Kühllastberechnung nach VDI 2078 – Rechner, Anleitung und Beispiel

Was ist eine Kühllastberechnung?

Die Kühllast ist die Wärmeleistung in Watt, die an einem heißen Auslegungstag aus einem Raum abgeführt werden muss, damit die Raumtemperatur den Sollwert nicht überschreitet. Sie ist das sommerliche Gegenstück zur Heizlast und die Grundlage für die Auslegung von Klimageräten, Flächenkühlung und der Kühlfunktion einer Wärmepumpe.

Die VDI 2078 gliedert die Kühllast in äußere und innere Lasten. Äußere Lasten sind die Transmission durch Außenwände, Dach und Fenster bei hoher Außentemperatur, die Sonneneinstrahlung durch die Verglasung und der Wärmeeintrag mit der Außenluft. Innere Lasten sind Personen, Beleuchtung und Geräte. Anders als bei der Heizlast rechnet die Norm stundenweise über den Tagesgang: Die Baumasse speichert einen Teil der Einstrahlung und gibt ihn zeitversetzt ab. Maßgebend ist das Maximum des verschobenen Lastverlaufs, nicht die Summe der Spitzenwerte.

Der Rechner unten arbeitet vereinfacht in Anlehnung an VDI 2078: Er bilanziert die Auslegungsstunde stationär mit Klimadaten nach DIN 4710, rechnet die solare Last je Himmelsrichtung und bildet die Nachtauskühlung der Speichermasse pauschal ab. Für Vorbemessung und Variantenvergleich reicht das; für die verbindliche Anlagenauslegung ist die raumweise Detailberechnung mit stündlichem Lastprofil maßgebend.

Wann brauche ich eine Kühllast nach VDI 2078? (Anlass, Pflicht, Norm)

Eine Kühllastberechnung wird immer dann gebraucht, wenn aktiv gekühlt werden soll: bei der Auslegung einer Klimaanlage, eines Split-Geräts oder einer Wärmepumpe mit Kühlfunktion. Ohne Kühllast wird das Gerät nach Katalog gewählt: Ein zu kleines hält die Solltemperatur nicht, ein zu großes taktet, entfeuchtet schlecht und verbraucht unnötig Strom.

Zu unterscheiden ist die Kühllast vom sommerlichen Wärmeschutz nach DIN 4108-2. Der sommerliche Wärmeschutz ist ein Nachweis, den das GModG für Neubau und größere Umbauten verlangt. Er prüft über Sonneneintragskennwert oder Simulation, ob ein Raum ohne aktive Kühlung erträglich bleibt. Die Kühllast ist dagegen eine Auslegung: Sie sagt, wie viel Kälteleistung nötig ist, wenn der Raum trotzdem gekühlt wird. Wer Sonnenschutz und Nachtlüftung ausschöpft, kühlt danach mit einem kleineren Gerät oder gar nicht. Den Nachweis finden Sie unter Sommerlicher Wärmeschutz nach DIN 4108-2.

Kühllast vs. Heizlast vs. Kühlbedarf

Heizlast nach DIN EN 12831-1 ist die Leistung, die am kältesten Tag zugeführt werden muss. Sie wird stationär gerechnet, weil Speicherwirkung und Sonne in der Winterauslegung keine Rolle spielen. Für Wärmepumpen ist sie die zentrale Größe, siehe Heizlast nach DIN EN 12831.

Kühllast nach VDI 2078 ist die Leistung, die am heißesten Tag abgeführt werden muss. Sie hängt vor allem an Fensterfläche, Orientierung, Sonnenschutz und den inneren Lasten. Die Transmission über die Wände ist bei einer Temperaturdifferenz von wenigen Kelvin nachrangig. Deshalb ist die Kühllast bei Wohngebäuden meist deutlich kleiner als die Heizlast, bei Büros mit großen Glasflächen kann sie größer sein.

Kühlbedarf nach DIN V 18599-2 ist keine Leistung, sondern eine Energiemenge in kWh je Jahr. Er geht in Energiebilanz und Energieausweis ein, sagt aber nichts über die Gerätegröße. Eine Anlage wird nach der Kühllast bemessen und nach dem Kühlbedarf bewertet.

Kühllast für die Wärmepumpe

Viele Wärmepumpen können im Sommer die Fließrichtung umkehren oder die Sole direkt nutzen. Bei der passiven Kühlung (Sole/Wasser-Wärmepumpen) läuft nur die Umwälzpumpe, die Erdsonde nimmt die Wärme auf. Die Leistung ist begrenzt und sinkt über den Sommer mit der Erwärmung des Erdreichs. Bei der aktiven Kühlung arbeitet der Verdichter im Umkehrbetrieb; Luft/Wasser-Geräte kühlen nur aktiv. Die Kühlleistung steht im Datenblatt getrennt von der Heizleistung.

Gekühlt wird bei der Wärmepumpe fast immer über die Flächenheizung, die im Sommer zur Flächenkühlung wird. Die Grenze setzt der Taupunkt: Die Vorlauftemperatur muss über dem Taupunkt der Raumluft bleiben, sonst schlägt sich Kondensat auf dem Boden nieder. Bei 26 °C und 55 % relativer Feuchte liegt der Taupunkt bei rund 16 °C; praktisch fährt man den Vorlauf einige Kelvin darüber und sichert die Anlage mit einem Taupunktwächter ab. Dadurch bleibt die Kühlleistung eines Fußbodens auf einige zehn Watt je Quadratmeter begrenzt. Decken kühlen effektiver, weil die Fläche nicht durch Belag oder Möbel verdeckt ist.

Der Rechner enthält dafür den Reiter Flächenkühlung: Er übernimmt die berechnete Kühllast, prüft die Vorlauftemperatur gegen den Taupunkt, rechnet die logarithmische Temperaturdifferenz und ermittelt die nötige Kühlfläche, Rohrlänge und Kreisanzahl für Boden, Wand oder Decke. Zum Heizbetrieb: Wärmepumpen-Rechner und Wärmepumpe verstehen.

Raumweise Kühllast

Die Gebäudekühllast reicht für die Wahl des Erzeugers. Für die Verteilung braucht man die Kühllast je Raum: Ein Südbüro im Dachgeschoss hat eine andere Last als ein Nordschlafzimmer im Erdgeschoss. Die raumweise Rechnung zeigt, welche Räume die Anlage bestimmen und wo Sonnenschutz mehr bringt als ein Kühlgerät.

Der Rechner rechnet je Raum mit eigener Nutzung (Wohnzimmer, Schlafzimmer, Küche, Bad, Büro, Kinderzimmer oder frei), eigener Solltemperatur, Lage im Gebäude (Erdgeschoss, Mittelgeschoss, Dachgeschoss) und Fensterflächen je Himmelsrichtung. Die Räume lassen sich aus dem Projekt übernehmen, wenn Geschosse und Grundrisse im CAD-Editor angelegt sind. Der Reiter Details zeigt die Aufteilung der Lasten je Raum.

Welche Eingaben der Rechner braucht

Reiter Gebäude (überschlägige Gebäudekühllast)

• Länge, Breite, Geschosshöhe, Geschosse: aus Grundriss und Schnitt.
• Fensteranteil der Außenwand (%) und Hauptorientierung: aus der Fassadenansicht; die größte Glasfläche bestimmt die Orientierung.
• U-Werte Wand, Dach, Boden, Fenster: aus Energieausweis, Wärmeschutznachweis oder aus den Rechnern U-Wert und U-Wert Fenster.
• g-Wert der Verglasung: Gesamtenergiedurchlassgrad aus dem Glas-Datenblatt; Zweifach-Wärmeschutzverglasung um 0,6, Dreifachverglasung um 0,5, Sonnenschutzglas darunter.
• Verschattungsfaktor: Abminderung durch Sonnenschutz, 1,0 = kein Sonnenschutz; außenliegender Sonnenschutz liegt deutlich unter 0,5, innenliegender nur wenig unter 1,0 (Abminderungsfaktoren nach DIN 4108-2).
• Klimaregion: Voreinstellungen für die Testreferenzjahre Berlin, Hamburg, Frankfurt, Köln, Stuttgart und München oder eigene Werte. Sie belegen Außentemperatur und Einstrahlung nach DIN 4710 vor.
• Außentemperatur Auslegung und Innentemperatur Sollwert: Voreingestellt 32 °C außen und 26 °C innen. Die Komfortkategorie nach DIN EN 16798-1 setzt den Sollwert: Kategorie I 25,5 °C, II 26 °C, III 27 °C.
• Sonneneinstrahlung Nord, Ost, Süd, West (W/m²): aus der Klimaregion vorbelegt; Zwischenrichtungen werden gemittelt.
• Luftwechsel Infiltration (1/h) und Außenluftfeuchte (%): Undichtheit der Hülle und Feuchte für die Taupunktbetrachtung. Volumenströme von Lüftungsanlagen liefert der Lüftungsrechner.
• Nachtlüftung: aktiv oder nicht. Der Rechner mindert die Kühllast bei aktiver Nachtauskühlung pauschal um 15 %.

Reiter Räume (raumweise Kühllast)

• Raumbezeichnung, Nutzungsprofil, Länge, Breite, Höhe: aus dem Grundriss; das Profil belegt Personen, Geräte und Luftwechsel vor.
• Lage im Gebäude: EG rechnet den Boden mit, DG das Dach, Mittelgeschosse nur die Außenwände.
• Außenwandanteil am Umfang (%): Eckraum rund 50 %, Raum mit einer Außenwand rund 25 %.
• Fensterfläche je Himmelsrichtung (m²) oder ersatzweise Fensteranteil und Hauptorientierung: Rohbaumaße aus dem Fensterplan; der Rechner setzt einen Rahmenanteil von 15 % an.
• Personen, Wärmeabgabe je Person (W), Geräte und Beleuchtung (W): aus der geplanten Belegung; 70 W je Person entspricht leichter Tätigkeit, Gerätewerte nach tatsächlicher Leistungsaufnahme.
• Soll-Innentemperatur und Luftwechsel je Raum: überschreiben die Gebäudewerte, etwa 24 °C im Schlafzimmer.

Reiter Flächenkühlung

• Kühllast (W) und Raumtemperatur: aus der Gebäude- oder Raumrechnung übernommen oder von Hand.
• Kühlflächenart, verfügbare Fläche, Vorlauf- und Rücklauftemperatur: Boden, Wand oder Decke; die Vorlauftemperatur wird gegen den Taupunkt geprüft.
• Rohrdurchmesser, Verlegeabstand, maximale Kreislänge, Bodenbelag oder Putz: aus der Planung der Flächenheizung; der Wärmedurchlasswiderstand des Belags mindert die Leistung.