Klimageräte-Rechner: Kühllast in heißen Klimazonen

Zeitgleiche Wärmeeinträge in den Raum

Die Berechnung folgt den komponentenweisen Energiebilanzen aus NPTEL IIT Kharagpur, Lessons 34–35, mit einem bewusst vereinfachten stationären Solarmodell für den Auslegungstag. Wärmeeinträge werden als Kühllasten angesetzt: Die Kühllastfaktoren für Strahlungsanteile betragen 1; Wärmespeicherung bleibt unberücksichtigt. EnergyPlus wird nicht ausgeführt.

Für opake Bauteile gilt $Q=UADelta T_{eff}$. Im Standardmodus gilt $Delta T_{eff}=T_o-T_i+alpha I/h_o$. Dies ist eine Näherung über die äquivalente Außentemperatur ohne gesonderten Korrekturterm für den langwelligen Nettostrahlungsaustausch. EnergyPlus 26.2, Outside Surface Heat Balance, erläutert die Oberflächenbilanz und deren Vereinfachung über die äquivalente Außentemperatur; die vollständigen Wärmeleitungs- und Strahlungsalgorithmen sind detaillierter. U-Werte und äußerer Gesamtwärmeübergangskoeffizient werden vom Nutzer vorgegeben; ein Bauteilkatalog liegt nicht zugrunde.

Die Sonnenrichtung wird durch Projektion des Sonnenvektors auf geografisch Ost, Nord und die Vertikale bestimmt. Grundlage sind geografische Breite, Deklination und Sonnenstundenwinkel mit 15 Grad je Stunde ab dem wahren Mittag. Die Bestrahlungsstärke auf senkrechte Nord-, Ost-, Süd- und Westflächen setzt sich aus dem positiven direkten Einfallsanteil, der halben diffusen horizontalen Bestrahlungsstärke und der halben vom Boden reflektierten horizontalen Bestrahlungsstärke zusammen. Der Reflexionsgrad des Bodens wird mit 0,2 angesetzt. Die Dachbestrahlungsstärke ergibt sich aus der direkten Normalbestrahlungsstärke mal dem Sinus des Sonnenhöhenwinkels zuzüglich der diffusen Bestrahlungsstärke. Unterhalb des Horizonts wird die Bestrahlungsstärke auf null gesetzt. Der solare Wärmeeintrag durch Fenster ist Fläche × SHGC × Verschattungsfaktor der Fenster × auftreffende Bestrahlungsstärke. Der Wärmedurchgang durch Fenster wird getrennt berechnet; die Verglasungsfläche wird von der opaken Wandfläche abgezogen.

Der gesamte Tag wird in Abständen von 15 Minuten bei konstanten Außenbedingungen, inneren Lasten und DNI/DHI abgetastet. Maßgebend für die Auslegung ist die größte zeitgleiche Summe, nicht die Summe der Einzelmaxima je Orientierung. Die Tabelle der Lastanteile zeigt die Beiträge zu genau diesem Lastmaximum. Die Sonnenanimation verwendet eine gesonderte Zeitvorgabe und verändert die Auslegung nicht. Im Modus mit bekannten ETD bilden die eingegebenen ETD und der solare Fenstereintrag einen einzigen zeitgleichen Auslegungsfall, der im Diagramm konstant bleibt; ein Spitzenlastzeitpunkt ist hier nicht definiert.

Luftfeuchte und Außenluft

FAO-56 Chapter 3 equation 11 liefert die Näherungskurve für den Sättigungsdampfdruck. NPTEL Lesson 27 liefert $w=0.622p_v/(p-p_v)$ und die Trockenluftdichte nach dem idealen Gasgesetz. Der Außenluftwechsel ACH wird zunächst in einen Außenluftvolumenstrom und anschließend in einen Trockenluftmassenstrom umgerechnet. Der sensible Wärmeeintrag beträgt $dot m_{da}(c_{pa}+w_oc_{pv})(T_o-T_i)$. Für den latenten Wärmeeintrag gilt $dot m_{da}(h_{fg}+c_{pv}t_i)max(w_o-w_i,0)$, wobei $t_i$ die Temperatur bezogen auf 0 °C ist. Die Konstanten betragen 1005 und 1880 J/(kg·K) sowie 2501000 J/kg. Für trockenere Außenluft wird keine Minderung der latenten Kühllast angerechnet. Sensible und latente Personenlasten sowie Beleuchtung und Geräte werden ausdrücklich addiert.

Kälteleistung und Kosten

Der verbleibende Leistungsanteil beträgt bis 35 °C den Wert 1 und nimmt danach entsprechend der Nutzervorgabe für 45 °C linear ab. Dieselbe Gerade wird bis 50 °C extrapoliert. Dies ist ein Nutzerszenario, keine allgemeingültige Klimagerätekennlinie. Die minimale Nennkälteleistung ergibt sich aus maximaler Raumkühllast × (1 + Leistungszuschlag) / verbleibendem Leistungsanteil. Eine Kältetonne entspricht 12000 BTU/h.

Das Kostenszenario ergibt sich aus der monatlich abgegebenen Kälteenergie geteilt durch (eingegebenen ISEER × eingegebenen Effizienzkorrekturfaktor), multipliziert mit dem eingegebenen Stromtarif. Die BEE-Methodik vom 24. August 2016 beschreibt die saisonale Temperaturgewichtung; ISEER ist keine momentane Leistungszahl COP bei 45–50 °C. Bei der Solltemperaturvariation werden die Wärmeeinträge durch Gebäudehülle und Außenluft bei konstanter relativer Raumluftfeuchte neu berechnet. Effizienzkorrekturfaktor und mittlerer Lastanteil bleiben dabei unverändert. Im Modus mit bekannten ETD werden die vorgegebenen Auslegungswärmeeinträge entsprechend der Änderung der Solltemperatur angepasst; negative Wärmeeinträge durch die Gebäudehülle werden auf null begrenzt.

• Ein rechteckiger Raum mit Wänden entlang der geografischen Haupthimmelsrichtungen. Vom Nutzer deaktivierte Begrenzungsflächen grenzen an gleich stark gekühlte Räume. Kein Modell für erdberührte Böden, Wärmebrücken, Dachfenster oder heiße Nachbarräume.
• U-Werte, Bestrahlungsstärke, Absorptionsgrad, Verschattung, Infiltration und Geräteleistung werden vom Nutzer eingegeben. Die Vorgaben für Bauweise und Witterung sind Beispielszenarien, keine gemessenen örtlichen Auslegungsdaten.
• Konstante Außenluft-Trockentemperatur und gleichzeitig auftretende relative Außenluftfeuchte über den abgetasteten Tag. Konstante DNI/DHI bei Sonne über dem Horizont; isotroper diffuser Himmel und Bodenreflexionsgrad 0,2. Keine Abschirmung der Sonne, Wandverschattung, thermische Phasenverschiebung oder Verzögerung durch Strahlungsanteile.
• Wärmeeinträge durch Personen und Geräte treten beim Raumlastmaximum gleichzeitig auf. Die Vorgabe für eine stehende Person von 75 W sensibel plus 75 W latent stammt aus NPTEL Lesson 35, Table 35.3, p.12.
• Unbehandelte Luft wird einmalig als Außenluftwechsel ACH unter Außenluft-Volumenbedingungen erfasst. Keine Wärmerückgewinnung, unausgeglichenen Zu- und Abluftströme, Kanalverluste oder Auswahl von Kanalventilatoren. Keine Anrechnung einer Entfeuchtung durch Außenluft.
• Die Vorgaben von 85% verbleibendem Leistungsanteil bei 45 °C, 0,75 Effizienzkorrekturfaktor, 0,55 mittlerem Lastanteil, 5% Leistungszuschlag und Stromtarif 8 sind veränderbare Annahmen. Sie sind weder gemessene Produktleistungsdaten noch von BEE vorgeschriebene Faktoren.
• Die regionalen Klassenlisten verwenden historische Haier-Produktbeispiele und Nennkälteleistungen der Hitachi E-series von 2026. Sie veranschaulichen Leistungsklassen, ohne aktuelle Verfügbarkeit oder Tropentauglichkeit zuzusichern. Pi bezeichnet eine Kälteleistungsklasse, keine mechanische Pferdestärke; tatami bezeichnet hier eine marktübliche Klasse, keine Flächenumrechnung.

Vorläufige Kühllastabschätzungen für Außenluft-Trockentemperaturen von 30–50 °C, Raumtemperaturen von 18–30 °C, Außenluft wärmer als Raumluft, geografische Breiten von −40° bis +40° und Luftdrücke von 75–105 kPa. Der vorgesehene Einsatzbereich für heiße Klimazonen liegt bei 40–50 °C. Die zulässigen Eingabebereiche sind Rechengrenzen. Sie gewährleisten nicht, dass jede extreme Kombination einen üblichen genutzten Raum beschreibt.

Keine Vorhersage von thermischer Behaglichkeit, erreichbarer Luftfeuchte, Abkühlzeit, Verdichtertaktung, erforderlicher Stromkreisdimensionierung oder Kältemittelauswahl. Das stationäre Solarmodell kann die momentane Kühllast einer schweren Wand überschätzen und deren verzögertes abendliches Lastmaximum nicht abbilden. Verwenden Sie für eine detaillierte Auslegung örtliche Auslegungswetterdaten und ein instationäres Wärmebilanzverfahren oder ein geeignetes Kühllastverfahren.

Prüfen Sie vor dem Kauf die tatsächlich abgegebene Gesamtleistung UND sensible/latente Kälteleistung bei der tatsächlichen Außentemperatur und den raumseitigen Trocken- und Feuchttemperaturen, die minimale regelbare Kälteleistung, den Luftvolumenstrom und die maximal zulässige Außentemperatur. Eine hohe zulässige Betriebstemperatur garantiert keinen bestimmten verbleibenden Kälteleistungsanteil. Vermeiden Sie die Addition mehrerer unabhängiger Überdimensionierungszuschläge. Installation, Umgang mit Kältemitteln und Elektroarbeiten gehören in die Hände von Fachkräften und müssen den örtlichen Vorschriften entsprechen.

Die ISEER-Vergleiche verwenden die BEE-Definition von 2016 als Hintergrund, nicht zur Bewertung der Einhaltung aktueller Sterneklassen. Es werden weder aktuelle Sterneklassen noch Förderberechtigungen oder regulierte Stromtarife zugewiesen. Preise werden vom Nutzer eingegeben; der vorgegebene Stromtarif ist ein Beispiel mit Stand vom 27. Oktober 2026.