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Lufttemperatur

Klimaanlagen und Lüftungsanlagen werden genutzt, um das Raumklima zu beeinflussen. Die Faktoren Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit und Lärmpegel spielen dabei eine große Rolle.
Eine für den Menschen behagliche Raumtemperatur hängt in erster Linie von der Wärmeabgabe des Körpers ab. Die von einer Person empfundene Raumtemperatur wird als operative Temperatur bezeichnet. Die operative Temperatur ist der Mittelwert aus der Lufttemperatur und der Strahlungstemperatur. Für die operative Temperatur werden je nach Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Aktivität und Bekleidung verschiedene Richtwerte empfohlen.

Eine für den Menschen zuträgliche Luftfeuchtigkeit (auch Luftfeuchte) liegt über 15 bis 20 Prozent relative Luftfeuchtigkeit (Kurzzeichen: rF), solange der Wassergehalt nicht über 12 Gramm pro Kilogramm liegt. Bei einer niedrigeren Luftfeuchtigkeit können beim Menschen Trockenheit und Reizung der Augen und Luftwege auftreten und bei einem zu hohen Wassergehalt empfindet der bekleidete die Raumluft als schwül. Bei Temperaturen über 0 Grad Celsius begünstigt eine Luftfeuche über 80 Prozent rF das mikrobielle Wachstum. Bauphysikalische Anforderungen können allerdings eine abweichende Luftfeuchtigkeit verlangen, beispielsweise um Schimmelbildung vorzubeugen.
Die Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich (auch maximale mittlere Luftgeschwindigkeit genannt) hat maßgeblichen Einfluss auf das Zugluftrisiko, dass den Prozentsatz der jeweilig unzufriedenen Personen beschreibt. Die Luftgeschwindigkeiten sind abhängig von der operativen Temperatur und dem Turbulenzgrad. Die Geschwindigkeiten liegen üblicherweise zwischen 0,1 und 0,2 Metern pro Sekunde. Oberhalb einer operativen Raumtemperatur von 25 Grad Celsius werden auch höhere Luftgeschwindigkeiten von bis zu 0,9 Meter in der Sekunde als angenehm empfunden.
Mit der Luftabführung und der Luftzufuhr in einen Raum ist in der Klimatechnik und der Lüftungstechnik immer ein gewisser Lärmpegel verbunden. Ob dieser Lärmpegel der Klimaanlagen bzw. Lüftungsanlagen als störend empfunden wird, hängt hauptsächlich von der Nutzung des jeweiligen Raums ab, allerdings sollten bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden.

Energieverbrauch von Klimageräten

Der Anwendungsbereich der so genannten Energieverbrauchskennzeichnungsverordnung (Abkürzung: EnVKV) wurde durch die Verordnung vom Jahre 2002 erweitert und spätestens seit Juli 2003 müssen auch Raumklimageräte (auch Klimageräte, Klimaanlagen oder Raumklimaanlagen genannt) von den Produzenten mit einer Energieverbrauchskennzeichnung versehen werden.

Wie diese Kennzeichnung für Klimageräte, die Auskunft über den Energieverbrauch gibt, beschaffen sein muss, wird in der europäischen Richtlinie zur Energieetikettierung für Raumklimageräte geregelt. Die Richtlinie zur Energieetikettierung für Raumklimageräte gibt ebenfalls Auskunft darüber, welches Verfahren bei der Verbrauchsmessung von Raumklimageräten anzuwenden ist. Diese für Klimageräte relevante Richtlinie wird in den meisten Mitgliedsländern der EU, wegen eines entsprechenden Verweises in der Verordnung, in nationales Recht umgesetzt.
Die Richtlinie legt zudem fest, dass die für die Energieverbrauchskennzeichnung nötigen Angaben zum Energieverbrauch ausschließlich durch Messungen ermittelt werden dürfen. Für diese Messungen an den Klimaanlagen sind die im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften veröffentlichten Normen zu beachten, weshalb die Anwendung sonstiger Messnormen nicht zulässig ist.
Solange eine harmonisierte und veröffentlichte Messnorm für Raumklimaanlagen noch nicht vorliegt, gibt es auch keine Verpflichtung der Produzenten oder des Handels, die Klimageräte zu kennzeichnen. Dies ändert sich natürlich, wenn die Europäische Kommission eine harmonisierte Norm veröffentlicht, doch bevor nicht eine Messnorm durch nationale Normen in der BRD umgesetzt wird, kann auch die Verpflichtung zur Energieverbrauchskennzeichnung von Klimageräten in Deutschland nicht durchgesetzt werden.

Lecksuche an Kälteanlagen

Ein Leck (auch Leckage genannt) kann zum Ausfall eines gesamten technischen Systems führen, weswegen der Erfolg einer Lecksuche (auch Dichtheitsprüfung genannt) oft von großer Wichtigkeit ist. Bei der Lecksuche an Kälteanlagen werden vielfach schaumbildende oder blasenbildende Flüssigkeiten eingesetzt. Des Weiteren werden in der Industrie kalibrierte, elektronische Lecksuchgeräte verwendet, um undichte Stellen in Leitungssystemen und an Maschinen zu finden. Ein Maß für die Größe eines Lecks in Kälteanlagen und anderen technischen Prozessen ist die so genannte Leckrate.

Bei der Lecksuche an Kälteanlagen kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, wobei die Randbedingungen für die Genauigkeit dieser Methoden eine entscheidende Rolle spielen. Optimale Bedingungen für eine Dichtheitsprüfung sind ein optimaler Betrachtungsabstand, eine blendfreie, seitliche Beleuchtung sowie die Möglichkeit, den Prüfling unter Überdruck in saubere Prüfflüssigkeit zu tauchen. Werden diese Aspekte beachtet, sind die möglichen Resultate wesentlich genauer, als beispielsweise mit einem Lecksuch-Spray auf einer Baustelle im Freien. Allerdings gestaltet sich die Dichtheitsprüfung bei Kälteanlagen auch unter optimalen Bedingungen als schwierig, da die Blasen bei einer geringen Leckrate nur sehr langsam aufsteigen und auch die Schaumbildung verzögert wird. Im praktischen Einsatz sollte also eine Feinlecksuche mit einem kalibrierten, elektronischen Lecksuchgerät, nach Möglichkeit, nicht durch die Lecksuche mit schaumbildenden oder blasenbildenden Flüssigkeiten (z.B. ein Lecksuch-Spray) ersetzt werden. Es ist allerdings durchaus sinnvoll, die Dichtheitsprüfung mit diesen Flüssigkeiten zu nutzen, um möglichst viele Leckagen zu finden und zu beseitigen, bevor Kältemittel in die Anlage eingefüllt und die Feinlecksuche mit einem Messgerät gestartet wird.

Kältemittelgemische

Es werden verschieden Arten von Kältemittelgemischen für Kälteanlagen unterschieden und zwar zeotrope, azeotrope und nahe azeotrope Kältemittelgemische. Während der Verdampfung der zeotropen (oder auch nicht azeotrope) Kältemittelgemische steigt die Temperatur an und im Gleichgewichtszustand haben der entstandene Dampf und die Flüssigkeit eine unterschiedliche Zusammensetzung.

Azeotrope Kältemittelgemische verhalten sich, physikalisch gesehen, wie ein Reinstoff und die Siedetemperatur ändert sich während der Verdampfung des Gemischs nicht. Im Gegensatz zu den zeotropen Kältemittelgemischen, verfügen die Flüssigphase und die Gasphase bei der azeotropen Temperatur über die gleiche Zusammensetzung. Nahe azeotrope Kältemittelgemische sind gemäß der Definition zeotrop, ihr Temperaturgleit ist jedoch relativ klein. Beide Gemischen unterscheiden sich bei der Verwendung kaum von Reinstoffen.
Bei zeotropen Kältemittelgemischen kommt es dagegen schnell zu einer Konzentrationsverschiebung zwischen den einzelnen Komponenten, wenn das Gemisch nicht sachgerecht gehandhabt wird. Diese Konzentrationsverschiebung beeinflusst die Eigenschaften des Kältemittels, weshalb bei der der Verwendung dieser Kältemittel bestimmte Regeln eingehalten werden müssen.

Dezentrale Klimaanlage

Im Gegensatz zu zentralen Klimaanlage werden bei dezentralen Klimaanlagen (Klimageräte) die nötigen Luftbehandlungen direkt im jeweiligen Raum ausgeführt und nicht von einer zentralen Stelle aus. Dezentrale Klimaanlagen haben hauptsächlich die gleichen Aufgabengebiete, wie zentrale Klimaanlagen. Dazu gehören Temperierung der Luft, Luftförderung und Luftfilterung.

Bei dieser Art von Klimaanlagen wird über die Fassade des Gebäudes die benötigte Luft für jeden Raum einzeln angesaugt und in das Innere des Gebäudes transportiert. Auch die Abluft der Räume (Raumabluft) wird für jeden Raum einzeln über die Fassade ins Freie geleitet. Auf diese Weise ermöglichen dezentrale Klimageräte ein individuelles Konzept zur flexiblen Raumnutzung und Kostenabrechnung.
Wie bei den zentralen Klimaanlagen lassen sich die dezentrale Klimaanlagen ebenfalls nach Luft-Wasser-Anlagen und Nur-Luft-Anlagen unterscheiden, wobei sich bei den dezentralen Klimaanlagen die Nur-Luft-Anlagen normalerweise auf relativ kleine Räume beschränken.
Dezentrale Klimageräte werden in den meisten Fällen unter Flur oder in die Brüstung eingebaut, was zentrale Luftverteilungen im Gebäude verringert. So ist es auch möglich einen Teil der Technik im Keller oder auf dem Dach unterzubringen. Es ist bei der Verwendung von dezentralen Klimaanlagen allerdings zu beachten, dass Räume im Gebäudekern nicht klimatisiert werden können, das Gleiche gilt für Räume in Untergeschossen.

Heutzutage werden statt dezentralen Klimaanlagen immer häufiger hybriden Ausführungen verbaut, bei denen die Raumabluft im Gebäude zusammengefasst und über ein zentrales Abluftgerät auf dem Dach abgeführt wird. Das Ansaugen der Außenluft für die einzelnen Räume erfolgt aber immer noch über die Fassade.
Die hybriden Ausführungen werden vermehrt eingesetzt, um die mögliche Brandübertragung und Rauchübertragung über die Fassade einzuschränken.

Außenluft
Die Außenluft ist eine der grundlegenden Luftarten in der Lüftungstechnik und Klimatechnik. Die Außenluft ist die Luft, die an der Außenseite des Gebäudes vorkommt und aus der Umgebung angesaugt wird. Die Außenluft allerdings nicht mit Frischluft verwechselt werden, die eine andere Luftart in der Lüftungstechnik und Klimatechnik darstellt.

In der Lüftungstechnik und Klimatechnik werden in erster Linie zwei Maßnahmen angewandt, um weniger belastete Außenluft zu erhalten beziehungsweise die angesaugt Luft zu säubern. Maßgeblich für die Qualität der Außenluft ist als erstes die Wahl des Ansaugorts am jeweiligen Gebäude, an dem die Außenluft am wenigsten durch Abgase und ähnliche Faktoren belastet ist. Reicht diese Maßnahme nicht aus, so kann die zur Verfügung stehende Außenluft auch noch zusätzlich mit Luftfiltern gereinigt werden.
Da zur Zeit überwiegend keine nationalen oder europäischen Festlegungen über die Klassifizierung der Außenluft existieren, erfolgt die Unterscheidung auf Grundlage der Weltgesundheitsorganisation (Abkürzung: WHO), die die Außenluft in drei verschiedene Kategorien unterteilt.
Zahlreiche gasförmige Verunreinigungen können einen zusätzlichen Einfluss auf die Außenluftqualität nehmen. Dazu gehören zum Beispiel Schwefeloxid, Stickstoffoxid, flüchtige organische Verbindungen und Verunreinigungen durch Aerosole (wie Ölnebel oder vom Geoengeneering). Außerdem noch Verunreinigungen durch biologische Partikel, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Ozon ist interessanterweise in dieser Beurteilung nicht relevant, da Ozon sehr reaktionsfähig ist und aus diesem Grund sehr schnell in seiner Konzentration nachlässt.

Die so genannte Fortluft ist in der Lüftungstechnik und Klimatechnik die Abluft, die ins Freie geblasenen wird, wodurch die Luft für die Klimaanlagen und Lüftungsanlagen natürlich nicht mehr nutzbar ist. Bevor die Fortluft nach Außen strömt wird ihr allerdings meist mit einer Wärmerückgewinnung beziehungsweise Kälterückgewinnung die Energie entzogen und für die Luft im Prozess innerhalb der Anlagen wiederverwendet.

Luftwechselrate

Die Luftwechselrate ist ein Maß für die Luftgeschwindigkeit (Luftstrom) der Raumluft in Bezug auf das Luftvolumen von Gebäuden und wird neben der Belüftungstechnik auch noch oftmals in der Heiztechnik angegeben. Das Kurzzeichen der Luftwechselrate ist „n“ und die Einheit ist eins pro Stunde (1/h).
Die Luftwechselrate gibt den Raumluftwechsel (auch Luftwechsel oder Luftaustausch) innerhalb des Zeitraums von einer Stunde an und beträgt in der Regel das Vielfache des Raumvolumens, das dem Raum als Zuluft zugeführt wird. Beträgt die Luftwechselrate zum Beispiel 10/h wird das zehnfache Raumvolumen bzw. Gebäudevolumen in einer Stunde ausgetauscht, wobei diese Aussage genaugenommen nur für die Verdrängungslüftung zutreffend ist. Bei anderen Formen von Belüftungsanlagen, wie zum Beispiel der Verdünnungslüftung, ist die Luftwechselrate der tatsächlich ausgetauschten Raumluft in vielen Fällen erheblich geringer.
Die so genannte hygienische Mindestluftwechselrate ist eine Mindestanforderung in Bezug auf die bereitgestellte Frischluft. Unterhalb dieser Mindestluftwechselrate können verschiedene Probleme auftreten, zum Beisipel mit Mikrorganismen, Staub, Gerüchen oder auch einer erhöhten Konzentration von Radon. Die hygienische Mindestluftwechselrate liegt ungefähr bei 0,3/h.

Die Luftwechselrate n50 beschreibt hingegen die Luftdichtheit eines Gebäudes, wobei gilt, dass je kleiner die Zahl ist, desto dichter ist das Gebäude. Die Luftwechselrate n50 ergibt sich aus dem Luftvolumenstrom der sich pro Stunde einstellt, wenn eine bestimmte Druckdifferenz in dem Objekt aufrechterhalten wird, geteilt durch das entsprechende Gebäudevolumen. Die Messung des Luftvolumenstrom, den man für die Berechnung der Luftwechselrate n50 benötigt, wird in der Regel mit Differenzdruck-Messverfahren durchgeführt. In vielen Fällen kommt dabei der so genannte „Blower-Door-Test“ zum Einsatz.

Kontrollierte Wohnraumlüftung

Eine kontrollierte Wohnraumlüftung (Abkürzung: KWL, im englischen: HRV, für Heat Recovery Ventilation) hat zahlreiche Vorteile, zum Beispiel können bei Außenlärmbelastung die Fenster geschlossen bleiben und die Frischluftversorgung wird trotzdem Aufrecht erhalten, außerdem werden ständig Schadstoffe und Gerüche ins Frei geleitet. Durch eine kontrollierte Wohnraumlüftung erhält man des Weiteren gefilterte Außenluft, wegen der eingesetzten Luftfilter, was Feinstaub, Staub, Pollen und ähnliches von dem Wohnbereich fern hält. Diese Art der Belüftung senkt auch die Gefahr von Schimmelbildung und hemmt das Wachstum der Hausstaubmilben.

Eine kontrollierte Wohnraumlüftung ist zwar keine Klimaanlage, dennoch kann die KWL im Sommer mit Hilfe von einem Erdwärmetauscher eine Kühlung und Entfeuchtung der Frischluft bewirken. Insbesondere bei schwülem Sommerwetter oder bei starken Temperaturschwankungen im Winter wird es vielfach als sehr erfrischend empfunden, wenn die Raumtemperatur durch die kontrollierte Wohnraumlüftung leicht abgesenkt und die Zuluft etwas entfeuchtet wird.
Eine KWL wird in erster Linie dann eingesetzt, wenn durch umfassende Abdichtungsmaßnahmen das Innere des Gebäudes bzw. die Gebäudehülle nur noch wenig Luftaustausch mit der Außenluft erlaubt. Die kontrollierte Wohnraumlüftung kann auch mit einem modernen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung kombiniert werden, um Energiekosten zu sparen. Die Wärmerückgewinnung sorgt im Winter dafür, dass die ausströmende warme Raumluft (Abluft) die zuströmende Außenluft (Zuluft) erwärmt. Auf diese Weise wird dem Gebäude möglichst wenig Wärmeenergie entzogen. Die kontrollierte Wohnraumlüftung stellt außerdem sicher, dass überschüssige Luftfeuchtigkeit und Luftschadstoffe abtransportiert werden.

Bei den kontrollierten Wohnraumlüftungen wird zwischen zentralen Lüftungsanlagen und dezentralen Lüftungsanlagen unterschieden. Zentrale Wohnraumlüftungen haben meist einen entfernten Aufstellungsort und arbeiten sehr leise, dezentrale Lüftungsanlagen eignen sich besonders für die Nachrüstung, da sie normalerweise nur einen Raum versorgen müssen.

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Zentrale Klimaanlagen und Lüftungsanlagen

Zentrale Klimaanlagen haben sich in der heutigen Zeit weit verbreitet. Diese Klimaanlagen bieten einen hohen Komfort in Bezug auf Luftfeuchtigkeit, Luftqualität, Zugfreiheit, Temperatur und Geräuschpegel. All diese Faktoren haben maßgeblichen Einfluss auf die Behaglichkeit eines Raumes. Außerdem birgt die räumliche Konzentrierung wichtiger Bauteilkomponenten in einer zentralen Klimaanlage diverse wirtschaftliche Vorteile in sich. Das gilt zum Beispiel für die Energieeffizienz, Wartung, Flächennutzung, Hygiene und die Luftqualität

Bei zentralen Klimaanlagen werden die verschiedenen nötigen Grundfunktionen der Lüftungstechnik für die thermodynamische Luftbehandlung in einem zentralen Zuluftgerät und in einem zentralen Abluftgerät durchgeführt. Von den beiden Geräten aus verteilen sich diverse Luftkanäle zu den einzelnen Räume eines Gebäudes bzw. eines Gebäudekomplex. Die Grundfunktionen der Lüftungstechnik für die Luftbehandlung sind Temperierung der Luft, Befeuchtung sowie Entfeuchtung der Luft, Luftförderung und Luftfilterung.
Zentrale Klimaanlagen werden in kombinierte Luft-Wasser-Anlagen und Nur-Luft-Anlagen unterschieden, wobei Luft-Wasser-Anlagen Flächenheizsysteme oder Flächenkühlsysteme nutzen und eine flexible Raumnutzung hinsichtlich Luftmenge und Raumtemperatur ermöglichen. Bei Nur-Luft-Anlagen erfolgt die komplette Luftbehandlung des Raumes ausschließlich mit der Zuluft (zugeführte Luft). Nur-Luft-Anlagen werden in erster Linie eingesetzt, wenn Flächenheizsysteme oder Flächenkühlsysteme (wie bei der Luft-Wasser-Anlage) in den Räumlichkeiten vermieden werden sollen oder wenn größere Räume klimatisiert werden müssen.

Zentrale Lüftungsanlagen sind keine Klimaanlagen. Sie ermöglichen aber eine umfassende und effiziente Aufbereitung der benötigten Luft und die Baugrößen der Anlagen ermöglichen den Einsatz von Komponenten mit hohen Wirkungsgraden, wie Wärmerückgewinnung, Ventilatoren und Schalldämpfung. Zentrale Lüftungsanlagen sorgen dafür, dass im Winter warme Außenluft und im Sommer kühle Außenluft ins Gebäude transportiert wird und mit einem Erdwärmetauscher kann eine zusätzliche Kühlung und Entfeuchtung der Luft bewirkt werden.

Luftarten der Lüftungstechnik und der Klimatechnik

Die so genannten Luftarten bezeichnen in der Lüftungstechnik und Klimatechnik die unterschiedlichen Luftströme hinsichtlich der jeweiligen Verwendung, wobei die Namen, Kürzel und farblichen Kennzeichnungen der Luftarten im Jahr 2007 auf europäischer Ebene harmonisiert worden sind. Es werden heutzutage diverse Luftarten differenziert, wie zum Beispiel Mischluft, Abluft, Zuluft, Raumluft bzw. Innenraumluft und Außenluft.
Mischluft steht in der Lüftungstechnik und Klimatechnik in den meisten Fällen für die Mischung von Außenluft und Abluft. Die Mischluft wird nach der Vermengung von Außenluft und Abluft als die Zuluft in den zu klimatisierenden Raum geleitet.

Der größte Vorteil von Mischluftanlagen ist, dass die Temperatur und Feuchte der Abluft teilweise auf die Außenluft übertragen, was den Aufwand bei der Außenluftbehandlung reduziert. Dabei muss allerdings auch beachtet werden, dass durch diesen Aspekt auch ein Teil der Schadstoffbelastung der Abluft wieder in die Zuluft übertragen wird, wodurch sich bei Mischluftanlagen meistens eine schlechtere Luftqualität ergibt, als bei der Verwendung von reinen Außenluftsystemen. Statt Mischluftanlagen werden stattdessen in vielen Fällen Außenluftanlagen verwendet, bei der im Winter die Lufterwärmung über eine Wärmerückgewinnung erfolgt.
Als Abluft wird in der Lüftungstechnik und Klimatechnik im Allgemeinen die aus einem Raum strömende Luft bezeichnet. Im Wohnraum oder auch in gewerblichen Gebäuden kann diese Abluft weiterhin genutzt werden. Die Abluft kann beispielsweise anderen Räumen als Umluft wieder zugeführt werden und mit vielen Lüftungsanlagen und Klimaanlagen es ist auch möglich, die thermische Energie der Abluft in einer Wärmerückgewinnung oder Kälterückgewinnung zu nutzen.
Abluft und Abgas sind streng zu unterscheiden, da Abgas aus (oft giftigen) Verbrennungsgasen besteht und im Gegensatz zur Abluft meist wesentlich höher belastet ist.