Lüftungskonzept erstellen
Lüftungsberechnung nach DIN 1946-6 — automatische Stufen-Ermittlung.
Lüftungskonzept erstellenEnthalpie h in der TGA: spezifische Enthalpie feuchter Luft, h,x-Diagramm (Mollier), Wärmerückgewinnung, Enthalpietauscher und Anwendung in der Klimatechnik.
Lüftungsberechnung nach DIN 1946-6 — automatische Stufen-Ermittlung.
Lüftungskonzept erstellenEnthalpie (Formelzeichen: H, spezifische Enthalpie: h, Einheit: J/kg oder kJ/kg) ist eine thermodynamische Zustandsgröße, die den gesamten Wärmeinhalt eines Stoffes bei konstantem Druck beschreibt. Sie setzt sich zusammen aus der inneren Energie U und dem Produkt aus Druck p und spezifischem Volumen v:
H = U + p × V → h = u + p × v [J/kg]
In der TGA-Praxis ist die Enthalpie vor allem für die Berechnung von Luftbehandlungsanlagen (Klimazentralgeräte, KWL, Kühler, Befeuchter) relevant, da sie den gesamten Energieinhalt feuchter Luft inklusive Kondensationswärme des Wasserdampfes beschreibt.
Norm: DIN EN ISO 15927 (Hygrotherme Leistungsmerkmale), VDI 2078 (Kühllast), DIN EN 13053 (Lüftungsgeräte — Leistungsklassen), DIN 1946-6 (Lüftung von Wohngebäuden)
Die spezifische Enthalpie feuchter Luft h [kJ/kg trockene Luft] setzt sich zusammen aus:
h = cp_L × θ + x × (r₀ + cp_D × θ)
| Symbol | Bedeutung | Wert |
|---|---|---|
| cp_L | Spezifische Wärmekapazität trockener Luft | 1,006 kJ/(kg·K) |
| θ | Lufttemperatur | °C |
| x | Wassergehalt (Feuchtegehalt) | kg/kg trockene Luft |
| r₀ | Verdampfungsenthalpie Wasser bei 0 °C | 2.501 kJ/kg |
| cp_D | Spezifische Wärmekapazität Wasserdampf | 1,86 kJ/(kg·K) |
Vereinfachte Formel für TGA-Praxis: h ≈ 1,006 × θ + x × (2.501 + 1,86 × θ) [kJ/kg]
| Luftzustand | θ [°C] | φ [%] | x [g/kg] | h [kJ/kg] |
|---|---|---|---|---|
| Winterluft kalt/trocken | –10 | 80 | 1,2 | –8,8 |
| Winterluft (Außenluft DE, Jan.) | 0 | 85 | 3,2 | 8,1 |
| Raumluft Normalbetrieb | 20 | 50 | 7,3 | 38,5 |
| Komfortbereich Sommer | 24 | 50 | 9,3 | 47,5 |
| Sommerluft warm/feucht | 32 | 60 | 19,0 | 80,7 |
| Sommerluft heiß (Spitze DE) | 36 | 40 | 16,0 | 77,0 |
Das h,x-Diagramm (auch Mollier-h,x-Diagramm, psychrometrisches Diagramm) stellt alle Zustände feuchter Luft grafisch dar — mit der spezifischen Enthalpie h auf der y-Achse und dem Wassergehalt x auf der x-Achse. Jeder Punkt im Diagramm beschreibt einen eindeutigen Luftzustand.
Typische Zustandsänderungen im h,x-Diagramm:
| Zustandsänderung | Verlauf im Diagramm | TGA-Beispiel |
|---|---|---|
| Sensible Erwärmung | Horizontal (x = const.) | Nachheizregister KWL |
| Sensible Kühlung | Horizontal (x = const.) | Kühler oberhalb Taupunkt |
| Kühlung mit Entfeuchtung | Kurve zur Sättigungslinie | Kühler unterhalb Taupunkt |
| Adiabate Befeuchtung | Entlang h = const. | Umlaufbefeuchter |
| Dampfbefeuchtung | Steil aufwärts (h + Δh) | Dampfbefeuchter |
| Mischung zweier Luftströme | Gerade zwischen zwei Punkten | Außen-/Umluftmischung |
Die Effizienz einer WRG-Anlage kann sowohl temperaturbasiert als auch enthalpiebasiert bewertet werden:
η_t = (θ_ZU – θ_AU) / (θ_AB – θ_AU)
Dieser Wirkungsgrad beschreibt nur die sensible (fühlbare) Wärmerückgewinnung.
η_h = (h_ZU – h_AU) / (h_AB – h_AU)
Dieser Wirkungsgrad berücksichtigt auch die latente Wärme (Kondensationswärme) und ist bei Enthalpietauschern (mit Feuchteübertragung) relevant.
| WRG-Typ | η_t (sensibel) | η_h (enthalpisch) | Feuchteübertragung |
|---|---|---|---|
| Kreuzgegenstrom (Aluminium) | 75–90 % | 55–65 % | Nein |
| Rotationswärmetauscher (Sorption) | 75–85 % | 70–85 % | Ja (~60–75 %) |
| Enthalpietauscher (Membran) | 70–80 % | 65–80 % | Ja (~50–70 %) |
In Klimaten mit hoher absoluter Luftfeuchtigkeit im Sommer (z. B. Süddeutschland, Juli/August) liefert der enthalpiebasierte Wirkungsgrad einen genaueren Ausdruck der tatsächlichen Energieeinsparung — da auch die Kondensationswärme des abzuführenden Wasserdampfes in der Kühlleistung enthalten ist.
In der Kühllastberechnung nach VDI 2078 wird die Enthalpiedifferenz zwischen Außenluft und Zuluft zur Berechnung der Lüftungskühllast verwendet:
Φ_Lüftung = V̇_AU × ρ_Luft × (h_AU – h_ZU) / 3.600 [kW]
Da h_AU im Sommer die sensible Wärme und die latente Wärme des Wasserdampfes enthält, ist die Kühllast durch Außenluft erheblich höher als aus der reinen Temperaturdifferenz abzuleiten wäre — besonders an schwülen Sommertagen (hohe absolute Feuchtigkeit).
| Zustand | θ [°C] | x [g/kg] | h [kJ/kg] |
|---|---|---|---|
| Außenluft (Auslegung Frankfurt) | 32 | 11,5 | 61,4 |
| Zuluft (Zielzustand) | 16 | 8,5 | 37,6 |
| Enthalpiedifferenz Δh | 23,8 kJ/kg |
Für einen Außenluftvolumenstrom von 1.000 m³/h: Φ = 1.000 × 1,20 × 23,8 / 3.600 = 7,9 kW Kühllast
(Ohne Feuchteberücksichtigung, rein sensibel: 1.000 × 1,20 × 1.006 × (32–16) / 3.600.000 = 5,4 kW — Unterschätzung von ca. 30 %)
Sensible Wärme (fühlbare Wärme) verändert die Temperatur eines Stoffes ohne Phasenübergang. Latente Wärme (verborgene Wärme) wird beim Phasenübergang (Verdampfen, Kondensieren) aufgenommen oder abgegeben, ohne die Temperatur zu ändern. In der Lüftungs- und Klimatechnik ist latente Wärme vor allem bei der Entfeuchtung (Kondensation am Kühlregister) und bei der Befeuchtung (Verdampfung) relevant. Ein Enthalpietauscher überträgt beide Anteile — er ist im Sommer energetisch effizienter als ein rein sensibeler Wärmetauscher.
In Wärmepumpen wird der thermodynamische Kreisprozess (Verdampfen, Verdichten, Verflüssigen, Drosseln) im Druck-Enthalpie-Diagramm (log p-h-Diagramm, Mollier-Diagramm für Kältemittel) dargestellt. Die Enthalpiedifferenz am Verdampfer (h₁ – h₄) ergibt die Kälteleistung, die Differenz am Verflüssiger (h₂ – h₃) die Heizleistung. Der COP = Heizleistung / Verdichterarbeit = (h₂ – h₃) / (h₂ – h₁) ist direkt aus dem log p-h-Diagramm ablesbar.