 0 0 0 0 0 0 [W] Total Transmission Innenflächen 0 0 0 0 0 0 0 [W] EXTERNER KÜHLLEISTUNGSBEDARF TRANSMISSION DÄCHER Dachfläche 0 0 0 0 0 0 0 [m2] k-wert Dach 0 0 0 0 0 0 0 [W/m2K] Kühllasttemperaturdifferenz Dach 7.1. 0 0 0 0 0 0 0 [-] Total Transmission Dach 0 0 0 0 0 0 0 [W] TRANSMISSION FENSTERFLÄCHEN Innentemperatur (gleitend!) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [ C] Temp.-Differenz 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 [K] Fläche 0 0 0 0 0 0 0 [m2] k-wert 0 0 0 0 0 0 0 [W/m2K] Total Transmission Fenster 0 0 0 0 0 0 0 [W] SONNENEINSTRAHLUNG Diffusstrahlung (kursiv=globalstrahl.) 3.1. 0 0 0 0 0 0 0 [W/m2] Fensterfläche 0 0 0 0 0 0 0 [m2] Glasanteil 0 0 0 0 0 0 0 [-] Durchlassgrad 0 0 0 0 0 0 0 [-] Speicherfaktor 7.3.3. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 [-] Total Sonneneinstrahlung 0 0 0 0 0 0 0 [W] TOTAL KÜHLLAST 0 0 0 0 0 0 0 [W] Kühllast spezifisch #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! [W/m2] Clima-Suisse / SSHL Seite 7 von 8
15.7 Checkliste 15: Umluftkühlgeräte, Kälte Grundlagen Schulstoff - - Recknagel 3.4.2 Luftkühlgeräte und Klimageräte - Impulsprogramm - - Diverses - BEW-Merkblatt: 26 C für EDV-Räume (Form. 805.146 d) - BEW-Merkblatt: Arbeitshilfe Bedarfsnachweis (Form. 805.163 d) - Richtlinien - SIA V 382/2 Kühlleistungsbedarf von Gebäuden Notwendige Unterlagen - Grundrisspläne des Gebäudes, inkl. Schnitte und Orientierung im Gelände (Fassaden usw.) - Grundlagen der Bauherrschaft betreffend der zu kühlenden Räume - SIA-Richtlinie V 382/2 (Kühlleistungsbedarf von Gebäuden) - evtl. Software zur Bestimmung des Kühlleistungsbedarfes (siehe auch TIP weiter unten) - BEW-Merkblätter (Arbeitshilfe Bedarfsnachweis Kühlung und Befeuchtung) Vorgehensweise 1. Bestimmung der zu kühlenden Räume mit Bauherrschaft / Gebäudebenutzer 2. Festlegen der einzuhaltenden Konditionen (Temperatur, evtl. auch Feuchte) 3. Berechnung des Kühlleistungsbedarfes pro Raum (SIA V382/2 oder DOE-2) 4. Bestimmung des Gerätestandortes / Gerätekonzeptes (Einbausituation) 5. Auswahl des Umluftkühlgerätes / der Kältemaschine mit Hersteller-Unterlagen 6. Besprechung mit Fachmann des Geräteherstellers 7. evtl. Eingabe an Behörden, falls Bewilligung eingeholt werden muss Hinweise und Tips Die Berechnung des Kühlleistungsbedarfs nach SIA V382/2 (statische Handberechnungsmethode) kann in einfacher Weise mit der an der Fachhochschule Zentralschweiz entwickelten IDEA-Software SIA 38x gemacht werden. Dieses Programm kann zugleich für Wärmebedarfsberechnungen nach SIA 384/2 verwendet werden. Die Software kann übers Internet gratis heruntergeladen werden: ftp.hta.fhz.ch/pub/idea/sia38x/sia38x.exe (z.finden unter anderem via www.htpinbord.ch ) Für dynamische Berechnungen (z.bsp. nach DOE-2) gibt es ebenfalls gute Programme, z. Bsp. beim WRG-Gerätehersteller Konvekta in St. Gallen (www.konvekta.ch) Clima-Suisse / SSHL Seite 8 von 8