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Gelenkte Luft

Lüftungsanlagen: Zentral oder dezentral - mit oder ohne Wärmerückgewinnung
Gelenkte Luft

Von Markus Hoeft

Bei der natürlichen Fensterlüftung hängt die Luftzufuhr stark von den Gewohnheiten und dem Tagesablauf der Nutzer ab. Lüftungsanlagen führen hingegen kontinuierlich Frischluft in der richtigen Menge in Gebäude und leisten mit Wärmerückgewinnung einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Energieeinsparung.
Wärmeverlust durch offene Fenster
Die Wärmetransmission durch die Außenhülle von Gebäuden lässt sich bei dem heutigen Erkenntnis- und Entwicklungsstand der Dämmtechnik verhältnismäßig gut reduzieren.
Auch bei der Minimierung der Wärmeverluste in Form von Konvektion durch ungewollte Undichtigkeiten in der Gebäudehülle sind in den letzten Jahrzehnten nennenswerte Fortschritte erzielt worden, man denke nur an den geringen Fugendurchlass heutiger Fenster. Dadurch rückt jetzt eine dritte Art des Wärmeverlustes verstärkt in den Mittelpunkt: Der Wärmeverlust durch offene Fenster bei der gewollten Raumlüftung.
Die Lösung des Problems wird vor allem in mechanischen Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung gesehen.
Sie gewährleisten bei richtiger Planung und Dimensionierung einen gleichmäßigen Raumluftwechsel mit dem notwendigen Luftvolumen.
Die Wärmerückgewinnung verhindert außerdem das Ausströmen von Wärme mit der verbrauchten Luft und spart dadurch die Heizenergie, die für die Wiedererwärmung der Frischluft sonst erforderlich wäre. Speziell dieser zweite Effekt lässt sich mit keinem noch so ausgeklügelten System der Fensterlüftung erreichen.
Trotzdem stoßen Lüftungsanlagen bei Bewohnern auch auf Vorbehalte. Dafür dürften weniger die Investitionskosten ursächlich sein, denn die Amortisation einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnungsanlage lässt sich im voraus berechnen – je nach Fördersituation kann sie in Zeiträumen ab zehn Jahren eintreten.
Problematischer sind für die Bauherren/Bewohner vielleicht eher diffuse und nicht unbedingt rationale Vorbehalte gegen die steigende Technisierung der Gebäude. Es entsteht für den Laien der Eindruck, dass er zunehmend in High-Tech-Wohnmaschinen leben würde, für deren Benutzung man eigentlich eine ingenieurtechnische Ausbildung bräuchte. Lüftungsanlagen nach dem heutigen Stand der Technik funktionieren jedoch selbsttätig. Wenn sie einmal funktionsgerecht eingerichtet sind, ist keine „Bedienung einer Anlage“ mehr erforderlich. Im Gegensatz zu vielen Klimaanlagen kann man bei Lüftungsanlagen auch jederzeit die Fenster öffnen und ist somit den Steuerungsfunktionen der Anlage nicht hilflos ausgeliefert.
Der Sinn einer Lüftungsanlage besteht vor allem darin, dass die Fensterlüftung im Regelbetrieb und in der kalten Jahreszeit nicht benutzt werden muss.
Die Lebensqualität wird durch Lüftungsanlagen also nicht eingeschränkt, die Luftqualität aber gegenüber der konventionellen Fensterlüftung deutlich gleichmäßiger und sicherer auf einem guten Niveau gehalten.
Frischluftbedarf
Als maßgebliche Größe für den Frischluftbedarf hat sich das menschliche Stoffwechselprodukt CO² herausgestellt. Die Normalkonzentration in der Außenluft beträgt etwa 0,03 Volumen-Prozent.
Weil der Mensch im Mittel 18 l/h CO² ausatmet, steigt die Konzentration des Gases in Innenräumen an. Als Grenzen der Behaglichkeit werden in der Literatur Werte von 0,1 bis 0,15 Volumen-Prozent CO² in der Raumluft angegeben. Um diese Schwelle nicht zu überschreiten, ist eine personenbezogene Frischluftmenge von 20 bis 30 m³/h erforderlich. Für Schlafzimmer kann eher der kleinere Wert der Spanne angenommen werden, für Räume mit normaler menschlicher Aktivität, also Wohnzimmer, eher der größere.
Je nach Wohnungs- bzw. Zimmergröße ergibt sich für diesen Frischluftbedarf eine erforderliche Luftwechselrate von 0,5 bis 1,0 pro Stunde, d.h. das Innenraumluftvolumen muss in einer Stunde zur Hälfte bis gänzlich ausgetauscht werden.
Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft
Im Hinblick auf die Baukonstruktion ist außerdem der Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft zu betrachten. Der Mensch produziert mit seinem Stoffwechsel und durch haushaltstypische Tätigkeiten immerhin durchschnittlich knapp 3 kg Wasser pro Tag in Form von Wasserdampf.
Um eine Kondensation dieser Feuchte an kühleren Bauteilen zu verhindern (Gefahr der Schimmelbildung!) und die Behaglichkeitsgrenze für den Menschen nicht zu überschreiten (60 % Luftfeuchte), muss dieser Wasserdampf mittels Lüftung abgeführt werden, wofür – wie schon beim CO²-Problem – ein Volumenstrom von etwa 30 m³/h pro Person in der kalten Jahreszeit ermittelt wurde.
Die wohnhygienisch und baukonstruktiv erforderliche Luftwechselrate von 0,5 bis 1,0 pro Stunde lässt sich grundsätzlich auch mit der konventionellen Fensterlüftung erreichen. Ein angeklapptes Fenster müsste hierfür jedoch fast permanent offen sein, was mit hohen Wärmeverlusten verbunden wäre. Bei der energetisch deutlich günstigeren Stoßlüftung sind immer noch 5 bis 10 Minuten voll geöffnete Fenster alle zwei Stunden erforderlich.
Die genannten Orientierungswerte gelten für weitgehend luftdichte Gebäude, wie sie nach EnEV zu errichten sind. In älteren und unsanierten Gebäuden kann man auch mit geringeren Lüftungsfrequenzen gut zurecht kommen, weil Undichtigkeiten den Luftwechsel unterstützen.
Lüftungskonzepte
Zwei grundsätzliche Fragestellungen zur Lüftungskonzeption sind vor Beginn der eigentlichen Planungen für eine Anlage zu beantworten:
• Soll die Lüftung zentral oder dezentral organisiert werden?
• Soll nur gelüftet oder die Wärme der Abluft auch zurückgewonnen werden?
Lüftungsanlagen ohne Wärmerückgewinnung (zentral oder dezentral) lösen die oben genannten Probleme der Frischluftmenge und der Luftwechselraten.
Die Luft strömt jedoch zunächst kalt ein. Entweder die normale Raumheizung erwärmt anschließend die Luft oder sie wird im Lüftungsgerät angewärmt. Heizenergetisch sind beide Lösungen nicht befriedigend, weil die Wärme der Abluft ungenutzt nach außen verpufft.
Mit einigem technischen Aufwand wird hier faktisch das wiederholt, was in früheren Gebäuden die Undichtigkeiten und die natürliche Fensterlüftung zusammen geleistet haben.
Dezentrale Lüftungsanlagen be- und entlüften jeweils einen Raum. Sie bieten sich an, wenn bei Sanierungen die Installation einer zentralen Anlage unvertretbar hohen Aufwand erfordern würde. Sinnvoll sind dezentrale Anlagen eventuell auch, wenn Feuchtigkeit oder Schadstoffe – bedingt durch die Nutzung – vor allem in bestimmten Räumen, aber nicht im ganzen Gebäude anfallen. Dezentrale Anlagen lassen sich heute auch schon mit einer Wärmerückgewinnung ausführen.
Herzstück ist der Wärmetauscher
Gebäude mit betont niedrigem Energieverbrauch unterhalb der gesetzlichen Forderungen werden heute meist mit zentraler mechanisch betriebener Lüftungsanlage und Wärmerückgewinnung geplant.
Ventilatoren fördern dabei eine definierte Quantität Außenluft, die im Wärmetauscher die Wärmeenergie der Abluft übernimmt und dann über Kanäle zu den Zuluftöffnungen strömt.
Diese befinden sich üblicherweise in den Wohn- und Schlafräumen, von wo die Luft über die Diele zu den Abluftöffnungen in Küche und Bad strömt.
Herzstück der Systeme ist der Wärmetauscher, den es in verschiedenen Bauarten gibt, etwa als Kreuzstrom-, Gegenstrom-, Rotations- oder Akkumulatorenwärmetauscher.
Wichtigstes Planungskriterium für das Gerät ist der Wirkungsgrad, der die Menge der rückgewonnenen Energie beschreibt. Spitzengeräte erreichen heute 90 % und mehr. Den daraus resultierenden Verlust von 10 % oder weniger Raumwärme kann die normale Hausheizung ausgleichen. Es muss in der Regel keine Nacherwärmung der Zuluft vorgesehen werden, wenn diese nicht mehr als 3 Grad kälter als die Raumluft ist.
Kompaktgeräte mit Ventilatoren und Wärmetauscher für Einfamilienhäuser haben etwa Kühlschrankgröße und können im Keller, im Hausanschlussraum oder auf dem Spitzboden aufgestellt werden. Zum Standard gehören Filter im Außenluftstrom als Schutz vor Staub, Pollen und Faserpartikeln sowie Schalldämpfer gegen die Ventilatorengeräusche.
Gestaltungsvarianten
Die soeben beschriebene Grundform des Aufbaus einer zentralen Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung kann vielfach variiert, ergänzt und erweitert werden. Jede der ergänzenden Ausführungsvarianten treibt die Investitionskosten in die Höhe, bietet natürlich aber auch spezielle Vorteile. Es muss stets für ein konkretes Projekt abgewogen werden, mit welchem Ausstattungsniveau das energetische und wirtschaftliche Optimum einerseits sowie die Komfort- und Nutzungsvorstellungen des Bauherrn andererseits in Übereinstimmung zu bringen sind.
Erdreichwärmetauscher
Die Außenluft muss nicht direkt angesaugt werden, sondern kann zuvor durch einen Erdreichwärmetauscher geführt werden, z.B. durch ein Kanalrohr in 2 m Tiefe. Sie erwärmt sich dabei im Winter bis über den Gefrierpunkt, wodurch die Frostschutz-Vorheizung für das Lüftungsgerät nur sehr selten aktiviert wird oder sogar entfällt.
Eventuell kann auch der Wärmetauscher kleiner dimensioniert werden.
Wärmepumpe statt Wärmetauscher
Die Wärme der Abluft kann statt mit einem Wärmetauscher auch mit einer Wärmepumpe rückgewonnen werden oder mit einer Kombination aus beidem. Im Kombinationsfall ist die Heizleistung meist größer als der Lüftungswärmebedarf.
Die Zuluft funktioniert dann als Heizung, kann aber die konventionelle Heizung nicht ersetzen (außer bei Passivhäusern). Verwendet man statt einer Abluft-Zuluft-Wärmepumpe eine Abluft-Brauchwasser-Wärmepumpe, kann die Raumwärme sogar im Sommer ausgenutzt werden, indem sie im zentralen Speicher der Heizungs- und Warmwasseranlage eingelagert wird.
Eine solche zentrale Speicherung ist vor allem dann interessant, wenn es neben der normalen Hausheizung weitere Wärmeerzeuger im Haus gibt, etwa einen Solarkollektor.
Solar-Luftkollektor
Gewöhnliche Solarkollektoren erwärmen eine Flüssigkeit (Sole), die ihre Wärme dann wie eben beschrieben an einen zentralen Speicher abgibt. Beim Einsatz eines Luftkollektors lässt sich die Solarenergie aber auch in den Lüftungskreislauf einbinden. Wie der Name schon sagt, erwärmt die Sonne beim Solar-Luftkollektor Luft, die dann dem Wärmetauscher zugeführt wird und ihre Energie an die Zuluft abgibt.
Nachheizregister und Passivhauskonzept
Sowohl der Luftkollektor als auch die Abluft-Zuluft-Wärmepumpe ermöglichen ein Anwärmen der Zuluft über die Raumtemperatur hinaus und damit einen Heizeffekt (Nachheizregister). Dieser ist aber begrenzt durch den Luftvolumenstrom, der sich nach dem Lüftungsbedarf und nicht nach dem Heizbedarf richten muss. Aus Gründen der Behaglichkeit darf nicht der Effekt eines Heißluftgebläses entstehen. In normalen und auch in Niedrig-Energiehäusern ersetzt ein wie auch immer geartetes Nachheizregister deshalb nicht die Heizungsanlage.
Das ist erst in Passivhäusern möglich, die durch einen Jahresheizwärmebedarf von höchstens 15 kWh/(m²a) charakterisiert sind.
Steuerung der Lüftungsanlage
Lüftungsanlagen können mit einer einmal eingerichteten Festeinstellung betrieben sowie mit einer manuellen oder automatischen Steuerung versehen werden. Die Automatik steuert nach vorprogrammierten Zeiten die möglichen Ventilatorstufen an (in der Regel drei Stufen). Geregelt werden ggf. auch der Erdwärmetauscher und die Frostschutzheizung.
Der Übergang zur Handsteuerung ist meist jederzeit möglich. Gesteuerte Anlagen können natürlich wesentlich genauer auf die jeweiligen Lebensbedürfnisse der Bewohner reagieren. Andererseits muss der Bewohner neben seiner Heizung nun noch eine zweite Anlage bedienen (High-Tech-Effekt). Insofern können in manchen Fällen vom Installateur fest eingestellte Systeme die bessere Lösung sein, zumal dann auch Fehlbedienung und Mangellüftung ausgeschlossen werden.
Von den nachfolgend aufgeführten, nicht repräsentativ ausgewählten Unternehmen können zu diesem Themenspektrum weiteres Infomaterial sowie Produktinfos angefordert werden:
• Airflow Lufttechnik
• AIRON Luft + Wärme
• AL-KO THERM GmbH
• Bau Info Center
• Conit Lufttechnik
• GEA Happel Klimatechnik GmbH
• Helios Ventilatoren
• Junkers Bosch Thermotechnik
• Lüfta GmbH
• Lunos Lüftung GmbH
• Maico Ventilatoren GmbH
• Ritter Energie- und Umwelttechnik GmbH
• Schiedel GmbH & Co.
• Schütz EHT GmbH & Co. KG
• Siegenia-Frank KG
• Stork Air
• W.Grammer KG Solar Luft
• Westaflexwerke GmbH
Da sich hier aus Platzgründen nicht alle relevanten Unternehmen berücksichtigen lassen, kann mit nachstehender Kennziffer eine umfangreichere Liste mit 78 Anbietern bei der bba-Redaktion angefordert werden:
• Anbieter-Liste Lüftungsanlagen
Wärmepumpen-Förderrechner
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