KOMFORTKÜHLUNG

Swegon Klimasysteme mit Wasserkühlung 2004
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KOMFORTKÜHLUNG

KOMFORTKÜHLUNG

KOMFORTKÜHLUNG

Der Wärmeüberschuss, der vom Gebäude abtransportiert werden muss, um die Raumtemperatur niedriger als eine vorher festgelegte höchstzulässige Temperatur zu halten, wird Kühlbedarf genannt. Die Klimasysteme, die für eine aktive Kühlung von Gebäuden Anwendung finden, können allgemein in drei Typen eingeteilt werden.

Systeme mit Luftkühlung
Systeme mit Wasserkühlung
Kombinierte Systeme (Kälte wird sowohl mit der Luft als auch mit dem Wasser zugeführt).

Es ist wichtig, zwischen dem sensiblen Kühlleistungsbedarf und der Gesamtkühlleistung einschl. latenter Kühlung zu unterscheiden. Die sensible Kühlleistung bezieht sich auf die Leistung als Temperaturunterschied zwischen der gewünschten Temperatur und der Temperatur, die man ohne Komfortkühlung haben würde. Die Gesamtkühlleistung soll ebenfalls den latenten Kühlbedarf einschließen, der Kondensationskühlung enthält. Hiermit ist die Enthalpiedifferenz gemeint, die erreicht werden muss, so dass die Zuluft in der Kühlbatterie des Lüftungsaggregates entfeuchtet wird, siehe Abbildung 16. Schließt man den latenten Kühlbedarf ein, steigt im Allgemeinen der gesamte ausgelegte Kühlbedarf mit über 100 %.

System mit Luftkühlung

In diesen Systemen wird die ausgelegte Luftmenge vom Kühlbedarf bestimmt. Es wurden somit die thermischen Anforderungen und nicht die Anforderungen an die Luftqualität ausgelegt.
In vorhandenen Gebäuden ist der Austausch des Kanalsystems normalerweise sowohl schwierig als auch teuer. Können nicht ausreichend große Luftmengen zur Deckung des Kühlbedarfs in den befindlichen Kanälen transportiert werden, installiert man beim Umbau normalerweise Klimasysteme mit Wasserkühlung. Das Kühlsystem muss die Variationen im Kühlbedarf, sowohl während des Tages als auch Jahres bewältigen können. Die zwei Grundtypen von System mit Luftkühlung sind einerseits Konstantdurchflusssysteme und andererseits Systeme mit variabler Menge (Kombinationen dieser beiden Methoden kommen ebenfalls vor).

Systeme mit konstanter Luftmenge – CAV-Systeme

Die CAV-Systeme (Constant Air Volume) werden dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmenge konstant ist. Die Räume mit dem größten Kühlbedarf bestimmen normalerweise die Auslegung der Zulufttemperatur, die im zentralen Luftbehandlungsaggregat bereitet wird. In den übrigen Räumen kann die Luft nachgewärmt werden.

Auch wenn ein CAV-System Luft mit einer konstanten Menge zuführt, werden für die Ventilatoren manchmal Motoren mit Zweistufengeschwindigkeit benutzt, wo man die Drehzahl nach unten reguliert, wenn dies der Kühlbedarf im Gebäude zulässt. Die Luftmenge sinkt in diesem Fall proportional genauso viel wie die Drehzahl.

Die Zulufttemperatur in einem CAV-System kann konstant sein oder variieren. Wo die Temperatursteuerung zentral oder mit einer konstanten Zulufttemperatur erfolgt, wird während des Winters eine Korrektur für den Erhalt der richtigen Raumtemperatur in den einzelnen Räumen, z. B. mit Heizkörpern, vorgenommen.

Abbildung 16. Die Summe der latenten und sensiblen Kühlleistung gibt die auszulegende Kühlleistung.

Abbildung 17. Prinzip für CAV-Systeme.

System mit variabler Luftmenge – VAV-System

In den sog. VAV-Systemen (Variable Air Volume) variiert die Luftmenge, die jedem Raum nach Bedarf zugeführt wird, aber die Temperatur der Zuluft wird konstant gehalten, d.h. die Zulufttemperatur wird nicht geändert, aber die Luftmenge. Dagegen erfolgt normalerweise eine Jahreszeitsteuerung der Zulufttemperatur als Funktion der Außentemperatur.

Die Luftmenge zu jedem Raum wird mit einer Klappe in Form eines Terminalgeräts im direkten Anschluss zum Raum reguliert, während zentrale Zu- und Abluftventilatoren mit Hilfe von Führungsschienenregulierung oder drehzahlgesteuerten Ventilatormotoren, die normalerweise frequenzgesteuert sind, kontrolliert werden.
Die Steuerung erfolgt normalerweise so, dass in einem der am weitesten entfernten Abzweigkanäle ein konstanter statischer Druck aufrechterhalten wird. Die Menge variiert vom max. Wert am wärmsten Tag bis zu 20 % des max. Wertes an den kältesten Tagen des Jahres, da die Luft nur die Aufgabe hat, die Anforderungen an die Luftqualität zu erfüllen.

Systeme mit Wasserkühlung

Diese Typen von System versorgen die einzelnen Räume mit Wasserkühlung. Das vorhandene Lüftungssystem wird nur angewendet, um die Forderungen an die Luftqualität zu erfüllen.

In einer Umbau- oder Renovierungssituation wird häufig dieser Typ von Kühlsystem vorgezogen. Bei der Installation des Systems ist normalerweise Platz in befindlichen Zwischendecken für die Anordnung der Rohre, die für die Distribution von kaltem Wasser im Gebäude erforderlich sind, vorhanden.

Kombinierte Systeme

Luft- und Wasserkühlung können auf viele verschiedene Weisen kombiniert werden. Es ist notwendig, die Systeme zu kombinieren, wenn das System mit Luftkühlung nicht genügend Kühlkapazität hat.

Es gibt ebenfalls Möglichkeiten, Systeme mit Luftkühlung auf eine solche Art und Weise zu kombinieren, so dass man für gewisse Teile eines Gebäudes oder für gewisse Räume VAV-Systeme benutzt (indem man sog. VAV-Einheiten nutzt, wo die Luftmenge gesteuert werden kann), um in sonstigen Teilen des Gebäudes ein CAV-System zu haben.

Abbildung 18. Prinzip für VAV-Systeme.

Abbildung 19. Prinzip für Wasserkühlung.

Konventionelle elektrisch betriebene Kompressorkühlung

Die Erzeugung von Kühlung mit einer Kompressorkühlmaschine ist die klassische“ Art und Weise der Produktion von Kälte. Wenn Maschinenkühlung für Komfortzwecke diskutiert wird, meint man normalerweise diese Art der Kühlung.

Mit einer kompressorbetriebenen Kühlmaschine hat man eine große Flexibilität, wenn es um die Art und Weise geht, dem Gebäude Kälte zuzuführen. Wie früher bereits erwähnt, ist es möglich, Kälte von der Kühlmaschine entweder an die Kühlbatterie in einem Luftbehandlungsaggregat oder an die Kühlausrüstung, die direkt in den Räumen angeordnet ist, beispielsweise Kühlbaffeln oder Ventilatorkonvektoren, zu liefern.

Evaporative Kühlung

Bei evaporativer Kühlung der Luft wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Temperatur der Luft gesenkt wird, indem die Luft mit Hilfe der Wasserverdunstung von einem Düsenstock der von der Luft passiert wird, befeuchtet wird. Kühlung ist möglich, so lange die Luft nicht mit Wasserdampf gesättigt ist. Die niedrigste Temperatur, die die Luft mit diesem Typ von Kühlung erreichen kann, ist von der Feuchtkugeltemperatur begrenzt, was auch manchmal die Kühlungsgrenze der Luft genannt wird.

Mit direkter evaporativer Kühlung ist ein Prozess gemeint, bei dem die Zuluft befeuchtet und die Temperatur gesenkt wird. Gleichzeitig steigt der Feuchtigkeitsgehalt der Zuluft. Mit indirekter evaporativer Kühlung erfolgt eine Befeuchtung der Abluft, wodurch die Ablufttemperatur gesenkt wird. Danach erfolgt ein Wärmeaustausch (nicht feuchtigkeitsübertragend) zwischen Ab- und Zuluft, bei dem die Wärme aus der Zuluft auf die Abluft überführt werden kann.

Die Möglichkeit zu kühlen, wird in hohem Ausmaß vom aktuellen Zustand der Außenluft bestimmt. Je mehr Feuchtigkeit (je höherer Wert des t_nass) diese enthält, desto schlechter ist die Kühlfähigkeit. Man meint deshalb, dass die Methode eine begrenzte Anwendung in Büros und anderen kommerziellen Räumen hat.

Sorptive Kühlung

Um die Zulufttemperatur so weit wie möglich senken zu können, ist es von Vorteil, die denkbar trockenste Luft zu haben, wenn die Befeuchtung in Gang gesetzt wird. Im sorptiven Kühlprozess wird die Befeuchtung vom evaporativen Prozess mit einer Trocknung der Zuluft komplettiert, ehe diese befeuchtet wird, siehe Abbildung 22.

Ein Sorptionskühlaggregat besteht also aus einem Entfeuchtungsteil, der die Luft trocknet, und einem Teil, der die Luft kühlt (der evaporative Teil). Die Zuluft wird mit einem Feuchtigkeit aufnehmenden Rotor entfeuchtet. Auf der Abluftseite wird das aufgenommene Wasser aus dem Rotor getrieben. Hierbei wird Wärme verbraucht. Somit muss einem sorptiven Kühlaggregat auch Wärme zugeführt werden.

Abbildung 20. Prinzip für direkte evaporative Kühlung.

Abbildung 21. Prinzip für indirekte evaporative Kühlung.

Abbildung 22. Prinzip für sorptive Kühlung.

Fernkühlung

Es kommt immer häufiger vor, dass Energieunternehmen ihren Kunden sog. Fernkühlung anbieten. Abhängig von den Voraussetzungen des einzelnen Energieunternehmens bezüglich Produktionsmöglichkeiten und Gestaltung sowie Dichte der Kundennetzes, wird Kälte in verschiedenen Orten auf verschiedene Art und Weise produziert und vertrieben. Produktionseinheiten können in einem Fernkühlsystem aus allem, von sog. Freikühlung“ (z. B. kaltes Seewasser, das direkt für Kühlzwecke ausgenutzt werden kann), Kompressorkühlmaschinen bis zu Absorptionskühlmaschinen bestehen.

Es ist ziemlich üblich, die Kühlung von befindlichen Wärmepumpen, die bereits Anwendung finden, um Wärme an das Fernheizungsnetz zu liefern, zu nutzen. An ein Fernkühlungsnetz war es früher am üblichsten, Kunden mit einem relativ hohen Kühlbedarf anzuschließen. Es kommt doch auch immer häufiger vor, dass auch einzelne Grundstücksobjekte die Möglichkeit erhalten, sich anzuschließen.

An den Kunden wird kaltes Wasser“ in einer Subzentrale geliefert, im Prinzip auf die gleiche Art und Weise wie in einer Abonnentenzentrale für Fernheizung. Von dort aus wird dann Sekundärwasser an das oder die Gebäude verteilt, die gem. Abbildung 23 gekühlt werden sollen.

Auf die gleiche Art und Weise wie für die Fernheizung ist es wichtig, die Voraussetzungen zu kennen, die vom Lieferanten von Fernkühlung aufgestellt werden. Es kommt häufig vor, dass der Lieferant folgende Anforderungen stellt:

Temperaturen: z. B. t_Vorlauf - t_Rücklauf = 6-16 oder 7-17, d.h. Dt = 10 K.
Durchflusstaxe: steigt in den Fällen, in denen die Temperaturdifferenz im Verhältnis zur vereinbarten Temperaturdifferenz geringer wird.

Freikühlung

Für Kühlsysteme mit Wasserkühlung besteht die Möglichkeit, sog. Freikühlung auszunutzen. Hier muss irgendeine Form von Wärmetauscher zur Außenluft installiert werden. Dies erfolgt häufig integriert in Komfortkühlaggregaten, siehe Abbildung 24. Ein Wärmetauscher wird zwischen Kühlmedien- und Kühlträgerkreisen geschaltet.

Im Zusammenhang damit, dass bei der Anwendung von Wasserkühlung Freikühlung ausgenutzt wird, kommt es häufig vor, dass man bei einer vorherbestimmten Außentemperatur das gesamte Wasser durch Außenluft kühlen lässt. Bei Temperaturen, die niedriger als diese Temperatur sind, wird somit keine Kühlmaschine betrieben. Die Außentemperatur, bei welcher die Umschaltung erfolgt, liegt normalerweise bei 10 °C.

Abbildung 23. Prinzip für Fernkühlung.

Abbildung 24. Kühlmaschine mit sog. Freikühlfunktion. 1. Kondensor 2. VVX für Kühlträger 3. Außenluft 4. Kühlträger, Rücklauf 5. Kühlträger, Vorlauf 6. Verdampfer 7. Kompressor