Kühlleistung Rechner - Klimaanlage berechnen

Über die Berechnung der Kühlleistung

Mit diesem Rechner können Sie die Kühlleistung berechnen, die für einen Raum anhand seiner Abmessungen, Außenwände, Wärmedämmung, Verglasung, Sonneneinstrahlung, Temperaturen, Dachbedingungen, Personenzahl und der Wärmeabgabe von Haushaltsgeräten erforderlich ist. Das Ergebnis wird in kW und BTU/h berechnet und eignet sich damit zur Bestimmung der benötigten Leistung einer Klimaanlage pro m² (kW, BTU/h) sowie zur Auswahl eines Split-Systems mit ausreichender Kühlleistung.

Die Berechnung beginnt mit einer spezifischen Kühlleistung auf Grundlage der Bodenfläche. Anschließend werden nacheinander Korrekturen für die tatsächlichen Bedingungen im Raum angewendet. Deshalb können Räume mit gleicher Fläche eine unterschiedliche Kühlleistung der Klimaanlage benötigen.

Richtwerte und Empfehlungen

Bodenfläche, Raumvolumen und grundlegende Kühlleistung

Bodenfläche. Zuerst wird aus der Raumlänge L und der Breite W, jeweils in Metern, die Bodenfläche A in m² berechnet.

A = L × W

Raumvolumen. Das Raumvolumen V in m³ ergibt sich aus der Bodenfläche multipliziert mit der Deckenhöhe H.

V = A × H

Grundlegende Kühlleistung. Für die überschlägige Auslegung von Klimaanlagen im Wohnbereich wird unter üblichen Bedingungen häufig ein Richtwert von 100 W je 1 m² Bodenfläche verwendet. Der Rechner nutzt diesen Wert als Ausgangspunkt.

Qarea = 100 × A

Ein Raum mit einer Bodenfläche von 20 m² erhält beispielsweise zunächst eine Kühlleistung von 2000 W beziehungsweise 2,0 kW. Dieser Wert wird anschließend durch alle weiteren Korrekturfaktoren angepasst.

Korrektur nach Deckenhöhe

Referenz-Deckenhöhe. Als Ausgangswert wird eine Deckenhöhe von 2,4 m verwendet. Ist die Decke höher oder niedriger, ändert sich die grundlegende Kühlleistung proportional zum Raumvolumen.

Qheight = Qarea × H / 2.4

Bei einer Höhe von 2,4 m beträgt der Faktor 1,00. Bei einer Deckenhöhe von 3,0 m wird die Ausgangsleistung beispielsweise mit 3,0 / 2,4 = 1,25 multipliziert, was einer Erhöhung um 25% entspricht.

Korrektur nach Außen- und Innentemperatur

Temperaturdifferenz. Zunächst wird die positive Differenz zwischen der Außentemperatur t_out und der gewünschten Innentemperatur t_in bestimmt. Liegt die Außentemperatur unter der eingestellten Innentemperatur, wird für diese Korrektur ein Wert von 0°C verwendet.

ΔT = max(0, tout - tin)

Temperaturfaktor. Als Referenzbedingung gilt eine Temperaturdifferenz von 8°C. Für jede Abweichung um 1°C verändert sich der Faktor um 2,5%.

kT = 1 + 0.025 × (ΔT - 8)

Damit die Temperaturkorrektur nicht übermäßig groß wird, ist der Faktor auf den Bereich von 0,85 bis 1,20 begrenzt. Bei ΔT von 2°C oder weniger wird deshalb der Faktor 0,85 verwendet, bei ΔT = 8°C beträgt er 1,00 und bei ΔT von 16°C oder mehr gilt der Maximalwert 1,20.

Referenz-Kühlleistung. Nach Berücksichtigung von Deckenhöhe und Temperatur entsteht ein Referenzwert, auf dessen Grundlage alle weiteren Korrekturen berechnet werden.

Qref = Qarea × H / 2.4 × kT

Außenwände und Wärmedämmung

Anteil der Außenwände. Bei einem rechteckigen Raum wird die Gesamtlänge der ausgewählten Außenseiten bestimmt. Diese Länge wird mit der Deckenhöhe multipliziert. Die daraus resultierende Außenwandfläche wird anschließend mit der Gesamtfläche aller vier Raumwände verglichen.

fwall = Aexternal / Aall walls

Die Fläche der ausgewählten Außenwände wird aus der vollständigen geometrischen Wandfläche berechnet. Fensteröffnungen werden nicht abgezogen, da die Verglasung separat berücksichtigt wird.

Korrektur nach Außenwandanteil. Als Referenz gilt ein Raum, bei dem ungefähr 50% der gesamten Wandfläche Außenwände sind. Bei einer Abweichung um jeweils 50 Prozentpunkte ändert sich die Kühlleistung um 10% der Referenzleistung.

Qexposure = Qref × 0.20 × (fwall - 0.50)

Sind beispielsweise alle vier Wände Außenwände und beträgt ihr Anteil 100%, ergibt sich eine Korrektur von +10%. Gibt es keine Außenwände, beträgt die Korrektur -10%.

Wärmedämmung der Außenwände. Abhängig vom gewählten Dämmstandard wird ein zusätzlicher Faktor angewendet:

• schwache Dämmung oder älteres Gebäude: +0,08;
• durchschnittliche Dämmung: 0;
• gute Dämmung oder modernes Gebäude: -0,08.

Der Einfluss der Dämmung steigt mit dem Anteil der Außenwände. Bei einem Außenwandanteil von 50% wird der angegebene Faktor vollständig angewendet, bei 100% verdoppelt sich seine Wirkung. Der Multiplikator dieser Korrektur ist auf maximal 2 begrenzt.

Qins = Qref × kins × min(fwall / 0.50, 2)

Gesamtkorrektur der Außenwände. Die endgültige Wandkorrektur kombiniert den Einfluss der Außenwandfläche und ihrer Wärmedämmung.

Qwalls = Qexposure + Qins

Verglasungsfläche

Verhältnis von Fensterfläche zu Bodenfläche. Die Fensterfläche A_win wird mit der Bodenfläche verglichen. Als Referenzwert gilt eine Verglasungsfläche von 15% der Bodenfläche.

rwin = Awin / A

Bei einer Fensterfläche von 15% der Bodenfläche beträgt die Verglasungskorrektur 0. Eine kleinere Fensterfläche reduziert die berechnete Kühlleistung, eine größere erhöht sie.

kwin = 0.08 × (rwin - 0.15) / 0.15

Der Faktor ist auf den Bereich von -0,08 bis +0,12 begrenzt. Ohne Außenverglasung beträgt die Korrektur daher -8%, bei einem Verglasungsanteil von 15% 0%, bei 30% +8% und ab etwa 37,5% wird der Maximalwert von +12% erreicht.

Qwin = Qref × kwin

Sonneneinstrahlung

Solarkorrektur. Der Einfluss der Sonneneinstrahlung wird unabhängig von der Verglasungsfläche berechnet, jedoch entsprechend der Fensterfläche im Verhältnis zum Referenzwert von 15% skaliert.

• wenig Sonne oder überwiegend Schatten: Faktor -0,05;
• mäßige Sonneneinstrahlung: Faktor 0;
• starke direkte Sonneneinstrahlung, insbesondere aus Süden oder Westen: Faktor +0,10.

ksun,total = ksun × min(rwin / 0.15, 2)

Die endgültige Solarkorrektur ist auf den Bereich von -10% bis +20% der Referenz-Kühlleistung begrenzt. Bei einer Verglasung von 15% der Bodenfläche ergibt Schatten -5%, mäßige Sonneneinstrahlung 0% und starke direkte Sonneneinstrahlung +10%. Bei einer Verglasung von 30% oder mehr betragen die entsprechenden Grenzwerte -10%, 0% und +20%.

Qsun = Qref × ksun,total

Dach und Dachboden

Wärmeeintrag von oben. Befindet sich über dem berechneten Raum ein weiterer Raum, wird keine zusätzliche Korrektur angewendet. Für Räume direkt unter einem Dachboden oder Dach gelten folgende Werte:

• gut gedämmter Dachboden oder gut gedämmtes Dach: +5%;
• durchschnittliche Dämmung von Dachboden oder Dach: +10%;
• schwach gedämmtes Dach oder heißer Dachboden: +15%.

Qroof = Qref × kroof

Personen und Haushaltsgeräte

Personen. Die Grundberechnung berücksichtigt eine normale Nutzung des Raums durch bis zu zwei Personen. Ab der dritten Person werden für jede zusätzliche Person 180 W addiert.

Qpeople = max(0, N - 2) × 180

Haushaltsgeräte. Die elektrische Leistung von Geräten, die gleichzeitig mit der Klimaanlage betrieben werden, wird direkt zur Kühllast addiert. Haushaltsgeräte mit einer gesamten Betriebsleistung von 300 W erhöhen die erforderliche Kühlleistung beispielsweise ebenfalls um 300 W.

Qequipment = Pequipment

Gesamte Kühlleistung

Zusammenführung der Korrekturen. Die endgültige Kühlleistung ergibt sich aus der Referenzleistung nach Addition aller positiven und negativen Korrekturen.

Qtotal = Qref + Qwalls + Qwin + Qsun + Qroof + Qpeople + Qequipment

Der Endwert kann nicht kleiner als 0 W sein. Zusätzlich berechnet der Rechner die spezifische Last in W/m² und die volumetrische Last in W/m³.

qA = Qtotal / A

qV = Qtotal / V

Umrechnung in BTU/h und Auswahl der Klimaanlagengröße

Einheitenumrechnung. Die berechnete Kühlleistung in Watt wird mit dem Verhältnis 1 W ≈ 3,412 BTU/h in BTU/h umgerechnet.

QBTU = Qtotal × 3.412

Auswahl der Klimaanlagengröße. Der Rechner wählt aus der Reihe 7000, 9000, 12000, 15000, 18000, 21000, 24000, 28000, 30000, 36000, 42000, 48000 und 60000 BTU/h die kleinste Nennleistung aus, die nicht unter dem berechneten Bedarf liegt. Überschreitet die Berechnung 60000 BTU/h, wird der Wert auf die nächste Stufe von 1000 BTU/h aufgerundet.

Leistungsreserve. Der Prozentwert zeigt, um wie viel die gewählte Nennleistung den berechneten Kühlbedarf übersteigt.

Reserve = (Qsize / QBTU - 1) × 100%

Bezug zu europäischen Normen

EN 14511 „Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpen für die Raumbeheizung und -kühlung sowie Prozess-Kühler mit elektrisch angetriebenen Verdichtern“. Diese Norm legt Bedingungen und Verfahren zur Bestimmung und Prüfung der Nenn-Kühlleistung von Klimageräten fest. Bei der Auswahl eines konkreten Modells sollte der berechnete Wert daher mit der vom Hersteller angegebenen Kühlleistung und nicht mit der elektrischen Leistungsaufnahme der Klimaanlage verglichen werden.

EN 16798-1 „Energetische Bewertung von Gebäuden. Lüftung von Gebäuden. Teil 1: Eingangsparameter für das Innenraumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden“. Diese Norm beschreibt europäische Ansätze für Parameter des Innenraumklimas, einschließlich der thermischen Bedingungen in Gebäuden. Der Richtwert von 100 W/m² und die in diesem Rechner verwendeten prozentualen Korrekturen sind Berechnungsannahmen des Algorithmus und keine unmittelbar in diesen Normen festgelegten Koeffizienten.

FAQs

Warum wird die Kühlleistung nicht nur anhand der Raumfläche berechnet?

Die gleiche Bodenfläche bedeutet nicht automatisch die gleiche Kühllast. Eine hohe Decke, Außenwände, große Verglasungsflächen, direkte Sonneneinstrahlung, ein heißes Dach, Personen und laufende Haushaltsgeräte können die erforderliche Kühlleistung deutlich erhöhen. Deshalb dient der Richtwert von 100 W/m² nur als Ausgangsbasis für weitere Korrekturen.

Warum ist es wichtig, die tatsächlichen Außenwände auszuwählen?

Bei einem rechteckigen Raum haben lange und kurze Wände unterschiedliche Flächen. Der Rechner berücksichtigt die tatsächliche Gesamtlänge der ausgewählten Außenseiten, sodass eine lange Außenwand das Ergebnis anders beeinflusst als eine kurze. Bei einem quadratischen Raum sind alle Seiten gleich lang, weshalb die Auswahl einer bestimmten Seite das Ergebnis nicht verändert.

Wie werden Verglasung und Sonneneinstrahlung gemeinsam berücksichtigt?

Zuerst wird die Fensterfläche mit der Bodenfläche verglichen und daraus eine separate Verglasungskorrektur berechnet. Anschließend wird anhand derselben Fensterfläche die Solarkorrektur bestimmt: Je größer die Verglasung, desto stärker wirken direkte Sonneneinstrahlung oder Verschattung. Bei mäßiger Sonneneinstrahlung beträgt die Solarkorrektur 0.

Warum erhöhen die ersten beiden Personen die erforderliche Kühlleistung nicht?

Der grundlegende Richtwert von 100 W/m² setzt eine normale Wohnnutzung des Raums einschließlich der Anwesenheit von ein oder zwei Personen voraus. Ein zusätzlicher Wärmeeintrag wird ab der dritten Person mit 180 W für jede weitere Person berücksichtigt.

Warum ist die gewählte Klimaanlagengröße höher als die berechnete Kühlleistung?

Klimaanlagen werden in standardisierten Nennleistungsgrößen angeboten, daher stimmt die berechnete Kühlleistung nur selten exakt mit einer verfügbaren Größe überein. Der Rechner wählt die nächsthöhere Größe, die nicht unter dem erforderlichen Wert liegt, und zeigt die Differenz als Leistungsreserve an. Liegt das Ergebnis beispielsweise zwischen 9000 und 12000 BTU/h, wird die Größe 12000 BTU/h ausgewählt.