Thermisches Gleichgewicht und Klimatisierungsprozess

Thermisches Gleichgewicht

Wärmegewinne außerhalb des Gebäudes

Sensible Wärmeübertragung

Qt = K (Wärmedurchgangskoeffizient) x Fläche x (te - ti) Kcal/h (kcal/h.m2.°C) x m2 x °C

Strahlungswärme

Qr = K x sup x R (Wert aus der Sonneneinstrahlungstabelle je nach Jahreszeit, Verkleidung und Breitengrad des Gebäudes) Kcal/h (kcal/h.m2.°C) x m2 x °C

Wärmegewinne innerhalb des Gebäudes

Wärmeabgabe von Personen (fühlbare und latente Wärme)

QP = Anzahl der Personen x Kcal/h (fühlbar) (Wert aus Tabelle pro Person je nach Tätigkeit)

Qpl = Anzahl der Personen x Kcal/h (latent) (Wert aus Tabelle pro Person je nach Tätigkeit)

Wärmeabgabe von Beleuchtung

Qi = Anzahl Watt (20 bis 30 Watt x m2) x 0,86 Kcal/h = Kcal/h Watt

Wärmeabgabe von Geräten

Qe s = Anzahl Geräte (Summe der Leistungen aller Geräte) x 0,86 kcal/h.watt

Lüftung

Außenluft (fühlbare und latente Wärme)

Qs = Ce (0,24 Kcal/kg.°C) x V (Luftvolumen aus Tabelle je nach Tätigkeit in m3) x Pg (1,14 spezifisches Gewicht Luft kg/m3) x (te - ti)

Ql = L (latente Wärme des Dampfes 0,576 Kcal/gr) x V (Luftmenge aus Tabelle je nach Tätigkeit in m3) x Pg (1,14 spezifisches Gewicht Luft kg/m3) x (Me - Mi) (spezifische Luftfeuchtigkeit 4,3 gr/kg)

Gesamtwärmegewinn

Der Gesamtwärmegewinn ergibt sich aus der Summe der Wärmegewinne durch die Außenluft + (Gesamte fühlbare Wärmegewinne + 10%) + (Gesamte latente Wärmegewinne + 5%)

Psychrometrie

(Untersucht die Eigenschaften von feuchter Luft)

Zusammenhang zwischen den Variablen

Mit zunehmender Temperatur sinken Druck und Feuchtigkeit.

Daten

• Relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur im Innenraum (Punkt I)
• Relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur im Außenraum (Punkt E)

Konzepte

• Wärme: Energie, die durch die Bewegung der Moleküle eines Körpers entsteht.
• Spezifische Wärme (Ce Kcal/kg.°C): Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 kg eines Stoffes um ein Grad Celsius zu erwärmen. Die spezifische Wärme variiert mit der Temperatur und bei Gasen auch mit dem Druck. Ihre Einheit ist Kcal/kg.°C.
• Kalorie (kcal): Die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 kg destilliertem Wasser bei atmosphärischem Druck um ein Grad Celsius zu erhöhen.
• Fühlbare Wärme (Qs Kcal/h): Wärme, die durch eine Temperaturänderung eines Stoffes entsteht und mit einem Thermometer gemessen werden kann. Die Temperatur kann steigen oder fallen.
• Latente Wärme (Ql kcal/h): Wärme, die einem Stoff zugeführt oder entzogen wird und eine Zustandsänderung ohne Temperaturänderung bewirkt.
• Gesamtwärme (Qt Kcal/h): Summe aus fühlbarer und latenter Wärme.
• Trockenkugeltemperatur (TBS °C): Die Temperatur, die mit einem normalen Thermometer gemessen wird. Im Psychrometerdiagramm wird sie auf der horizontalen Achse abgelesen.
• Feuchtkugeltemperatur (TBH °C): Die Temperatur, die mit einem normalen Thermometer gemessen wird, dessen Messkolben mit einem feuchten Baumwolltuch bedeckt ist.
• Taupunkttemperatur (T °C): Temperatur, bei der der Wasserdampf in feuchter Luft kondensiert und sich abzuscheiden beginnt.
• Spezifische Luftfeuchtigkeit (SH g/kg): Menge an Wasser in Gramm, die feuchte Luft pro kg trockener Luft enthält.
• Relative Luftfeuchtigkeit (rH %): rH = Spezifische Luftfeuchtigkeit der feuchten Luft / Spezifische Luftfeuchtigkeit der gesättigten Luft
• Enthalpie (E Cal/kg): Wärmeinhalt der feuchten Luft. E = Qfühlbare Luft + Qfühlbares Wasser + Qlatentes verdampftes Wasser
• Fühlbarer Wärmefaktor (FCS): FCS = Qfühlbar / (Qfühlbar + Qlatent)
• Spezifisches Volumen (VE m3/kg): Kehrwert des spezifischen Gewichts der trockenen Luft

Prozesse, die aus dem Psychrometerdiagramm abgelesen werden können

1. Kühlung
2. Erwärmung
3. Befeuchtung
4. Entfeuchtung
5. Kühlung und Befeuchtung
6. Kühlung und Entfeuchtung
7. Erwärmung und Befeuchtung
8. Erwärmung und Entfeuchtung

Klimatisierungsprozess

Phasen des Klimatisierungsprozesses

1. Temperaturänderung
2. Änderung der relativen Luftfeuchtigkeit
3. Umluft und Erneuerung der Luft
4. Luftverteilung und Regelung der Austrittsgeschwindigkeit für ein angenehmes Raumklima

Berechnung mit dem Psychrometerdiagramm

1. Bestimmung des FCS: FCS = Qfühlbar / (Qfühlbar + Qlatent) (Wert aus dem Diagramm ablesen)
2. Festlegung der Bedingungen im Innenraum (Punkt I):
   • Temperatur: 25 °C
   • rH: 50%
3. Festlegung der Bedingungen im Außenraum (Punkt E):
   • Temperatur: 35 °C
   • rH: 40%
4. Eintragen der Punkte I und E im Diagramm (verbindet die Punkte, um die Abkühlung darzustellen)
5. Einzeichnen des FCS-Wertes im Diagramm (Punkt P)
6. Bestimmung des Punktes C: (Parallele zur FCS-Linie durch Punkt P ziehen, die die Linie I-E schneidet und die 95% rH-Kurve schneidet)
7. Der Punkt C gibt die Grenze für die Abkühlung der Luft an und liefert folgende Daten:
   • TBS bei Punkt C
   • rH bei Punkt C
   • VE bei Punkt C
   • Enthalpie (E) bei Punkt C
8. Berechnung des Luftdurchsatzes: W (kg/h) = Qfühlbar (Kcal/h) / Ce (0,24 Kcal/kg.°C) x (TBS bei C - TBH bei C)
9. Berechnung des Zuluftvolumenstroms (CAM m3/h): CAM (m3/h) = W (kg/h) x VE (cm3/g) bei C
10. Berechnung des Außenluftvolumenstroms (CAE m3/h): CAE (m3/h) = Anzahl der Personen x Luftwechselrate (m3/h)

    CAE muss mindestens 20% von CAM betragen.

11. Luftwechselrate je nach Nutzung und Gesundheitszustand:
    • Wohnen/Hotels/Büros: 17 bis 25 m3/h
    • Kino/Theater (mit Raucherbereich): 8 bis 12 m3/h
    • Konferenzräume/Restaurants (bei hoher Personendichte): 35 bis 50 m3/h
12. Berechnung des Umluftvolumenstroms: Umluft (m3/h) = CAM - CAE
13. Bestimmung des Punktes M: (Auf der Linie I-E den Punkt suchen, der 100% der behandelten Luft darstellt. Auf der gleichen Linie den Punkt für 20% oder mehr für CAE und 80% oder weniger für Umluft suchen. Der Schnittpunkt dieser beiden Punkte ist Punkt M und liefert folgende Daten:
    • TBS bei Punkt M
    • Enthalpie (E) bei Punkt M
14. Berechnung der abzuführenden Wärme (Kcal/h): R (Kcal/h) = W (Luftdurchsatz kg/h) x (Enthalpie bei Punkt M Kcal/kg - Enthalpie bei Punkt C Kcal/kg)
15. Berechnung der Kühllast: R (Kcal/h) / 3024 Kcal/h