Wie funktioniert eigentlich eine Flächenkühlung?
Wie immer gibt es ein paar Zusammenhänge, die beim Verständnis helfen.
Was ist der Unterschied zwischen Heizlast und Kühllast?
Zur Ermittlung einer Heizlast schaut man sich die tiefsten äußeren Temperaturen an und setzt den Baukörper, also das Haus dieser Temperatur aus. Je nach Dämmung verlässt die Wärme über Außenwand und Fensterflächen die auf 20 °C zu beheizenden Räume.
Die Leute in dem Haus sollen nicht am eigenen Mief ersticken, also wird noch ein ordentlicher Luftwechsel in die Betrachtungen einbezogen. Außenluft von beispielsweise –12 °C strömt daher rechnerisch ins Haus und muss ebenso auf 20 °C erwärmt werden. Das Ergebnis ist im Wesentlichen die Heizlast.
Die Kühllastberechnung ist zwar eng verwandt mit der Heizlast, erfährt aber ein paar andere Ansätze. Im Sommer bei glühendheißen 30 °C im Schatten will man einen Wohnraum für gewöhnlich nicht auf 20 °C herunterkühlen.
Das wäre nicht nur sehr teuer, sondern auch abträglich für die Gesundheit der Bewohner. Folglich arbeitet man sich im Sommer von oben an eine Wunschtemperatur heran. Meist sind es 26 °C, die gewünscht werden, also als höchste Temperatur gelten. In Abhängigkeit von den zu kühlenden Räumen ergeben sich dann wiederum die Wärmeströmungen an den Wänden und Fenstern nach außen, wobei die Temperaturdifferenzen schon deutlich kleiner sind als im Winter (20 °C – –12 °C = 32 K im Winter, aber 30 °C – 26 °C = 4 K im Sommer).
Dann kann man noch feststellen, dass die Fenster im Sommer die Strahlungswärme der Sonne ins Haus lassen und die Bude kräftig aufheizen. Das passiert im Winter zwar auch, wird aber nicht von der Heizlast abgezogen.
Der Grund dafür wird klar, wenn man sich den Worst Case vorstellt. Im Winter will ich die Bude auch nachts warm kriegen, dann wenn keine solaren Gewinne meine Heizung unterstützen. Im Sommer will ich vielleicht in der Mittagshitze meine Räume kühlen. Dann habe ich aber auch zeitgleich erhebliche solare Wärmeeinträge ins Gebäudeinnere und einen gegensätzlich gelagerten Worst Case.
Ersticken will man im Sommer auch nicht, also folgt wieder die Vorgabe eines Luftaustausches und so entstehen letztlich Kühllasten im Sommer, die man ebenso abbauen kann wie die Heizlasten im Winter.
Welche Strategien für Heizung oder Kühlung gibt es?
Um eine Raumerwärmung zu erzielen, könnte man einen Eisenklotz per Flamme zum Glühen bringen und auf 800 °C erwärmen und in die Wohnung schieben. Bei einer Temperaturdifferenz von 780 K zur gewünschten Raumtemperatur (denn: 800 °C – 20 °C = 780 K) würde ein Klotz mit Kantenlänge von 10 cm sicherlich ausreichen.
Aber Sie merken schon, das hat sich nicht bewährt. Stattdessen installieren wir einen Heizkörper und versuchen mit möglichst geringer Wassertemperatur den Raum auf Temperatur zu bringen. Bei einer Vorlauftemperatur von 55 °C ist die Differenz zur Raumtemperatur dann nur noch 35 K (denn: 55 °C – 20 °C = 35 K). Dafür ist der Heizkörper dann auch entsprechend größer als der eben beschriebene 10-cm-Würfel.
Schaut man sich diese Logik für den Kühlfall an wird es noch spannender. Um einen Raum abzukühlen muss ich zwingend eine Grenze einhalten. Ich darf den Taupunkt nicht unterschreiten. Denn wenn ich diesen Taupunkt unterschreiten würde, dann müsste ich zwingend das entstehende Kondensat ableiten.
Zum Taupunkt wird gleich noch etwas geschrieben. Nehmen wir aber mal für dieses Gedankenexperiment eine tiefste Temperatur von 16 °C an um in der Sommerzeit einen Raum zu kühlen. Dann hätte man nur noch eine Differenztemperatur zwischen Raum und Kühlfläche von 10 K (denn: 26 °C – 16 °C = 10 K).
Entsprechend groß müsste also die Fläche werden, die dann diese Kühlenergie liefert. So kann man von dem Beispiel des glühenden Würfels zum Standardheizkörper die gedankliche Brücke schlagen zur Kühlfläche, die dann fast notwendigerweise riesig groß sein muss und über den gesamten Fußboden verteilt wird, um bei der zwangsläufig geringen Temperaturdifferenz überhaupt noch einen Kühleffekt im Raum zu erzielen.
Was Sie über den Taupunkt wissen müssen
Bei schwüler Sommerluft, die wir ja nun mal annehmen müssen als Worst Case für die Kühlung, wäre die Luft mit erheblichen Mengen an Feuchte unterwegs. Erkennbar wird das, wenn wir uns ein Glas mit sehr kühlem Wasser auf den sommerlich gedeckten Gartentisch stellen. Es beschlägt, oder anders gesagt, die Lufttemperatur unterschreitet in der Nähe des Glases den Taupunkt, das Wasser taut aus und perlt außen am Glas herab.
