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Die Richtlinie VDI 2078 ermöglicht unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen mit Anlagenteilen, der Lüftung und Regelung eine präzise Berechnung der Kühllast sowie der Raumlufttemperatur und der operativen Temperatur. Welche Kühllastprogramme nach dieser Richtlinie rechnen, zeigt dieser tabellarische Produktvergleich.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Kühllast-Berechnungssoftware berechnet und optimiert klima- oder lüftungstechnische Anlagen gemäß den Richtlinien VDI 2078 und VDI 6007 – unter Berücksichtigung der Kühllast, der Raumlufttemperatur, der operativen Temperatur, des Temperaturverlaufs, des Energiebedarfs, der Verbrauchskosten und weiterer Einflussgrößen – für Räume mit oder ohne Klimatisierung.
■ Das dynamische Berechnungsverfahren ist präzise und kann viele Einflussfaktoren und kritische Perioden berücksichtigen. Es ist allerdings auch komplexer und bei der Eingabe aufwendiger.
■ Ob die Software korrekt und richtlinienkonform rechnet, kann der Hersteller über eine entsprechende Erklärung schriftlich nachweisen. Dennoch sollten die Ergebnisse vom Anwender auf Plausibilität überprüft werden.
Unter dem Begriff „Kühllast“ wird die Kälte- oder Wärmeleistung einer klima- und lüftungstechnischen Anlage verstanden, die erforderlich ist, um eine vorgegebene Raumlufttemperatur zu erreichen oder einzuhalten. Sie setzt sich zusammen aus äußeren und inneren Kühllasten: Erstere resultieren aus der Wärmeenergie, die durch Sonneneinstrahlung und warme Außenluft über die Gebäudehülle und Fenster in das Gebäude eingebracht wird. Innere Kühllasten entstehen beispielsweise durch die Wärmeabgabe von Personen und Geräten oder durch den Wärmestrom von Nachbarräumen.
Präzise Kühllastberechnungen für Räume und Gebäude und eine individuelle Auslegung klima- und lüftungstechnischer Anlagen werden aufgrund häufigerer und längerer Hitzeperioden, zunehmender Komfortansprüche sowie steigender Kosten für Betrieb und Wartung immer wichtiger.
Hottgenroth Software
Was berechnet Kühllast-Software?
Werden Klimaanlagen lediglich überschlägig mithilfe von Grundflächen und Raumvolumen oder Kalkulationsblättern – und nicht individuell nach den Bedürfnissen der Nutzer, den spezifischen Gebäudeeigenschaften oder anderen Randbedingungen ausgelegt – werden sie meist überdimensioniert. Das hat nicht nur höhere Anschaffungs-, sondern auch unnötig hohe Betriebskosten zur Folge.
Aktuelle Kühllast-Berechnungssoftware ermöglicht eine maßgeschneiderte Auslegung und Optimierung von Klimaanlagen, die wichtige Parameter für Räume mit und ohne Klimatisierung präzise berücksichtigt. Berechnet, respektive simuliert, werden neben der Kühllast die sich dynamisch einstellende Raumtemperatur sowie die operative Temperatur, die auch den Einfluss der Strahlung raumumschließender Flächen auf das Behaglichkeitsempfinden berücksichtigt. Zu den weiteren Ausgabedaten gehören Temperaturverläufe, der Energiebedarf, Verbrauchskosten etc. Teilweise wird auch eine Feuchtebilanzierung ausgegeben: die vorhandene Raumluftfeuchte sowie die erforderliche Zulufttemperatur und Zuluftfeuchte.
Ausgegeben werden die Berechnungsdaten in Form von Berichten. Dazu werden auf der Grundlage individuell konfigurierbarer Reportvorlagen die Auswertungen, zumeist mit Tages-, Monats- oder Jahresdiagrammen der Soll- und Istwerte etc., zu einem aussagekräftigen Bericht zusammengestellt, im PDF-Format ausgegeben und per E-Mail versandt.
Kampmann
Welche Fragen können mit Kühllast-Software beantwortet werden?
Da sämtliche Randbedingungen individuell definiert werden können, sind digitale Kühllast-Rechner in der Lage, grundsätzliche, aber auch sehr spezifische Fragestellungen zu beantworten. Diese können sich beispielsweise auf die Wirksamkeit von Kühlsystemen, auf unterschiedliche Betriebsweisen, Nutzungsprofile, energetisch wirksame Gebäude- und Fassadenkonzepte oder Regelstrategien beziehen.
So kann schnell überprüft werden, ob eine geplante Kühldecke ausreicht, um ein angenehmes Raumklima zu erzielen, welche Lasten und Temperaturen im Raum entstehen, wenn die Temperatur nur während der Bürozeiten vorgegeben wird oder welche Temperaturen sich mit freier Kühlung oder Nachtlüftung einstellen. Welche Auswirkungen eine Volumenstrom-Änderung der Quelllüftung auf die Kühllast hat, lässt sich ebenso ermitteln, wie beispielsweise der Einfluss eines Regelkonzepts mit einer 2-Punkt-Temperaturbandregelung.
Auch Grundsatzfragen, ob auf eine Klimatisierung verzichtet werden kann, wenn beispielsweise die Eigenverschattung optimiert wird oder ob ein natürlicher Luftwechsel die Kühllast nennenswert senken kann, sind schnell beantwortet.
Solar Computer
Wie wird die Kühllast berechnet?
Die Erfassung der Raum- oder Gebäudegeometrie ist eine wichtige Voraussetzung für eine genaue thermisch-dynamische Simulation. Verfügt das Kühllast-Berechnungsprogramm über eine CAD-Schnittstelle oder ist es in eine CAD-Software integriert, erleichtert das die interaktive Optimierung von Gebäude-, Fassaden- und Verschattungskonzepten.
Nach der geometrischen Erfassung werden alle relevanten Kühllast-Daten den Raum- oder Gebäudegeometrien zugeordnet. Dazu gehören nicht nur die U-Werte der einzelnen Baumaterialien und der Schichtaufbau der Bauteile. Dabei werden Material, Materialstärke und die Reihenfolge unter Berücksichtigung aller bauphysikalischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Dichte, Speicherkapazität etc.) erfasst und zugewiesen. Anschließend werden innere und äußere Lasten definiert.
Die inneren Kühllasten umfassen Wärmeabgaben durch Personen, Beleuchtung, Maschinen und Geräte, Wärmeströme aus Nachbarräumen sowie erdreichberührte Bauteile. Zu den äußeren Raumbelastungen zählen die Wärmeübertragung durch Außenwände, Dächer, Fußböden oder Fenster sowie die Sonneneinstrahlung auf Außenwand- und Dachflächen. Ebenso werden der Energieeintrag durch Sonneneinstrahlung über Fenster und der Luftaustausch über Fenster, Türen und Fugen berücksichtigt.
Pokorny Technologies
Bei der Erfassung von Lastprofilen für innere Lasten oder die Nutzung der Anlage wird zwischen Arbeitstagen und Nicht-Arbeitstagen sowie der tatsächlichen Raumnutzung an jedem Wochentag unterschieden. Die Kühllast wird gemäß VDI 2078 für den Auslegungstag (Cooling Design Day, CDD) ermittelt. Dabei berücksichtigt man die maximale Außentemperatur unter standardisierten Nutzungsbedingungen.
Dem CDD geht eine mehrtägige Anlaufperiode (Cooling Design Period, CDP) voraus, in der eine Abfolge von Arbeitstagen und Nichtarbeitstagen den thermischen Zustand einschwingt. Die CDP besteht aus einer vierzehntägigen Vorberechnung mit bedeckten und / oder bewölkten Tagen sowie einer viertägigen Anlaufberechnung mit sonnigen Tagen und kontinuierlich ansteigender Außentemperatur. Diese Berechnungsstrategie des „aperiodischen Einschwingens“ gleicht unter anderem das unterschiedliche thermische Verhalten von Räumen aus.
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Welche weiteren Faktoren fließen ein?
Kühllasten können auch durch bauliche Maßnahmen verringert werden. Dazu müssen Fenster- und Fassadenkonstruktionen oder Sonnenschutzeinrichtungen über frei kombinierbare Elemente für Verglasung, Sonnenschutz und Hinterlüftung mir der Software individuell erfasst werden. Das der VDI 6007 Blatt 3 zugrunde liegende Modell der solaren Einstrahlung liefert dazu Strahlungswerte für horizontale oder beliebig geneigte Fenster und Fassadenflächen, einschließlich eventueller Sonnenschutzeinrichtungen. Gängige Verglasungsarten und Sonnenschutzsysteme können über Standardwerte für unterschiedliche Verglasungsarten, zweischalige durchlüftete oder nicht durchlüftete Fassaden direkt ausgewählt werden.
Da die Anlagenkomponenten mit dem Gebäudemodell gekoppelt sind, lassen sich auch Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS), respektive Flächenkühlsysteme abbilden. Dazu wird die Kühllast in Konvektiv- und Strahlungsanteile aufgeteilt. Die Leistungsabgaben werden abhängig von der Systemart, der Systemtemperatur und eventuellen Begrenzungen betrachtet und dynamisch berechnet.
Weil auch die Regelstrategie der installierten haustechnischen Anlagen einen wesentlichen Einfluss auf die Kühllast hat, lassen sich auch regelungstechnische Auswirkungen überprüfen und optimieren. So kann etwa überprüft werden, wie sich Regelkonzepte mit konstanten oder außentemperaturgeführten Raumtemperaturen, mit einer 2-Punkt- oder Proportional-Regelung auswirken. Neben der maschinellen Lüftung werden auch die Fensterlüftung als natürliche Lüftung und die Veränderung des Wärmeeintrags bei Fensterlüftung mit Sonnenschutz berücksichtigt.
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Auch die Tatsache, dass sich innerstädtische Bereiche stärker aufheizen und dadurch einen erhöhten Kühl- oder Lüftungsbedarf voraussetzen, wird über höhere Tagesmitteltemperaturen und eine geringere Nacht-Abkühlung bei der Berechnung erfasst. Voraussetzung einer exakten Berechnung sind Klimadaten für den jeweiligen Objektstandort. Dafür werden für Standorte innerhalb, aber auch außerhalb des Geltungsbereichs der VDI 2078 Klimadaten für Einstrahlung, Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit in stündlicher Auflösung für den Zeitraum eines Jahres bereitgestellt.
Auch die Fremdverschattung durch den Horizont, durch Häuser oder Bäume sowie die Eigenverschattung werden individuell erfasst. Teilweise ermöglicht ein grafischer Verschattungseditor eine geometrisch exakte Definition individueller Verschattungseinrichtungen, sodass der Einfluss auf die Kühllast sehr präzise berücksichtigt werden kann.
Graphisoft
Welche Kühllast-Rechner gibt es?
Die Mehrzahl der in dieser Marktübersicht vorgestellten, kommerziell von Software-Herstellern vertriebenen Programme, berechnet nach der aktuellen Richtlinie VDI 2078 [1], der österreichischen ÖNORM H 6040 sowie der US-Norm ASHRAE (siehe Tabelle und Anhang). Dazu gehören sowohl eigenständige, separat lauffähige Programme (Stand-Alone) als auch in CAD- oder Gebäudesimulationsprogramme integrierte Berechnungsmodule, die das jeweilige Basisprogramm voraussetzen.
Kühllast-Berechnungsprogramme für Fachplaner dienen vor allem der Auslegung, dem Nachweis und der Optimierung von klima- und lüftungstechnischen Anlagen, Gebäuden, Fassaden oder Verschattungseinrichtungen. Die Preise für Kühllast-Software liegen zwischen 500 Euro und 2000 Euro und mehr, teilweise zuzüglich einer Basis-Software, wobei die Kosten für Software-Updates bzw. -Upgrades sehr unterschiedlich sind.
Daneben sind Kühllast-Berechnungsprogramme auch als kostenlose Online-Rechner oder Excel-Berechnungstools von Anlagenherstellern, zum Beispiel von Dimplex, Kampmann, Kaut, Remko oder Stiebel Eltron erhältlich. Sie dienen Fachhandelspartnern oder Endverbrauchern für eine überschlägige Kühllast-Abschätzung in früher Projektphase und orientieren sich teilweise am Kurzverfahren der alten VDI 2078 von 1996.
liNear
Mehr Sicherheit bei validierter Software mit Konformitätserklärung
Um Anwendern von Kühllast-Berechnungsprogrammen eine gewisse Sicherheit hinsichtlich der Berechnungsergebnisse zu bieten, wurde mit VDI 2078 und VDI 6007 ein Validierungsverfahren eingeführt. Dazu werden im Anhang der Richtlinien 28 Testbeispiele mit detaillierten Daten zu Raum-Geometrien, Baustoff-Schichten, Klima, Regelstrategien, Anlagentechnik, Begrenzung verfügbarer Kühl- und Heizleistungen und weitere Randbedingungen sowie relevante Ergebnisse dokumentiert. Die Testbeispiele sind so ausgewählt, dass sie auch eine Validierung nach der US-Norm ASHRAE (siehe Infokasten) beinhalten.
Eine Software gilt dann als validiert, wenn sie die Testbeispiele eindeutig und vollständig innerhalb der vorgegebenen engen Toleranzen für Temperaturen und Lasten einhalten kann. In einer Konformitätserklärung nach DIN EN ISO/IEC 17050-1 bestätigt der Hersteller, die Validierung nach VDI 2078 Abschnitt 9 erfolgreich durchgeführt zu haben und die Validierungsdateien aller 28 Testbeispiele mit der Software in nachrechenbarer Form auszuliefern. Bei fehlerhafter Validierung haftet der Programmhersteller für Berechnungsfehler, die auf Mängel im Rechenkern der Software zurückzuführen sind.
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Mehr Aufwand, mehr Know-how
Eine Kühllastberechnung gemäß aktueller VDI 2078 liefert präzisere Ergebnisse, erhöht aber auch den Eingabe- und Berechnungsaufwand und stellt höhere Anforderungen an das Fachwissen des Anwenders. Außerdem kann es, trotz Software-Validierung, zu Anwendungsfehlern kommen – etwa aufgrund falscher Annahmen, ungenauer oder vom Planungs- bzw. Baugeschehen überholter Eingabedaten oder Bedienungsfehlern.
Deshalb entbindet auch eine validierte Software Anwender nicht davon, die Ergebnisse kritisch auf Plausibilität zu prüfen, was angesichts der Komplexität der Materie, der Wechselwirkungen und Zusammenhänge aber neben Kühllast-Expertenwissen vor allem Erfahrung voraussetzt. Marian Behaneck
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Graphisoft
Literatur
[1] VDI 2078 Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen (Auslegung Kühllast und Jahressimulation). Berlin: DIN Media, Juni 2015.
Da mittlerweile einige Korrekturen und Erläuterungen zusammengetragen und bisher nur auf der Internetseite zur VDI 2078 / VDI 6007 veröffentlicht worden sind, soll VDI 2078 überarbeitet und zudem um die Themen Bauteilkühlung sowie Wetterdaten ergänzt werden; als mögliches Erscheinungsdatum wird von der VDI-Gesellschaft Bauen und Gebäudetechnik September 2025 genannt.
[2] VDI 6007 Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden – Blatt 1: Raummodell (Juni 2015); Blatt 2: Fenstermodell (März 2012); Blatt 3: Modell der solaren Einstrahlung (Juni 2015). Berlin: DIN Media
[3] VDI 2067-10 Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen – Energiebedarf von Gebäuden für Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten. Berlin: DIN Media, September 2013
[4] VDI 6020-1 Anforderungen an Rechenverfahren zur Gebäude- und Anlagensimulation – Gebäudesimulation. Berlin: DIN Media, Dezember 2022
[5] DIN EN ISO 52016-1 Energetische Bewertung von Gebäuden – Energiebedarf für Heizung und Kühlung, Innentemperaturen sowie fühlbare und latente Heizlasten – Teil 1: Berechnungsverfahren (ISO 52016-1:2017). Berlin: DIN Media, April 2018
[6] DIN EN ISO 52017-1 Energieeffizienz von Gebäuden – Fühlbare und latente Wärmelasten und Innentemperaturen – Teil 1: Allgemeine Berechnungsverfahren (ISO 52017-1:2017). Berlin: DIN Media, April 2018
[7] DIN EN ISO 7730 (Entwurf) Ergonomie der thermischen Umgebung – Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMV- und des PPD-Indexes und Kriterien der lokalen thermischen Behaglichkeit (ISO/DIS 7730:2023). Berlin: DIN Media, April 2023
[8] Bayat, S.; Hollenbeck, P.: Themenreihe Kühllastberechnung, Teil 1 bis 4. Aachen: Linear aktuell 2020 und 2021
[9] Weitere Programme und Anbieter (Auswahl):
CoolTool Kühllastberechnung www.cooltool-software.com
Dynamische Kühllastberechnung VDI 2078 www.sss2000.de
Gebsimu www.gebsimu.de
IDA ICE, ESBO www.equa.de
Rukon-Klima www.tacos-gmbh.de
TGA-KW www.icesoftware.de
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