Ermittlung der Kühllast

Kühlungsanlagen sind grundsätzlich für jene Kühlleistung zu bemessen, die auch unter ungünstigsten Betriebsbedingungen zur Aufrechterhaltung gewünschter Raumtemperaturen in zu kühlenden Räume benötigt wird. Als Kühllast wird  jener – mit der Zeit veränderliche – Wärmestrom Φ definiert, der aus einem zu kühlenden Raum  abzuführen ist, um in diesem Raum eine vorgegebene Raumlufttemperatur einhalten zu können. Sie dient der Bemessung von Raumkühlgeräten sowie von Kälteversorgungs- und Kälteverteileinrichtungen für einen festgelegten Zeitpunkt, gibt jedoch keinen Anhaltspunkt über den erforderlichen Jahreskältebedarf eines Gebäudes. Um die Kühllast in angemessener Weise ermitteln zu können,muss der Geltungsbereich bekannt sein, für welchen die Kühllast bestimmt werden soll. Dazu zählt auch das Anspruchsniveau hinsichtlich „thermischer Behaglichkeit“.Als Geltungsbereich und Vorgabe für die Durchführung einer Kühllastberechnung müssen deshalb folgende Einflussgrößen bekannt sein:

In Abhängigkeit von den angeführten Einflussgrößen kann sich die Kühllast im zeitlichen Verlauf erheblich verändern. Sie wird deshalb für einen Bemessungsmonat und eine Bemessungstageszeit als Stundenmittelwert definiert.

Jener Monat eines Jahres, für den die Kühllast berechnet wird. Für den Berechnungsmonat ist der Außenlufttemperaturverlauf eines mittleren Tages mit dem monatlichen Maximum heranzuziehen. Als Strahlungswerte für den Berechnungsmonat gelten die Werte eines mittleren Tagesganges der Strahlung mit dem größten Tagesmaximum, wobei die zugehörigen Sonnenstände für den 21. Tag des betreffenden Monats herangezogen werden.

Berechnungstageszeit

Jene Tageszeit, für welche die Kühllast berechnet wird.  

Außentemperaturverlauf

Für den Außentemperaturverlauf des Berechnungsmonats werden die mittleren Tagesgänge der Tage mit monatlichem Maximum zugrunde gelegt. Für den Fall,dass keine Daten für den betreffenden Ort vorliegen, kann der Außentemperaturverlauf mit einem Näherungsverfahren bestimmt werden.

Kühllastverlauf

Verlauf der stundenweise ermittelten Kühllast eines Raumes (i) im Verlauf von 24 Stunden (t).

Eingeschwungener Zustand

Zustand, bei dem Kühllast und Raumlufttemperaturen bei periodischer Belastung identisch mit 24-stündiger Periode wiederkehren.

Nennkühllast

Höchster Wert der Kühllast eines Raumes (i) im Verlauf eines Tages im eingeschwungenen Zustand. Die Nennkühllast dient der Leistungsbemessung von Raumkühlgeräten. Als „eingeschwungen“ gilt ein Zustand dann, wenn Kühllast und Raumlufttemperaturen bei periodischer Belastung identisch mit 24-stündiger Periode wiederkehren. Die Geräteleistungen von Raumkühlgeräten müssen der Nennkühllast des betreffenden Aufstellungsraumes der betreffenden Räume eines Gebäudes bei maximaler Gesamtstrahlung durch Fensterflächen entsprechen. In Gebäuden mit mehreren Räumen sowie unterschiedlichen Nutzungen und Orientierungen treten die Nennkühllasten verschiedener Räume zu unterschiedlichen Zeiten auf. Anfahrkühllast Höchster Wert der Kühllast eines Raumes (i), nach einer zeitlich spezifizierten Unterbrechung des Kühlbetriebes. Die Anfahrkühllast stellt sich im Verlauf des Einschwingvorganges ein, wobei die Kühllast der ersten Stunde nach Wiederinbetriebnahme unberücksichtigt bleibt.

Gebäude-Kühllast

Summe aller gleichzeitig auftretenden Kühllasten.  

Gebäude-Nennkühllast

Höchster Wert der Gebäudekühllast im Verlauf eines Tages und im eingeschwungenen Zustand (zur Berechnungstageszeit). Dazu werden die Kühllasten der Räume zur jeweils gleichen Tageszeit addiert. Die Gebäude-Nennkühllast dient der Leistungsbemessung von Kälteversorgungsanlagen für Gebäude.

Gebäude-Anfahrkühllast

Höchster Wert der Gebäudekühllast nach einer zeitlich spezifizierten Unterbrechung des Kühlbetriebes während des Einschwingvorganges ohne Berücksichtigung der Gebäude-Kühllast der ersten Stunde. Erfahrungsgemäß treten die höchsten Kühllasten bei extremen Außenbedingungen, also bei hoher Sonneneinstrahlung und bei gleichzeitig hohen Außentemperaturen auf.

Wärmeabgabe von Personen ΦM (t) Die Wärmeabgabe von Personen ist von deren Aktivitätsgrad abhängig. Für die Kühllastberechnung ist nur der Anteil der „trockenen“ (sensiblen) Wärmeabgabe zu berücksichtigen . Die Höchstzahl gleichzeitig anwesender Personen ist mit den Geltungsbereichen festzulegen.Beleuchtungswärme ΦB (t)Die Wärmeabgabe von Beleuchtungskörpern ist von der Wahl des Beleuchtungskonzeptes,dem Betriebswirkungsgrad und dem Reflexionsverhalten des Raumes abhängig. Sie wird entweder von lichttechnischen Planungsdaten oder aus Erfahrungswerten abgeleitet.

Wärmeabgabe durch Einrichtungen ΦN (t) 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.Aus Nachbarräumen zuströmende Wärme ΦZ (t) Der Wärmefluss von und zu Nachbarräumen ist von den Bauteilen der Raumumschließungsflächen und den mit unter wechselnden Temperaturunterschieden an den gegenüberliegenden Bauteilseiten abhängig.

Wärmezufuhr durch Strahlung über transparente Außenbauteile ΦeS (t) Als transparente Bauteile werden im Wesentlichen Fenster einschließlich ihrer äußeren und inneren Sonnenschutzeinrichtungen berücksichtigt.Wärmezufuhr durch Transmission über Außenbauteile ΦeT (t) Bei der Wärmezufuhr durch Transmission über nicht transparente Außenbauteile(k) wären genau genommen auch Einflüsse direkter und diffuser Sonneneinstrahlung zu berücksichtigen. Verschattungen durch Horizontüberhöhung oder vorspringende Bauteile werden vernachlässigt. Für die Ermittlung des Wärmeflusses durch Außenbauteile stehen Rechenverfahren für instationäre Vorgänge zur Verfügung, wobei der Aufbau und die Oberflächentemperaturen an den Außen und Innenseiten der Außenbauteile bekannt sein müssen.  

Die Wärmezufuhr durch Transmission über Bauteile der Raumumschließungsflächen lässt sich in ähnlicher Weise wie bei der Heizlastermittlung nach Gleichung  berechnen. Wärmezufuhr durch Außenluft ΦeV (t) Bei dichten Fenstern und Türen ist anzunehmen, dass das Eindringen von Außenluft durch Infiltration in die zu kühlenden Räume nur unwesentlich zur Kühllast beiträgt. Bei mechanischer Lüftung zu kühlender Räume ist für die Wärmezufuhr durch Außenluft der Außenluftvolumenstrom und dessen Außenlufttemperatur nach der Gleichung zu berücksichtigen.

Die Strahlungswärmezufuhr durch Glasflächen dominiert in vielen Fällen das Ergebnis von Kühllastberechnungen. Durch Beschattungseinrichtungen lässt sie sich erheblich abmindern.

Die bei Sonneneinstrahlung von Bauteilen aufgenommene Wärme wird erst mit einer zeitlichen Verzögerung in den zu kühlenden Räumen wirksam.