Raumklimagerät mit fünf Funktionen

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• Das Air-On-Gerät wird bedarfsabhängig nach der CO₂-Konzentration, Temperatur und Luftfeuchte geregelt.
• Der Elektrofilter entspricht der Klasse F9, ein nachgeschalteter Aktivkohlefilter neutralisiert Gerüche und reduziert Ozon.
• Der Anschluss an ein Zweileitersystem wird als Wärmequelle und -senke genutzt. Eine integrierte thermoelektrische Wärmepumpe wird für Spitzenlasten und zur Luftentfeuchtung eingesetzt.
• Die Außen- und Fortluftanschlüsse werden hinter dem Gerät durch die Außenwand geführt.

2007 wurde in Cham nahe Zug die Air-On AG gegründet. Dahinter standen finanzkräftige Investoren aus der Schweiz und Deutschland, die sich auf Investments in möglichst nachhaltige Produkte und Firmen konzentrieren. Die Probleme dichter Gebäude waren schon seit längerem Gegenstand hitziger Diskussionen: Ohne Belüftung steigt die Luftfeuchtigkeit – Schimmelpilze gefährden die Bausubstanz und die Gesundheit der Bewohner.

Mit einer herkömmlichen Komfortlüftung wird die Luft jedoch zu trocken – auch dies mit negativen Auswirkungen auf die Gesundheit. Da 2007 keine griffige Lösung für das Problem in Aussicht war, nahm sich bei Air-On ein Team von Ingenieuren und Physikern in hauseigenen Labors und Prüfanlagen der Aufgabe an. Unterstützt wurden sie dabei durch ein Netzwerk von externen Partnern, das Schweizer Bundesamt für Energie und die Hochschule Luzern.

Die Aufgabe

Es war keine einfache Aufgabe, der sich Geschäftsleitungsmitglied Adrian Peterhans und sein Team angenommen hatten. „Als wir auf die Probleme der Raumklimatisierung in gut gedämmten Gebäuden aufmerksam wurden, gab es bereits verschiedene Projekte von renommierten Firmen. Viele der Projekte verliefen aufgrund unterschiedlichster Hindernisse im Sande, weshalb die Aufgabe auch für unsere kleine Firma zunächst schier unlösbar erschien.“ Als Aufgabe definiert Peterhans: „Gebäude, die bestehende und zukünftige Energie-Labels erfüllen müssen, brauchen ein bedarfsabhängiges CO₂-, temperatur- und feuchtigkeitsgesteuertes Raumklima mit einer Feinstaubfilterung in der Klasse F9. Alles andere führt zu unerwünschten Nebenwirkungen für das Gebäude und die sich darin befindlichen Menschen.“

Schließlich gelangten die Entwickler zu der Überzeugung, dass ein raumweises System unter Verwendung des Peltier-Effekts die größten Erfolgsaussichten haben würde. Die Grundlast sollte danach von einem zentralen System, beispielsweise einer Wärmepumpe gelegt werden und eine dezentrale thermoelektrische Wärmepumpe die Differenz bis zum tatsächlichen Bedarf ausgleichen.

Das Gerät

Das Air-On-Gerät – auch als „aktiver Komfortlüftungs-Klimakonvektor“ bezeichnet – vereint fünf Funktionen: Heizen, Lüften, Luftreinigung, Entfeuchten (sanfte Kühlung im Sommer) und Befeuchten (optional) Abb. 3. Es wird wie ein normaler Heizkörper an ein Zweileitersystem angeschlossen Abb. 2. Die integrierte thermoelektrische Wärmepumpe nutzt den Heiz-/Kühlkreis als Wärmequelle bzw. -senke. Pro Gerät kann ein Raumvolumen von 60 m³ (25 m²) bedient werden. Die elektrische Anschlussleistung beträgt 350 W, wird aber nur selten abgerufen. Als realistische mittlere Leistung gibt Peterhans 0,5 W/m², also rund 4,5 kWh_el/(m² a) an.

Der Außenluftanteil wird CO₂- und feuchteabhängig zwischen 10 und 60 m³/h geregelt, der Sekundärluftvolumenstrom zwischen 0 und 70 m³/h, der maximale Zuluftvolumenstrom beträgt 80 m³/h. Die integrierte Wärmerückgewinnung hat einen Wirkungsgrad von über 50 %. Das klingt gewöhnungsbedürftig wenig, ist aber laut Peterhans in der Gesamtbetrachtung energetisch optimal. Die Außenluftzuleitung und die Fortluftableitung erfolgen hinter dem Gerät durch die Fassade; mit Systemzubehör lassen sich die Auslässe akzentuieren oder nahezu unsichtbar unter einer Fensterbank anordnen Abb. 1.

Die Filterung erfolgt dreistufig: Dem Grobfilter ist ein 2-stufiger Elektrofilter (waschbarer) nachgeschaltet der Feinstaub abscheidet (SL: F8, FL: F9, mit Feinstaubpartikeln von 0,3…10 μm), die dritte Stufe ist ein Aktivkohlefilter zur Geruchsneutralisierung und Ozon-Reduktion. Eine möglichst staubarme Luft fördert nicht nur die Gesundheit, sondern ermöglicht auch eine geringere Luftfeuchtigkeit. Peterhans: „Je größer die Staubbelastung, desto trockener empfinden Menschen die Raumluft.“

Die Heizleistung des Air-On-Geräts beträgt bei 40 °C Vorlauftemperatur und maximalem Einsatz der Peltier-Elemente 900 W. In der Grundlast erreicht die Wärmeabgabe durch Strahlung und Konvektion 400 W. Die Kühlleistung bei 17 °C Vorlauftemperatur und Einsatz der Peltier-Elemente beträgt bis zu 430 W, ohne die Peltier-Elemente bis zu 200 W. Die Entfeuchtungsleistung durch Kühlung unter den Taupunkt gibt Air-On mit bis zu 250 g/h (bei 60 % r.F.) an, das Kondensat wird nach außen abgeführt. In der Übergangszeit ist bei 25 °C Vorlauftemperatur paralleles Heizen und Kühlen möglich, die zentrale Wärmepumpe wird dann nicht benötigt.

Die optionale, nachrüstbare Befeuchtung mit Ultraschallvernebelung und Nachfülltank hat eine Befeuchtungsleistung von 0,3 l/h.

Das Referenzobjekt

Die Funktionsweise eines Air-On-Geräts lässt sich zwar simulieren und im Labor gründlich testen, Gewissheit bringt bei gänzlich neuen Wegen jedoch erst ein Praxistest. Ein Referenz­objekt wurde in Wetzikon (Zürcher Oberland) gefunden. Hier hat die Wohnbaugenossenschaft GEWO in der Ankengasse 2 im Jahr 2010 die Sanierung und Aufstockung eines Mehrfamilienhauses mit vormals 18 Einheiten geplant und realisiert. Da gemäß GEWO-Statuten bei einer Modernisierung der Minergie-Standard¹⁾ einzuhalten ist, musste sich der Bauherr auch Gedanken zu einer geeigneten Belüftung des sanierten Gebäudes machen. Eine konventionelle Lüftungslösung hätte zu erheblichen Einschränkungen geführt, es musste deshalb eine Alternative gefunden werden.

Laut Minergie-Schlussbericht²⁾ betrug die ermittelte Energiekennzahl für Heizen und Warmwasser für das unsanierte Gebäude 20,3 l(m² a). Für den modernisierten Gebäudeteil errechnet sich ein Verbrauch an Endenergie von 50,6 kWh/(m² a), was einem Energieäquivalent von 5,06 l/(m² a) Heizöl entspricht. Als grobe Aufteilung der 75%igen Energieverbrauchseinsparung weist der Bericht 40…60 Prozentpunkte den Maßnahmen am Gebäude und 15…35 Prozentpunkte der Air-On-Technologie mit Wärmepumpe zu. Dabei wird darauf hingewiesen, dass die realen Einsparungen gegenüber der Minergie-Berechnungsmethodik durch die bedarfsgerechte Luftwechselrate und die raumweise Raumtemperatur­regelung noch deutlich höher ausfallen können. In dem Objekt wurden mehrere Wohnungen mit Messtechnik ausgestattet, sodass demnächst echte Verbrauchswerte vorliegen werden.

Ausblick

Konzeptionell ist das Air-On-Gerät ohne Zweifel ein Meisterstück. Bei der sanierungserfahrenen GEWO ist man nicht nur vom Konzept, sondern auch nach den ersten Praxiserfahrungen begeistert, obwohl hier noch Vorseriengeräte eingesetzt wurden. Zu den Zielmärkten der gerade anlaufenden Serienproduktion gehören neben der Schweiz auch die deutschsprachigen Nachbarländer. An Sanierungspotenzial mangelt es hier jedenfalls nicht. Jochen Vorländer

http://www.air-on.ch

1) Der Minergie-Standard ist in der Schweiz ein freiwilliger Bau­standard, der für den rationellen Energieeinsatz und die breite Nutzung erneuerbarer Energien bei gleichzeitiger Verbesserung der Lebens­qualität, Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit und Senkung der Umweltbelastung entwickelt worden ist. Es müssen dabei Primäranforderung an die Gebäudehülle, ein ganzjährig kontrollierbarer Luftwechsel, ein Minergie-Grenzwert (gewichtete Energiekennzahl), ein Nachweis über den thermischen Komfort im Sommer, sowie eine Begrenzung der Mehrkosten gegenüber konventionellen Vergleichsobjekten auf maximal 10 % eingehalten werden. http://www.minergie.ch

2) Hässig, W.: Hänzi, M.; Schickor, C.: Bericht zu den erzielbaren Energieeinsparungen einer Gebäudemodernisierung mit Air-OnLüftungsgeräten am Objekt Mehrfamilienhaus (18 Wohnungen) Ankengasse 2, 8620 Wetzikon. Uster: hässig sustech gmbh, Schlussbericht vom 30. November 2010

Mehr Infos zum Thema im TGAdossier Wohnungslüftung: Webcode 729