Lüftungssysteme

1. Fensterlüfung - das natürliche Lüftungssystem

Bei der Fensterlüftung ist eine Auslegung, d. h. rechnerische Bemessung nicht möglich. Der Lüftungseffekt ist vom manuellen Fensteröffnen/-schließen, von der Stellung der Zwischentüren, den baulichen Gegebenheiten, von der Windrichtung, der Windstärke und den thermischen Kräften abhängig. Mit einem dynamischen Rechenmodell (z. B. TRNSYS) [Hartmann98] könnten unter Einbindung der o. g. Parameter die einzelnen Volumenströme (und Richtungen) durch die Räume ermittelt werden.

Vorteile der Fensterlüftung

  • über mehrere Generationen überliefert, d. h. ein- fach und zuverlässig
  • geringer Instandhaltungsaufwand
  • kein Anlagensystem notwendig und damit keine Wartung und kein Stromverbrauch

Begriffserklärung: Instandhaltung wird in der DIN 31051 definiert. Sie umfasst Wartung, Inspektion, In- standsetzung. Die DIN 1946-6 Pkt.8.9 erweitert den Inhalt der Instandhaltung um die energetische Optimierung.

Nachteile der Fensterlüftung

  • Außengeräusche/-lärm
  • Außengeruch
  • Einbruchgefahr
  • keine anhaltende Luftqualität
  • winddruckabhängig; Nutzer müssen reagieren
  • Kaltlufteinfall im Winter
  • bei normativ korrekter Nennlüftung hohe Wärmeverluste
  • keine Außenluftfilter möglich (Pollen, Staub)
  • Bei abnehmender Außentemperatur findet i. d. auch eine abnehmende Fensterlüftung statt.
  • Schimmelpilzgefahr und Feuchtebauschäden insbesondere bei Laibungswärmebrücken und Rollladenkästen

2. Schachtlüftung

Bei diesem Lüftungssystem überlagern sich Wind- und thermische Auftriebskräfte. Der thermische Auftrieb hängt vom Temperaturunterschied zwischen innen und außen sowie von der Auftriebshöhe im Gebäude ab.

Der Auftriebsdruck errechnet sich somit in erster Näherung:

Δρ ⋅ g ⋅ h 

Δρ = Dichtunterschied in (kg/m³)

g = Erdbeschleunigung 9,80665 (m/s2)

h = thermisch wirksame Höhe in (m)

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Schachtlüftung mit ALD (Quelle: TZWL eBulletin14)

Vorteile der Schachtlüftung

  • Die Außenluftzufuhr über ALD (=Außenluftdurchläs- se) kann den Anteil der Fensterlüftung
  • Die Schachtlüftung reduziert die Schimmelpilzgefahr.
  • geringere Herstellkosten gegenüber ventilatorgestützter Lüftung

Nachteile der Schachtlüftung

  • Die Schwankungen des Außenluftstroms über den ALD können windabhängig bis zum Mehrfachen des Auslegungswerts betragen.
  • Ab einer Windgeschwindigkeit von ca. 3 m/s tritt bei Außenluftdurchlässen ohne drucksensible Klappe an der Lee-Seite Fortluft aus dem Zuluft- raum nach außen – obwohl dort planerisch Außenluft eintreten sollte.
  • Wird in einem Raum ein Fenster geöffnet, reduziert sich in den anderen Räumen die über ALD einströmende Außenluft deutlich.
  • ALD können vom Nutzer, B. bei Zugerscheinungen, unsachgemäß verschlossen werden.
  • Eine repräsentative Untersuchung des deutschen Wohnungsbestands ergab [Brasche03], dass in Wohnungen mit ALD keine signifikante Senkung des Risikos eines lüftungsbedingten Feuchteschadens beobachtet werden konnte.

3. Abluftanlagen

Aufbau von Abluftanlagen (Anlagen- und Gerätetypen mit Vor- und Nachteilen)

a) Dezentrale Abluftgeräte

Bei diesem Lüftungssystem wird der Ventilator wird in die Außenwand eingebaut. Die Fortluft gelangt auf direktem Wege ins Freie. Zum Schutz des Ventilators vor Schmutz und Fett ist ein Filter erforderlich. Um bei stärkerem Wind das Ein- dringen von Kaltluft zu vermeiden, ist eine Rück- schlagklappe sinnvoll.

b) Einzelventilator-Abluftanlagen (Überdrucksystem)

Auch hier wird der Einzelraum über einen Ventilator entlüftet, der die Abluft allerdings über eine Einzel- oder eine Hauptleitung nach außen drückt.

c) Zentralventilator-Anlagen (Unterdrucksystem)

Hier wird der Zentralventilator auf dem Dach oder im Dachboden schallgedämpft aufgestellt. Mehrere Ablufträume (Küche, Bad, WC) werden an eine gemeinsame Hauptleitung angeschlossen.

Hierbei muss der Schallschutz zwischen den übereinanderliegenden Wohneinheiten rechnerisch nach- gewiesen werden (Telefonieschall)

d) Abluftanlage mit Abluft-Wärmepumpe (WP)

Der Aufbau der Abluftanlage entspricht der Zentralventilator-Anlage (Unterdrucksystem). Allerdings ist hier der Abluftventilator (mit Abluftfilter) in einer Geräteeinheit mit der Abluft-Wärmepumpe (Verdampfer) verbaut. Oft ist dieser Geräteteil oberhalb des (Trink-) Warmwasserspeichers platziert. Im Speicher wird das Wasser über den Kondensator erwärmt. Insofern zählt der Gerätetyp aus thermischer Sicht zu Anlagen mit Wärmerückgewinnung.

Betrieb von Abluftanlagen

a) Betriebsstufe Nennlüftung

Die Abluftanlage wird für die Betriebsstufe „Nennlüftung“ ausgelegt und in der Mehrzahl der Betriebsstunden so betrieben. Die Auslegung der Volumenströme richtet sich nach dem größeren Wert:

  • Abluftvolumenströme nach [DIN 1946-6], Tab. 16 (Nennlüftung) oder
  • Außenluftvolumenströme nach [DIN 1946-6], 7 (Nennlüftung)
  • Innenliegende Bäder und WCs müssen die Anforderungen der DIN 18017-3 erfüllen.

Bei beiden ist im Nennvolumenstrom bereits der Infiltrationsvolumenstrom enthalten. Die Einstellung der vier Betriebsstufen (Feuchteschutz-, reduzierte Nenn- und Intensivlüftung) werden in [DIN 1946-6 Pkt. 8.1.6] beschrieben.

b) Abluftanlagen mit Sensorsteuerung

Ein ventilatorgestütztes Lüftungssystem mit veränderlichem Luftvolumenstrom (bedarfsgeführt über mindestens einen der Parameter Raumluftfeuchte, Kohlenstoffdioxid- bzw. Mischgasgehalt der Raumluft oder andere geeignete Führungsgrößen) muss den Bereich zwischen Lüftung zum Feuchteschutz und Nennlüftung abdecken [DIN 1946-6 Pkt. 8.2.1].

c) Abluftanlagen und Radon

Radon ist ein radioaktives Edelgas, welches über 100 Bq/m³ (Zerfall pro Sekunde in 1 m³) das Lungen- krebs- und Leukemierisiko signifikant erhöht. Radon wird in bergigen Gebieten vermehrt vorgefunden. Behörden wissen i. d. R. über die Belastungen Be- scheid. In solchen Gebieten ist vom Betreiben einer unterdruckerzeugenden Abluftanlage abzuraten.

d) Abluftgeräte vom Typ F

Ein Abluftgerät vom Typ F (Abl-LG, Typ F) ist i. S. d. DIN 1946-6 und DIN 4719 ein Lüftungsgerät für Wohnungen mit besonderen lüftungstechnischen Anforderungen.

Somit ist ein Abluftgerät vom Typ F so ausgelegt, dass es im Betrieb den Volumenstrom durch Änderung des Strömungswiderstands im Lüftungsgerät, z. B. im Filter, max. um 10 % ansteigen lassen darf. Hierdurch wird eine deutliche Erhöhung des Unterdrucks im Aufstellraum der Feuerstätte vermieden. Infolgedessen werden Betriebsstörungen, durch Ansprechen einer Sicherheitseinrichtung, verringert.

Abluftgeräte, die eine gemeinsame Hauptleitung nach DIN 18017-3 aufweisen, erfüllen diese Anforderung (siehe DIN 1946-6 Bbl. 3, Pkt. 4.6.2).

e) Außenluftvolumenstrom in Abhängigkeit von Luv- und Lee-Seite

An nachfolgendem Beispiel wird ersichtlich, dass der Einfluss der Windanströmung hohe Auswirkungen auf die ALD hat und in Folge die Außenluftvolumenströme auf der Luv-Seite zunehmen und auf der Lee- Seite abnehmen.

Der Außenluftvolumenstrom, der insgesamt über die zwei ALD in Schlaf- und Wohnzimmer einströmt, beträgt nur 30 bis 50 % dessen, was erforderlich wäre, um eine sehr gute Raumluftqualität (< 1.000 ppm CO2) zu erreichen. Wenn der Volumenstrom von 17,6 m³/h (bei v = 4 m/s) infolge einer höheren Lüfterstufe auf 24 m³/h angehoben würde, ist mit 1.437 ppm CO2 ein akzeptabler  Wert  erreicht.  Eine  noch  stärkere Anhebung des  Außenluftvolumenstroms  könnte durch kalte Außenluft unbehaglich wirken. Der Autor hält die Einhaltung von 1.000 ppm während der Heizzeit für nicht erstrebenswert,  da  sowohl  der signifikant ansteigende Heizenergieverbrauch, die im Winter entstehende Austrocknung der Raumluft als auch die in Städten bereits häufig gemessenen CO2-Konzentrationen von über 500 ppm den Aufwand an Luftmengen über 30 m3/h nicht rechtfertigen lassen. 1.500 ppm sind auch noch völlig unkritisch und in der Heizzeit als Mittelwert während der Aufenthaltsdauer akzeptabel.

Vergleichsweise ist die max. Arbeitsplatzkonzentration von 5.000 ppm hoch, aber zulässig. Aus nachfolgender Tabelle sind die notwendigen Außenluft- mengen in unterschiedlich großen Schlafzimmern ersichtlich, welche die CO2-Konzentration 1.500 ppm einhält.

f) Zusätzliche Fensterlüftung bei vorhandener Abluftanlage

Es gibt Gründe, weshalb Nutzer (trotz vorhandener Abluftanlage) zusätzlich die Fenster zum Lüften öffnen:

  • nicht zufriedenstellende Raumluftqualität; ALD lassen generell oder windabhängig nicht genügend Außenluft einströmen oder sind verschlossen
  • wegen Zugerscheinungen

Nicht zufriedenstellende Raumluftqualität bei Abluftanlagen wird auch in einem Untersuchungsbericht in 43 Niedrigenergiehäusern [Michael01] festgestellt:

Zuluftseitig förderten im vorgefundenen Zustand nur 27 % aller Anlagen genügend Zuluft ins Haus […] Im einregulierten Zustand fördern jedoch weiterhin nur 34 % aller Anlagen die richtigen Zuluftmengen.

Auch [Werner08, S. 45] weist darauf hin:

Ungünstig gelegene Räume werden weniger mit Frischluft versorgt, andere vermehrt.

Es liegt auf der Hand, dass hier die Nutzer zusätzlich die Fenster zum Lüften öffnen. Aus einer Untersuchung [Großkl04] an 20 WE (Wohneinheiten) mit Abluftanlagen und 10 WE mit Fensterlüftung geht bezüglich der Fensteröffnungszeiten hervor: „Solche mit Abluftanlagen bzw. mit Fensterlüftung unter- scheiden sich nur wenig.“ Die Fensteröffnungsdauer bei Abluftanlagen (Medianwert) liegt dort beim Dreifachen, verglichen mit Zu-/Abluftanlage (Bild 5.28), d. h. nFe,Ab ~ 3 ∙ nFe,WRG = 3 ∙ 0,05 h‾¹ = 0,15  h‾¹; nFe,WRG = 0,05 h‾¹ [Ebel03, S. 217]. Aus einer Umfrage [Heinz94, S. 143] geht hervor, dass mehr als 52 % der Befragten im Schlafzimmer täglich das Fenster über mehrere Stunden öffnen, obwohl eine zentrale Abluftanlage die Grundlüftung gewährleistet (bzw. gewährleisten sollte).

g) Lüftungswärmeverluste bei Abluftanlagen

Der Lüftungswärmeverlust eines Gebäudes, berech- net nach DIN V 4108-6 oder dem Heizperiodenbi- lanzverfahren der EnEV, wird üblicherweise mit dem Norm-Anlagen-Luftwechsel nA,norm= 0,4 1/h berechnet.

Eine Verringerung des Anlagen-Luftwechsels unter nA,norm = 0,4 1/h ist im Rahmen des öffentlich-rechtlichen Nachweisverfahrens nur dann zulässig, wenn die Regelung des Luftvolumenstroms anhand mindestens einer geeigneten, unabhängig vom Benutzer wirkenden Führungsgröße (z. B. CO2) erfolgt und anhand der Regeln der Technik nachgewiesen werden kann, dass sich bei dem verringerten Luftwechsel unbedenkliche hygienische und bauphysikalische Luftverhältnisse einstellen. Der minimal anrechenbare Anlagen-Luftwechsel beträgt dann nA,min = 0,35 1/h (siehe DIN V 4701-10 Pkt. 5.2.4).

Aus der zusätzlichen Fensterlüftung nFe,Ab resultieren Verluste, die sich auf die Lüftungswärmeverluste der Abluftanlage (nAnl » 0,4 h-1) aufaddieren.

nFe,Ab = 0,15 h‾¹ → s. o.: zusätzliche Fensterlüftung

nAnl = 0,35 – 0,4 h‾¹

∑n = 0,50 – 0,55 → h‾¹ Gesamtluftwechsel bei Abluftanlagen

Lüftungswärmeverlustberechnung nach DIN V 4701-10, Gl. 5.2.4-1; hR = 2,5 m Raumhöhe, FGt = 69,6

[kKh/a Gradtagszahl]

qh = 0,34 ⋅ hR ⋅ FGt ⋅ n qh = 59,16 ∙ n

qh  = 30 – 33 kWh/m²a

In Kenntnis solcher praktischen Untersuchungen kann man davon ausgehen, dass Abluftanlagen sehr wenig oder nicht zur Reduzierung der Lüftungswär- meverluste beitragen.

h) Vorteile bei Abluftanlagen gegenüber Fensterlüftung

  • dauerhafte Abfuhr von Luftfeuchte, Geruch und Schadstoffen aus den Ablufträumen – auch über Sensoren Feuchte, Bewegungsmelder oder Zeitsteuerung geregelt
  • Bei Einsatz geregelter ALD können folgende Risiken minimiert werden: zu starke Schwankungen des Außenluftvolumenstroms, Zugluft, die Ausbildung eines „Kaltluftsees“ bei entsprechender Einregulierung
  • Filterung der Außenluft am ALD (regelmäßige Reinigung erforderlich)
  • Bei hohen Umgebungsgeräuschen z. B. Straßen- oder Fluglärm können die Fenster geschlossen bleiben, wenn die über schallgedämmte ALD ein- strömende Außenluft ausreichend für eine gute Raumluftqualität sorgen kann.
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Schallgedämpfter und selbstregelnder ALD (Quelle: Lunos)

i) Nachteile bei Abluftanlagen

  • Keine WRG; Lüftungswärmeverluste können höher als bei reiner Fensterlüftung sein
  • Der über ALD einströmende Außenluftanteil bewegt sich zwischen 25 und 60 %, der Rest strömt über externe und interne Leckagen unkontrolliert in die Wohnung ein (je nach Luftdichtheit).
  • Die Lüftungsautorität von ALD nach DIN 1946-6 ist abhängig von der Luftdichtheit des Gebäudes.
  • Das Fensterlüftungsverhalten ändert sich nicht
  • Dauerhafte akustische Schwächung der Außen-
  • Geräusche durch Ventilatoren möglich
  • Kaltlufteinfall im Winter
  • T. Geräusche der ALD (insbesondere bei Fensterfalzlüftern mit Klappe bei Wind)
  • Teilweise strömt Abluft unkontrolliert über den ALD vom Zuluftraum nach außen ab, wenn der äußere Unterdruck (Lee-Seite) höher ist als der innere [Michael01].
  • Es kann zu Zugerscheinungen durch kalte „Falschluft“ kommen.
  • Wird wegen schlechter Luftqualität in einem Raum ein Fenster geöffnet, z. B. Schlafzimmer nachts, kann dort zwar eine große Außenluftmenge ein- strömen, das aber zulasten der übrigen Zimmer mit geschlossenen Fenstern, B. Kinderzimmer – dort wird über die ALD kaum noch Außenluft nachströmen. Damit verschlechtert sich auch dort die Raumluftqualität, und auch dort werden Fenster geöffnet usw.
  • relativ hohe Investitionskosten im Vergleich zur (fast vernachlässigbaren) Energieeinsparung
  • Bei allen ALD müssen, wenn vorhanden, ein- bis zweimal jährlich die Filter gewechselt werden (Hausmeister?).

j) Resümee zu Abluftanlagen

Hinsichtlich der EU-Richtlinie (Nearly zero energy building), die ab 2021 für neue Wohngebäude gilt, ist ab- zuleiten, dass Abluftanlagen nur noch eine befristete Daseinsberechtigung für den Neubau haben. Auch mit Blick auf die Investitionskosten ist die Wirtschaftlichkeit der Abluftanlage im Kontext mit der WRG-Anlage infrage zu stellen. Abschließend ist festzuhalten, dass die Abluftanlage eine nicht zufriedenstellende Lösung hinsichtlich Raumluftqualität (CO2), Behaglichkeit und Energieeinsparung ist. Für die Bestandssanierung kann eine Abluftanlage dennoch sinnvoll sein.

4. Zuluftanlagen

Durch das Einbringen von Außenluft über einen zentralen oder (mehrere) dezentrale/n Ventilator/en wird den Aufenthaltsräumen eine definierte Luftmenge zugeführt (Überdrucksystem).

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Zuluftsystem (Quelle: TZWL eBulletin 14)

Vorteile

  • Die Zuluftversorgung ist weniger abhängig von den Windeinflüssen.
  • Die Raumluftqualität in den Zulufträumen kann gezielt beeinflusst werden. Das ist deshalb bedeutsam, weil die Aufenthaltsdauer in den Zulufträumen deutlich höher ist als in den Ablufträumen.

Nachteile

  • Liegt ein Abluftraum auf der Luv-Seite (Überdruck) des Gebäudes, kann bei stärkerem Wind Außenluft in Ablufträume über Luftöffnungen oder durch Leckage eindringen und die Gerüche/Feuchte in Aufenthaltsräume übertragen.
  • Durch den Überdruck kann feuchte Raumluft in die Gebäudehülle eindringen und bei Abkühlung dort zu Kondensation und in Folge zu Feuchteschäden führen.
  • Geräusche der Zuluftventilatoren sind nur schwer mittels schallgedämmter Zuluftdurchlässe auf die Anforderungen der DIN 4109 zu reduzieren.
  • Außenluftfilter fordern einen erhöhten Wartungsaufwand, da diese, im Vergleich mit den Abluftventilatoren, schwerer zugänglich sind.

Für das Abströmen der Fortluft sind Luftdurchlässe in der Wohnetage oder Luftschächte für die gemeinschaftliche Abfuhr der Fortluft erforderlich. Sind am Luftschacht mehrere Nutzeinheiten angeschlossen, muss jede für sich das Eindringen von Fortluft aus dem Lüftungsschacht durch eine Rückschlagklappe sichern [Heinz11]. Auch ist der Brandschutz gemäß DIN 18017-3 einzuhalten.

DIN 1946-6 Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen an die Auslegung, Ausführung, Inbetriebnahme und Übergabe sowie Instandhaltung; 2019-12

[Ebel03] Dr. Ebel, W.; Kah, O.: Tracergasmessungen: Auswirkungen von Fensteröffnung bei kontrollierter Lüftung, Tagungsband, 7. Internat. Passivhaustagung, Hamburg, 2003

[Großkl04] Großklos, M.; Knissel, J.; Loga, T.: Fensteröffnung in Passivhäusern – in Künzel, H.: Wohnraumlüftung und Raumklima,, Fraunhofer ibr Verlag 2009

[Hartmann 98] Hartmann, Th.; Richter, W.: Effektivität von Wohnungslüftungsanlagen aus energetischer Sicht – unveröffentlichter Forschungsbericht der TU Dresden, Institut für Thermodynamik und TGA, 1998

[Heinz 11] Heinz, Ehrenfried: Wohnungslüftung und Raumlufthygiene – in: Das Objektgeschäft, Moderne Gebäudetechnik, Sonderausgabe 2011, ISBN 978-3-410-21301-7

[Heinz 94] Heinz, Ehrenfried: Lüftung in den industriell errichteten Wohngebäuden der neuen Bundesländer einschließlich Berlin-Ost – IKZ Haustechnik 21/1994, S. 25-31; 2/1995, S. 102-106

[Michael 01] Miachel, K. Detmold (NiedrigEnergieInstitut; NEI): Frischluftmangel trotz Abluftanalgen – Strömungsmessungen decken Ursachen auf, Fachzeitschrift EB 01/2001

[Werner08] Werner, J.; Laidig, M.: Empfehlung von Luftdichtheitsanforderungen . in FLIB Gebäude-Luftdichtheit Band 1 – Herausgeber: Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e.V., Kassel, 2008; ISBN 978-3-00-024869-6

 

Quelle: Forum Verlag PlanungsPraxis Lüftung in Wohngebäuden

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