Lüftungs- & Klimatechnik

LBG-Lufttechnische Anlagen GmbH

Viele Kältemaschinen beruhen auf einem thermodynamischen Kreisprozess, bei dem unter Zuführung externer Energie an einer Stelle Wärme unterhalb der Umgebungstemperatur aufgenommen und an anderer Stelle bei höherer Temperatur abgegeben wird. In diesem Sinne ist eine Kältemaschine einer Wärmepumpe ähnlich. Zur Realisierung verwendet man:

sog. Kaltdampfanlagen, in denen die Eigenschaft von Stoffen genutzt wird, bei unterschiedlichen Drücken unterschiedliche Siede- bzw. Kondensationstemperaturen zu haben. Die so verwendeten Stoffe nennt man Kältemittel. Der Arbeitsbereich ist begrenzt durch die erreichbaren Siede- bzw. Kondensationstemperaturen der Kältemittel.

den Joule-Thomson-Effekt (JTE), der bewirkt, dass sich reale Gase bei der Entspannung (Drosselung) abkühlen. Dieser Effekt ist bspw. die Grundlage des Linde-Verfahrens. Durch mehrstufige Anwendungen können auch im industriellen Bereich sehr niedrige Temperaturen, z. B. zur Luftverflüssigung, erreicht werden.

Es gibt aber auch Verfahren, die ohne Gase und bewegte Teile auskommen.

Geschichte

Kälteerzeugung durch Abpumpen von Luft aus einem halb mit Diethylether gefüllten Glaskolben wurde bereits Mitte des 18. Jahrhunderts entdeckt, war aber noch ohne echten Nutzen. Die erste funktionierende Kältemaschine der Welt wurde 1845 von dem amerikanischen Arzt John Gorrie in Florida gebaut, der nach Wegen suchte, die Heilungschancen für Krankenhauspatienten im feuchtheißen Florida zu verbessern. Nach damaliger medizinischer Lehrmeinung war „schlechte Luft“ ein wesentlicher Krankheitsfaktor, und das aus den nördlichen Großen Seen herbeigeschaffte Wintereis, welches die einzige Kühlmöglichkeit darstellte, war in Florida wegen der großen Transportverluste sehr teuer. Gorries Maschine, die das umgekehrte Prinzip des Stirlingmotors nutzte, diente zur Eiserzeugung und zugleich zur Raumkühlung (Klimaanlage). Ein Prototyp wurde gebaut. Die Maschine war aber ein finanzieller Misserfolg (Patentanmeldung 8080, 6. Mai 1851). Gorrie starb einige Jahre später verarmt und verlacht. Erst in den 1870er Jahren wurden Kältemaschinen wirtschaftlich, die ersten großen Nutzer waren Brauereien, die so auch ohne natürliche kühle Höhlensysteme untergäriges, länger haltbares Lagerbier nach der Pilsener Methode brauen konnten. Zu den ersten großen Herstellern zählte der deutsche Industrielle Carl von Linde.

Ausführung des Systems zur Wärmeübertragung

Die durch die Kältemaschine „erzeugte“ Kälte kann für technische Prozesszwecke, zur Klimatisierung, zur Eiserzeugung (Eislaufbahnen) oder zur Haltbarmachung oder Kühlung von Lebensmitteln verwendet werden. Die Wärmeaufnahme kann auf direktem oder indirektem Weg erfolgen. Im Fall der indirekten Kühlung wird ein Kälteträger (Kaltwasser oder Sole) verwendet, der im ersten Wärmetauscher durch das verdampfende Kältemittel gekühlt wird und im zweiten Wärmetauscher die Wärme des zu kühlenden Mediums aufnimmt. Bei direkter Verwendung wird ein Wärmetauscher eingesetzt, der auf der einen Seite das verdampfende Kältemittel und auf der anderen Seite das zu kühlende Medium führt (Direktverdampfer).

Typen

Der wesentliche Unterschied zwischen Kompressions- und Sorptionskältemaschinen ist der, dass bei ersteren die benötigte Energie vollständig als mechanische Arbeit, bei letzteren dagegen in Form von Wärme zugeführt wird. Letztere benötigen mechanische Arbeit lediglich zur Überwindung der internen Druckverluste.
Der Wirkungsgrad wird für Kompressionskältemaschinen gewöhnlich auf die elektrische Antriebsenergie bezogen, womit sich im Vergleich zu Sorptionskältemaschinen deutlich günstigere Werte ergeben. Ein Vergleich dieser Art ist jedoch unzulässig, da mechanische bzw. elektrische Antriebsenergie in der Natur nicht verfügbar ist, sondern aus fossilen oder regenerativen Quellen mit Verlusten erzeugt (umgewandelt) werden muss, was sich auch im Energiepreis niederschlägt. Bezieht man diese Verluste ein, so sind die Wirkungsgrade von Sorptionskältemaschinen auch wertmäßig vergleichbar, wenn nicht sogar besser.
Der Wirkungsgrad wird bei Kältemaschinen Leistungszahl genannt.

LBG-Lufttechnische Anlagen GmbH

Eine Klimaanlage ist eine Anlage zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Raumklimas. Der Begriff Klimaanlage wird in Deutschland in dem Sinne verwendet, dass in einem Raum Temperatur, Feuchtigkeit und Luftqualität erzeugt und gehalten werden kann. Im Gegensatz dazu wird im Ausland oft unter Klimaanlage lediglich eine Raumkühlung (air conditioning) verstanden.

Einteilung

Eine Klimaanlage hat die Aufgabe mit Hilfe der Zuluft und der Luftführung einen Raum zu konditionieren. Die Einteilung erfolgt nach den geregelten thermodynamischen Funktionen für die Zuluft.

Einteilung von Lüftungs-, Teilklima- und Klimaanlagen nach DIN EN 13779

Legende: X Wird in der Teilklimaanlage geregelt. (x) Wird in der Teilklimaanlage beeinflusst, aber nicht geregelt.
Weiterhin werden die Klimaanlagen zusätzlich nach der Lüftungsfunktion gekennzeichnet. Wird Außenluft zugeführt, so handelt es sich um eine Klimaanlage mit Lüftungsfunktion.
Wird dagegen nur Umluft gefahren, so ist das eine Klimaanlage ohne Lüftungsfunktion.

Vor- und Nachteile von Klimaanlagen
Die Auswirkungen von Klimaanlagen auf die Produktivität bei der Arbeit sind umstritten und von vielen individuellen Faktoren beeinflusst.

Pro:

Gesundheitlich zuträgliche Atemluft wird den Arbeitsräumen zugeführt. Dies ist gemäß Arbeitsschutz, z. B. in Deutschland nach der Arbeitsstätten-Richtlinie Lüftung (ASR 5) dann erreicht, wenn die Luftqualität im Wesentlichen der Außenluftqualität entspricht.[1] Neben CO2 werden auch Gerüche und Schadstoffe, wie Lösungsmittel aus Baustoffen oder Teppichen, Ozon aus Laserdruckern, Stäube, Gase und Dämpfe aus Herstellungsprozessen etc. abgeführt. Maßstab ist die maximale Konzentration am Arbeitsplatz (MAK).
Bei etwa 20 °C ist der Mensch zu 100 % leistungsfähig. Bei 28 °C sinkt die Leistungsfähigkeit auf 70 % und bei 33 °C auf 50 %.[2] Laut Arbeitsstätten-Richtlinie Raumtemperatur (ASR 6) soll die Temperatur an Büroarbeitsplätzen 26 °C nicht übersteigen.[3]

Contra:

Eine Befragung der AOK ergab, dass sich fast 40 % der Befragten durch schlechte Belüftung und Klimaanlagen beeinträchtigt fühlen. Schlecht gewartete Systeme können Schadstoffe nicht abführen oder sogar Bakterien, Schimmelpilze und andere Mikroorganismen verbreiten.[4 ]
Zwar verbrauchen moderne, effiziente Klimaanlagen weniger Energie als ältere Geräte, aber ein verlustleistungsfreier Betrieb ist prinzipiell unmöglich. Das belastet spürbar die Stromversorgungsnetze, gerade in urbanen Gegenden.
Wenn Kältemittel (z. B. R410A mit einem GWP von 1725) in die Umwelt gelangt, dann trägt dieses durch das Treibhauspotenzial zur Klimaerwärmung bei.[5] Betreiber von größeren Kältemaschinen sind deshalb durch die Chemikalien-Klimaschutz-Verordnung dazu verpflichtet, die Dichtheit des Systems regelmäßig prüfen zu lassen. Moderne Kältemittel haben keine Ozon abbauende Wirkung mehr.
Die Raumtemperatur kann durch den Nutzer auch zu kalt eingestellt werden. Erkältungserkrankungen im Sommer werden teilweise auf einen „Kälteschock“ beim Betreten eines gekühlten Raumes zurückgeführt. Es wird daher empfohlen die Raumtemperatur nicht kälter als 6 °C unter der Außentemperatur einzustellen. Moderne Regelungen mit gleitender Anpassung der Raumtemperatur an die Außentemperatur erfüllen dies automatisch.

LBG-Lufttechnische Anlagen GmbH

Eine Lüftungsanlage ist eine technische Einrichtung, um Wohn-, Büro- und Betriebsräumen Außenluft zuzuführen bzw. „verbrauchte“ oder hieraus belastete Abluft abzuführen. Je nach Anwendungsfall gibt es Anlagen mit kontrollierter Zuluft (Zuluftanlage), kontrollierter Abluft (Abluftanlage) oder kombinierte Zu- und Abluftanlagen. Eine Lüftungsanlage ist eine an den Baukörper angepasste technische Einrichtung, die notwendige Luftleistung wird bedarfsabhängig ermittelt.

Zuluftanlagen

mit Zuluftanlagen ist es möglich, die Luft mit Komponenten wie Wärmerückgewinnung (WRG) mit oder ohne Feuchteübertragung, Mischkammer, Heizregister/Lufterhitzer (LH), Nacherhitzer (NE) zu beeinflussen. Bei Kühlung oder Befeuchtung der Luft handelt es sich um eine Teil-Klimaanlage. Bei Erfüllung der thermodynamischen Funktionen Heizen, Kühlen, Befeuchten und Entfeuchten handelt es sich um eine Klimaanlage[1] bzw. umgangssprachlich um eine Vollklimaanlage. Um Menschen und Maschinen vor Verunreinigungen aus der Luft (z. B. Pollen, Insekten, Staub) zu schützen, können Zuluftanlagen grobe und/oder feine Luftfilter und eventuell einen Elektrofilter besitzen. Diese Teile müssen regelmäßig getauscht oder abgereinigt werden. In größeren Anlagen sind die Luftfilter mit einem Druckschalter ausgestattet. Dieser Schalter erzeugt eine Meldung, wenn ein festgelegter Differenzdruck infolge Verschmutzung des Filters oder des Elektrofilters überschritten wird.

Abluftanlagen

Das wohl größte Anwendungsgebiet von reinen Abluftanlagen findet sich in WC-Abluftanlagen in Wohnhäusern oder Geschäftshäusern. Abluftanlagen für Sanitärbereiche werden in der baurechtlich eingeführten DIN 18017-3 geregelt. Typische Abluftanlagen sind auch der Abzug in der Labortechnik mittels Digistorium, Tiefgaragen oder der Dunstabzug über Küchenhauben.

Bei Booten und Schiffen sorgt der Fahrtwind dafür, dass die Innenräume durch Dorade-Lüfter oder Windhutzen entlüftet werden.

Zu- und Abluftanlagen[Bearbeiten]

Kombinierte Zu- und Abluftanlagen werden zur Energieeinsparung oftmals mit einer Wärmerückgewinnung ausgestattet. Wärmerückgewinnungsanlagen sind in der Schweiz regional vorgeschrieben. Die Einsparung gegenüber einer konventionellen Lüftung entspricht etwa der Leistung des Wärmeübertragers und beträgt 40–90 % der eingesetzten Heizenergie gegenüber einer Anlage ohne Wärmerückgewinnung.

Technik

Zu- und Abluftanlagen werden mit diversen Luftfilterelementen zum Schutz der Personen im Raum und der Lüftungsanlage selbst ausgestattet. In Ausnahmefällen wird auch die Fortluft, zur Minimierung von Gerüchen oder sonstigen Emission, mit geeigneten Filtern behandlelt.

Bei Ventilatoren mit Keilriemen ist eine Keilriemenüberwachung obligatorisch. Die Überwachung kann über einen Druckwächter erfolgen. Dieser misst die Druckdifferenz, die sich vor und nach dem Lüfter aufbaut, wenn dieser in Betrieb ist. Wird diese Druckdifferenz über einen Zeitraum von ca. 60 s nicht aufgebaut, wird der Lüfter deaktiviert.

Die modernere Lösung ist die Überwachung durch ein Windfahnenrelais oder einen cosPhi-Wächter. Dies ist ein elektrisches Bauelement, das in die Einspeisung des Elektromotors eingefügt wird. Läuft der Motor ohne Last, d. h. der Keilriemen ist gerissen, wird der Motor dadurch ausgeschaltet.

In der Regel werden Lüftungsanlagen mit automatischen Lüftungsklappen versehen die sich, wenn die Lüftungsanlage auf AUS geschaltet ist, schließen. Abhängig vom baulichen Brandschutz vor Ort werden auch Brandschutzklappen zwischen einzelne Brandabschnitten eingebaut.

Kleinere einfachere Lüftungsanlagen werden durch Kompaktregler gesteuert. Bei größeren Anlagen erfolgt die Regelung durch DDC-GA-Steuerungen. Diese werden dann in die Gebäudeautomation eingebunden und über die Gebäudeleittechnik gesteuert (Gebäudetechnik).

Bei Anlagen mit Außenluftbeimischung und Luft/Wasser Wärmetauscher ist zum Schutz des Heizregisters ein Frostschutzthermostat vorgesehen, wenn das Heizregister ohne Glycol betrieben wird. Dieser deaktiviert die Lüftungsanlage wenn beim Heizregister die voreingestellte Temperatur (variabel, meistens 5 °C) unterschritten wird. Zudem wird das Heizungsventil zum Schutz des Heizregisters auf 100 % geöffnet, die Lüftungsanlage abgeschaltet und die Pumpe eingeschaltet. Auch evtl. vorhandene Außenluftklappen werden geschlossen, damit keine kalte Luft mehr nachströmen kann. Weiterhin wird auch oft durch die Regelung ein wasserseitiger Frostschutz realisiert, wobei die Rücklauftemperatur über das Heizventil auf eine Mindesttemperatur geregelt wird. Damit wird einem Ansprechen des luftseitigen Frostschutzthermostaten vorgebeugt.