HEIZUNG/LÜFTUNG/ELEKTRIZITÄT Energietechnik im Gebäude     BAU & ENERGIE

6.3 Kälteabgabe

Ausgewählte Firmen der Kälte- und Klimatechnik

6.1 Klimakältebedarf
6.2 Kälteerzeugung
6.3 Kälteabgabe
6.4 Kühlanlagen

Kälte an einen Raum abzugeben bedeutet, dass einem Kälteerzeuger oder einem Zwischenmedium Wärme von einem Raum zugeführt wird. Nach den Untersuchungen in Kapitel 6.1 ist der Kühlleistungsbedarf eines Raums bekannt. Damit kann die Kälteabgabe an den Raum ausgelegt werden.

6.3.1 Luft als Wärmeträger

6.3.1 Luft als Wärmeträger – 6.3.2 Wasser als Wärmeträger – 6.3.3 Kältemittel als Wärmeträger

Bei der Raumkühlung mit Luft sollte die Temperatur der Zuluft beim Luftdurchlass wegen des Risikos kalter Luftströmungen nicht unter 16 °C (Mischlüftung) bzw. 18 °C (Quelllüftung) liegen [SIA 382/1]. Damit wird der nötige Zuluftvolumenstrom bestimmt:

qv,ZUL   Zuluftvolumenstrom in m3/h
ΦC   Kühlleistungsbedarf in W
ρ·cp   volumetrische Wärmekapazität, etwa 0,32 Wh/m3K
θZUL   Zulufttemperatur in °C
θi   Raumlufttemperatur in °C
 

Sollte der für die Wärmeabführung benötigte Volumenstrom grösser sein als der hygienisch notwendige, ist auch zu überlegen, ob die Wärmelast reduziert werden kann oder eine zusätzliche Kälteabgabe zweckmässig ist.

6.3.2 Wasser als Wärmeträger

6.3.1 Luft als Wärmeträger – 6.3.2 Wasser als Wärmeträger – 6.3.3 Kältemittel als Wärmeträger

Umluftkühlung

Wenn eine Lufterneuerung nicht erforderlich ist (oder nicht im Vordergrund steht), können Umluftkühlgeräte ohne aufbereitete Zuluft eingesetzt werden. Ein Ventilator fördert die warme Raumluft durch einen Luft-Wasser-Wärmeübertrager. Dieser gibt die Wärme an ein Kaltwassernetz ab. Anschliessend wird die abgekühlte Luft wieder in den Raum ausgeblasen. Umluftkühlgeräte werden angewendet, wo besonders hohe interne Lasten vorhanden sind: Rechenzentren, Serverräume, Trafostationen, Industrie. Für Räume, in denen sich Personen aufhalten und die keine zu öffnenden Fenster haben, sind reine Umluftanlagen nicht möglich. Entweder muss dann eine Lüftungsanlage die Lufterneuerung übernehmen oder es ist ein Umluftgerät einzusetzen, das auch Zuluft zuführt oder sogar aufbereitet.

Kühlung über das Heizsystem

Zuweilen lassen sich ohnehin vorhandene Heizkörper oder Fussbodenheizungen sinnvoll einbinden, vor allem bei kleinerer Kühllast oder freier Kühlung (Bild 6.7). Die Untergrenze der Vorlauftemperatur wird durch die Taupunkttemperatur der Raumluft bestimmt.

Kühldecken

Kühldecken gleichen den Heizwänden, werden jedoch an der Decke oder in Deckennähe angebracht:

  • Die geschlossene Kühldecke ist ein grossflächiges Kühlelement, das an der Decke montiert oder abgehängt wird. Die Wärmeübertragung erfolgt mehrheitlich über Strahlung.
  • Eine offene Kühldecke besteht aus einzelnen abgehängten Elementen, so dass die Luft alle Seiten bestreichen kann. Damit ergibt sich eine grössere Kühlleistung. Die Wärmeübertragung erfolgt mehrheitlich über Konvektion.

Oft werden Leuchten und Luftdurchlässe in Kühldecken integriert. Kühldecken werden an eine Kaltwasseranlage mit einer Vorlauftemperatur von 16 bis 18 °C angeschlossen. Die aufgenommene Wärmeleistung liegt bei einseitiger Wärmeaufnahme bei etwa 10 W/m2 pro Kelvin mittlere Temperaturdifferenz Raumluft–Wasser. Die Untergrenze der Vorlauftemperatur wird durch die Taupunkttemperatur der Raumluft bestimmt.

Betonkern-Aktivierung

Siehe Kapitel 4.3

6.3.3 Kältemittel als Wärmeträger

6.3.1 Luft als Wärmeträger – 6.3.2 Wasser als Wärmeträger – 6.3.3 Kältemittel als Wärmeträger

Beim sogenannten Direktverdampfer wird das Kältemittel direkt zum Verbraucher geführt. Der Verdampfer und das Expansionsventil werden aus der Kältemaschine ausgelagert und bei der Nutzungseinrichtung eingebaut. Anstatt eines Kaltwassernetzes wird ein Kältemittelnetz benötigt. Beispielsweise kann ein Umluftkühler auch als Direktverdampfer ausgeführt werden. Bei gewerblichen Kälteanlagen wird oft in verschiedensten Verbrauchern je ein Verdampfer eingebaut:

  • Kühlobjekte mit 5 bis 10 °C: Kühlräume, Kühlmöbel (Pluskühlung)
  • Tiefkühlobjekte –5 bis –20 °C: Tiefkühlräume, Tiefkühlmöbel (Minuskühlung)

Der Vorteil dieser Systeme ist der Wegfall des Zwischenmediums Kaltwasser und damit des Wärmeübertragers Kältemittel–Kaltwasser. Die Kältemittelvorlaufleitung ist warm, sie braucht deshalb keine Wärmedämmung. Das Verfahren ist energieeffizient und kostensparend. Nachteilig ist die grosse Kältemittelmenge und die hohe Anforderung an die Dichtheit des Kältemittelnetzes.