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6.1 Klimakältebedarf

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6.1.1 Kriterien zur Wahl von Klimaanlagen

Klimaanlagen sind Lüftungsanlagen, bei denen die Raumluftkonditionen (wie Temperatur, Feuchtigkeit, Reinheit) während des ganzen Jahres innerhalb definierter Grenzen gewährleistet werden können. Aufwand und Betriebskosten entsprechen den gestellten Anforderungen.

Grenzen von klimatechnischen Einrichtungen:

  • Raumtemperaturen –30 bis 100 °C
  • Raumlasten bis 1500 W/m2
  • Raumfeuchte von 20 bis 95 %
  • Luftmengen bis 1500 m3/h m2
  • Reinheit bis unter 10 Partikel pro m3

Klimaanlagen müssen dort eingesetzt werden, wo die gesetzlich geforderten Raumzustände, die Gesundheit der Menschen und Tiere oder die Produktion von Gütern bei abweichenden Raumzuständen nicht mehr gewährleistet sind. Grosse interne Wärmelasten in Dienstleistungsbetrieben oder spezifische Vorgaben für industrielle Prozesse sind oft nur mit einer Klimaanlage zu bewältigen. In Rechenzentren, Operationssälen, Labors oder Produktionsräumen (Fleisch, Blumen, Confiserie) sind die Raumluftanforderungen durch die Nutzung gegeben und erfordern meistens eine Klimaanlage ggf. mit Be- und Entfeuchtung.

Andererseits gibt es aber sehr viele Situationen, in denen kurzzeitige Überschreitungen der geforderten Raumzustände ohne Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit durchaus tolerierbar sind. Häufig werden «übertriebene» Raumluftkonditionen (Sommer < 26 °C) gefordert, die unnötig sind und nur durch eine Klimaanlage erfüllt werden können. Es gilt vorerst zu definieren, ab welchen Raumkonditionen gekühlt sowie be- und entfeuchtet werden darf. Im Weiteren soll berechnet werden, ob und unter welchen Bedingungen diese Grenzen nicht überschritten werden.

6.1.2 Kühlleistungs- und energiebedarf

Die hauptsächlichen Einflüsse auf den Kühlbedarf gehen aus Bild 6.1 hervor. Die Berechnung des Leistungsbedarfs und des Energiebedarfs sollte bei grösserem Bedarf mit einem dynamischen Simulationsprogramm erfolgen. Die Berechnung erfolgt im Stundenschritt für einen ortstypischen Aussenklimazustand [SIA 2028]. Auf diese Weise werden die instationären Speichervorgänge angemessen berücksichtigt. Weiter sind eine Menge Informationen zu den internen Lasten erforderlich, wie die sensible Wärmeabgabe von Personen, Angaben zu Beleuchtung und Geräten, Lastprofile, Nutzungszeiten usw. [SIA 2024]. Es stehen mehrere dynamische Verfahren bzw. Programme zur Verfügung, beispielsweise:

  • Verfahren nach [SIA 382/2] [SIA 2044] und SIA-Tec-Tool, basierend auf [EN ISO 13790],
  • Programm DOE-2, entwickelt am Lawrence Berkeley National Laboratory, USA [DOE].
Aussenklima
Einstrahlung,
Temperatur, Feuchtigkeit
Gebäudehülle (externe Lasten)
Orientierung und Sonnenschutz der transparenten Bauteile
U-Werte der Raumumschliessungsflächen
Innenausbau
freiliegende Gebäudemasse
Interne Lasten
Personenbelegung
künstliche Beleuchtung
installierte Maschinen und Apparate
Benutzer/Prozesse
Bedienung des Sonnenschutzes (manuell, automatisiert)
Komfortanforderungen an Raumtemperatur und Feuchte
Reinheitsgrad der Raumluft (Luftwechsel)

Bild 6.1 Einflussgrössen auf die Raumkühllast

Bild 6.2 zeigt den Soll-Betriebsbereich der Raumtemperatur ausserhalb der Heizperiode. Für natürlich und mechanisch belüftete Räume wird die Raumtemperatur verschieden beurteilt. Wird bei mechanisch belüfteten Räumen die Grenzkurve b während mehr als 100 h/a überschritten, ist eine Kühlung erforderlich. Bei einer Überschreitung bis zu 100 h/a ist eine Kühlung erwünscht, ohne Überschreitung ist keine Kühlung nötig. In mechanisch belüfteten Wohnräumen ist eine etwas länger dauernde Überschreitung zu tolerieren. Die Anwendung solcher Programme ist mit beachtlichem Aufwand verbunden. Ob sie überhaupt eingesetzt werden müssen, kann jedoch mit einfachen Abschätzungen festgestellt werden.

Bereich der Raumlufttemperatur je nach Aussentemperatur und für angepasste Bekleidung [SIA 382/1]

Bild 6.2 Zulässige Bereiche der empfundenen Temperatur. a: Untergrenze; b: Obergrenze, während der Raum konditioniert wird; c: Obergrenze bei natürlich belüftetem Raum, während dieser weder gekühlt noch beheizt wird [SIA 180] [SIA 382/1]

Wärmespeicherfähigkeit
Damit bei gekühlten Räumen die Wärmespeicherfähigkeit der Baumasse ausgenützt werden kann, ist eine schwere Bauweise erforderlich. Ist in einem Raum eine Betondecke überwiegend frei, so ist die Speicherkapazität ausreichend.
Beschattung
Sämtliche Fensterflächen müssen über einen wirksamen Sonnenschutz oder eine entsprechende Beschattungseinrichtung verfügen. Der Gesamtenergiedurchlassgrad (Glas und Sonnenschutz) g muss genügend klein sein.
Die Beschattungseinrichtung ist so auszuwählen, dass genügend Tageslicht in Fensternähe vorhanden ist.
Beleuchtung
Durch ein geeignetes Beleuchtungskonzept und eine intensive Tageslichtnutzung kann bei normaler Büronutzung die Abwärme der Beleuchtung im Sommer klein gehalten werden. Die installierte Beleuchtungsleistung sollte 10 W/m2 (Büro, Restaurant) nicht überschreiten.
Wärmeschutz
Selbstverständlich muss der sommerliche und winterliche Wärmeschutz den Vorschriften genügen.
Unterschiedliche Nutzung
Durch bauliche, technische und betriebliche Massnahmen sollen die zu kühlenden Bereiche möglichst klein gehalten werden.

Bild 6.3 Bauliche Anforderungen

6.1.3 Bedarfsnachweis für Klimaanlagen

Bauliche Voraussetzungen

Der Bedarf für eine Klimaanlage ist gegeben, wenn alle zumutbaren architektonischen, bautechnischen und konzeptionellen Massnahmen (Reduktion der internen und externen Lasten sowie Nachtlüftung) ausgeschöpft sind und eine einfache Lüftungsanlage zur Einhaltung komfortabler Raumluftzustände nicht mehr genügt (Bild 6.4). Das grösste Risiko für den sommerlichen Wärmeschutz ist ein grosser Glasanteil (Bilder 6.3, 6.5). Selbst an der Nordfassade braucht es eine Beschattung. Der Glasanteil fg ist das Verhältnis der lichtdurchlässigen Glasfläche zur Brutto-Fassadenfläche des betrachteten Raums. Bei grossem Glasanteil ist eine Automatisierung des Sonnenschutzes dringend zu empfehlen. Letzterer sollte bei einer Globalstrahlung von etwa 150 W/m2 auf die betreffende Fassade betätigt werden.

Anforderungen an den g-Wert von Fassadenfenstern (Glas und Sonnenschutz) je nach Glasanteil und Orientierung

Bild 6.4 Anforderungen an den g-Wert von Fassadenfenstern (Glas und Sonnenschutz) je nach Glasanteil und Orientierung [SIA 180]

Anforderungen an den g-Wert  von Dachfenstern (Glas und Sonnenschutz)

Bild 6.5 Anforderungen an den g-Wert von Dachfenstern (Glas und Sonnenschutz) [SIA 180]

Beurteilung des Bedarfs

Im Allgemeinen kann die Notwendigkeit einer Kühlung anhand der internen Wärmequellen und den Möglichkeiten der Fensterlüftung beurteilt werden (Bild 6.6). Bei der Bestimmung der internen Wärmequellen sind die tatsächlichen Wärmeabgaben der Personen, Geräte und Beleuchtung zu verwenden (nicht Typenschildangaben). Als Bezugsfläche dient die Nettogeschossfläche der betrachteten Nutzung. Eine etwas differenziertere Handrechenmethode unter Berücksichtigung der internen und externen Lasten ist in [SIA 2021] zu finden.

Beurteilung des Bedarfs einer Kühlung, wenn die baulichen Anforderungen eingehalten sind

Bild 6.6 Beurteilung des Bedarfs einer Kühlung, wenn die baulichen Anforderungen eingehalten sind [SIA 382/1]

Energierechtliche Bewilligungspflicht

Für den Einbau von Anlagen zur Kühlung und/oder Befeuchtung ist in der Schweiz ein Bedarfsnachweis zu erbringen. Es besteht hingegen keine Bewilligungspflicht in folgenden Fällen:

  • wenn die Kälteleistung weniger als 20 kW beträgt,
  • wenn die Kälteleistung mit erneuerbaren Energien erbracht wird,
  • wenn die elektrische Leistung für Kälteerzeugung und Medienförderung 5 W/m2 gekühlter Energiebezugsfläche nicht übersteigt,
  • wenn die für eine Befeuchtung notwendige Heizleistung weniger als 20 kW beträgt.

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2016-12-12T12:02:55+00:00
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