Klimaanlage

Eine Klimaanlage ist eine Anlage zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Raumklimas. Je nach Zielsetzung sorgt sie für konstante Temperatur durch Erwärmung oder Kühlung der Luft, reguliert die Luftfeuchtigkeit durch Ent- oder Befeuchtung, oder sie reduziert den Staubanteil in der Luft durch Filterung, Be- oder Entlüftung.

Eine Vollklimaanlage muss sieben Faktoren erfüllen:

Befeuchten
Entfeuchten
Kühlen
Heizen
Belüften
Entlüften
Filtern

Klimaanlagen für Räume und Fahrzeuge sorgen durch Ihren Aufbau für eine Temperatur und Luftfeuchtigkeit, bei der sich ein für Menschen oder Tiere zuträgliches Klima einstellt. Bei Maschinenräumen werden die notwendigen Umgebungsbedingungen für Anlagen und Maschinen gesichert.

Ein für den Menschen angenehmes Raumklima hat eine Temperatur von ca. 23 °C und ca. 50 % r.F.

Funktionsweise

Eine Klimaanlage kann gegenüber konventionellen Heizungs- und Luftreinigungsanlagen, auch kühlen, filtern und entfeuchten. Physikalisch gesehen besteht die Hauptaufgabe einer Klimaanlage darin, Wärmelasten und Feuchtigkeit aus Wohn- und Arbeitsbereichen heraus in die Umwelt zu transportieren. Hierzu verfügt sie über einen Kältekreislauf, wie er ähnlich auch in vielen Kühlschränken vorzufinden ist.

Grob gesprochen wird die Wärme über den Kältekreislauf abtransportiert und dann auf der anderen Seite abgegeben.

Folglich benötigt eine Klimaanlage immer ein Medium mit dem sie die Wärme transportieren kann - also Wärme, wenn gekühlt werden soll, oder Kälte, wenn geheizt werden soll. Hierzu wird üblicherweise modernes Kältemittel R410A, R407C oder R290 (bei kleinen Anlagen wegen der Brandgefahr)verwendet.

einfache Klimaanlage von Carrier

Moderne Klimaanlagen benötigen zum Kühlen oder Heizen sehr wenig Energie, da man nur den Wärmetransport über den Kältekreislauf (Kompressor) bezahlen muss sind heute Markenklimageräte mit einer Leistungsziffer von 3,5 bis 4,0 keine Seltenheit. Diese benötigen also bei einem modernen Markenklimagerät mit einer Kühlleistung von 4 kW nur eine Antriebsleistung von ca. 1,1 kW. Entsprechend günstig sind moderne Klimageräte im Unterhalt.

Klimaanlagen werden auch immer öfter zum Heizen verwendet, da sie rund 2/3 der abgegebenen Wärmemenge aus der Außenluft entnehmen und nur 1/3 der abgegebenen Wärmemenge elektrisch aufnehmen (Wärmepumpenprinzip). Moderne Geräte erreichen Leistungszahlen von bis zu 5 im Heiz- und bis zu 4 Kühlbetrieb, d. h. nur noch 20 – 25 % der benötigten Wärmemenge kommen aus der Steckdose. Marken-Splitklimageräte mit Wärmepumpenfunktion sind deshalb weit effizienter als Elektroheizungen. Es werden für größere Objekte bereits Wärmerückgewinnungsanlagen gebaut, bei denen auch die Abwärme im Kühlbetrieb für das erwärmen von Brauchwasser genutzt werden kann. Auch eine Kombination mit einer Fußbodenheizung ist heute möglich.

Als Splitgeräte werden solche Klimaanlagen bezeichnet, die über eine Außeneinheit (Kondensator/Kompressor) und eine mit dieser verbundenen Inneneinheit (Verdampfer), evtl. auch mehrere Inneneinheiten (Multi-Splitanlagen), verfügen. Zum technischen Verständnis des ablaufenden Kreisprozesses in Splitgeräten siehe Abschnitt „Kompressionskälteanlagen“ unter dem Kapitel Kältemaschine.

Außerdem werden Klimageräte auch in Europa durch die verstärkte Nachfrage Jahr für Jahr besser. Wie bei anderen Haushaltsgeräten werden die Geräte in Energieeffizienzklassen von A (gut) bis G (schlecht) eingeteilt, die Angabe ist mittlerweile Pflicht.

Erscheinungsformen

Die Anforderungsprofile für Klimaanlagen sind sehr verschieden, entsprechend gibt es viele Erscheinungsformen für sie. Angefangen bei Großanlagen, die ganze Wolkenkratzer temperieren, über Anlagen in Flugzeugen, Zügen und Autos bis hin zum Kleinklimagerät für den privaten Hausgebrauch.

Kleinklimageräte treten häufig in zwei Versionen auf: Zum Einen als mobile Monoblockgeräte mit einem Abluftschlauch, der aus dem Fenster gehängt werden kann (ähnlich einem Wäschetrockner-Abluftschlauch), andererseits als mobile oder stationäre Split-Geräte mit einem speziellen Außengerät, welches über einen Kühlmittelschlauch mit dem Innengerät verbunden ist. Einige Split-Klimaanlagen verfügen heutzutage über eine sog. Wärmepumpenschaltung, die es ermöglicht, die Klimaanlage auch im Herbst, Winter und Frühling als energiesparende Zusatzheizung bis zu einer Außentemperatur von bis zu –15 °C zu betreiben.

Geräte mit Abluftschlauch haben den großen Nachteil, dass die nach außen geblasene Abluft sofort wieder durch (warme) Außenluft, die durch das geöffnete Fenster oder durch Türritzen einströmt, ersetzt wird und somit ein großer Teil der Wirkung der Klimaanlage wieder zunichte gemacht wird. Ferner sind diese Geräte meist viel lauter als Split-Geräte.

Bekannt aus den USA ist auch eine Klimaanlage von der Größe eines Mikrowellenherdes, die in einen Fensterrahmen gestellt werden kann, und die Abwärme direkt nach außen abgibt. Dazu ist es jedoch erforderlich, den Rest des Fensterrahmens gegen die ansonsten wieder eintretende Abluft zu verschließen, was nur bei den in den USA üblichen Fenstern, die nach oben aufgeschoben werden, wirklich praktikabel ist.

Vor- und Nachteile von Klimaanlagen

Die Auswirkungen von Klimaanlagen auf die Produktivität bei der Arbeit ist umstritten und von vielen individuellen Faktoren beeinflusst.

Pro:

Bei etwa 20 Grad (Celsius) ist der Mensch hundertprozentig leistungsfähig. Bei 28 Grad sinkt die Leistungsfähigkeit auf 70 % und bei 33 Grad auf 50 %^[1]. An Büroarbeitsplätzen sollte die Temperatur 26 Grad nicht übersteigen.
Moderne Klimaanlagen mit gutem Leistungsfaktor verbrauchen wenig Energie und sind damit umweltverträglich.

Contra:

Viele Menschen empfinden das künstliche Klima als unangenehm. Eine Befragung der AOK ergab, dass sich fast 40 Prozent durch schlechte Belüftung und Klimaanlagen beeinträchtigt fühlen.
Eine Klimaanlage lässt sich niemals so einstellen, dass alle Mitarbeiter zufrieden sind. Jeder hat ein unterschiedliches Kälte- und Wärmeempfinden.
Schlecht gewartete Systeme können Keime, Schimmelpilze und Mikroorganismen verbreiten.
Klimaanlagen wurden lange Zeit verdächtigt, ernsthafte gesundheitliche Beschwerden am Arbeitsplatz auszulösen.
Alte und Klimaanlagen mit schlechter Leistungsziffer verbrauchen viel Energie und sind damit umweltschädlich.

Quelle: Klimaanlage - Gefahr für die Gesundheit?

Ökologische Betrachtung

Klimaanlagen werden insbesondere in den Subtropen und Tropen eingesetzt, um Wohn- und Arbeitsbedingungen zu schaffen, die denen moderaterer Klimazonen entsprechen. Sie sind in vielen warmen Ländern die Voraussetzung für den Aufbau wettbewerbsfähiger Industrien, so wie sie ursprünglich dem Süden der USA erst den Anschluss an die industrielle Entwicklung des Nordens ermöglicht hatten. Ohne Klimatisierung könnten beispielsweise die heranwachsenden Industrienationen Südostasiens ihr Wachstumstempo nicht durchhalten.

Daraus ergeben sich jedoch neue und belastende Probleme wie sehr hohe Energiekosten, Überlastungen der Energieversorger und lokale Klimaveränderungen. Aus diesem Grund nennen die Menschen im Großraum Tokio ihr Gebiet, das etwa auf der geografischen Höhe von Rom liegt, bereits „Hitzeinsel“.

2004 wurde in Toronto, Kanada ein besonders innovatives und stromsparendes Kühlsystem für Bürogebäude installiert, das sog. Deep Lake Water Cooling. Dabei wird dem nahen Ontariosee, aus ausreichender Tiefe 4 Grad kaltes Wasser entnommen und durch eine Art Nahkältenetz in bestimmte Gebäude verteilt, anschließend wird das Wasser wieder in den See zurückgeführt. Dieses Verfahren ist bei ausreichend großen Seen/Wassermassen herkömmlichen Kühlsystemen ökologisch deutlich überlegen.

Einsatzgebiete

Fahrzeuge

Bedienungseinheit einer Kfz-Klimaanlage (Audi)

Auch in Fahrzeugen aller Art, z. B. in Luftfahrzeugen und Kraftfahrzeugen, können Klimaanlagen eingesetzt werden. Oftmals wird dabei auch von Klimatronik (oder Klimatronic, Climatronic) oder Klimaautomatik gesprochen. Der generelle Unterschied liegt in der Bedienungsart und/oder Ansprechart der Bauteile der Klimaanlage. Eine Klimatronik sowie eine Klimaautomatik werden elektronisch geregelt, dagegen funktionieren ältere Anlagen nur über Drehregler oder mechanisch, dabei spricht man von „manueller“ Klimaanlage. Zudem ist es mit modernen Klimaautomatiken in Fahrzeugen sogar möglich, die Temperatur für Fahrer, Beifahrer sowie Rückbank separat einzustellen.

Klimaanlagen steigern nicht nur den Komfort, sondern auch die Sicherheit. Insbesondere bei hohen Temperaturen nimmt die Konzentrationsleistung des Fahrers erheblich ab. Früher noch als verzichtbarer Luxus abgetan, erlebten Kfz-Klimaanlagen in Deutschland in den 1990er Jahren einen regelrechten Boom. In bestimmten Fahrzeugklassen gilt heute ein Gebrauchtfahrzeug ohne Klimaanlage schon als nahezu unverkäuflich. Der Betrieb des Klimakompressors erhöht allerdings auch den Arbeitswiderstand des Motors und somit auch den Verbrauch. Der Mehrverbrauch reicht in der Realität von nicht messbar bis über 5 l/100 km. Wie hoch er letztendlich ist, hängt neben den Betriebsbedingungen von Motorleistung und Bauart des Klimakompressors ab. Neuere Messungen (2006) verschiedener Institute (u. a. ADAC) ergaben Mehrverbräuche von ca. 0,8 – 1,2 l/100 km bei Autobahnfahrten. Im Stadtverkehr wurden Werte von ca. 2 – 4,5 l/100 km gemessen. Verschiedene Verbraucherschutzorganisationen plädieren dafür, den Mehrverbrauch durch die Klimaanlage in den Fahrzeugdaten mit auszuweisen.

Klimaanlagen können aber auch bei älteren Fahrzeugen nachgerüstet werden. Der Aufwand dafür ist oft erheblich, da in der Regel das Armaturenbrett ausgebaut werden muss. Darunter ist der so genannte Verdampfer verborgen, die Montage kann nur geschultes Fachpersonal vornehmen. Die älteren Kältemittel sind in der Vergangenheit in Verruf geraten. Das gilt insbesondere für das FCKW R12, welches in erheblichem Maße die Ozonschicht schädigt. Aus diesem Grund ist es 1995 in Deutschland verboten worden, in heutigen Anlagen wird in der Regel R134a verwendet. Oftmals unterschätzt wird die nötige Wartung von Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen. Die Hersteller sehen eine Lebenszeitfüllung ohne Wartung vor. Problematisch jedoch sind die flexiblen Gummischläuche, welche nie vollkommen abdichten. Die Anlage sollte ca. alle drei Jahre auf etwaige Verluste an Kühlmittel geprüft werden, sowie ggf. der Austausch des sog. Trocknerfilters vorgenommen werden.

Ab 2011 verbietet eine EU-Richtlinie den Einsatz von FKWs mit einem GWP-Wert größer 150 (dazu zählt auch R134a) in Klimaanlagen neuzugelassener KFZ. In Zukunft soll stattdessen das weniger klimawirksame Kohlendioxid zum Einsatz kommen.

Schiffe

Auf Schiffen ist der Betrieb einer Klimaanlage sehr viel einfacher und kostengünstiger, da hier die Abfalltemperatur über das praktisch unbegrenzt zur Verfügung stehende und relativ kalte Seewasser abgegeben werden kann. Aus diesem Grunde können auch wesentlich tiefere Temperaturen erreicht werden. Beispiele für solche als „Kaltwassersatz“ bezeichneten Klimageräte findet man z. B. auf fast allen Schiffen der Deutschen Marine.

Siehe auch

Literatur

Recknagel-Sprenger-Schramek, Taschenbuch für Heizung Klimatechnik - ISBN 3-486-26214-9
Maake-Eckert, Pohlmann Taschenbuch der Kältetechnik - ISBN 3-7880-7310-1
Klaus Daniels, Gebäudetechnik, Ein Leitfaden für Architekten und Ingenieure - ISBN 3-7281-2727

Weblinks

Quellen

↑ Süddeutsche Zeitung 2006-07-22, Jutta Göricke, S.V2/13.

[Temperatur_und_Arbeit-1] Süddeutsche Zeitung 2006-07-22, Jutta Göricke, S.V2/13.

[1]