Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für multifunktionale Großraumbüros
©2000
Diplomarbeit
257 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Die Bewertung von Klimaanlagen hängt maßgeblich vom Blickwinkel des Betrachters ab. Nachdem die Bauherren in vergangenen Jahren überwiegend an einem einfachen Systemaufbau, Zugänglichlichkeit bzw. Zuverlässigkeit der Anlage und geringen Kosten interessiert waren, treten heute weitere Aspekte hervor. So gewinnt die Raumluftqualität auch für Investoren zunehmend an Bedeutung. Hierbei wird erkannt, dass Luft als Lebensmittel zu betrachten ist, das nicht nur ökonomischen Gesichtspunkten unterliegt wie z.B. die Installation einer sonstigen technischen Anlage. Da Gesundheit, Produktivität und Leistungsvermögen von Mitarbeitern und Kunden bestimmende Wirtschaftsfaktoren sind, ist es erforderlich die Raumluftqualität auf einem wirtschaftlich noch vertretbaren Level zu halten.
Der Nutzer am Arbeitsplatz erwartet von einer Klimaanlage vor allem eine gute Luftqualität und ein hohes Maß an thermischem Komfort. Für die Mieter von Verwaltungsgebäuden haben andere Überlegungen Priorität. Sie fordern leicht variierbare Büroräume, die sich kurzfristig dem Wachstum und den sich schnell ändernden Arbeitsabläufe dynamischer Unternehmen anpassen lassen. Diese Gebäude sind dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 75 % der Zeit des Jahres leerstehen. Während der Nutzungszeit treten zeitlich wechselnde Heiz- und Kühllasten auf, die eine individuelle Temperaturregelung erfordern.
Darüber hinaus muss das Gebäude flexibel nutzbar sein und bei geänderter Raumnutzung mit veränderten Lasten weiterhin optimal funktionieren. Bei Neu- und Umbauten von Bürogebäuden geht der Trend zu weniger Fläche pro Mitarbeiter und durch verstärkte Teamarbeit weg vom örtlich festen Schreibtisch. Flexibilität und Variabilität der Flächennutzung in Büros gewinnen an Bedeutung. Dabei treten zum einen hochinstallierte Bereiche mit ganzjähriger Wärmeentwicklung und weniger dichtinstallierte Bereiche auf. Dazu kommt, dass häufig bei der Fertigstellung des Gebäudes die Nutzung und Raumaufteilung noch nicht feststeht. Daher ist für Großraumbüros eine flexible, variable und erweiterbare Klimatechnik erforderlich. In dieser Diplomarbeit werden entsprechende Klimatisierungskonzepte untersucht.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung und Aufgabenstellung1
2.Vorstellung des Gebäudes2
3.Behaglichkeit3
3.1Grundlagen zur Behaglichkeit4
3.1.1Thermische Behaglichkeit4
3.1.2Sonstige Einflußgrößen8
3.2Definitionen thermischer Behaglichkeit9
3.3Sick building […]
Die Bewertung von Klimaanlagen hängt maßgeblich vom Blickwinkel des Betrachters ab. Nachdem die Bauherren in vergangenen Jahren überwiegend an einem einfachen Systemaufbau, Zugänglichlichkeit bzw. Zuverlässigkeit der Anlage und geringen Kosten interessiert waren, treten heute weitere Aspekte hervor. So gewinnt die Raumluftqualität auch für Investoren zunehmend an Bedeutung. Hierbei wird erkannt, dass Luft als Lebensmittel zu betrachten ist, das nicht nur ökonomischen Gesichtspunkten unterliegt wie z.B. die Installation einer sonstigen technischen Anlage. Da Gesundheit, Produktivität und Leistungsvermögen von Mitarbeitern und Kunden bestimmende Wirtschaftsfaktoren sind, ist es erforderlich die Raumluftqualität auf einem wirtschaftlich noch vertretbaren Level zu halten.
Der Nutzer am Arbeitsplatz erwartet von einer Klimaanlage vor allem eine gute Luftqualität und ein hohes Maß an thermischem Komfort. Für die Mieter von Verwaltungsgebäuden haben andere Überlegungen Priorität. Sie fordern leicht variierbare Büroräume, die sich kurzfristig dem Wachstum und den sich schnell ändernden Arbeitsabläufe dynamischer Unternehmen anpassen lassen. Diese Gebäude sind dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 75 % der Zeit des Jahres leerstehen. Während der Nutzungszeit treten zeitlich wechselnde Heiz- und Kühllasten auf, die eine individuelle Temperaturregelung erfordern.
Darüber hinaus muss das Gebäude flexibel nutzbar sein und bei geänderter Raumnutzung mit veränderten Lasten weiterhin optimal funktionieren. Bei Neu- und Umbauten von Bürogebäuden geht der Trend zu weniger Fläche pro Mitarbeiter und durch verstärkte Teamarbeit weg vom örtlich festen Schreibtisch. Flexibilität und Variabilität der Flächennutzung in Büros gewinnen an Bedeutung. Dabei treten zum einen hochinstallierte Bereiche mit ganzjähriger Wärmeentwicklung und weniger dichtinstallierte Bereiche auf. Dazu kommt, dass häufig bei der Fertigstellung des Gebäudes die Nutzung und Raumaufteilung noch nicht feststeht. Daher ist für Großraumbüros eine flexible, variable und erweiterbare Klimatechnik erforderlich. In dieser Diplomarbeit werden entsprechende Klimatisierungskonzepte untersucht.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung und Aufgabenstellung1
2.Vorstellung des Gebäudes2
3.Behaglichkeit3
3.1Grundlagen zur Behaglichkeit4
3.1.1Thermische Behaglichkeit4
3.1.2Sonstige Einflußgrößen8
3.2Definitionen thermischer Behaglichkeit9
3.3Sick building […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 4246
Günther, Joachim: Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für multifunktionale
Großraumbüros / Joachim Günther - Hamburg: Diplomica GmbH, 2001
Zugl.: Offenburg, Fachhochschule, Diplom, 2000
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die
der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen,
der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der
Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung,
vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im
Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der
Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich
vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des
Urheberrechtes.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem
Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche
Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten
wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht
vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die Autoren oder
Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für evtl.
verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen.
Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2001
Printed in Germany
Wissensquellen gewinnbringend nutzen
Qualität, Praxisrelevanz und Aktualität zeichnen unsere Studien aus. Wir
bieten Ihnen im Auftrag unserer Autorinnen und Autoren Wirtschafts-
studien und wissenschaftliche Abschlussarbeiten Dissertationen,
Diplomarbeiten, Magisterarbeiten, Staatsexamensarbeiten und Studien-
arbeiten zum Kauf. Sie wurden an deutschen Universitäten, Fachhoch-
schulen, Akademien oder vergleichbaren Institutionen der Europäischen
Union geschrieben. Der Notendurchschnitt liegt bei 1,5.
Wettbewerbsvorteile verschaffen Vergleichen Sie den Preis unserer
Studien mit den Honoraren externer Berater. Um dieses Wissen selbst
zusammenzutragen, müssten Sie viel Zeit und Geld aufbringen.
http://www.diplom.de bietet Ihnen unser vollständiges Lieferprogramm
mit mehreren tausend Studien im Internet. Neben dem Online-Katalog und
der Online-Suchmaschine für Ihre Recherche steht Ihnen auch eine Online-
Bestellfunktion zur Verfügung. Inhaltliche Zusammenfassungen und
Inhaltsverzeichnisse zu jeder Studie sind im Internet einsehbar.
Individueller Service
Gerne senden wir Ihnen auch unseren Papier-
katalog zu. Bitte fordern Sie Ihr individuelles Exemplar bei uns an. Für
Fragen, Anregungen und individuelle Anfragen stehen wir Ihnen gerne zur
Verfügung. Wir freuen uns auf eine gute Zusammenarbeit.
Ihr Team der Diplomarbeiten Agentur
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
und
Aufgabenstellung...1
2
Vorstellung des Gebäudes ...2
3 Behaglichkeit...3
3.1 Grundlagen zur Behaglichkeit...4
3.1.1 Thermische Behaglichkeit ...4
3.1.2 Sonstige Einflußgrößen ...8
3.2 Definitionen thermischer Behaglichkeit...9
3.3 Sick building sydrom...12
4
Beheizung von Großraumbüros ...14
5
Beschreibung der möglichen Systemvarianten ...15
5.1 Einkanal-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom / Einzonen-Anlage...15
5.2 Einkanal-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom / Mehrzonen-Anlage...16
5.3 Einkanal-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom...17
5.4 Zweikanal- Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom ...19
5.5 Zweikanal-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom ...20
5.6 Induktionsanlagen ...21
5.7 Kühldecken...24
5.8 Passive Kühlkonvektoren ...26
5.9 Aktive Kühlkonvektoren ...27
5.10 Fan-Coil-Units ...28
5.11 Flächenkühlsysteme ...29
6
Systemvergleich der möglichen Systemvarianten...32
6.1 Einkanal-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom / Einzonenanlage ...34
6.2 Einkanal-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom / Mehrzonenanlage ...34
6.3 Einkanal-Klimaanlagen mit variablem Volumenstrom...35
6.4 Zweikanal-Klimaanlagen mit konstantem Volumenstrom ...35
6.5 Zweikanal-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom ...36
6.6 Induktionsanlagen ...36
6.7 Kühldecken...37
6.8 Passive Kühlkonvektoren ...38
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
6.9 Aktive Kühlkonvektoren ...39
6.10 Fan-Coil-Units ...40
6.11 Flächenkühlsysteme ...41
7 Systemvergleich
nach
Kategorien...42
8
Kühllastberechnung nach VDI 2078...48
8.1 Zonierung ...48
8.2 Randbedingungen ...49
8.3 Erklärungen zur Grafik Kühllast ...49
8.4 Betriebszeit der Klimaanlage ...50
8.4.1 Zusammenfassung der Betriebszeitenvarianten ...51
8.4.2 Erklärungen zu den Varianten 1...8 ...52
8.4.3 Schlußfolgerungen aus dem Vergleich der Varianten 1...8 ...54
8.5 Vergleich der Varianten 2 und 7 ...55
8.5.1 Elektrische Energie P
VA
...55
8.5.2 Wärmeenergie Q
W
...56
8.5.3 Befeuchtungsenergie Q
f
...57
8.5.4 Kälteenergie zur trockenen Luftkühlung Q
K
...58
8.5.5 Kälteenergie zur Entfeuchtung Q
tr
...58
8.5.6 Kälteenergie für den Kühlbedarf des Gebäudes Q
Kühl
...59
8.5.7 Zusammenfassung des energetischen Vergleichs der Varianten 2 und 7
...61
8.5.8 Primärenergieverbrauch der Varianten 2 und 7...62
8.5.9 Zusammenfassung des Primärenergiebedarfes von Variante 2 und 7 ...63
8.5.10 Betriebskosten der Varianten 2 und 7 ...64
8.5.11 Zusammenfassung der Betriebskosten der Varianten 2 und 7...65
8.5.12 Vergleich der Kühllastverläufe der Varianten 2 und 7...66
8.6 Schlussfolgerungen aus dem Vergleich...67
9 Untersuchung
der
Klimatisierungsvarianten...69
9.1 Ermittlung der Mindestaußenluftrate...69
9.2 Untersuchung für ein System mit Fan-Coil-Units in Verbindung mit einer
Primärluftanlage...71
9.2.1 Vorstellung des Systems ...71
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
9.2.2 Zonierung ...72
9.2.3 Ermittlung der Luftströme ...72
9.2.4 Luftverteilsystem...73
9.2.5 Dimensionierung der Klimazentrale...73
9.2.6 Kanaldimensionierung ...81
9.2.7 Funktionsbeschreibung der Regelung ...82
9.3 Untersuchung der Einkanal Klimaanlage mit variablem Volumenstrom (VVS
Anlage) ...88
9.3.1 Vorstellung des Systems ...88
9.3.2 Zonierung ...89
9.3.3 Ermittlung der Luftströme ...90
9.3.4 Luftverteilsystem...90
9.3.5 Dimensionierung der Klimazentrale...90
9.3.6 Kanaldimensionierung ...98
9.3.7 Funktionsbeschreibung der Regelung ...98
9.4 Untersuchung für ein Kühldeckensystem in Verbindung mit einer
Primärluftanlage...99
9.4.1 Vorstellung des Systems ...99
9.4.2 Zonierung ...100
9.4.3 Ermittlung der Luftströme ...100
9.4.4 Luftverteilsystem...100
9.4.5 Dimensionierung der Klimazentrale...101
9.4.6 Kanaldimensionierung ...101
9.4.7 Funktionsbeschreibung der Regelung ...101
10 Systemvergleich der untersuchten Varianten...102
10.1 Flexibilität der Raumnutzung...102
10.2 Regelungstechnische
Flexibilität ...102
10.3 Raumbedarf der Zentrale und des Medientransportes...103
10.4 Wartungsaufwand ...104
10.5 Einschränkung des Raumnutzvolumens ...105
10.6 Maximale
Kühlleistung ...105
10.7 Investitionskosten...106
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
10.8 Energieverbrauch...110
10.9 Behaglichkeit...112
10.10 Regelungstechnischer Aufwand...113
10.11 Wirtschaftlichkeitsvergleich ...114
10.12 Gesamtvergleich Kosten ...116
11 Schlussbetrachtung...119
12 Kritischer
Rückblick...120
12 Normen / Vorschriften / Richtlinien / Literaturverzeichnis ...121
Grundrissplan 2.OG / Zonierung Kühllast...128
Schema RLT-Anlage / Kälte / Variante Fan-Coil-Units...129
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
Vorwort
Diese Arbeit entstand bei der Maurer GmbH in Schramberg. Für die Möglichkeit
diese Arbeit schreiben zu können und die Bereitstellung der Arbeitsmittel möchte ich
mich herzlich bedanken.
Insbesondere danke ich meinen Betreuern Dipl. Ing. (FH) Roland Schick und Prof.
Dr.-Ing. Siegmar Hesslinger, die mir jederzeit unterstützend zur Seite standen.
August, 2000
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
Einheiten- Formelzeichen- und Abkürzungsverzeichnis
Einheiten und Formelzeichen
·
b
Betriebszeit h
·
c
Spezifische Wärmekapazität
kJ/kgK
·
f
Faktor ---
·
G
f
Befeuchtungsgrammtage h/a*g/kg
·
G
L
Lüftungsgradstunden Kh/a
·
G
tr
Entfeuchtungsgrammtage h/a*g/kg
·
h Spezifische
Enthalpie
kJ/kg
·
k
D
Einheitspreis für Wasser
DM/kg
·
k
E
Einheitspreis für Elektroenergie
DM/kWh
·
k
k
Einheitspreis für Kälteenergie
DM/kWh
·
k
We
Einheitspreis für Wärmeenergie
DM/kWh
·
L
p,A
Schalldruckpegel dB
A
·
l Länge
m
·
·
m
Massenstrom kg/s
·
n Drehzahl
1/s
·
n Anzahl
Messpunkte
Stck
·
p
Druckverlust / Druckdifferenz
Pa
·
PD
Anzahl der Unzufriedenen
%
·
P
el
Elektrische Leistung
W
·
P
VA
Ventilatorenergie KWh/a
·
P
V
Leistung Ventilator
W
·
·
Q
Leistung W
·
K
Q
·
Kühllast W
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
·
Q
f
Befeuchtungsenergie KWh/a
·
Q
K
Kälteenergie zur trockenen Luftkühlung
KWh/a
·
Q
Kühl
Kälteenergie für den Kühlbedarf des Gebäudes
KWh/a
·
Q
tr
Kälteenergie zur Entfeuchtung
KWh/a
·
Q
W
Wärmeenergie KWh/a
·
r Verdampfungsenthalpie
kJ/kg
·
R Widerstand
(Rohrreibung)
Pa/m
·
S
V
Standartabweichung der Momentanwerte der
Luftgeschwindigkeit
---
·
t
o
Örtliche operative Raumtemperatur
°C
·
t
a
Örtliche Raumtemperatur
°C
·
t
r
Örtliche Strahlungstemperatur
°C
·
t
u
Temperatur der Fläche
°C
·
T Turbulenzgrad
%
·
·
V
Volumenstrom m
3
/s
·
w Strömungsgeschwindigkeit
m/s
·
w
Mittlere Luftgeschwindigkeit (zeitlicher Mittelwert)
m/s
·
w
i
Momentanwert der Luftgeschwindigkeit
m/s
·
x Absolute
Feuchte
g/kg
·
Z Einzelwiderstand
Pa
·
Rückwärmzahl %
·
Zeitbezogene Luftwechselzahl
1/h
·
Wirkungsgrad ---
·
Relative Feuchte
%
·
K
Einstrahlzahl zwischen Raumpunkt und der Fläche K
---
·
Dichte kg/m
3
·
Raum
Raumlufttemperatur °C
·
Widerstandsbeiwert ---
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
Abkürzungen
·
AB
Abluft
·
AU Außenluft
·
FO Fortluft
·
UM Umluft
·
ZU Zuluft
·
FI Filter
·
Fu Frequenzumrichter
·
KL Klappe
·
LK Luftkühler
·
LH Lufterwärmer
·
MK Mischkammer
·
MSR Messen Steuern Regeln
·
RLT Raumlufttechnik
·
SD Schalldämpfer
·
TA Tropfenabscheider
·
VVR Variabler-Volumenstromregler
·
KVR Konstant-Volumenstromregler
·
VVS Variabler
Volumenstrom
·
WRG Wärmerückgewinnung
·
KVS Konstanter
Volumenstrom
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 1 -
1 Einleitung
und
Aufgabenstellung
Die Bewertung von Klimaanlagen hängt maßgeblich vom Blickwinkel des Betrachters
ab.
Nachdem die Bauherren in vergangenen Jahren überwiegend an einem einfachen
Systemaufbau, Zugänglichlichkeit bzw. Zuverlässigkeit der Anlage und geringen
Kosten interessiert waren, treten heute weitere Aspekte hervor. So gewinnt die
Raumluftqualität auch für Investoren zunehmend an Bedeutung. Hierbei wird
erkannt, dass Luft als Lebensmittel zu betrachten ist, das nicht nur ökonomischen
Gesichtspunkten unterliegt wie z.B. die Installation einer sonstigen technischen
Anlage. Da Gesundheit, Produktivität und Leistungsvermögen von Mitarbeitern und
Kunden bestimmende Wirtschaftsfaktoren sind, ist es erforderlich die
Raumluftqualität auf einem wirtschaftlich noch vertretbaren Level zu halten.
Der Nutzer am Arbeitsplatz erwartet von einer Klimaanlage vor allem eine gute
Luftqualität und ein hohes Maß an thermischem Komfort.
Für die Mieter von Verwaltungsgebäuden haben andere Überlegungen Priorität. Sie
fordern leicht variierbare Büroräume, die sich kurzfristig dem Wachstum und den sich
schnell ändernden Arbeitsabläufe dynamischer Unternehmen anpassen lassen.
Diese Gebäude sind dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 75 % der Zeit des
Jahres leerstehen. Während der Nutzungszeit treten zeitlich wechselnde Heiz- und
Kühllasten auf, die eine individuelle Temperaturregelung erfordern.
Darüber hinaus muss das Gebäude flexibel nutzbar sein und bei geänderter
Raumnutzung mit veränderten Lasten weiterhin optimal funktionieren. Bei Neu- und
Umbauten von Bürogebäuden geht der Trend zu weniger Fläche pro Mitarbeiter und
durch verstärkte Teamarbeit weg vom örtlich festen Schreibtisch. Flexibilität und
Variabilität der Flächennutzung in Büros gewinnen an Bedeutung. Dabei treten zum
einen hochinstallierte Bereiche mit ganzjähriger Wärmeentwicklung und weniger
dichtinstallierte Bereiche auf. Dazu kommt, daß häufig bei der Fertigstellung des
Gebäudes die Nutzung und Raumaufteilung noch nicht feststeht. Daher ist für Groß-
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 2 -
raumbüros eine flexible, variable und erweiterbare Klimatechnik erforderlich. In dieser
Diplomarbeit werden entsprechende Klimatisierungskonzepte untersucht.
2 Vorstellung des Gebäudes
Die verschiedenen Klimatisierungskonzepte werden am Beispiel eines Neubaus
untersucht. Beim diesem Projekt handelt es sich um ein Technikzentrum eines
Automobilzulieferers. Im 2. OG befindet sich die Verwaltungsebene mit einer
Grundfläche von 4.437 m
2
und einer Bürofläche von 3.263 m
2
. Wie aus Abbildung
2-1 ersichtlich, handelt es sich um ein Großraumbüro mit Arbeitsplätzen für 150
Personen, indem überwiegend optische Unterteilungen durch Schränke vorhanden
sind.
Abbildung 2-1: Grundriss 2. OG
Süd
Nord
West
Ost
Klimatechnik
Lichthof
Lichthof
Reservefläche
Reservefläche
Besprechungs-
zimmer
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 3 -
Nur an der Westseite sind vier geschlossene Besprechungszimmer angeordnet. Die
achteckigen ,,Besprechungsinseln" sind frei verschiebbar, größenvariabel und nur als
Sichtschutz (d.h. nicht raumhoch) konzipiert. Die Reserveflächen an der Nordost-
bzw. Nordwestseite müssen jederzeit an das Klimasystem mit angeschlossen
werden können.
Um die Ergebnisse dieser Diplomarbeit weniger projektspezifisch zu halten, wird das
2. OG als Zwischengeschoß betrachtet und die Lichthöfe vernachlässigt. Somit
können die Aussagen auf andere Büroetagen übertragen werden.
3 Behaglichkeit
Die geistige Leistungsfähigkeit am Arbeitsplatz ist unmittelbar mit dem
Behaglichkeitsempfinden gekoppelt. So reduziert sich diese, nach Studien aus den
USA und Skandinavien auf etwa 75%, wenn die Raumtemperatur auf 28°C ansteigt.
1
Nicht zuletzt aus wirtschaftlicher Sicht sollte bei Planung und Betrieb einer
Klimaanlage ein spezielles Augenmerk auf die Behaglichkeitskriterien gelegt werden.
Diagramm 3-1: Tendenzielle Unterhalts- und anteilige Investitionskosten / Bürogebäude
Die Wirtschaftlichkeit der erforderlichen Investition wurde bereits hinreichend
nachgewiesen. Im Vergleich betragen die Unterhaltungs- und die anteiligen
Investitionskosten für ein modernes Klimatisierungssystem nur etwa 1% des
jährlichen Personalkostenaufwandes der etwa 90% ausmacht. Schon bei einer
geringen Steigerung der geistigen Leistungsfähigkeit amortisieren sich die
Investitionskosten. Bei mehr Zufriedenheit mit den arbeitsklimatischen Bedingungen
1
Studien von P.O.Fanger und D.Wyon
P erso nalkosten
V e rzin su ng
In vestition sko ste n
G e bäu de
U nte rha ltskosten
Inve stitionskosten
K lim aa nlage
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 4 -
verringern sich dadurch auch die krankheitsbedingten Ausfalltage der Mitarbeiter.
Aus diesen Gründen sollen RLT-Anlagen für Aufenthaltsräume von Personen ein
physiologisch günstiges Raumklima schaffen und eine hygienisch einwandfreie
Qualität der Innenraumluft sicherstellen. Ziel ist, Raumluft bereitzustellen, die als
frisch und angenehm empfunden wird. Des weiteren ist das Einhalten thermisch
behaglicher Raumluftzustände für nahezu alle Nutzer sicherzustellen. Ob dieser
Zustand erreicht ist, wird durch Personenbefragungen ermittelt. Hierfür ist die
überwiegende Zahl der befragten Personen maßgebend.
1
3.1 Grundlagen zur Behaglichkeit
Maßgeblich für die Behaglichkeit sind eine Vielzahl von Faktoren. Diese
unterscheiden sich in Einflußgrößen auf die thermische Behaglichkeit und sonstige
Einflußgrößen.
3.1.1 Thermische Behaglichkeit
Operative bzw. empfundeneTemperatur
2
Die operative Temperatur t
o
beinhaltet zwei, für die thermische Behaglichkeit
wichtige Größen. Zum einen die Lufttemperatur im Raum und die Temperatur
der Raumumschließungsflächen. Sie wird nach folgender Näherungsgleichung
ermittelt:
)
(
*
5
,
0
0
r
a
t
t
t
+
=
=
=
n
K
K
K
r
t
t
1
*
·
Erläuterungen
t
o
=
örtliche operative Raumtemperatur
t
a
= örtliche
Lufttemperatur
t
r
= örtliche
Strahlungstemperatur
t
K
=
Temperatur der Fläche K
K
=
Einstrahlzahl zwischen dem Raumpunkt und der Fläche K
1
ISO 7730
2
Nach VDI 3804 und DIN 1946 T.2
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 5 -
Die operative Temperatur ist mit einem Globethermometer in Höhen von
0,1 m, 1,1 m und 1,7 m zu ermitteln. Die Lufttemperatur darf einen vertikalen
Temperaturgradienten von maximal 2 K je Meter Raumhöhe aufweisen. Dabei
soll die Lufttemperatur in 0,1 m Höhe über dem Fußboden 21 °C nicht
unterschreiten. In Bild 3.1.1-1, ist der Bereich der empfohlenen operativen
Temperatur kreuzschraffiert dargestellt.
Vorraussetzungen:
·
Aktivitätsstufen 1 und 2
·
Leichte bis mittlere Bekleidung
Bild 3.1.1-1: Zulässigkeitsbereich der operativen Raumlufttemperatur nach DIN 1946 T.2
Die Raumlufttemperaturen (in Abhängigkeit der Raumnutzung bzw. Tätigkeit)
können der Arbeitsstätten-Richtlinie §6 der Arbeitsstätten-Verordnung
entnommen werden.
Luftbewegung
Die Grenzwerte der Luftgeschwindigkeit im Behaglichkeitsbereich sind
abhängig von der Lufttemperatur und dem Turbulenzgrad.
%
100
=
w
S
T
v
=
=
n
i
i
w
n
w
1
1
2
1
)
(
1
1
w
w
n
S
i
n
i
v
-
-
=
=
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 6 -
·
Erläuterungen
T
=
Turbulenzgrad
S
v
=
Standartabweichung der Momentanwerte der
Luftgeschwindigkeit
w
=
mittlere Luftgeschwindigkeit (zeitl. Mittelwert), wird
gemessen mit Hitzdrahtanemometer
n
=
Anzahl der Meßpunkte
w
i
=
Momentanwert der Luftgeschwindigkeit
In Bild 3.1.1-2, sind die Grenzwerte der zeitlich gemittelten
Luftgeschwindigkeiten in Abhängigkeit des Turbulenzgrades T und der
Temperatur dargestellt.
Die Werte gelten für Aktivitätsstufe 1 und
einen Wärmedurchlasswiderstand von 0,12
m
2
K/W. Die Grenzwerte für höhere
Aktivitätsstufen sind der VDI 2083 Bl. 5 zu
entnehmen oder nach DIN 1946 T.2
anzupassen.
Bild 3.1.1-2: Werte von mittleren Luftgeschwindigkeiten als Funktion von Temperatur und Turbulenzgrad der Luft im
Behaglichkeitsbereich
Luftfeuchte
Trockene Luft ist vor allen Dingen im Winter ein Problem. Welche
Feuchtigkeitswerte der Luft als behaglich empfunden werden, ist wie bei der
Raumtemperatur individuell sehr verschieden. In Tabelle 3.1.1-1 sind
verschiedene Anhaltswerte dargestellt.
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 7 -
Raumlufttemperatur
relative Feuchte
in °C
in %
DIN 1946 T.2
22°C
26°C
30% <
<65%
30% <
< 55%
Recknagel/Sprenger/Schramek
22°C
26°C
= 30%
= 60%
VDI 6022 Bl.1
20°C <
Raum
< 22°C
22°C <
Raum
< 26°C
35% <
< 65%
35% <
< 55%
Arbeitsstätten-Richtlinie §5
20°C
22°C
24°C
26°C
< 80%
< 70%
< 62%
< 55%
Tabelle 3.1.1-1: Zulässige relative Feuchte in Abhängigkeit zur Raumlufttemperatur
Höhere Luftfeuchtigkeit wird leicht als Schwüle empfunden, niedrigere Werte
können zu Austrocknungserscheinungen der Atemwege und der Bindehaut
führen.
Körperliche Aktivität
Die Wärmeabgabe des Menschen ist im wesentlichen eine Funktion der
ausgeübten Tätigkeit. Daneben spielen Alter, Geschlecht, Umgebungs-
temperatur und andere Faktoren eine Rolle.
Tabelle 3.1.1-2: Gesamtwärmeabgabe je Person in Abhängigkeit von der Tätigkeit
1) Gesamtwärmeabbgabe durch Strahlung, Leitung, Verdunstung und Konvektion bei einer Raumtemperatur von
22°C (Siehe auch VDI 2078)
Tätigkeit
Aktivitätsstufe
Gesamtwärmeabgabe
je Person in W
1)
Statische Tätigkeit wie
Lesen oder Schreiben
Sehr leicht körperliche Arbeit
im Stehen oder Sitzen
Leichte körperliche Arbeit
3
190
Mittelschwere bis schwere
körperliche Arbeit
120
1
2
über 270
4
150
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 8 -
Bekleidung des Menschen
Über die Art der Kleidung kann der Wärmehaushalt des Menschen auf seine
Umgebungstemperatur angepaßt werden. Anhaltswerte sind DIN 1946 T.2,
DIN ISO 7730 und DIN 33403 T.3 zu entnehmen.
3.1.2 Sonstige Einflußgrößen
Staubgehalt der Luft
Der Staubgehalt in Büroräumen ist im allgemeinen so gering, daß er nur bei
sehr trockener Raumluft das Wohlbefinden beeinträchtigt.
Gase, Dämpfe und Dämpfe
Sie können z.B. entstehen durch:
·
Ausdünstungen aus Möbeln, Teppichen, Tapeten usw.
1
·
Verbrennungs- und Heizvorgänge
·
Verunreinigungen von außen (Autoabgase usw.)
Luftelektrische Einflüsse
Zu trockene Luft kann insbesondere bei Kunststoffmaterialien zu
elektrostatischen Aufladungen führen. In der Regel verschwindet diese
Eigenschaft, wenn die relative Feuchte auf 50...55% erhöht wird, da dadurch
die elektrische Leitfähigkeit der Umgebung wieder zunimmt. Somit wird auch
das Haften von Staub und Schmutz auf Teppichen, Vorhängen usw. drastisch
verringert.
2
Lärm
Die Grenzwerte sind in DIN 1946 T.2 festgelegt. (Siehe auch ASR §15)
L
p,A
(Bei hohen Anforderungen)
<
45 dB
L
p,A
(Bei niedrigen Anforderungen)
<
50 dB
1
Siehe auch CR 1752 CEN [5] Bauen mit geringen Schadstoffemissionen
2
IKZ 5/96
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 9 -
Beleuchtung
Die Fenster sollten mit individuell verstellbaren Sonnenschutzeinrichtungen
versehen sein.
Individuelle Einflußnahme auf den Raumluftzustand
Um höchste Akzeptanz beim Nutzer zu erzielen muß das Raumklima
individuell regelbar sein.
Demographische Faktoren
Jüngere und weniger gut ausgebildete Beschäftigte sowie Frauen äußern
öfters Beschwerden als andere Arbeitnehmer.
1
Weitere Faktoren
Biorhythmus / Raumgestaltung / Elektrische Felder / Gesundheit
3.2 Definitionen thermischer Behaglichkeit
DIN 1946 Teil 2
Thermische Behaglichkeit ist gegeben, wenn der Mensch Lufttemperatur,
Luftfeuchte, Luftbewegung und Wärmestrahlung in seiner Umgebung als optimal
empfindet und weder wärmere noch kältere, weder trockenere noch feuchtere
Raumluft wünscht.
Arbeitsstätten / Vorschriften und Richtlinien
,,In Arbeitsräumen muß während der Arbeitszeit eine unter Berücksichtigung der
Arbeitsverfahren und der körperlichen Beanspruchung der Arbeitnehmer
gesundheitlich zuträgliche Raumtemperatur und ausreichend gesundheitlich
zuträgliche Atemluft vorhanden sein". Der Gesetzgeber sagt auch, was er unter
,,gesundheitlich zuträglich" versteht. Die Mindesttemperaturen liegen je nach Tätigkeit
bei +12 °C bis +20 °C. Die Höchsttemperatur soll +26 °C nicht überschreiten, wobei
spezielle Hitzearbeitsplätze ausgenommen sind.
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 10 -
Sicherheitsregeln für Büroarbeitsplätze
1
·
In Büro-Arbeitsräumen muß das Raumklima den physiologischen
Bedürfnissen entsprechen. Hierzu gehört insbesondere, daß die Temperatur
und relative Luftfeuchte der Raumluft sowie die Luftgeschwindigkeit dem
menschlichen Körper zuträglich sind und in einem angemessenen Verhältnis
zueinander stehen.
·
Die Raumtemperatur soll in der Regel 21 °C bis 22 °C betragen, bei hohen
Außentemperaturen maximal 26 °C betragen, damit beim Wechsel von innen
nach außen der menschliche Körper nicht durch einen zu großen
Temperaturunterschied belastet wird.
·
Übermäßig hohen Belastungstemperaturen ist durch an Fensteraußenseiten
angebrachten Blenden, Jalousien oder ähnliche Einrichtungen
entgegenzuwirken.
·
Die relative Luftfeuchte soll möglichst im Bereich von 50 % bis 60 % liegen,
bei hohen Außentemperaturen an der unteren Grenze. Bei einer relativen
Luftfeuchtigkeit von mehr als 50 % werden elektrostatische Aufladungen,
insbesondere im Zusammenhang mit Textil- oder Kunststoffbodenbelägen
vermieden.
·
Es ist darauf zu achten, daß die Beschäftigten keiner vermeidbar hohen
Zuluftgeschwindigkeit ausgesetzt sind. Diese soll so zugeführt werden, daß
die Luftgeschwindigkeit am Arbeitsplatz im allgemeinen den Wert von 0,1 m/s
bis maximal 0,15 m/s nicht überschreitet.
E. Mayer und T.H. Benzinger
2
Die thermische Behaglichkeit wird bestimmt durch Kälterezeptoren in der ganzen
Haut und durch Wärmerezeptoren im vorderen Stammhirn des Menschen. Diese
Thermorezeptoren steuern den Wärmehaushalt. Wenn die Hauttemperatur unter
33 °C sinkt, friert man. Wenn die Stammhirntemperatur, die praktisch gleich der
Trommelfelltemperatur ist, 37 °C überschreitet setzt Schwitzen ein. Thermische
1
KI 6/98
1
Verwaltungsberufsgenossenschaft / ZH 1/535 und 1/618
2
CCI 12/86
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 11 -
Behaglichkeit liegt vor, wenn vorgenannte Schwellenwerte nicht unter- bzw.
überschritten werden. Da die Kälterezeptoren an der Hautoberfläche angeordnet sind
besteht eine Richtungsempfindlichkeit z.B. gegenüber Zugluft oder kalter Wand.
Prof. P. Ole Fanger
Von Fanger wurde eine Studie mit 1300 Personen durchgeführt. Diese Probanden
unterschiedlichen Alters, Geschlecht und Rasse wurden auf diverse Behaglichkeits-
kriterien untersucht. Auf Basis dieser Studie entwickelte Fanger eine
Behaglichkeitsgleichung, mit der die Anzahl unzufriedener Personen berechnet
werden kann.
%
100
)
100
369
,
0
143
,
3
(
)
05
,
0
(
)
34
(
6223
,
0
T
w
w
PD
L
+
-
=
·
Erläuterungen
PD
=
Anzahl der Unzufriedenen in %
L
=
Lufttemperatur (ggf. empfundene Temperatur) in °C
w
=
mittlere Luftgeschwindigkeit in m/s
T
=
Turbulenzgrad in %
Nach Fanger`s Studien gibt es selbst nach Einhaltung aller thermischen
Bedingungen noch 5 % Unzufriedene.
Im Zusammenspiel der vielfältigen Faktoren wird die Behaglichkeit zu einem sehr
subjektiven Empfinden. Die Studien von Fanger verdeutlichen, dass auch eine nach
dem heutigen Erkenntnisstand geplante und gewartete Klimaanlage nicht in der Lage
ist alle Nutzer zufrieden zu stellen.
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 12 -
3.3 Sick building sydrom
Klimaanlagen werden immer wieder in Verbindung mit dem sick building sydrom
(SBS) gebracht. Unter SBS versteht man Krankheiten, die durch Anwesenheit in
Gebäuden auftreten und die bei den betroffenen Personen erst bei längerem
Aufenthalt außerhalb des Gebäudes wieder zurückgehen. Symptome sind z.B.
brennende Augen, Kopfschmerzen, Heiserkeit, Hautausschläge und verstopfte
Nasen. Des weiteren kann es zu schwerwiegenderen Krankheiten kommen wie
Legionella, Luftbefeuchterfieber (humidifier disease), Asthma und Vergiftungen durch
Mytotoxine sowie Endotoxine.
Die Auslöser sind vielfältiger Art und noch nicht erschöpfend erforscht. In der
Fachliteratur werden folgende Gründe benannt:
·
Ungenügend gewartete Klimaanlagen, insbesondere Befeuchtungsein-
richtungen und Luftfilter. (Die VDI 6022 Bl. 1 enthält Maßnahmen zur Planung,
Ausführung, Betrieb und Instandhaltung Raumlufttechnischer Anlagen.)
·
Ausgasungen aus Fußbodenbelägen
·
Gasförmige Schadstoffe aus Büromaschinen
·
Zigarettenrauch
·
Schadgase wie Formaldehyd
·
Stark verbrauchte Raumluft
·
Mineralfasern, die aus Glas, Stein, Schlacke oder Aluminiumsilicaten
gewonnen werden (Luftfilter & Wärme- bzw. Schallisolation)
Eine Langzeitstudie aus Nordamerika beschäftigte sich speziell mit Bürogebäuden.
Dabei wurden 1100 Gebäude auf den Zusammenhang von Klimaanlagen und SBS
hin untersucht. Nach dieser Studie ergaben sich folgende Ursachen:
·
Ungenügende
Klimatisierung
50,4
%
·
Keine
Klima-
oder
Lüftungsanlage 17,7
%
·
Ungenügende
Luftfilterung 55,6
%
·
Mangelnder
Einbau
der
Luftfilter
14,6
%
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 13 -
·
Schmutzige
Klimaanlagen
41,7
%
·
Schmutzige
Kanalsysteme 9,2
%
·
Saubere Klimaanlage, effektive Filter und gute Klimatisierung
38,2 %
Studien unter der Federführung der Raumklimatologie der Friedrich-Schiller-
Universität in Jena ergaben, daß Pilze und Bakterien häufiger in nicht klimatisierten
Räumen in Erscheinung treten als in klimatisierten. Das Sick-Building-Syndrom mit
seinen Befindlichkeitsstörungen ist also nicht auf klimatisierte Gebäude beschränkt,
sondern tritt auch bei Fensterlüftung auf. Nach dieser Studie spielen auch
psychologische Gründe eine wesentliche Rolle. So äußerten z.B. jüngere und
weniger gut ausgebildete Arbeitnehmer häufiger Beschwerden wie andere
Beschäftigte.
Das SBS führt zu krankheitsbedingten Ausfalltagen, deren volkswirtschaftliche
Auswirkung beträchtliche Schäden verursacht. So führt man in den USA viele
Atemwegserkrankungen, die den Staat und die Wirtschaft ca. 22,5 Mrd. DM/a kosten,
zum großen Teil auf das SBS zurück.
1
Wenn man berücksichtigt, daß die laufenden
Kosten eines ,,Verwaltungsgebäudes" zu ca. 90% für Löhne und Gehälter
aufzuwenden sind, dann erst wird der geringe Anteil an behaglichkeitssteigernden
Investitionskosten (Kapitaldienst) und Betriebskosten deutlich.
Diese Zahlen verdeutlichen die Notwendigkeit, Gebäude so zu bauen, daß das
Wohlbefinden und die Gesundheit in höchstem Maße beachtet werden. Wird dabei
auf eine, unter hygienischen Gesichtspunkten aufgebaute und regelmäßig gewartete
Klimaanlage (VDI 6022) geachtet, verursacht die Raumlufttechnik auch kein SBS.
1
Domke, Kruppe, Mayer: Sick Building Sydrome II, Dokumentation, 1996
Bischof, Dompke, Schmid: Sick Building Syndrome, Forschung und Erkenntnisumsetzung, 1993
Dicke Luft im Büro macht krank, AC, 9.2.1998
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten
für multifunktionale Großraumbüros
- 14 -
4 Beheizung von Großraumbüros
In den letzten Jahren hat sich das Umfeld für die Beheizung von Bürokomplexen
aufgrund folgender Maßnahmen wesentlich geändert:
·
verbesserter Wärmeschutz von Wänden, Fensterflächen und Fassaden
·
die geringen Fugenverluste in der Gebäudehülle und der dadurch reduzierte
natürliche Luftwechsel bzw. Lüftungswärmebedarf
·
den hohen Glasflächenanteil moderner Gebäude, der im Winter die
Gewinnung solarer Wärmeenergie zur Raumheizung ermöglicht, im Sommer
jedoch entsprechende Wärmelasten verursacht
·
die inneren Wärmequellen aus Bürokommunikationstechnik, Beleuchtung und
Personen, die vielfach zur Deckung des Transmissionswärmebedarfes
ausreichen
Daher werden die Heizzeiten immer kürzer, der Kühlfall tritt zunehmend früher ein.
Gebäude, die nach den geltenden Regeln erstellt werden, haben heute nur noch
einen flächenbezogenen Transmissionswärmebedarf von 30...40W/m
2
. Die inneren
Wärmequellen können eine ähnliche Größenordnung erreichen und überschreiten.
1
Die Kühlung von Büroräumen erlangt daher immer mehr an Bedeutung. Der
Heizbetrieb ist in vielen Bürogebäuden nur noch am Montagmorgen oder nach
längeren Betriebspausen notwendig.
Beim betrachteten Projekt beträgt der spezifische Transmissionswärmebedarf
29W/m
2
, gegenüber einer spezifischen Kühllast von 28W/m
2
.
Der Transmissionswärmebedarfes wird durch Heizflächen, jeweils im Raster unter
den Fenstern plaziert, abgedeckt. Damit bleibt die räumliche Flexibilität gewahrt und
die Beheizung ist gesichert.
1
IKZ 19/1998
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 15 -
5 Beschreibung der möglichen Systemvarianten
Die folgende Zusammenstellung zeigt eine Systemübersicht. Klimatisierungssysteme
sind in unterschiedlichsten Kombinationen und in vom jeweiligen Hersteller
abhängigen Variationen präsent. Daher kann die Systemübersicht nicht den
Anspruch auf Vollständigkeit erheben. Die folgenden Schemata sind als reine
Außenluftanlagen dargestellt, da die Umluft nach VDI 6022 Bl. 1 (Juli `98), aus
hygienischer Sicht zu vermeiden ist.
5.1 Einkanal-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom / Einzonen-Anlage
Bei diesem System handelt es sich um eine Nur-Luft-Klimaanlage, bei der die Luft
zentral aufbereitet wird. Anschließend wird diese den zu klimatisierenden Räumen
ohne weitere Nachbehandlung zugeführt. Daraus resultierend werden alle Räume
bzw. Zonen mit dem gleichen Zuluftzustand versorgt. Den Anforderungen
entsprechend wird dieses System in Verbindung mit statischen Heizflächen
eingesetzt, die entweder den ganzen Transmissions-Wärmebedarf decken oder
anderseits nur zur Teilbeheizung (Grundlast) eingesetzt werden. Um den
Energieeinsatz möglichst gering zu halten ist es sinnvoll die Grund-Heizlast über
statische Heizflächen zu decken. Durch diese Variante besteht die Option die RLT-
Anlage während der Nacht- bzw. Wochenendabsenkung außer Betrieb zu nehmen.
Die Anpassung an die wechselnden Lasten kann durch Variation der Zuluft-
Temperatur, bei konstantem Volumenstrom erreicht werden. Weiterhin besteht die
Möglichkeit, bei reduziertem Luftstrom (Hygieneanteil nach DIN 1946) eine
konstante Zulufttemperatur zu fahren; die Heiz- bzw. Kühllast wird dann
raumabhängig von dezentralen Systemen abgedeckt.
Abbildung 5.1-1: Eink.-Klimaanlage mit konst. Volumenstrom / Einzonenanlage
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 16 -
5.2 Einkanal-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom / Mehrzonen-Anlage
Prinzipiell ist die Funktionsweise gleich dem unter 5.1 beschriebenen Anlagentyp.
Allerdings ist es möglich verschiedenartige Zonen separat zu konditionieren. Dies
kann über zwei unterschiedliche Varianten realisiert werden:
·
Anlagen mit Wechselklappen
·
Anlagen mit Nacherwärmern
Nach dem Zentralgerät wird die Luftverteilung in einzelne Zonen unterteilt in
die, anstatt des zentralen Nacherwärmers, örtliche Zonen-Nacherwärmer
installiert sind.
Abbildung 5.2-1: Eink.-Klimaanlage mit konst. Volumenstrom / Mehrzonenanlage mit Nachwärmern
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 17 -
5.3 Einkanal-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom
Die typische Eigenschaft der VVS-Systeme ist ihre Anpassung an die veränderlichen
Lasten. Diese erfolgt bei konstanter Zulufttemperatur und variablem Volumenstrom.
Um die schwankenden Heiz- bzw. Kühllasten abzuführen, müssen die einzelnen
Zonen mit Volumenstromreglern und Nacherwärmern ausgestattet sein.
Meist wird die Zuluft mit einer Temperatur von 16 °C aus der RLT-Zentrale
angeboten und entsprechend der Lasten nacherwärmt. Die Heizlast wird
überwiegend durch sekundäre Heizflächen gedeckt. Steigt die Kühllast, wird der
Volumenstrom angehoben, fällt die Kühllast wird dieser soweit verringert, bis die
nach DIN 1946 T.2 bzw. ASR 5 vorgeschriebenen Mindest-Volumenströme erreicht
sind. Somit werden die einzelnen Räume individuell geregelt. Der Druck im
Kanalnetz wird durch Drehzahlanpassung der Ventilatoren über FU´s konstant
gehalten. Der minimale erreichbare Luftstrom beträgt maximal ca. 25 % des
Nennvolumenstromes. Die Ventilatoren werden über Druckfühler im Kanalnetz
drehzahlgeregelt, woraus sich, bei abnehmenden Lasten bzw. Nichtbenutzung
ganzer Räume eine stark reduzierte Stromaufnahme erreichen läßt (P
el ~ n
3
). Deshalb
verringert sich der Energieaufwand für die Wärme- und Kälteerzeugung fast
proportional.
Bild 5.3-1: Einkanal-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 18 -
Bei der Dimensionierung des Zentralgerätes läßt sich häufig ein
Gleichzeitigkeitsfaktor (0,7...0,8) berücksichtigen (nicht alle Zonen benötigen ihren
maximalen Luftvolumenstrom zur gleichen Zeit), aufgrund dessen die Zentrale und
deren Komponenten dementsprechend kleiner ausgelegt werden kann. Allerdings
müssen die Kanäle trotzdem auf die maximale Last bemessen sein. Um bei
schwankenden Zuluft-Volumenströmen befriedigende Raumluftströmungen zu
erreichen, sind spezielle Luftdurchlässe erforderlich.
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 19 -
5.4 Zweikanal- Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom
Bei diesem Anlagentyp wird die Zuluft zentral aufbereitet und nach dem Zentralgerät
in einen Warm- und einen Kaltluftkanal aufgeteilt. Der Lufterwärmer erwärmt den
Warmluftkanal auf 22...40°C in Abhängigkeit zur Außentemperatur. Durch den Kühler
wird die Zuluft während der Heizperiode auf 15°C abgekühlt. Während der
Übergangsjahreszeit und der Sommermonate erhöht sich die Zulufttemperatur im
Kaltluftkanal bis auf ca. 22°C im Auslegungsfall (ca. 32°C) um den physiologischen
Anforderungen gerecht zu werden (Siehe auch DIN 1946 T.2). Um eine individuelle
Regelbarkeit zu gewährleisten werden die beiden Luftströme, über Mischkästen
entsprechend den Raumtemperatur-Sollwerten zusammengeführt.
Räume mit maximaler Kühllast erhalten nur Kaltluft, Räume mit maximaler Heizlast
nur Warmluft und die Räume mit Teilast eine Mischung von Warm- und Kaltluft. Aus
energetischer Sicht ist dieses System nicht akzeptabel und wird daher kaum noch
eingesetzt.
Abbildung 5.4-1: Zweikanal-Klimaanlage mit konst. Volumenstrom
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 20 -
5.5 Zweikanal-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom
Die Zweikanal-Klimaanlage arbeitet prinzipiell ähnlich wie das, unter 5.4
beschriebene System. Allerdings variiert der Volumenstrom im Kühlbetrieb. Der
Kaltluft-Volumenstrom besteht aus 100% Außenluft und wird das ganze Jahr auf ca.
15°C gehalten. Die Anpassung an die schwankenden Kühllasten erfolgt über den
variablen Volumenstrom. Erst wenn bei der Mindest-Außenluftrate nach DIN 1946
T.2 die Temperatur im Raum zu gering wird, öffnet der Warmluftregler und mischt
somit den erforderlichen Warmluftstrom bei. Der Vorteil besteht darin, daß durch die
Reduktion der Luftströme Energiekosten eingespart werden können. Um bei
schwankenden Zuluft-Volumenströmen befriedigende Raumluftströmungen zu
erreichen, sind wie bei dem unter 5.3 beschriebenen System, spezielle
Luftdurchlässe erforderlich.
Abbildung 5.5-1: Zweikanal-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 21 -
5.6 Induktionsanlagen
Induktionsanlagen sind im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Anlagen
dezentrale Systeme, die je nach Anforderung von Warm- bzw. Kaltwasser
durchflossen werden. In der Klimazentrale wird nur die Mindest-Außenluftrate
aufbereitet und den Induktionsgeräten zugeführt. Die Sekundärluft wird im gleichen
Raum ohne Kanalführung umgewälzt. Über einen geräteinternen Wärmetauscher
(Herstellerabhängig auch zwei Wärmetauscher) wird dann die jeweilige Last
abgeführt. Die Raumluftströmung wird durch die Induktionswirkung erreicht, welche
wiederum, von der über Düsen zuströmende Primärluft erzeugt wird. Die
Luftaustrittsgeschwindigkeit aus den Düsen beträgt 15...25 m/s. Aufgrund der
minimierten Luft-Volumenströme im Kanalnetz werden kleinere Kanäle, eine kleinere
RLT-Zentrale und wesentliche Einsparungen bei der Luftförderung erreicht.
Induktionsanlagen werden in der Regel unter den Fenstern angebracht sind, aber
auch für den Zwischendeckeneinbau geeignet. Um Zugluft zu vermeiden, sollten
Induktionsanlagen nicht für Raumgeometrien über 6 m dimensioniert werden.
Unterschieden werden sie grundsätzlich nach der Art der Temperatur-Regelung:
·
Induktionsgeräte mit Klappenregelung
Bei diesem System wird der wasserseitige Massenstrom durch den
Wärmetauscher konstant gehalten, die Lastanpassung erfolgt über
verstellbare Luftklappen, die den Sekundär-Volumenstrom (Umluft) variieren.
Abbildung 5.6-1: Induktionsgerät mit Klappenregelung
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 22 -
·
Induktionsgeräte mit Ventil-Regelung
Bei dieser Variante wird der Sekundär-Volumenstrom (Umluft) konstant
gehalten und die Lastanpassung erfolgt über wasserseitige Ventile, die den
Massenstrom des Heiz- bzw. Kühlwassers über den Wärmetauscher variieren.
Abbildung 5.6-2: Induktionsgerät mit Ventilregelung
Unabhängig von der Art der Regelung werden diese Geräte wasserseitig in drei
Anschlußvarianten unterteilt:
·
Zweirohr-System
(mit Umschaltung / Change-over-System)
Der sekundärseitige Wärmetauscher wird mit einer Vor- bzw. Rücklaufleitung
angeschlossen. Daraus resultierend kann alternativ nur geheizt oder gekühlt
werden. Problematisch gestaltet sich die Umschaltung vom Heiz- auf den
Kühlbetrieb da es unweigerlich zur Mischung und somit zu Energieverlusten
kommt. Um dies zu minimieren sollte in der Übergangsjahreszeit eine größere
Temperaturtoleranz in Kauf genommen werden, die verhindert, daß unnötig oft
vom Heiz- auf den Kühlbetrieb umgeschaltet wird. Ein weiterer Nachteil ist die
Trägheit des Wassersystems beim Umschalten, da diese Umschaltvorgänge
bis zu 30 min betragen können.
(ohne Umschaltung / Non-change-over-System)
Bei dieser Variante wird dem Sekundär-Wärmetauscher nur noch Kaltwasser
zugeführt. Geheizt wird ausschließlich über die zentral aufbereitete Primärluft,
die witterungsgeführt geregelt wird. Die raumweiße Temperaturregelung
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 23 -
erfolgt über ein wasserseitiges Ventil welches den Kaltwassermassenstrom
variiert.
Nachteilig sind die erhöhte Primärluftförderung im Heizbetrieb, die
notwendigerweise wärmegedämmten Kanäle und die erhöhten
Energieverluste. Vorteilhaft hingegen sind die weniger träge Anlagentechnik,
und die Vermeidung der Umschaltung.
Zweirohr-Systeme sind auch als VVS-Systeme erhältlich. Die
Düsenanordnung erfolgt in zwei Reihen, von denen eine die Versorgung der
Räume mir der Mindestluftmenge sicherstellt und die zweite zur Abdeckung
der Kühllast dient, wobei der Volumenstrom über Drosselklappen variiert wird.
·
Dreirohr-System
Diese Anschlußvariante soll nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden, da
sie zu erheblichen Energieverlusten führt. Jedes Induktionsgerät wird mit
einem Heizwasser- und einem Kaltwasservorlauf angeschlossen und verfügt
über einen gemeinsamen Rücklauf. Mit diesem System kann nur alternativ
geheizt oder gekühlt werden.
·
Vierrohr-System
Die Wärmetauscher werden mit getrennten Kreisläufen sowohl an das
Kaltwassernetz, sowie an das Warmwassernetz angeschlossen. Daher ist es
möglich, individuell zu heizen oder zu kühlen. Die Mischungsverluste des
Zweirohr-Systems entfallen. Allerdings ist die wasserseitige Anbindung der
Geräte wesentlich aufwendiger.
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 24 -
5.7 Kühldecken
(Paneel-Decken/Deckensegel/Konvektionsdecken)
Gekühltes oder erwärmtes Wasser zirkuliert durch ein Rohrregister, das fest mit
Paneelen verbunden ist. Die Paneele nehmen Wärme auf oder geben die Wärme ab.
Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen den Paneelen und den Raumflächen
erfolgt ein Wärmeaustausch durch Strahlung und Konvektion. Daher ist es möglich
bei Kühldeckenflächen, die allseitig angeströmt werden können (Kühlsegel), bis zu
40 % Mehrleistung gegenüber Flächenkühlsystemen, wie in 5.11 beschrieben zu
erreichen.
1
Allerdings müssen evtl. Behaglichkeitseinbußen aufgrund höherer
Raumluftgeschwindigkeiten hingenommen werden.
Diese Variante der Decken-Kühlsysteme kann in der oder als Zwischendecke
eingesetzt werden. So ist es möglich über die Kühldecken weitere Aufgabenfelder
abzudecken:
·
Akustikdecken
·
Integration von Leuchtmitteln bzw. Lichtlenkung und Reflexion
·
Architektonische
Stilmittel
Die notwendige aktive Deckenfläche wird meistens von der erforderlichen
Kühlleistung bestimmt. Die Heizlast kann von der für die Kühlung bestimmten Fläche
problemlos abgedeckt werden. In manchen Fällen wird deshalb nur ein Teil der
kühlaktiven Fläche zur Raumheizung umgeschaltet. Die Frage, ob eine Teilbelegung
der Decken für die Beheizung ausreicht, ist vom jeweiligen Projekt und der gewählten
Raumtiefe abhängig. Die vollflächige Belegung der Decke hat den Vorteil niedriger
Heizmitteltemperaturen. Bei sehr tiefen Räumen ist eine ganzflächige Heiz- bzw.
Kühldecke wegen des ungünstigen horizontalen Strahlungstemperaturverlaufes
weniger zu empfehlen. Mit einer fassadenorientierten Teilbelegung der Decke kann
im Heizfall das kalte Fenster besser kompensiert werden. Aus dieser Anordnung
ergibt sich eine günstige horizontale Strahlungstemperaturverteilung und eine
1
TAB 5/98 S.77...80
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 25 -
Unabhängigkeit von der Raumtiefe. Allerdings ist für diese Auslegung eine etwas
höhere Oberflächentemperatur erforderlich. Bei Einhaltung der Grenzwerte bietet
eine Teilbelegung günstige Voraussetzungen für einen Kombinationsbetrieb Heizen
an den Außenflächen und Kühlen in der Innenzone.
Nicht empfehlenswert für den Kombibetrieb von Heiz- und Kühldecken sind Gebäude
mit Fensterlüftung. Die einströmende Kaltluft ist nicht dosierbar, schichtet sich am
Fußboden und erwärmt sich nur langsam. Der nach DIN 1946 T.2 zulässige
Temperaturanstieg von 2K zwischen 0,1 und 1,1m über dem Fußboden ist nicht
sichergestellt. In Verbindung mit mechanischer Grundlüftung ist diese Gefahr nicht
gegeben.
1
Abbildung 5.7-1: Lindner / Deckensegel mit integrierter Leuchte
Abbildung 5.7-2: Zent-Frenger / Variocool Spectra 4
1
IKZ 19/98
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 26 -
5.8 Passive
Kühlkonvektoren
(Kühlbaffel/Konvektionsbalken)
Die passiven Kühlelemente können in der abgehängten Decke, wobei die Decke
dann als Kühldecke wirkt, oder freihängend montiert werden. Der Wärmetauscher
besteht meist aus Kupferrohren, die zum besseren Wärmeübergang, mit
Aluminiumlametten bestückt sind. Die Umwälzung der Raumluft erfolgt ausschließlich
über natürliche Konvektion. Zur Anpassung an die Kühllast werden die
Systemtemperaturen variiert oder Massenstromänderungen vorgenommen. Aufgrund
der minimierten Luft-Volumenströme im Kanalnetz werden wie bei den
Induktionsanlagen (Siehe 5.6) kleinere Kanäle, eine kleinere RLT-Zentrale und
wesentliche Einsparungen bei der Luftförderung erreicht.
Abbildung 5.8-1:Passiver Kühlkonvektor / Farex Flushline / Typ BCA
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 27 -
5.9 Aktive
Kühlkonvektoren
(Zuluftbaffel / Aktive Konvektionsbalken / Induktionsbaffel)
Die aktiven Kühlkonvektoren sind im Prinzip ähnlich den passiven Systemen
aufgebaut (Siehe 5.8), unterscheiden sich jedoch in der Art der Primärluftführung.
Diese wird über einen Anschluß am Konvektor über den Wärmetauscher
zwangsgeführt. Aufgrund dieses erhöhten Durchsatzes durch das Element lassen
sich höhere Kühlleistungen als bei den passiven Systemen realisieren. Nachteilig ist
sowohl beim aktiven als auch beim passiven Kühlkonvektor, daß der
Wärmeaustausch zum überwiegenden Teil konvektiv erfolgt, was bei großen
Kühllasten zu Zuglufterscheinungen beim Nutzer führen kann.
Abbildung 5.9-1: Aktiver Kühlkonvektor / Farex-Flushline / Typ BSA
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 28 -
5.10 Fan-Coil-Units
(Umluftgeräte / Ventilatorkonvektoren / Truhengeräte)
Die Funktionsweise der Ventilator-Konvektoren ist wiederum ähnlich den unter 5.8
beschriebenen passiven Kühlkonvektoren. Prinzipiell können diese Geräte in der
Zwischendecke oder auch unter den Fenstern angeordnet werden. Dezentral werden
kaltwasserdurchflossene Wärmetauscher angeordnet, über die Luft strömt. Um
jedoch höhere Kühlleistungen zu erreichen ist im Gerät ein Ventilator installiert, der
im Umluftbetrieb den Raum durchströmt. Somit ist es möglich eine individuelle
Raumtemperatur-Regelung zu realisieren mit sehr hohen Kühlleistungen. Der
Wärmeaustausch erfolgt überwiegend konvektiv, was wie bei den Systemen 5.8 und
5.9, bei hohen Kühlleistungen zu Zugluftproblemen im Aufenthaltsbereich führen
kann. Die Saugseite des Ventilators kann entweder über die Abluftkanäle
angeschlossen werden oder freiansaugend (Abluft über Schattenfugen oder
Durchlässe) ausgeführt sein. An den Geräten sind i.A. mehrere Anschlüsse für die
Zuluft vorgesehen, so daß je nach Anforderung auch Zonen gleicher Nutzung an
einem Ventilator-Konvektor zusammengefaßt werden können.
Abbildung 5.10-1: Carrier / ICM mit Schlitzauslässen
Abbildung 5.10-2: Daikin / Kassettendeckengerät / Typ FHC
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 29 -
5.11 Flächenkühlsysteme
Flächenkühlsysteme verstehen sich als Systeme, bei denen wasserführende Rohre
in die Wand bzw. Decke integriert sind. Die ideale Einbautiefe der Rohrregister richtet
sich nach dem dynamischen Verlauf der anfallenden Lasten und nach dem Aufbau
der aktiven Bauteile. Dicke, Dichte, Wärmeleitwert und Wärmespeicherkapazität der
einzelnen Schichten bestimmen das thermodynamische Verhalten des Bauteils.
Vorteilhaft an diesen Systemen ist die zugfreie Temperierung aufgrund des
minimalen konvektiven Anteiles. Flächenkühlsysteme müssen zwingend in
Verbindung mit RLT-Anlagen eingesetzt werden, um den hygienischen Mindest-
Außenluftvolumenstrom gewährleisten zu können. Daher lassen sich durch
Redimensionierung der Kanäle bzw. der RLT-Anlage und der Luftverteilung
erhebliche Einsparungen erzielen. Grundsätzlich muß unterschieden werden
zwischen zwei unterschiedlichen Varianten:
·
Oberflächen-Kühlsysteme
Bei diesen Flächensystemen werden die Rohre in den oberen Teil der
Decken- bzw. Wandkonstruktion eingelassen oder aber auch direkt in den
Putz integriert. Diese Rohre oder auch Kapillarmatten werden von Kaltwasser
durchströmt, das die Oberflächentemperaturen der Bauteile senkt. Somit
erfolgt ein direkter Wärmeaustausch mit dem Raum.
Abbildung 5.11-1: Oberflächen-Kühlsystem in Wandausführung
·
Betonkern-Kühlung
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 30 -
Der Aufbau dieses Systems gleicht dem der Oberflächen-Kühlsysteme,
allerdings werden die wasserführenden Rohre in den Beton eingelassen, was
zu einer wesentlich größeren Speicherfähigkeit und damit auch Trägheit führt.
Die Speichermassen werden nachts ,,geladen" und erst zu einem späteren
Zeitpunkt, wenn die Kühllast auch tatsächlich anfällt, abgeführt. Daraus ergibt
sich eine Verteilung der Kühlarbeit über einen längeren Zeitraum und damit
eine Verminderung der Spitzenlasten. Außerdem entweicht ein Teil der
tagsüber gespeicherten Wärme in den Abendstunden auf natürliche Weise.
Betonkern-Kühlung wird überwiegend im Trenndeckenbereich mehr-
geschossiger Gebäude eingesetzt. Bedingt durch Fußbodenaufbau,
Bodenbelag, eventuellen Doppelboden und Trittschalldämmung, erfolgt die
Wärmeübertragung hauptsächlich über die Decke. Aus diesem Grund dürfen
auch keine abgehängten Decken installiert werden, da diese als
Strahlungsschirm fungieren würden. Die Betonkern-Kühlung versteht sich als
sanftes Klimatisierungssystem, daß sich einen guten Wärmeschutz zunutze
macht. Wärmedämmung, flexibler Sonnenschutz und, wie bei den
Oberflächen-Kühlsystemen eine mechanische Primärluftanlage, sind
Voraussetzungen für das Funktionieren mit thermoaktiven Bauteilen.
Betonkern-Kühlung wird sinnvoll wenn es gilt, gedämpfte Spitzenbelastungen
kurzfristig zu speichern und als Durchschnittslasten zu einem späteren
Zeitpunkt konzentriert abzuführen.
Die Bauteilkühlung kann ebenso über die Zuluft realisiert werden. Hierbei
werden in Betondecke spezielle Kühlrohre aus gut wärmeleitenden Material
eingegossen. Um einen besseren Wärmeübergang zu erreichen, ist die innere
Oberfläche der Rohre berippt. Die Zuluft wird nun nicht unmittelbar in den
betreffenden Raum geleitet, sondern durchströmt zuerst die einbetonierten
Kühlrohre. Auf diesem Weg erwärmt sich die kalte Luft auf die Temperatur der
Quellluft. Der Wärmeentzug kühlt die Decke. Anschließend wird die Zuluft dem
jeweiligen Raum über Quellluftausläße zugeführt
1
.
1
CCI 4/99 & Intelligente Architektur 9/99
Diplomarbeit
Joachim Günther
Untersuchung von Klimatisierungskonzepten für
multifunktionale Großraumbüros
- 31 -
Für den Kühlbetrieb stehen verschiedenartige erneuerbare Quellen zur
Verfügung. So kann das Wasser temperiert werden, indem es mit Nachtluft in
Rückkühlern abgekühlt wird. Als weitere Kühlquellen kommen z.B.
Grundwasser, sowie erd- oder grundwasserberührende Bauteile in Frage.
Abbildung 5.11-2: Velta contec
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2000
- ISBN (eBook)
- 9783832442460
- Dateigröße
- 2.6 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Hochschule Offenburg – Versorgungstechnik / Technische Gebäudeausrüstung
- Erscheinungsdatum
- 2014 (April)
- Note
- 1,2
- Schlagworte
- lüftung klimatechnik wirtschaftlichkeit raumlufttechnik klimaanlagen
