Fenster im Bürogebäude

Kühllastberechnung: Kühlleistung richtig berechnen

Die Kühllastberechnung ist ein Verfahren, mit dem Planer und Handwerker die richtige Leistung von Kältegeräten ermitteln. Es folgt den Anforderungen der VDI 2078 „Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen (Auslegung Kühllast und Jahressimulation)“ und lässt sich am besten mit einem Computerprogramm umsetzen. Anhand von Daumenwerten und einfachen Formblättern können Experten und Anlagenbetreiber aber auch überschlägig die Kälteleistung berechnen. Warum sich das nicht immer lohnt, erklären wir in den folgenden Abschnitten.

Die Themen im Überblick

Kälteleistung berechnen: Die Grundlagen im Überblick

Geht es um die Installation klimatechnischer Anlagen, müssen diese bestimmte Anforderungen erfüllen. So soll ein Lüftungs- oder Klimagerät zum Beispiel sicherstellen, dass die Temperaturen eines Raumes, eines Gebäudes oder einer Anlage einen Grenzwert nicht überschreiten. Um den Kältebedarf in Bürogebäuden oder anderen Bereichen ermitteln zu können, ist eine Kühllastberechnung durchzuführen. Das Verfahren folgt dabei den Anforderungen der VDI 2078 „Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen (Auslegung Kühllast und Jahressimulation)“, die seit 2015 im Weißdruck erhältlich ist.

Ermittlung innerer und äußerer Wärmelasten von Räumen und Gebäuden

Im Grunde geht es bei der Kühllastberechnung darum, innere und äußere Wärmeeinträge zusammenzustellen. Denn nur so lässt sich ermitteln, wie hoch der Kühlbedarf im Einfamilienhaus, im Bürogebäude oder in einer Industrieanlage ist. Zu den inneren Lasten zählen dabei:

  • Personen (QP)
  • Einrichtungen (Computer, Bildschirme und andere elektrische Geräte) (QE)
  • Beleuchtung (QB)
  • Motore von Maschinen (QM)
  • Technische Prozesse (QC)
  • Transportierte Güter (QG)
  • Nachbarräume (QR)

Während innere Lasten sehr stark von der Nutzung der entsprechenden Bereiche abhängen, beeinflussen Ausrichtung und Architektur von Gebäuden die äußeren Lasten. Denn zu diesen gehören Wärmeeinträge durch:

  • Wände, Böden, Dächer und Türen (QW)
  • Fenster (Transmission und Strahlung) (QF)
  • Undichtigkeiten in der Gebäudehülle (QFl)

Zusammenfassend lässt sich zum Kältebedarf berechnen folgende Formel verwenden:

  • Trockene Kühllast berechnen (QKtr) = (QP + QE + QB + QM + QC + QG + QR) + (QW + QF + QFl)

Sensible und latente Wärme: Was ist der Unterschied?

Neben der trockenen Kühllast sind bei der Kühllastberechnung auch latente Lasten zu berechnen. Dabei handelt es sich um Wärmeeinträge, die erst bei der Änderung des Aggregatzustands von Stoffen spürbar sind.

Ein Beispiel: Personen strahlen Wärme an die Umgebung ab. Sie stoßen aber auch Wasserdampf aus, der sich in der Luft ansammelt. Bei der Kühlung kondensiert der Wasserdampf und gibt die enthaltene Wärme an den Raum ab. Die Kühltechnik muss mehr leisten, um die latente Kühllast ebenfalls abdecken zu können. Wenn Experten die benötigte Kälteleistung berechnen, berücksichtigen sie daher immer beides: Die trockene und die latente Kühllast.

Die operative Temperatur bei der Kühllastberechnung

Wie stark sich ein Raum aufheizen darf, lässt sich unter anderem an der Raumtemperatur messen. Diese ist jedoch unterschiedlich darstellbar. So gibt es auf der einen Seite die Raumlufttemperatur. Diese lässt sich tatsächlich in der Raumluft messen. Zum anderen gibt es aber auch die operative oder gefühlte Temperatur. Diese ergibt sich aus der Raumlufttemperatur und der Temperatur der Umschließungsflächen.

Ein Beispiel verdeutlicht den Unterschied: Ist die Luft im Raum kalt, obwohl die Wände sehr warm sind, empfinden Personen die Temperatur höher. Bei hoher Lufttemperatur und niedrigen Oberflächentemperaturen von Wänden, Decken und Böden stellt sich hingegen ein unbehagliches Gefühl ein.

Kältebedarfsberechnung: Mit Programmen oder von Hand?

Wer den Kältebedarf ermitteln möchte, muss verschiedenste Einflussfaktoren berücksichtigen. Während innere Lasten oftmals gleichmäßig und planbar sind, ist das bei äußeren Lasten anders. Denn diese hängen von der Sonne ab und treten sehr schwankend auf. Wie hoch der Kältebedarf eines Bürogebäudes ist, hängt also nicht nur von der Anzahl an PCs und Mitarbeitern ab. Er wird maßgeblich von der solaren Einstrahlung bestimmt – und diese verändert sich im Laufe eines Jahres immer wieder.

Der Punkt, an dem die maximale Kühllast erforderlich ist, lässt sich dabei nur ermitteln, wenn Experten zu verschiedenen Zeiten im Jahr die Kälteleistung berechnen. Da das von Hand sehr aufwendig ist, kommen überwiegend Computerprogramme zum Einsatz. Denn diese führen viele Rechenschritte in kürzester Zeit durch und geben zuverlässige Ergebnisse aus.

Etwas einfacher ist das bei der Berechnung des Kältebedarfs von Kühlräumen. Hier spielen hauptsächlich Wärmeeinträge durch eingelagerte Waren und Wände eine wichtige Rolle. Befinden sich die Räume in einem Gebäude, sind die äußeren Einflussfaktoren ganzjährig relativ konstant.

Überschlägige Kühllastberechnung liefert schnell Ergebnisse

Die Kältebedarfsberechnung mit einem Programm ist zeitaufwendig. Außerdem setzt sie genaue Kenntnisse über die zu kühlenden Räume oder Prozesse voraus, die Planern nicht immer zur Verfügung stehen. Sie entscheiden sich dann für eine einfachere Berechnung auf Basis von Formblättern und Richtwerten. Der Rechengang läuft dabei in der Regel wie folgt ab:

  1. Wände, Decken, Böden und Fenster ausmessen und eintragen
  2. Wärmeeinträge durch die Bauteile für einen Zeitpunkt ermitteln
  3. Innere lasten Zusammenstellen (Personen, Beleuchtung, Maschinen, etc.)
  4. Ermittelte Lasten zusammenrechnen und den Kühlbedarf berechnen

Details zur Konstruktion und zu den Nutzungsdaten lassen sich dabei kaum berücksichtigen. Das hat zur Folge, dass die Ergebnisse häufig höher sind, wenn Planer oder Handwerker auf diese Weise den Kältebedarf berechnen.

Vorteile eine detaillierten Kühllastberechnung nach VDI 2078

Bei einer detaillierten und computergestützten Kühllastberechnung lassen sich die wichtigsten Gebäude- und Nutzungsdaten bestmöglich berücksichtigen. Dazu zählen zum Beispiel Fenster-Konstruktionen.

Ein Beispiel: Sitzen die Gläser tief in der Wand oder unter Balkonbrüstungen, sorgt das bei der hochstehenden Sonne im Sommer für viel Schatten. Der Wärmeeintrag ist geringer und die Kühltechnik lässt sich kleiner auslegen. Das führt wiederum zu geringeren Kosten bei der Anschaffung und im Betrieb. Ersteres, da die Leistung der Kältemaschinen kleiner ist und Zweiteres, da die Anlagen effizienter arbeiten. Sie laufen seltener im unteren Teillastbereich und verbrauchen dadurch weniger Energie.

Kühllast reduzieren und Kosten sparen

In vielen Fällen helfen schon einfache Tipps dabei, den Kältebedarf von Bürogebäuden, Einfamilienhäusern oder anderen Anlagen zu reduzieren. Welche das sind, zeigt ein Blick auf die Einflussfaktoren der Kühllastberechnung. In Bezug auf die inneren Lasten sind dabei vor allem Einrichtungen, Beleuchtung und transportierte Güter zu nennen. Energiesparende Computer, Laptops oder Bildschirme geben weniger Wärme ab. Das Gleiche trifft auf andere elektronische Geräte zu, die für einen geringen Kältebedarf möglichst sparsam arbeiten sollten.

Ähnlich verhält es sich im Bereich der Beleuchtung: Wer hier auf sparsame Technologien setzt, sorgt bei der Kühllastberechnung für kleinere Ergebnisse. Die Anlagentechnik lässt sich kleiner auslegen und arbeitet sparsamer. Beides spart bares Geld.

Ein Tipp für Gewerbebetriebe: Laufen häufig warme Güter durch klimatisierte Bereiche, hilft unter Umständen eine Wärmedämmung in Form von Hauben oder ähnlichen. Denn das reduziert den Wärmeeintrag und damit auch den Kältebedarf der Anlage.

Markisen am Bürogebäude

Geht es um äußere Lasten, sorgen vor allem Verschattungseinrichtungen (im besten Falle außenliegend) und wärmegedämmte Hüllflächen für eine niedrige Kühllast. Denn beides sorgt dafür, dass der Wärmeeintrag im Sommer sinkt.