Kühllast in Wohnräumen nach DIN 4108-2 und ISO 7730 beherrschen

Sommerlicher Wärmeschutz und thermische Behaglichkeit nach DIN 4108-2 und DIN EN ISO 7730

Steigende Durchschnittstemperaturen und zunehmende Tropennächte stellen Planer und Eigentümer von Ein- und Mehrfamilienhäusern vor erhebliche Herausforderungen. Während der bauliche Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2 und das Gebäudeenergiegesetz (GEG) passive Maßnahmen wie außenliegende Verschattung und speicherwirksame Gebäudemassen vorschreiben, stößt die rein passive Begrenzung solarer Wärmeeinträge in hochgedämmten Wohngebäuden regelmäßig an physikalische Grenzen. Hohe innere Lasten durch Personen und Haushaltsgeräte sowie lang anhaltende Hitzeperioden führen zu einer kontinuierlichen Überhitzung der Bausubstanz.

Thermische Behaglichkeit bemisst sich dabei nicht allein an der trockenen Raumlufttemperatur ($t_a$), sondern maßgeblich am Zusammenwirken von operativer Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit ($\varphi$), mittlerer Strahlungstemperatur der Umschließungsflächen und Luftgeschwindigkeit. Gemäß DIN EN ISO 7730 und der Fanger-Gleichung (PMV/PPD-Modell) empfindet der menschliche Körper Raumluftbedingungen zwischen 20 °C und 23 °C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40 % bis 55 % als behaglich. Übersteigt der Feuchtegehalt diesen Korridor, sinkt die Verdunstungskühlung der Haut, was das subjektive Schwüleempfinden drastisch verstärkt. Aus diesem Grund reicht eine reine sensible Kühlung (etwa über Fußbodenkühlkreise) an heißen Sommertagen oft nicht aus: Sie birgt Taupunktunterschreitungsrisiken und kann keine Enthalpie durch Luftentfeuchtung abführen.

Thermodynamische Grundlagen der aktiven Kühllastabfuhr im Kompressionskältekreis

Die Abfuhr solarer und interner Wärmelasten erfolgt im linksdrehenden thermodynamischen Kreisprozess (Kaltdampfprozess). Das Arbeitsmedium, bei modernen dezentralen Wohngebäudeklimatisierungen vorrangig Difluormethan (R32) oder Propan (R290), zirkuliert zwischen Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsorgan.

Im Verdampfer des Raumgeräts nimmt das Kältemittel bei geringem Druck ($p_{evap}$) und niedriger Sättigungstemperatur sensible und latente Wärme aus der Raumluft auf. Sobald die Oberflächentemperatur des Lamellen-Wärmeübertragers die Taupunkttemperatur der zirkulierenden Luft unterschreitet, kondensiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf aus. Dieser Phasenwechsel entzieht dem Raum Enthalpie und entlastet die Atemwege. Das gasförmige Kältemittel wird anschließend vom Inverter-Verdichter isentrop komprimiert, im Außenwärmeübertrager unter Wärmeabgabe an die Außenluft isobar verflüssigt und über ein elektronisches Expansionsventil (EEV) isenthalp auf den Verdampfungsdruck entspannt.

Der theoretische Grenzwirkungsgrad eines solchen Kühlprozesses orientiert sich am reversiblen Carnot-Kälteprozess: $$\varepsilon_{C} = \frac{T_0}{T_c - T_0}$$ Hierbei beschreibt $T_0$ die absolute Verdampfungstemperatur und $T_c$ die Verflüssigungstemperatur in Kelvin. In der Praxis bestimmen der Energy Efficiency Ratio (EER) sowie der Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER nach DIN EN 14825) den realen Nutzungsgrad unter Berücksichtigung von Überhitzung, Unterkühlung und Teillastverhalten.

S-Klima Multisplit-Lösungen: SX-Serie von Mitsubishi Heavy Industries im Wohnbaufokus

Im Portfolio von S-Klima (Stulz GmbH) deckt die SX-Multisplit-Serie von Mitsubishi Heavy Industries (MHI) ein Kälteleistungsspektrum von 4,0 bis 12,5 kW ab und ermöglicht die simultane Anbindung von zwei bis zu sechs Innengeräten an ein einziges Außengerät. Durch die Integration von DC-Twin-Rotary-Inverter-Verdichtern und elektronischen Expansionsventilen passt sich die Kälteleistung stufenlos dem variablen Lastprofil einzelner Wohn- und Schlafräume an.

Ein wesentlicher Vorzug der MHI SX-Serie im Wohnbereich liegt in der Akustik und der Luftstromgeometrie. Bei Split-Klimageräten in Schlafräumen führen turbulente Luftströmungen oder Verdichterbrummen schnell zu Komforteinbußen. Die korrespondierenden MHI-Wandgeräte (wie die SRK-Serie) bieten Schalldruckpegel im Quiet-Modus von bis zu 19 dB(A), was unterhalb der menschlichen Hörschwelle in ruhigen Schlafräumen liegt. Die Jet-Air-Technologie, adaptiert aus der Strömungsmechanik von Strahltriebwerken, erzeugt zudem einen gleichmäßigen, zugfreien Luftstrahl, der den Coandă-Effekt nutzt: Die kalte Luft gleitet an der Decke entlang und sinkt großflächig ab, wodurch kalte Zuglufterscheinungen im Aufenthaltsbereich vermieden werden.

| Kenngröße / Parameter | MHI SX-Multisplit (Direktverdampfung) | S-Klima SAS (Hydronisch / Kaltwasser) | | :--- | :--- | :--- | | Kältemittel | R32 (GWP 675) | R290 (Propan, GWP 3) | | Kühlleistungsbereich | 4,0 bis 12,5 kW | 4,7 bis 14,0 kW (SAS R290) | | Wärmeübertragungsmedium im Gebäude | Kältemittel (DX) | Aufbereitetes Heiz-/Kühlwasser | | Entfeuchtungscharakteristik | Sehr hoch (direkte Kondensation am DX-Block) | Hoch bis moderat (über Gebläsekonvektoren/FCU) | | Leitungslänge gesamt | Bis zu 75 m Summenleitung | Nahezu unbegrenzt im hydraulischen Netz | | SEER / Wirkungsgradklasse | Bis A+++ / SEER > 8,5 | A++ / Hohe Teillasteffizienz (Inverter-Pumpe) |

Hydronische Alternativen: S-Klima SAS-Wärmepumpen mit Propan (R290)

Neben der klassischen Direktverdampfung (DX) forciert S-Klima für gehobene Ein- und Zweifamilienhäuser hydronische Kaltwasser-Lösungen über die reversible Luft-Wasser-Wärmepumpenserie SAS. Diese Kompaktchiller arbeiten mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan) und sind hermetisch geschlossen im Außenbereich aufgestellt. Damit entfällt jegliches kältetechnische Sicherheitsrisiko im Gebäudeinneren nach DIN EN 378.

Die SAS-Geräte stellen Kaltwasservorlauftemperaturen von beispielsweise 7 °C bis 12 °C bereit. In Kombination mit modernen Eurapo- oder S-Klima-Gebläsekonvektoren (Fan Coils) ermöglichen sie sowohl eine sensible Temperaturabsenkung als auch eine geregelte Entfeuchtung über den internen Kondensatablauf. Werden die Systeme mit Fußboden- oder Deckenheizsystemen gekoppelt, fungieren sie als stille Kühlung. Dabei sorgt eine taupunktüberwachte Vorlaufregelung (typischerweise $t_v \ge 18$ °C) dafür, dass keine Bauschäden durch Kondensatbildung an Estrich- oder Trockenbaukonstruktionen entstehen.

Technische Auslegungsrechnung: Kühllast und Enthalpieentzug eines Dachgeschosses

Zur Veranschaulichung der kältetechnischen Dimensionierung nach VDI 2078 dient die Berechnung eines ausgebauten Dachgeschosses in einem modernen Einfamilienhaus:

• Raumabmessungen: Fläche $A = 45,\text{m}^2$, lichte Höhe $h = 2,6,\text{m}$, Raumvolumen $V = 117,\text{m}^3$
• Luftzustand Beginn: Raumtemperatur $t_1 = 28,\text{°C}$, relative Feuchte $\varphi_1 = 60,%$
• Soll-Zustand: Raumtemperatur $t_2 = 22,\text{°C}$, relative Feuchte $\varphi_2 = 50,%$
• Spezifische Enthalpien (aus h,x-Diagramm nach Mollier):
  • $h_1 (28,\text{°C}, 60,%) \approx 64,5,\text{kJ/kg}$, absolute Feuchte $x_1 \approx 14,3,\text{g/kg}$
  • $h_2 (22,\text{°C}, 50,%) \approx 43,0,\text{kJ/kg}$, absolute Feuchte $x_2 \approx 8,3,\text{g/kg}$
• Luftdichte: $\rho \approx 1,18,\text{kg/m}^3$; Gesamtluftmasse $m_{L} = V \cdot \rho = 117 \cdot 1,18 \approx 138,06,\text{kg}$

1. Latenter und sensibler Enthalpiebedarf

Die abzuführende Gesamtwärmemenge der Raumluftmasse zur Erreichung des Zielzustands beträgt: $$\Delta H = m_L \cdot (h_1 - h_2) = 138,06,\text{kg} \cdot (64,5 - 43,0),\text{kJ/kg} = 2.968,3,\text{kJ} \approx 0,82,\text{kWh}$$

2. Stationäre Kühllastberechnung (Transmissions-, Strahlungs- und Innenlasten)

Unter Berücksichtigung der kontinuierlichen Wärmeeinträge (Südausrichtung Dachfenster, Transmission über Dachschrägen $U = 0,18,\text{W/(m}^2\text{K)}$, Personenlast 2 Personen $\approx 240,\text{W}$, Geräte $300,\text{W}$) ergibt sich eine stationäre Kühllast nach VDI 2078 von: $$\dot{Q}{K,gesamt} = \dot{Q}{trans} + \dot{Q}{rad} + \dot{Q}{intern} = 0,65,\text{kW} + 1,80,\text{kW} + 0,54,\text{kW} = 2,99,\text{kW}$$

Ein MHI-Innengerät mit 3,5 kW Nennkälteleistung (wie das SRK 35 ZS-W an einem MHI SCM-Außengerät der SX-Serie) ist exakt dimensioniert. Es liefert im Nennbetrieb ausreichende Reserven, um die Transmissions- und Strahlungslasten abzufangen, und schiebt gleichzeitig stündlich rund 0,8 bis 1,2 Liter Kondenswasser aus dem Raum ab, was das Raumklima rasch in den optimalen Behaglichkeitsbereich nach ISO 7730 überführt.

Fazit und Planungsempfehlung für das Handwerk

Effizienter sommerlicher Hitzeschutz im modernen Wohnungsbau verlangt die Symbiose aus baulicher Dämmung, Verschattung und moderner Kältetechnik. Die Systeme von S-Klima demonstrieren, dass Split-Systeme auf Direktverdampfungsbasis (MHI SX-Serie) maximale Flexibilität bei Sanierung und Dachgeschossausbau bieten, während hydronische R290-Lösungen (SAS-Serie) eine ganzheitliche Verbindung aus Heizung und stiller/dynamischer Flächenkühlung ermöglichen. Planer und Fachhandwerker finden bei der Dimensionierung und Komponentenauswahl fundierte Unterstützung bei Klimacorner.de, Ihrem spezialisierten Fachpartner für Klimatechnik, Wärmepumpen und zukunftsfähige Kältekonzepte.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• S-Klima Produktwelt & Systemtechnik

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – S-Klima informiert über moderne Klimatechnik und energieeffiziente Multisplit-Konzepte für Wohn- und Gewerbegebäude.