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Gebäude Kühlung bei sommerlicher Hitze


Monoblock Klimageräte und Ventilatoren


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Hier werden zwei Methoden vorgestellt, mit denen man ein Einfamilienhaus bei sommerlicher Hitze mit moderatem Energie- und Geräteeinsatz auf erträglichen Temperaturen halten kann.
Beide Methoden ergänzen sich gegenseitig. Dabei ist die nachts verwendete Methode mit Ventilatoren trotz fast vernachlässigbarem Energieeinsatz die weitaus wirksamere. Einzige Bedingung ist, dass die Aussentemperatur nachts geringer ist als die Innentemperatur.

Tagsüber:
Betrieb handelsüblicher Monoblock Klimageräte. Entscheidender Punkt ist, dass die Zuluft direkt aus dem Keller zu den Klimageräten transportiert wird. Dafür werden die Rohre der Warmluftheizung verwendet.

Nachtmethode:
Leistungsstarke Ventilatoren, die in Panele eingebaut sind, und passgenau in die Rahmen geöffneter Fenster eingehängt werden. Der schiere Luftumsatz ist hier der ausschlaggebende Faktor. Mit insgesamt 3 Ventilatoren zu je 1000 m3/h Luftumsatz beträgt die Kühlwirkung pro Grad Temperaturdifferenz im Vergleich zur Aussentemperatur 900 Watt. Wenn es draussen z.B. 8 Stunden lang im Durchschnitt 3°C kälter ist als drinnen, dann beträgt die effektive Kühlleistung 8 Stunden lang 2700 Watt. Damit kann man die Kerntemperatur eines Einfamilienhauses pro Nacht um etwa 0,5 bis 1°C absenken. Dabei brauchen die Ventilatoren selbst insgesamt lediglich 120 Watt an elektrischer Leistung.

Im Folgenden wird die tagsüber praktizierte Methode beschrieben.

Tagsüber


Kurzzusammenfassung:

Von aussen angesaugte Luft wird durch den Keller geleitet, dort abgekühlt, dann durch bestehende Rohre der Warmluftheizung in das Obergeschoss geleitet, und dient dort schliesslich als Zuluft für 2 Monoblock Klimageräte.


Ausführlicher:

Es ist der 30. Juli 2018. Um 16:00 Uhr sind draussen 34°C, und die Nacht zuvor hat es kaum abgekühlt (Tiefstwert ca. 18°C). Seit 2 Wochen liegen die Tageshöchstwerte fast immer über 30°C, und die Tiefstwerte zwischen 15 und 18°C.

Zu diesem Zeitpunkt ist die auf der nächsten Seite beschriebene Nachtkühlung des Gebäudes erst in Ansätzen realisiert.

Im Arbeitszimmer des Verfassers, (im Obergeschoss des Gebäudes) hat es inzwischen 24°C, was ihm deutlich zu warm ist.

In beiden Zimmern des Obergeschosses laufen je ein Monoblock Klimagerät (letztes Bild).

Hauptvorteile solcher Geräte sind

Monoblock Klimageräte stellen also eine  massentaugliche Technik dar, gerade weil sie von technisch weniger versierten Menschen beschafft und installiert werden kann.

Grösster Nachteil solcher Geräte ist weniger der 13 cm dicke Abluftschlauch (der in Werbeprospekten gerne versteckt wird), sondern die nachströmende Zuluft. Diese Geräte blasen sehr viel Luft nach draussen, demnach muss von irgendwo her sehr viel Luft nachströmen. Praktisch kommt die nachströmende Luft aus allen möglichen undichten Stellen in der Gebäudehülle. Da bei Altbauten praktisch nichts dicht ist (was in der Gesamtschau kein Nachteil ist), können Monoblock Klimageräte insbesondere in Altbauten problemlos betrieben werden. Wenn man das aber über mehrere Tage hinweg macht, dann wird es im Rest des Hauses, allmählich wärmer.
In Gebäuden mit Warmluftheizung ergeben sich jedoch Möglichkeiten, dem entgegenzuwirken, weil hier grössere Mengen Luft direkt, an das Klimagerät transportiert werden können.

Monoblock Klimageräte sind besser als ihr Ruf. Die nachströmende Zuluft mindert den Wirkungsgrad zwar theoretisch, ist jedoch kein ausschlaggebender Faktor. Die Kühlung ist bedeutend höher als die Erwärmung durch die nachströmende Zuluft.
Die Zuluft direkt von draussen zu holen ist keine gute Idee. Zwar entledigt man sich damit der nachströmenden Zuluft, doch der Wirkungsgrad des Gerätes ist geringer, weil die zur internen Kühlung zugeführte Luft nun gut 10°C wärmer ist. Daher bringen Monoblock Klimageräte mit 2 Luftschläuchen statt einem kaum etwas.

Im Gebäude des Verfassers wurde folgendes realisiert:
Bei 34°C Aussentemperatur hat der Betonboden um den Lichtschacht hinter der Küche herum ca. 27°C. An diese Stelle scheint zu keiner Tages- und Jahreszeit die Sonne hin. Dieser Lichtschacht ist mit einem Rohr DN160 mit dem Gewölbekeller verbunden. Für die folgende Anwendung wird  diese Verbindung verlängert bis in Bodennähe des Gewölbekellers.
Am Ende des Rohres ist ein Ventilator eingesteckt, der die warme Aussenluft aktiv gegen den Kellerboden drückt (erstes Bild; darauf ist ganz links der Einfülltrichter für PÖL erkennbar).
Der Boden ist aus Massivbeton, und ohne Isolierung direkt mit dem Erdreich verbunden. Die durch das Rohr strömende Aussenluft kommt mit 29°C aus dem Rohr heraus, bewegt sich durch den Gewölbekeller, und tritt mit ca. 20°C durch die Tür in die Werkstatt.

In der Werkstatt befinden sich die beiden Rücklaufrohre der Warmluftheizung. Durch diese strömt im Heizbetrieb Rückluft von verschiedenen Zimmern zum Heizraum zurück. Für diese Anwendung wurden beide Rücklaufrohre unterbrochen (einfach die beiden Telefonieschalldämpfer entkoppeln, zweites Bild), und in eines der Rohre ein weiterer Ventilator eingeschoben (drittes Bild), der die Luft von der Werkstatt absaugt und direkt ein Zimmer des Obergeschosses bläst. Sämtliche Luftein- und austritte der Warmluftheizung sind entweder durch den Ruhebetrieb der Heizung automatisch geschlossen, oder manuell an den Zu- und Rückluftgittern in den Zimmern, mit Ausnahme der beiden Abluftöffnungen der Zimmer des Obergeschosses.

Das vierte Bild zeigt oben den geschlossenen Warmluftaustritt und unten den geöffneteten Rücklufteintritt des Arbeitszimmers, aus dem die ca. 21°C warme Luft aus der Werkstatt austritt.  Im Zimmer regelt zu diesem Zeitpunkt ein laufendes Monoblock Klimagerät die Raumtemperatur auf 22°C. Genaugenommen ist also allein die Zuluft aus der Werkstatt bereits eine kleine Kühlung für das Arbeitszimmer.

Damit die beiden Arbeitszimmer ihre Zuluft nahezu ausschliesslich aus dem Keller erhalten, müssen zudem noch einige Türen im Haus geschlossen sein. Insbesondere müssen die beiden dezentralen Wohnraumbelüftungsgeräte verschlossen sein, denn die Sogwirkung der beiden Monoblock Klimageräte ist grösser als die Luftmenge, die mit den bisher beschriebenen Massnahmen nach oben befördert werden kann.
Der Keller wird bei dieser Methode pro Tag um ca. 0,4°C wärmer. Die Zunahme wird mit der Zeit geringer, weil das Erdreich als quasi unendliches Kältereservoir wirkt. Nach 10 Tagen Hitzeperiode war die Temperatur im Gewölbekeller um 3°C angestiegen: 19 auf 22°C.
Dabei ist oben in den Arbeitszimmern 24°C kalte Luft angekommen, während die Klimageräte die Zimmertemperatur (problemlos) auf 24°C gehalten haben.
Das klingt zwar nicht besonders kalt, doch sollte man die Entfeuchtungswirkung solcher Klimageräte nicht unterschätzen. Bereits 5 Prozentpunkte weniger Luftfeuchte (z.B. 65% statt 70%) erhöhen den Komfort spürbar.

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Juli 2018