Gesamtheitliche Bewertung alternierender Lüftungsgeräte

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• Im Forschungsvorhaben EwWalt „Energetische Bewertung der dezentralen kontrollierten Wohnraumlüftung in alternierender Betriebsweise“ werden aktuell zu einigen der drängendsten Fragen rund um entsprechende Lüftungskonzepte Empfehlungen zur Fortschreibung des Regelwerks erarbeitet.
• Neben den Auslegungskriterien soll damit vor allem auch die energetische Bewertung der alternierenden dezentralen Lüftungsgeräte präzisiert werden.

In den letzten Jahren haben sich neben der Diskussion um die Wirtschaftlichkeit zwei fachliche Argumentationslinien zur Wohnungslüftung herauskristallisiert: Einerseits ist auf die nach Modernisierungsmaßnahmen mit weitgehend luftdichten Hüllen gehäuft auftretenden Feuchte- oder Schimmelpilzschäden zu reagieren Abb. 2. Zum anderen steigt mit fortschreitender Wärmedämmung der Gebäude der Anteil der Lüftungswärmeverluste.

Der in Abb. 3 dargestellte Nutzereinfluss auf dieselben zeigt die Schwierigkeiten der üblichen Rechenwerte in den Energiebilanzen. Insbesondere die Auswirkungen starken Lüftens werden erst nachträglich bei der Heizkostenabrechnung festgestellt – allerdings ohne direkte Rückkopplung zum Lüftungsverhalten als möglicher Ursache.

Abhilfe schafft bei Kombination beider Aspekte eine gezielte „technische“ Wohnungslüftung. Sie wird idealerweise ventilatorgestützt unter Kombination von Wärmerückgewinnung und Bedarfsführung realisiert. Dabei konkurrieren zentrale Systeme für die gesamte Wohnung bzw. das Gebäude und dezentrale, raumweise Geräte. Vor- und Nachteile dieser Konzepte sind in Abb. 4 zusammengefasst.

Kurzcharakteristika: Dezentrale alternierende Lüftungsgeräte

Bei dezentralen Systemen gibt es fensterintegrierte Geräte und Lösungen mit Kernbohrungen in der Außenwand. Gängige Praxis sind Platten-bzw. Kanal-Wärmeübertrager oder alternierend durchströmte Wärmespeicher, meistens aus Keramik, mitunter auch aus Aluminium. Geräte mit Wärmespeichern werden heute in Deutschland üblicherweise als Pendellüfter, Push-Pull-Geräte oder alternierende Lüftungsgeräte bezeichnet. Gewöhnlich wird ein Gerät pro Raum angeordnet. Die Geräte arbeiten paarweise und gegensätzlich im Abluft-/Zuluftbetrieb. Ihre Durchströmungsrichtung wird simultan nach etwa 60 bis 90 s umgeschaltet Abb. 1.

Unsicherheiten beim Einsatz von dezentralen alternierenden Lüftungsgeräten bestehen

• bei der grundsätzlichen energetischen Bewertung der Wärmerückgewinnung alternierender Prozesse (Prüfstand und Praxis),
• bei der Druckstabilität der Axialventilatoren und deren Auswirkung auf die Wärmerückgewinnung,
• bei möglichen Kurzschlusseffekten auf der Innen- und Außenseite der Fassade und der resultierenden Wirksamkeit der Gebäudedurchströmung,
• bei der Filterwirkung bei wechselseitig durchströmten Filtermedien und
• bei der schalltechnischen Bewertungen der Lüftungsgeräte unter Beachtung psychoakustischer Effekte (wie Frequenzänderungen bei An- und Abfahrvorgängen).

Forschungsvorhaben und Ableitungen für die Praxis

Einige der drängendsten Fragen untersucht das von der Forschungsinitiative Zukunft Bau zusammen mit dem Fachverband Gebäude-Klima (FGK) geförderte Verbund-Forschungsvorhaben EwWalt „Energetische Bewertung der dezentralen kontrollierten Wohnraumlüftung in alternierender Betriebsweise“. Die Federführung liegt bei der RWTH Aachen. Mitwirkende sind die Forschungsgesellschaft HLK des IGE Lehrstuhl für Heiz- und Raumlufttechnik der Universität Stuttgart sowie das ITG – Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden. Das Projekt startete 2016 und wird in diesem Jahr abgeschlossen. Auch wenn damit aktuell noch keine endgültigen Ergebnisse vorliegen, können folgende Empfehlungen für die zukünftigen normativen Rahmenbedingungen erwartet werden:

1. Prüfstandsmessungen zur thermodynamischen Bewertung

Alternativ zur direkten Messung nach DIN EN 13 141-8 könnten auch die aus dem Spülluftverfahren oder der kalorischen Messung ermittelten Kennwerte zukünftig zur energetischen Bilanzierung von alternierenden Lüftungsgeräten genutzt werden. EwWalt konzentriert sich auf das Spülluftverfahren, wie es die Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) beschreibt: Ein indirektes Verfahren, bei dem das mittlere zuluftseitige Temperaturverhältnis sowie die Feuchterückgewinnung durch eine Vergleichsmessung der Ein- und Austrittstemperaturen in einem Bilanzraum sowohl im Lüftungsbetrieb ohne Wärmerückgewinnung als auch im instationären Betrieb mit Wärmerückgewinnung bestimmt wird.

2. Auslegung

In DIN 1946-6¹⁾ sind künftig vorstellbar:

a) Optionale Auslegung durch Doppelnutzung: Die Doppelnutzung könnte zunächst wie folgt definiert werden: Unter „Doppelnutzung wird eine Luftströmung zwischen unterschiedlich genutzten Räumen einer Nutzungseinheit (zum Beispiel tagsüber genutztes Wohnzimmer und nachts genutztes Schlafzimmer) mit einer damit verbundenen besseren Nutzung der Luft verstanden. Die Auslegungsluftvolumenströme können gegenüber Systemen ohne Doppelnutzung verringert werden, da nicht alle Räume einer Wohnung/Nutzungseinheit gleichzeitig mit hoher Intensität genutzt werden.“ Abb. 5 verdeutlicht dies.

b) Anfahrvorgänge beim Bestimmen des Auslegungsvolumenstroms: Messungen im Forschungsprojekt sowie andere Studien und Veröffentlichungen zeigen, dass der Takt-betrieb alternierender Lüftungsgeräte insbesondere durch die Anfahrvorgänge mit einer Verringerung des mittleren (Zuluft- und Abluft-) Volumenstroms verbunden ist. Um ihre normenkonforme und rechtssichere Auslegung zu gewährleisten, kann der gemittelte anstelle des maximalen Luftvolumenstroms maßgebend sein. Der gemittelte Luftvolumenstrom ist dann durch ein geeig-netes Messerverfahren zu bestimmen und zu dokumentieren.

Darüber hinaus arbeiten alternierend betriebene Geräte jeweils nur die Hälfte der Zeit im Zu- und im Abluftbetrieb. Dementsprechend wird der für die Auslegung maßgebliche Zuluftvolumenstrom nur zeitanteilig wirksam, sodass ein Reduktionsfaktor eingeführt werden kann – zum Beispiel als Standardwert 0,5.

3. Energetische Bilanzierung

Denkbare Ansätze für die künftige DIN V 18 599-6 sind:

a) Klare Definition des Begriffs Teillüftung, sie wird in die Normenfassung 2018 aufgenommen: „Zone wird nur flächenanteilig ventilatorgestützt gelüftet oder in der Zone existieren unterschiedliche ventilatorgestützte Lüftungssysteme.

Anmerkung 1 zum Begriff: Typische Beispiele für Teillüftung sind:

zentrales Zu-/Abluftsystem im eigentlichen Wohnbereich und Fensterlüftung in wenig genutzten Nebenräumen;

dezentrale Zu-/Abluftgeräte in einzelnen Räumen/Raumgruppen und Abluftsystem in den übrigen Räumen.

Anmerkung 2 zum Begriff: Auch bei Teillüftung ist für ventilatorgestützte Systeme der Wohnungslüftung deren Auslegung und bestimmungsgemäßer Betrieb nach den anerkannten Regeln der Technik vorausgesetzt. Diesbezügliche gesonderte Hinweise (z. B. hinsichtlich der Planung und Bemessung der Wohnungslüftungsanlagen) können DIN 1946-6 entnommen werden.“

b) Korrektur Effizienz der Wärmerückgewinnung: Im Kontext der Energieeinsparverordnung (EnEV) erfolgen in DIN V 18 599-6:2011 Korrekturen der Wärmerückgewinnung für

• Abtaubetrieb,
• Wärmeverluste des Lüftungsgeräts,
• Dichtheit des Lüftungsgeräts.

Der insbesondere für alternierende Geräte mit Axialventilatoren wichtige Einfluss der Winddruckstabilität bleibt bisher unberücksichtigt. Die Prüfnorm DIN EN 13 142 enthält zwar einen Korrekturfaktor für die Wärmerückgewinnung und die Messung der Winddruckstabilität bei einer Druckdifferenz von 20 Pa. Dies entspricht einer Windgeschwindigkeit von etwa 5,8 m/s im Staupunkt, die in der Realität bei mittleren klimatischen Verhältnissen in Deutschland selten vorkommt. Zukünftig könnten auch Messwerte bei 5 und 10 Pa bestimmt und statistisch mit der Häufigkeit von Windgeschwindigkeiten gewichtet werden, um realitätsnähere Abschläge zu bekommen.

4. Kennzeichnung

Die Ergebnisse und Empfehlungen des Forschungsprojekts können in die Weiterentwicklung der Umsetzungsverordnungen der ErP(Ökodesign)-Richtlinie einfließen:

• Berücksichtigung der Doppelnutzung im Faktor MISC (bisher Typologiefaktor für Lüftungseffizienz, Kanalleckagen und Infiltration)
• Übergang vom Produktlabel zum Systemlabel, um Besonderheiten bestimmter Lüftungssysteme (wie alternierende Geräte) besser wahrnehmbar zu machen.

Fazit

Für ein gesundes Raumklima und einen energieeffizienten Gebäudebetrieb ist die ventilatorgestützte Lüftung – idealerweise mit Kombination von Wärmerückgewinnung und Bedarfsführung – ein probates Mittel. Die Ergebnisse des aktuellen Forschungsprojekts EwWalt erlauben, die energetische Bewertung der alternierenden dezentralen Lüftungsgeräte zu präzisieren.

Dieser Fachartikel ist zugleich ein Blick durchs Schlüsselloch auf den CEGA – Congress für Experten der TGA am 27. und 28. November 2018 in Baden-Baden. Neben diesem Thema stehen auf der forschungs- und industrieübergreifenden Plattform für Planer, Anwender und technische Entscheider der TGA-Branche zahlreiche Referate zur Lüftungs-, Klima- und Kälte-, Energie-, Heiz- und Sanitärtechnik im Mittelpunkt. Zudem stellen renommierte Experten auf dem Branchentreff aktuelle Trends und Entwicklungen in der Gebäudeautomation bzw. im Gebäudemanagement sowie in der Digitalisierung der Gebäudetechnik und weitere gewerkeübergreifende Themen vor. CEGA ist eine gemeinsame Initiative des VDI Wissensforums und Recknagel, einer Marke der ITM Innotech Medien. Nähere Informationen und Anmeldung unter www.cega-kongress.de

Ist Geschäftsführer der ITG Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden Forschung und Anwendung GmbH, 01219 Dresden, www.itg-dresden.de