Nachtkühlung

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Das Klima in Mittel- und Nordeuropa (einige Regionen ausgenommen) bietet gute Voraussetzungen für die passive Kühlung mit natürlicher und mechanischer Lüftung, weil auch während der heißesten Sommertage die Nächte unter 20 °C abkühlen. Auch der Einsatz eines Erdwärmetauschers oder ein Luftbrunnen kann die Außentemperatur absenken. Mit diesen Temperaturen können bei richtigen Rahmenbedingungen die Wärmelasten des Tages abgeführt werden.
Die wichtigsten Rahmenbedingungen sind:

  •  Begrenzung der Wärmelasten - Kühllasten (Summe aus internen und externen Lasten)
  •  Speichermasse im Gebäudeinneren (Massivbau) oder Materialien mit hohem thermischem Speichervermögen (Phasenwechselmaterialien - PCM)
  •  Ein auf die Nachtlüftung abgestimmtes Lüftungskonzept

Da bei diesem Lüftungskonzept die Wärme überwiegend nur in der Nacht oder in den Morgenstunden abgeführt werden kann, muss vor allem die Überwärmung der Räume tagsüber vermieden werden. Dazu ist die Reduktion der Wärmelasten auf ein möglichst geringen Wert eine wichtige Voraussetzung (Passive Gebäudekühlung). Ergibt die Summe aus internen und externen Lasten max. 150 Wh/m²d, so kann man davon ausgehen, dass diese Lasten durch eine Nachtlüftung abgeführt werden können.
Mechanische Nachtkühlung
Neben einer natürlichen Nachtlüftung kann auch mit einer kontrollierten Wohnungslüftung (KWL) ein Haus "gekühlt" werden. In beiden Fällen sollte das Haus ein hohes thermisches Speichervermögen (Massivbau, PCM-Material) haben.
Wenn im Sommer die Außenluft über einen Erdwärmetauscher oder Luftbrunnen leicht abgekühlt oder direkt von Außen zur Nachtkühlung (Free Cooling) verwendet werden soll, dann darf sie nicht durch den WRG-Wärmetauscher geleitet werden. Um das zu erreichen, wird ein Bypass eingesetzt. Über eine Umschaltklappe mit Stellmotor wird entweder die Ab-/Fortluft oder die Außen-/Zuluft am Wärmetausche vorbeigeführt.
Der Bypass kann manuell von Hand oder automatisch durch eine Bypass-Regelung (Steuerplatine, Temperaturfühler in der Ab- und Außenluft) auf den Stellmotor betrieben werden. Außerdem ist es sinnvoll, den Volumenstrom zu erhöhen (>3 h-1), damit der Kühleffekt verbessert wird.
Die Reinigung der Luft erfolgt über einen zusätzlichen Filter (möglichst Pollenfilter) im Bypass.

Sommerbetrieb
Quelle: Vaillant GmbH
Winterbetrieb
Quelle: Vaillant GmbH

Bypass-Regelung
Mit und ohne Bypass - Animation
Natürliche Gebäudeklimatisierung - Dipl.-Ing. Bertram Witz

Natürliche Nachtlüftung 
Bei der natürlichen Lüftung werden Lüftungsöffnungen und Druckdifferenzen zwischen innen und außen benötigt. Eine Thermik über mehrere Geschosse (z. B. Treppenhaus, Wohngalerie) kann hilfreich sein. Der thermische Auftrieb wird nur dann wirksam, wenn die Raumluft wärmer ist als die Außenluft bzw. eine Druckdifferenz durch den Windanfall erzeugt wird. Es können Luftwechselraten von über 10 h-1 erreicht werden. Der große Vorteil bei der natürlichen Lüftung liegt im ausreichender Luftaustausch bei geringen Betriebskosten. Natürlich müssen die Lüftungsöffnungen am Tage geschlossen sein.

Bei der Nutzung der Nachtlüftung zur Kühlung sind folgende Dinge zu beachten:
- Eine hinreichende Außenluftqualität (Gerüche, Schadstoffe, Feinstaub)
- Einbruchsschutz und Sicherheitsauflagen
- Brandschutz und -auflagen
- Witterungswechsel wie z. B. Schlagregen und Wind
- Lärmschutz und Akustik
Eine freie Nachtlüftung ausschließlich über die Fenster ist daher in vielen Fällen nicht ausreichend machbar oder wirksam.

In vielen Fällen ist es nicht oder nur schwer möglich, Fenster von Hand zu betätigen, zu öffnen und zu kippen. Neben der Steigerung des Bedienkomforts werden motorische Fensterantriebe zur automatischen Öffnung von Lüftungsfenstern und Oberlichtern für die natürliche Gebäudelüftung (z. B. Nachtlüftung. Wintergarten, Werkhallen) eingesetzt. Sie übernehmen die Betätigung der Fenster und das Bewegen der Fensterflügel, und das auch über eine handliche Fernbedienung oder einen Schalter. Motorische Antriebe gibt es in verschiedenen Varianten.
Zahnstangenantriebe mit VdS-Zulassung
Quelle: SIEGENIA-AUBI KG
Zahnstangenantriebe sind im Gegensatz zu Kettenmotoren sehr druck- und knickstabil. Diese Antriebe werden für das Bewegen von Dachfenstern und Lichtkuppeln eingesetzt, diese Fensterarten zeichnen sich zumeist durch ein hohes Eigengewicht aus.
 
Kettenantrieb
Quelle: SIEGENIA-AUBI KG
Der Kettenantrieb kann für die Fensterarten Drehkipp-, Drehfenster, Oberlichter, Kippflügel, Dachfenster und Lichtkuppeln eingesetzt werden. Die schlanke Optik und die geringen Abmessungen bedeuten eine geringe optische Beeinträchtigung des Fenster

Luftqualitätssteuerung - Fensterlüftung
Mit der MSR Luftqualitätssteuerung öffnen sich VELUX Elektro- und Solarfenster bedarfsgerecht automatisch.
Quelle: VELUX Deutschland GmbH
Auch ohne eine mechanische Lüftungsanlage ist ein regelmäßiger automatischer Luftaustausch in Wohn-, Geschäfts- und Gewerbebereichen durch die Sensorkombination von Luftfeuchte- und VOC-Sensor in Verbindung mit VELUX Elektro- und Solarfenstern (Automatikfenster) möglich. Die MSR Luftqualitätssteuerung (Luftqualitätsregler) steuert die Fensteröffnung bedarfsgerecht.
Ein Sensor misst die Luftfeuchtigkeit und ein zweiter Sensor misst die Schadstoffkonzentration, die sogenannten VOCs (Volatile Organic Compounds), die flüchtigen organischen Verbindungen in der Luft, in Wohnräumen. Wenn die Grenzwerte überschritten sind, werden die Fenster kabellos per Funk geöffnet. So können Schadstoffe oder feuchte Luft gegen trockene, frische Luft ausgetauscht werden. Dabei ist die Lüftungsempfindlichkeit individuell einstellbar. Ein Regensensor am Fenster verhindert, dass sich diese bei Niederschlag öffnen und ein zusätzlich integrierter Temperatursensor schließt die Fenster, wenn die Raumtemperatur unter 16 °C fällt.
Korrelation CO2 - VOC (Aufzeichnung während einer Besprechung)
Quelle: MSR-Electronic-GmbH
VOC-Sensor
Beim dem Metalloxid Halbleiter Sensor wird die elektrische Leitfähigkeit des nanokristallinen Metalloxids gemessen, welches auf einen beheizbaren Substrat aufgebracht ist. Die typische Betriebstemperatur liegt bei 300 - 400 °C. Die Dotierung des Metalloxids mit Edelmetallen bewirkt eine positive Empfindlichkeit gegenüber brennbaren Gasen wie VOCs, Kohlenmonoxid und Erdgas. Die Dotierung erlaubt die Anpassung an die Bedürfnisse der Messaufgabe. VOCs werden an der Sensoroberfläche teilweise oder vollständig durch den Sauerstoff des Metalloxids verbrannt. Die bei diesem Prozess im Halbleiter freigesetzten Elektronen führen zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Nach dem Ende des Verbrennungsprozesses kehrt das Metalloxid durch den Einbau von Luftsauerstoff in seinen Ausgangszustand zurück, wobei die Leitfähigkeit wieder den Ausgangswert annimmt. Die Änderung der der Leitfähigkeit wird über den integrierten Microcontroller ausgewertet und als Standard Signal ausgegeben.
Typische Raumluftverschmutzer (VOCs und andere)
Quelle: MSR-Electronic-GmbH

... aber
Hohe Temperaturdifferenzen zwischen innen und außen sollten vermieden werden. Wichtig ist nicht die absolute Temperatur im Raum, sondern der Temperaturunterschied zum Aufenthalt im Freien. Die Differenz zwischen der Außen- und Innentemperatur sollte also nicht zu groß gewählt werden, da sonst Erkältungsgefahr besteht. Hier lautet die Empfehlung: maximaler Temperaturunterschied von 6 K (°C). So sollte z. B. bei einer Außentemperatur von 32 °C die Raumtemperatur nicht tiefer als 26 °C eingestellt werden. Wird diese Regel angewendet, kann sich der menschliche Organismus regeneriert und erholt sich nach einem heißen Sommertag schneller.
Erkältung im Sommer und die "Sommergrippe" sind keine Seltenheit. Die Auskühlung der Schleimhäute durch Klimaanlagen, Zugluft und eisgekühlte Getränke schwächen das Immunsystem. 20 Prozent aller Grippeinfektionen treten nicht im Herbst oder Winter, sondern zur warmen Jahreszeit auf.

Qua'a Empfangshalle
Quelle: lrz-muenchen.de
Auch in Südeuropa und im Orient sind diese Techniken schon seit Jahrhunderten bekannt.
Der „Qua’a“ ist ein zentraler Raum im Obergeschoss, der dem Gästeempfang dient. Traditionell setzt er sich aus drei ineinander übergehenden Räumen zusammen: Einem geschlossenen, höher gelegenen Nischen, den Iwanen. Dieses Raumsystem bildet einen geschlossenen Kreislauf für die zirkulierende Luft, die im Innenhof durch den Springbrunnen weiter abgekühlt wird. Die heißer werdende Luft steigt in einem hohen Turm, dem „Shuksheika“, auf und kann dort über Lüftungsklappen, den „Mashrabiya“, austreten. Im Winter können die Öffnungen geschlossen werden, um die warme Luft im Innenbereich zu halten. Quelle: ARCHITEKT HASSAN FATHY - lrz-muenchen.de
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