Beräkning av luftkonditioneringens effekt

Metod för beräkning av effekt för luftkonditionering

Kalkylatorn för luftkonditioneringens effekt beräknar den kyleffekt som behövs för att kyla ett rum och den värmeeffekt som behövs för att värma upp det. Beräkningen tar hänsyn till rummets mått, ytterväggar, isolering, glasytor, temperaturförhållanden och andra faktorer som påverkar värmebelastningen.

För kylning används en areabaserad beräkning med successiva justeringar efter rummets förhållanden. För uppvärmning beräknas värmeförluster genom klimatskalet och luftomsättningen. Resultaten i kW och BTU/h gör det möjligt att uppskatta den effekt som krävs från en luftkonditionering eller ett split-system.

Riktvärden och rekommendationer

Rummets geometri och ytterväggar

Rummets area. Golvarean A i m² beräknas från längden L och bredden B i meter. När arean multipliceras med takhöjden H erhålls rummets volym V i m³.

A = L × B

V = A × H

Ytterväggar. Endast väggar som gränsar mot uteluften räknas med. Deras sammanlagda längd P_ext bestäms av de valda sidorna i ett rektangulärt rum. Vid fyra ytterväggar används hela omkretsen.

Pext = 2 × (L + B)

Ytterväggarnas bruttoarea före avdrag för öppningar beräknas genom att multiplicera deras totala längd med rummets höjd.

Aext = Pext × H

Om rummet saknar ytterväggar sätts arean till noll. Då bidrar inte heller fönster och ytterdörr till värmebelastningen. I ett kvadratiskt rum är alla sidor lika långa, och därför räcker det att ange antalet ytterväggar.

Kylning: grundeffekt och takhöjd

Grundläggande kyleffekt. För en första dimensionering av luftkonditionering i bostäder används ofta riktvärdet 100 W per 1 m² golvarea. Det är utgångsvärdet som sedan justeras efter de faktiska förhållandena.

Qbase = 100 × A

Till exempel har ett rum på 20 m² en grundeffekt på 2000 W, eller 2 kW.

Höjdjustering. Referenstakhöjden är 2,4 m. Vid andra höjder ändras grundeffekten proportionellt mot förhållandet mellan faktisk höjd och referenshöjd.

Qheight = Qbase × H / 2.4

Vid 3 m takhöjd är faktorn 1,25 och grundeffekten ökar med 25 %. Sambandet är ett förenklat sätt att ta hänsyn till rummets volym.

Kylning: temperaturjustering

Temperaturskillnad. Den önskade inomhustemperaturen dras av från utomhustemperaturen. Om uteluften är kallare än inneluften används skillnaden 0 °C för denna justering.

ΔT = max(0, Tout - Tin)

Temperaturfaktor. Referensskillnaden är 8 °C, vilket motsvarar faktorn 1,00. För varje grads avvikelse ändras den beräknade effekten med 2,5 %.

kT = 1 + 0.025 × (ΔT - 8)

Faktorn begränsas till intervallet 0,85-1,20. Vid en skillnad på 2 °C eller mindre används 0,85, vid 8 °C används 1,00 och vid 16 °C eller mer används 1,20.

Efter justering för höjd och temperatur erhålls en referenskyleffekt som de återstående justeringarna utgår från.

Qref = Qbase × H / 2.4 × kT

Kylning: ytterväggar och isolering

Andel ytterväggar. Ytterväggarnas area jämförs med den sammanlagda arean för rummets fyra väggar. Andelen f visar hur stor del av det vertikala klimatskalet som gränsar mot uteluften.

f = Aext / (2 × (L + B) × H)

Referensfallet har 50 % ytterväggar. Exponeringsjusteringen motsvarar 20 % av referenseffekten per hel enhets ändring av denna andel. Vid 100 % ytterväggar ökar effekten exempelvis med 10 %, medan den minskar med 10 % utan ytterväggar.

Qexposure = Qref × 0.20 × (f - 0.50)

Väggisolering. En extra faktor beror på kvaliteten hos ytterväggarnas isolering:

• Dålig isolering eller äldre byggnad: +0,08.
• Medelgod isolering: 0.
• Bra isolering eller modern byggnad: -0,08.

Justeringen skalas efter andelen ytterväggar. Vid 50 % används hela faktorn och vid 100 % fördubblas effekten. Multiplikatorn begränsas till 2.

Qins = Qref × kins × min(f / 0.50, 2)

Den totala justeringen för ytterväggarna är summan av inverkan från exponering och isolering.

Qwalls = Qexposure + Qins

Kylning: fönsterytor och solbelastning

Andel fönsteryta. Fönsterarean jämförs med golvarean. Referensandelen är 15 %, där den separata justeringen för fönster är noll.

r = Awin / A

kwin = 0.08 × (r - 0.15) / 0.15

Faktorn begränsas till -0,08 till +0,12. Utan fönster blir justeringen -8 %, vid 15 % fönsteryta är den noll och vid 30 % +8 %. Från en fönsterandel på 37,5 % används maximal justering på +12 %.

Qwin = Qref × kwin

Solinstrålning. En extra justering tar hänsyn till hur starkt solljus som når fönstren:

• Lite sol eller skugga större delen av dagen: -0,05.
• Måttligt solljus under en del av dagen: 0.
• Stark direkt sol, särskilt från söder eller väster: +0,10.

Solfaktorn multipliceras med förhållandet mellan faktisk fönsterandel och referensvärdet 15 %. Multiplikatorn begränsas till 2 och den slutliga soljusteringen till -10 % till +20 % av referenseffekten.

ksolar = ksun × min(r / 0.15, 2)

Qsolar = Qref × ksolar

Om rummet saknar ytterväggar eller fönster är soljusteringen noll. Negativa faktorer innebär lägre beräknad belastning jämfört med referensförhållandena, inte att solljuset fysiskt kyler rummet.

Kylning: tak och interna värmetillskott

Tak och vind. För rum direkt under ett tak används en extra justering beroende på den övre konstruktionens isolering:

• Ett annat rum ovanför: 0 %.
• Välisolerat tak eller vind: +5 %.
• Medelgod isolering av tak eller vind: +10 %.
• Dåligt isolerat tak eller varm vind: +15 %.

Qroof = Qref × kroof

Värmetillskott från personer. Grundmodellen förutsätter normal närvaro av högst två personer. Från och med den tredje personen läggs 180 W till för varje ytterligare person. Med noll, en eller två personer är justeringen noll.

Qpeople = max(0, N - 2) × 180

Hushållsapparater. Eleffekten för apparater som används samtidigt läggs direkt till värmebelastningen i watt. Apparater som förbrukar 300 W ökar till exempel det beräknade kylbehovet med 300 W. Antagandet är att nästan all denna elenergi omvandlas till värme inne i rummet.

Qequipment = Pequipment

Kylning: total effekt och dimensionering av luftkonditionering

Total kyleffekt. Alla positiva och negativa justeringar läggs till referenseffekten. Resultatet kan inte bli lägre än noll.

Qcool = max(0, Qref + Qwalls + Qwin + Qsolar + Qroof + Qpeople + Qequipment)

Omräkning till BTU/h. Beräknad effekt i watt multipliceras med 3,41214. För att få kilowatt delas antalet watt med 1000.

QBTU = Qcool × 3.41214

QkW = Qcool / 1000

Val av effektklass. Det minsta värde som inte understiger det beräknade behovet väljs ur den nominella serien 7000, 9000, 12000, 15000, 18000, 21000, 24000, 28000, 30000, 36000, 42000, 48000 och 60000 BTU/h. Över 60000 BTU/h avrundas värdet uppåt till nästa 1000 BTU/h.

Reservprocenten beräknas som förhållandet mellan vald effektklass och beräknat behov.

Reserve = (Qsize / QBTU - 1) × 100%

Effektklassen i BTU/h är ett riktvärde. Den verkliga nominella kyleffekten för en viss luftkonditionering kan avvika från det kW-värde som fås genom direkt omräkning av BTU. Jämför den beräknade belastningen med modellens tekniska uppgifter när du väljer utrustning.

Uppvärmning: temperaturskillnad och värmeöverföring

Dimensionerande temperaturskillnad. För att bestämma vilken värmeeffekt luftkonditioneringen behöver används skillnaden mellan den valda inomhustemperaturen och vintertemperaturen utomhus.

ΔT = max(0, Tin - Tout)

Vid +20 °C inomhus och -15 °C utomhus är skillnaden exempelvis 35 K. Om utomhustemperaturen inte är lägre än inomhustemperaturen sätts skillnaden till noll.

Värmeöverföring genom byggnadsdelar. Värmeförlusten beräknas som produkten av byggnadsdelens area, dess värmegenomgångskoefficient U och temperaturskillnaden.

Q = U × A × ΔT

Här är Q värmeförlusten i watt, A arean i m² och U värmegenomgångskoefficienten i W/(m²·K). Ju lägre U-värde, desto bättre isolering och lägre värmeförlust.

Uppvärmning: värmeförlust genom ytterväggar

Väggisolering. I stället för att beräkna varje väggskikt används ungefärliga värmegenomgångskoefficienter:

• Dålig isolering eller äldre byggnad: 1,30 W/(m²·K).
• Medelgod isolering: 0,60 W/(m²·K).
• Bra isolering eller modern byggnad: 0,25 W/(m²·K).

Netto väggarea. Fönstrens och ytterdörrens areor dras av från ytterväggarnas bruttoarea. Därmed undviks dubbelräkning av värmeförlust genom samma del av klimatskalet.

Awall = Aext - Awin - Adoor

Qwall = Awall × Uwall × ΔT

Om den sammanlagda arean för fönster och dörr överstiger ytterväggarnas area görs ingen beräkning förrän inmatningen har rättats.

Uppvärmning: fönster och ytterdörr

Värmeförlust genom fönster. Följande ungefärliga värmegenomgångskoefficienter används för fönster:

• Äldre fönster med stora värmeförluster: 2,80 W/(m²·K).
• Moderna fönster med isolerglas: 1,40 W/(m²·K).
• Moderna energieffektiva fönster: 0,90 W/(m²·K).

Qwin = Awin × Uwin × ΔT

Ytterdörr. För olika konstruktioner antas typiska areor och värmegenomgångskoefficienter:

• Isolerad enkeldörr: 2 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Isolerad dubbeldörr: 4 m², U = 1,40 W/(m²·K).
• Oisolerad ytterdörr: 2 m², U = 3,00 W/(m²·K).
• Enkeldörr med glas: 2 m², U = 1,60 W/(m²·K).
• Dubbeldörr med glas eller altandörr: 4 m², U = 1,60 W/(m²·K).

Qdoor = Adoor × Udoor × ΔT

Om det inte finns någon ytterdörr blir dess area och värmeförlust noll.

Uppvärmning: innertak och golv

Värmeförlust genom innertaket. Hela golvarean används för den övre konstruktionen. Koefficienten beror på vad som finns ovanför rummet:

• Uppvärmt rum ovanför: U = 0.
• Välisolerat tak eller vind: U = 0,18 W/(m²·K).
• Medelgod isolering av tak eller vind: U = 0,35 W/(m²·K).
• Dålig isolering eller kall vind: U = 0,90 W/(m²·K).

Qceiling = A × Uceiling × ΔT

Värmeförlust genom golvet. För rummets nedre gräns används följande koefficienter:

• Uppvärmt rum nedanför: U = 0.
• Ouppvärmd källare eller garage: U = 0,35 W/(m²·K).
• Bra golvisolering: U = 0,20 W/(m²·K).
• Medelgod golvisolering: U = 0,40 W/(m²·K).
• Dålig golvisolering eller ingen isolering: U = 0,80 W/(m²·K).

Qfloor = A × Ufloor × ΔT

Samma skillnad mellan inne- och utetemperatur används för både innertak och golv. Detta är förenklade effektiva värden. Temperaturerna på vinden, i källaren och i marken beräknas inte separat.

Uppvärmning: luftomsättning och infiltration

Ventilationsvärmeförlust. När kall uteluft kommer in i ett rum behövs värme för att höja dess temperatur till inomhusnivån. Värmeförlusten beror på rummets volym, luftomsättningen och temperaturskillnaden.

Qair = 0.34 × n × V × ΔT

Faktorn 0,34 motsvarar ungefär luftens volymetriska värmekapacitet. Luftomsättningstalet n anges i h^-1 och visar hur många rumsvolymer luft som ersätts av uteluft varje timme.

Följande värden används för överslagsberäkning:

• Låg luftomsättning: 0,3 h^-1.
• Normal luftomsättning: 0,5 h^-1.
• Måttligt förhöjd luftomsättning: 0,8 h^-1.
• Förhöjd luftomsättning: 1,0 h^-1.
• Hög luftomsättning: 1,5 h^-1.
• Mycket hög luftomsättning: 2,0 h^-1.

För vanliga bostadsrum används ofta en luftomsättning på omkring 0,5 h^-1 vid preliminära uppskattningar. Ökad luftomsättning höjer motsvarande värmeförlust proportionellt.

Uppvärmning: total värmeeffekt

Total värmeförlust. Förlusterna genom ytterväggar, fönster, dörr, innertak, golv och luftomsättning läggs samman. Resultatet anger den värmeeffekt som behövs för att kompensera förlusterna vid de valda temperaturerna.

Qheat = Qwall + Qwin + Qdoor + Qceiling + Qfloor + Qair

Den totala effekten visas i watt och kilowatt. Samma omräkningsfaktor på 3,41214 används för BTU/h.

QkW = Qheat / 1000

QBTU = Qheat × 3.41214

Specifik värmebelastning. I båda driftlägena beräknas även effekt per enhet golvarea och rumsvolym.

qA = Q / A

qV = Q / V

Det första värdet anges i W/m², det andra i W/m³. De gör det möjligt att jämföra värmebelastningar i rum av olika storlek.

Val av luftkonditionering för uppvärmning. Den beräknade värmeeffekten måste jämföras med utrustningens prestanda vid den valda utomhustemperaturen. För luftkonditionering med värmepump kan den tillgängliga värmeeffekten minska när det blir kallare ute. Enbart märkeffekten räcker därför inte.

Relaterade europeiska standarder

EN ISO 52016-1 ”Byggnaders energiprestanda. Energibehov för uppvärmning och kylning, inomhustemperaturer samt sensibla och latenta värmelaster. Del 1: Beräkningsförfaranden”. Standarden beskriver metoder för att uppskatta byggnaders energibehov och värmelaster. Kalkylatorn använder en förenklad stationär modell med fasta faktorer, inte en fullständig beräkning enligt standarden.

EN 12831-1 ”Byggnaders energiprestanda. Metod för beräkning av dimensionerande värmelast. Del 1: Värmelast för rumsuppvärmning”. Standarden anger metoder för att bestämma erforderlig värmeeffekt utifrån transmissions- och ventilationsförluster. Dessa delar används i förenklad form i uppvärmningsläget.

EN ISO 6946 ”Byggnadskomponenter och byggnadsdelar. Värmemotstånd och värmegenomgångskoefficient. Beräkningsmetoder”. Standarden beskriver hur värmemotstånd och värmegenomgång beräknas för byggnadskonstruktioner. Kalkylatorn använder förinställda ungefärliga värden i stället för att beräkna varje materialskikt.

EN 14511-2 ”Luftkonditioneringsaggregat, vätskekylare och värmepumpar för rumsuppvärmning och kylning med elektriskt drivna kompressorer. Del 2: Provningsförhållanden”. Standarden fastställer provningsvillkoren för utrustning, bland annat för bestämning av kyl- och värmeeffekt. Kontrollera tillverkarens prestandauppgifter för de aktuella temperaturerna när du väljer luftkonditionering.

Vanliga frågor

Varför kräver en luftkonditionering olika effekt för kylning och uppvärmning?

Vid kylning uppskattas värmetillskott från golvarea, solinstrålning, fönster, personer och apparater. Vid uppvärmning beräknas den effekt som krävs för att kompensera värmeförluster genom byggnadsdelar och luftomsättning. Samma rum kan därför ge mycket olika resultat.

Kan man dimensionera luftkonditionering enbart efter rummets area?

Ett riktvärde på 100 W/m² lämpar sig för en första uppskattning av kyleffekten under normala förhållanden. Rum med samma area kan dock ha olika värmebelastning beroende på takhöjd, fönster, isolering och solinstrålning. För uppvärmning är byggnadens värmeförlust och dimensionerande vintertemperatur utomhus särskilt viktiga.

Vilken utomhustemperatur ska användas vid effektberäkningen?

För kylning väljer du en representativ hög utomhustemperatur då luftkonditioneringen ska hålla önskad inomhustemperatur. För uppvärmning använder du regionens dimensionerande vintertemperatur i stället för säsongsmedelvärdet. En större temperaturskillnad höjer den beräknade värmebelastningen, även om temperaturjusteringen för kylning är begränsad till sitt fastställda intervall.

Varför väljs inte närmast högre BTU-effektklass för uppvärmning?

En luftkonditionerings nominella värmeeffekt kan skilja sig kraftigt från den faktiska effekten vid låga utomhustemperaturer. Två enheter i samma BTU-klass kan ge olika värmeeffekt vid frost. Därför visas det beräknade värmebehovet separat och modellen bör väljas efter deklarerad värmeeffekt vid den aktuella vintertemperaturen.

Hur påverkar rummets isolering den effekt som luftkonditioneringen behöver?

Vid kylning ändrar isoleringsnivån den beräknade belastningen genom procentuella justeringar kopplade till andelen ytterväggar. Vid uppvärmning bestämmer värmegenomgångskoefficienter direkt värmeförlusterna genom väggar, fönster, innertak och golv. Om koefficienten för en yttervägg sänks från 1,30 till 0,25 W/(m²·K) minskar exempelvis den beräknade förlusten genom väggens täta del med cirka 81 % vid samma area och temperaturskillnad.