Kühllastberechnung

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
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Die Kühllast (Wärmelast) ist die Wärmemenge, die aus einem Raum abgeführt werden muss, um den Raumluftzustand in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten. Das Abkühlen eines Raumes auf die gewünschte Temperatur erfordert eine erhöhte Kälteleistung des Klimagerätes.

Die VDI-Richtlinie 2078 "Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen (Auslegung Kühllast und Jahressimulation)" ist im März 2012 als Entwurf und im Juni 2015 als Weißdruck erschienen. Zahlreiche Neuerungen, wie z. B. die Schichtsimulation mit dem Wegfall der Bauschwereklassen, die Ermittlung der operativen Raumtemperatur, die Rechenmöglichkeit urbaner Zentren und die Abbildung und Berechnung thermoaktiver Bauteilsysteme wurden in die Richtlinie aufgenommen.
Die Bestimmung der Kühllast, der Raumlufttemperatur und der operativen Raumtemperatur für Räume aller Art mit und ohne Klimatisierung unter Berücksichtigung aller relevanten das thermische Raumverhalten beeinflussenden Parameter wird durch dieser Richtlinie erfasst. Anlagenteile, die das thermische Verhalten des Raums beeinflussen (maschinelle oder natürliche Lüftung und Flächenheizung oder -kühlung) sind integraler Bestandteil des Rechenverfahrens. Sie müssen nicht mehr über Näherungsverfahren bestimmt werden. Außerdem umfasst die Richtlinie z. B. auch die Kopplung zwischen thermischer Berechnung, Betriebsweise, aktiven Anlagenkomponenten und Regelstrategien.
Die Berechnungen zum Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes wird durch die Erweiterung und Ergänzung der verwendbaren Wetterdaten und des Anwendungsbereichs auf alle Gebäudearten mit und ohne RLT-Anlagen, Bauteilkühlung und Fensterlüftung möglich.
Der Rechengänge zur VDI-Richtlinie 2078 sind in der VDI 6007 2015-06 beschrieben.
VDI 6007 Blatt 1 : Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden - Raummodell
VDI 6007 Blatt 2 : Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden - Fenstermodell
VDI 6007 Blatt 3 : Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden - Modell der solaren Einstrahlung

Richtlinie VDI 2078 - Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen (Auslegung Kühllast und Jahressimulation) mit Rechen-Beispiele
Zur Anlaufrechnung bei der Kühllastberechnung nach dem EDV-Verfahren der VDI 2078 –Abstract-

Das Verfahren zur Bestimmung der Kühllast und zur Berechnung von Raumluft- und operativen (empfundenen) Temperaturen muss folgende Aufgaben erfüllen:

Berechnung der Heiz- oder Kühllast, aufgeteilt in:

  • konvektiven Anteil
  • strahlenden Anteil
  • Flächenheizung oder -kühlung

Berechnung der Temperaturen:

  • Raumlufttemperatur
  • operative Temperatur

Die Kühllast setzt sich zusammen aus:

äußere Kühllasten
  •  Wärmestrom durch Außenwände
  •  Wärmestrom durch Dächer
  •  Transmissionswärmestrom durch Fenster
  •  Strahlungswärme durch Fenster
  •   Wärmeeintrag durch Fugenlüftung
innere Kühllasten
  •  Wärmeabgabe durch Personen
  •  Wärmeabgabe durch Beleuchtung
  •  Maschinen- und Gerätewärme
  •  Wärmeeintrag durch Stoffdurchsatz
  •  Wärme durch chemische Reaktionen
  •  Wärmestrom von Nachbarräumen
latente Wärmelasten
Die Enthalpie (Wärmeinhalt) des in der Raumluft enthaltenen Wasserdampfes. Diese Wärmelasten sind nicht spürbar. Dieser Wasserdampf kondensiert bei Abkühlung des Raumes, die gespeicherte Wärmeenergie wird frei und führt dem Raum Energie zu.
sensible Kühllasten
Um eine gewünschte Lufttemperatur aufrecht zu erhalten, muss ein gewisser Wärmestrom abgeführt werden, damit ein konstanter Feuchtegehlt im Raum erhalten bleibt.
latente Kühllasten

Um den Wasserdampf in der Raumluft bei der jeweiligen Lufttemperatur zu kondensieren, muss ein gewisser Wärmestrom vorhanden sein, damit der Feuchtgehalt im Raum aufrecht erhalten wird.

Die Summe aller Faktoren ergibt die Kühllast eines Gebäudes oder Raumes.
Beispiel - Kühllastberechnung einer RLT-Anlage
Raum Nr.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rauminhalt . . . . . . . . . . .. 756 m3
Temperatur außen. . . . . ...(theta)a = 32 °C/40% r. F (h = 63,0 kJ/kg)
Temperatur innen . . . . . . ..(theta)r = 26 °C/50% r. F (h = 53,0 kJ/kg)
Sonnendurchlassfaktor. . . .b = 0,5 • 0,8 = 0,4
Beleuchtung. . . . . . . . . . . 8 W/m2
Anzahl der Personen. . . ... 48
Außenluftrate je Person . . .60 m3/h
Außenluftmenge . . . . . . . .V(Punkt)a = 48 • 60 = 2880 m3/h = 0,8 m3/s
 
< Zustandsänderung im h,x-Diagramm
AU= Außenluft
RA= Raumluft
ZU= Eintrittsluft (Zuluft)
m= Mischluft
Quelle: Recknagel

 

Wärmeabgabe durch Einrichtungen
Bei Maschinen und Geräten ist anzunehmen, dass die gesamte im Raum umgesetzte Energie als Wärme frei wird. Wenn ein Teil dieser Wärme durch örtliche Absaugung unmittelbar aus dem Raum abgeführt wird, dann ist dieser Wärmeanteil nicht zu berücksichtigen.

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