Klimatechnik:
Ein Ziel, viele technische Lösungen

Anlagen der Klimatechnik sind aus der modernen Welt nicht wegzudenken. Zahllose, längst selbstverständlich gewordene Einrichtungen wären ohne Klimatechnik schlicht unmöglich – oder zumindest nicht besonders einladend. Einkaufszentren, Bürogebäude, Hotels, Hochhäuser jeder Art, Fabrik-, Logistik- und Veranstaltungshallen, aber auch hoch wärmegedämmte Einfamilienhäuser, Pkw und öffentliche Verkehrsmittel, Flugzeuge oder etwa Kreuzfahrtschiffe: sie alle können Menschen nur deshalb dauerhaft behagliche Bedingungen für den Aufenthalt, für das Wohnen, Erholen, Einkaufen, Reisen oder Arbeiten bieten, weil sie über eine leistungsfähige Klimatechnik verfügen. Je nach den Anforderungen erfüllt die Klimatechnik dabei mehrere wichtige Funktionen: Sie schafft frische, sauerstoffreiche Außenluft ins Innere, transportiert „verbrauchte“ Luft ins Freie und sorgt gleichzeitig für eine angenehme Kombination von Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit. Damit dient die Klimatechnik nicht allein dem Komfort, sondern legt die Grundlage für eine optimale Produktivität.

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Klimatechnik ist eine Notwendigkeit

Wer in einer Gewerbe- oder Konzerthalle nach oben blickt, kann an der Decke eine Vielzahl von Rohrleitungen und mehr oder weniger sperrigen Luftkanälen sehen. In Bürogebäuden oder Einkaufszentrum sind diese Installationen der Klimatechnik oft hinter einer Deckenverkleidung verborgen. Es stellt sich die Frage, warum so viel technischer Aufwand erforderlich ist. Die Antwort ist einfach: Einerseits benötigen Menschen Sauerstoff, andererseits fühlen sie sich nur in einem erstaunlich engen Bereich von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit richtig wohl – und alle drei Faktoren beeinflusst wiederum der menschliche Körper selbst nach Kräften, und zwar meist in Richtung einer Verschlechterung. In einem kleinen Wohnhaus lässt sich dieser Effekt noch mit einer Heizung und manuellem Lüften abfangen. Wo viele Menschen in einem Gebäude zusammenkommen oder sich keine Fenster öffnen lassen, ist eine Klimatechnik jedoch unverzichtbar.

Klimatechnik gegen Stoffwechselwärme

Der Mensch atmet Sauerstoff ein, um mit seiner Hilfe energiereiche chemische Verbindungen wie Zucker und Fette regelrecht zu verbrennen. Dabei wird nicht nur Sauerstoff verbraucht, der Stoffwechsel produziert gleichzeitig auch Wärme. Um eine Aufheizung der Raumluft zu verhindern, muss diese biologische Heizleistung durch eine Klimatechnik kompensiert werden. Schon bei völlig ruhigem Sitzen bringt es ein erwachsener Mensch auf etwa 120 Watt, das Arbeiten an einem PC lässt die abgegebene Wärmeleistung bereits auf über 160 Watt steigen – rein betragsmäßig vergleichbar mit der Leistungsaufnahme des Monitors, vor dem der Mensch gerade sitzt. Mit der Schwere der körperlichen Arbeit steigt die Wärmeabgabe und kann sich nochmals verdoppeln. Selbst in einem Büro mit nur einer Handvoll Arbeitsplätze muss die Klimatechnik also eine Wärmeleistung im Kilowattbereich zuverlässig abführen. Dazu addieren sich noch Faktoren wie die durch Fenster in den Raum fallende Sonnenstrahlung und die Wärmeabgabe technischer Geräte.

Klimatechnik gegen Verdunstungswasser

Eine zusätzliche Anforderung an die Klimatechnik ergibt sich daraus, dass die Wärmeabgabe des menschlichen Körpers auf verschiedene Arten erfolgt – und das obendrein zu veränderlichen Anteilen. So wird die überschüssige Stoffwechselwärme bei einem ruhenden Menschen zu rund 50 % in Form von infraroter Wärmestrahlung abgegeben, rund 30 % entfallen auf die Erwärmung von über der Körperoberfläche aufsteigender Luft und etwa 20 % auf die Verdunstung von Schweiß. Steigt die Wärmeabgabe durch körperliche Aktivität, verschiebt sich das Muster zugunsten von Konvektion und Verdunstung. Die Details hängen stark von der Umgebungstemperatur, der relativen Luftfeuchte und der Luftbewegung ab. In der Summe ergibt sich jedoch das bekannte Phänomen: Wenn es warm ist und bei stehender Luft schwitzen Menschen mehr. Die Klimatechnik muss die Raumluft dann nicht nur kühlen, sondern auch im zunehmenden Maße von Feuchtigkeit befreien.

Behaglichkeit dank Klimatechnik

Wie weit soll die Klimatechnik dabei gehen? Es sind systematische Versuche durchgeführt worden, um eine Antwort auf diese Frage zu finden. Demnach empfinden etwa 45 % aller Männer, aber nur 40 % aller Frauen eine Temperatur von 20 °C als angenehm. Etwa 15 bzw. 20 % der Männer und Frauen finden diese Temperatur zu niedrig, jeweils 40 % dagegen zu hoch. Bestenfalls lässt sich für die Klimatechnik also ein Temperaturbereich vorgeben, in dem „die meisten“ Menschen sich wohlfühlen – und das wiederum in Abhängigkeit von der Wasserdampfsättigung der Luft. Diese Abhängigkeit besteht auch in umgekehrter Richtung: Eine relative Luftfeuchtigkeit von 60 % wird bei unter 18 °C allgemein als zu trocken empfunden, bei über 23 °C dagegen als zu schwül. Hier macht sich bemerkbar, dass steigende Luftfeuchte die Wärmeabgabe des Körpers durch Schwitzen bremst.

Wohlfühl-Faktoren für die Klimatechnik

Als wäre das nicht genug, muss bei der Auslegung der Klimatechnik berücksichtigt werden, dass sich noch zahlreiche weitere Faktoren auf das Behaglichkeitsempfinden des Menschen auswirken. Einer der wichtigsten ist die Luftbewegung. Strömt Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,2 Metern pro Sekunde um einen Menschen herum, so wird dies bereits als unangenehmer Zug empfunden. Die für die Klimatechnik wichtige „Zug-Schwelle“ hängt aber auch von der momentanen Aktivität und Lufttemperatur ab. Der genannte Wert gilt für sitzende Tätigkeiten bei 21 °C. Führt ein Mensch leichte Arbeiten im Stehen aus, steigt der Schwellenwert auf 0,3 Meter pro Sekunde, und bei sommerlichen Raumtemperaturen von 26 °C können sogar 0,5 Meter pro Sekunde noch als angenehm empfunden werden. Eine ausgeprägte Temperaturschichtung der Raumluft, ein erhöhter CO2-Gehalt sowie Gerüche können die empfundene Behaglichkeit ebenfalls beeinträchtigen.

Klimatechnik entlastet den Menschen

Eine professionell geplante und installierte Klimatechnik beseitigt störende Faktoren und stellt sicher, dass Temperatur und relative Feuchtigkeit der Raumluft dauerhaft im „Behaglichkeitsfeld“ liegen, dem von den meisten Menschen als behaglich eingestuften Wertebereich. Der erforderliche Aufwand für die Klimatechnik macht sich mehr als bezahlt. Geht man von einer 100-prozentigen körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit bei 20 °C aus, so sinkt der Wert mit jedem Grad Celsius Raumlufttemperatur. Bei 33 °C, wenn der Körper überschüssige Wärme nahezu ausschließlich durch aktives Schwitzen abzugeben vermag, liegt er nur noch bei rund 50 %. Schon allein aus diesem Grund stellt eine gute Klimatechnik eine lohnende Investition dar – aus betriebswirtschaftlicher Sicht ebenso wie aus volkswirtschaftlicher. Denn sie fördert die Produktivität am Arbeitsplatz und die notwendige Erholung in der Freizeit.

Klimatechnik entlastet die Technik

Anlagen der Klimatechnik helfen nicht nur dem Menschen. Auch andere Organismen sowie technische Anlagen reagieren empfindlich auf ihre Umgebungsbedingungen. Eine leistungsfähige Klimatechnik ist daher in vielen weiteren Bereichen des Lebens und Wirtschaftens erforderlich. So würden beispielsweise Computer in IT-Räumen oder gar Rechenzentren ohne Klimatechnik rasch einen Hitzekollaps erleiden. Ein weiteres wichtiges Beispiel ist die Lebensmittelproduktion: Nicht nur moderne Gewächshäuser und Ställe erfordern eine zuverlässig und präzise arbeitende Klimatechnik, sondern auch die Lagerung der hier erzeugten Produkte.

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