Ventilatoren, die (nur) der Wind antreibt

Kompakt informieren

• Vom Wind angetriebene Ventilatoren sind an sich nicht neu. Die technischen Optimierungen bei den Ventfair-Ventilatoren sowie die Hybridausführung mit zuschaltbarem Elektromotor erweitern jedoch das Anwendungsspektrum.
• Beide Varianten eignen sich zur Modernisierung vorhandener Schwerkraft-Systeme für die Be- und Entlüftung innen liegender Bäder und Küchen. Bei den ausschließlich vom Wind angetriebenen Ventilatoren handelt es sich um eine natürliche Lüftung, wodurch sich der Brandschutz im Bestand einfacher realisieren lässt.
• In Industrie und Gewerbe können die VentfairLösungen je nach Anwendung elektrisch ange­triebene Lüftungs- und Klimaanlagen vollständig ersetzen oder ihre Betriebszeit und damit ihren Energieverbrauch deutlich senken.

Die Schwerkraft-Lüftung (auch natürliche Lüftung oder Naturzug-Lüftung) nutzt für den Luftwechsel den Auftrieb, der infolge unterschiedlich warmer Luft entsteht (Kamineffekt). Der beförderte Luftvolumenstrom hängt im Wesentlichen von der Arbeitshöhe und dem Kamin- bzw. Rohrdurchmesser als konstante Größen und der Temperaturdifferenz und der Windstärke als variable Größen ab.

Vor der Erfindung elektrizitätsgetriebener Lüftungssysteme wurde die Schwerkraft-Lüftung Jahrtausende lang genutzt. Im Zuge der Debatte um Energieeffizienz und steigende Strompreise rückt sie nun zunehmend wieder ins Blickfeld. Diesen Ansatz, der exzellent zum ökologischen Bauen und Betreiben passt, nutzt Ventfair in vielfältiger Weise, von der Be- und Entlüftung von Innenbädern und Küchen oder der Entfeuchtung von Kellern über das Kühlen von gehausten Technikräumen bis zur alternativen bzw. ergänzenden Lüftung und Temperierung großer Lagerhallen. Stets mit ­einer signifikanten Einsparung von Energie ­gegenüber den etablierten Lösungen. Häufig können auch Investitionskosten eingespart werden.

Die Ventilatoren sind so leicht gelagert, dass die geringste Luftbewegung genügt. Eine kurze Flaute (Windgeschwindigkeit weniger als 0,3 m/s, beispielsweise unmittelbar vor einem Gewitter) ist für die Anwendungsfälle unproblematisch. Eine absolute Windstille über längere Zeit hinweg kommt faktisch nicht vor. Bei den Hybridsystemen (ecopower Abb. 1 Abb. 2) kann ein innen liegender Elektromotor die Leistung auch bei Windstille garantieren Abb. 3.

Die gebogenen Flügelschaufeln der Ventfair-Ventilatoren bieten eine besonders hohe Arbeitsleistung, Präzisionskugellager aus korrosionsbeständigem Edelstahl garantieren eine Nutzungsdauer von mindestens 15 Jahren. Im Vergleich mit herkömmlichen windbetriebenen Dachventilatoren weisen Ventfair-Ventilatoren etwa die dreifache Leistung auf und punkten durch ein geringes Gewicht und ein sehr leises Laufgeräusch.

Hybridsystem für Sendestationen

Zunächst machte Ventfair vor allem mit Aufträgen aus der Telekommunikationsbranche auf sich aufmerksam. Damit Mobilfunknetze zuverlässig funktionieren, benötigen die Betreiber engmaschige Netze mit regionalen Sendestationen.

Weil die Masten überwiegend auf Dächern montiert werden und die Sendetechnik in unmittelbarer Nähe installiert wird, muss sie vor der dort typischen Temperatur, die im Sommer Saunaniveau erreicht, geschützt werden. Die Sendetechnik arbeitet bei Temperaturen zwischen 20 und 28 °C optimal, deshalb wurden bis vor Kurzem alle Sendeanlagen mit Klimaanlagen ausgestattet, was allerdings mehrere Nachteile hat: Erstens kosten sie Geld, zweitens benötigen sie Kältemittel und müssen gewartet werden und drittens verursacht ihr Stromverbrauch Betriebskosten und belastet die CO₂-Bilanz der Betreiber.

Ventfair ist es gelungen, den Energieverbrauch, den CO₂-Ausstoß und den Kältemittel­einsatz bei Mobilfunkbasisstationen um über 90 % zu senken Abb. 4; in manchen Fällen kann auf die Klimaanlage sogar ganz verzichtet werden. Statt der herkömmlichen Klimaanlage sorgt das hybride Green Air Cooling System (GACS) von Ventfair – kombiniert mit einer leistungsstarken Dämmung – für die geforderten Temperaturen in der Sendestation. Der Luftaustausch wird über die Raumtemperatur und Luftklappen gesteuert. Der erste Mobilfunknetzbetreiber, der diese Chance nutzte, war E-Plus; inzwischen setzen weitere deutsche und internationale Telekommunikationsunternehmen Ventfair-Technik ein.

Wo noch Kompressionsklimaanlagen eingesetzt werden, lässt sich der Energieverbrauch durch die Ventilatorentechnik um bis zu 97,5 % reduzieren. Am Beispiel einer Sendestation, die an 300 Tagen pro Jahr täglich 16 h in Betrieb war, konnte nachgewiesen werden, dass sich der Verbrauch von 8800 kWh/a auf 230 kWh/a senken lässt, was einer Verringerung der Stromkosten von rund 1600 Euro/a auf nur noch rund 40 Euro/a entspricht. Bei geeigneter Luftbewegung im Außenbereich werden die Hybridventilatoren ausschließlich vom Wind angetrieben. Erst bei hochsommerlichen Temperaturen und gleichzeitiger „Windstille“ entsteht im Motorbetrieb ein über das Jahr betrachtet geringer Stromverbrauch.

Hybridsysteme für Wohnräume

Dass man sich bei Ventfair von Anfang an auch Gedanken über die Haustechnik gemacht hat, verwundert nicht: Die drei Gründer Andreas Pirschel, Marc Sauer-Scalabrino und Norbert Skrobek sind Schornsteinfegermeister, für die auch die Be- und Entlüftung von Wohngebäuden eine Rolle spielt. Beispielsweise kommen im Geschosswohnungsbau ebenso Lösungen mit einer motorisch gesteuerten Entlüftung von Innenbädern und Küchen infrage wie die motorlose Be- und Entlüftung.

Im Falle der Modernisierung eines fünfgeschossigen Altbaus Abb. 5 in Berlin-Kreuzberg erwies sich die motorisch gesteuerte Entlüftung als ideal. Die Investoren waren darauf angewiesen, für 30 Wohnungen ein kostengünstiges Lüftungskonzept zu realisieren, ohne am Ende zu hohe Modernisierungsmieten verlangen zu müssen – denn das Objekt liegt in einem Erhaltungsgebiet, dessen Satzung Mietobergrenzen vorgibt. Neben dem Anspruch an ökologisches Bauen mit dem Niedrigenergiehausstandard (gemäß der im Rahmen des ersten Konjunkturpakets von der KfW aufgelegten Programme für energieeffizientes Bauen und Sanieren nach EnEV 2009) spielte somit die Wirtschaftlichkeitsrechnung die entscheidende Rolle.

Um keine komplette Lüftungsanlage mit integrierter Luftzu- und -abführung einbauen zu müssen, entschied man sich für ein Konzept mit Dachventilatoren von Ventfair, wobei die Nachströmung in den Wohnungen über Regel-air-Fensterlüfter im Fensterfalz gemäß DIN 1946-6 gesichert wird. Im Normalfall reicht die Volumenstrom-Begrenzung der Regel-air Fensterfalz-Lüfter auch bei höheren Windgeschwindigkeiten aus, bei Bedarf können in die Abluftleitung jedoch zusätzlich selbstregulierende Ventile zur Begrenzung des Abluftvolumenstroms montiert werden.

In einer Versuchsphase wurden die Laufzeiten für die Lüftung optimiert, als ideal erwies sich ein Stundentakt – eine Stunde an, eine Stunde aus bei vollständiger Abschaltung in der Nacht. Nach zwei Jahren Betriebszeit sind alle Beteiligten sehr zufrieden, der Energieverbrauch der Anlage ist zu vernachlässigen: Die fünf auf dem Dach montierten Ventilatoren, die jeweils sechs Wohnungen versorgen, werden von je einem 70-W-Elektromotor gesteuert, der sechs Stunden pro Tag läuft, in den Nichtanschalt-Zeiten wird nur über die Windkräfte (und den temperaturbedingten Auftrieb) gelüftet. Bei einem Strompreis von 20 Ct/kWh fallen für die 30 Wohnungen lediglich 150 Euro/a an Stromkosten für die Wohnraumlüftung an. „In der Praxis war das Konzept noch erfolgreicher, als in der theoretischen Berechnung“, sagt der verantwortliche Architekt Stephan Gränitz.

Stromlose Ventilatoren im Gewerbebau

Im Falle von Produktions- und Lagerhallen ist es Ventfair gelungen, Klimaanlagen vollständig durch Ventilatoren zu ersetzen, sodass keinerlei elektrische Antriebsenergie mehr benötigt wird. Eines dieser Projekte wurde im Hamburger Freihafen realisiert. Im weltweit größten Schmierstoff-Werk von Shell Deutschland Oil stellen über 300 Mitarbeiter Motor-, Hydraulik- und Prozessöle her. Ventfair rüstete hier eine rund 800 m² große Produktionshalle mit Ventilatoren Abb. 6 aus. Obwohl die Maschinen und chemische Prozesse eine große Wärmemenge in der Halle freisetzen, konnte auf eine zusätzliche Klimaanlage verzichtet werden. Dr. Mathias Lemke, der als Project Manager bei Shell Auftraggeber war, fasst das Resultat prägnant zusammen: „Entlüftung einer Indus­triehalle – effizient und zuverlässig mit null Betriebskosten.“

Als Beispiel für die Verbindung von wirtschaftlichen Zielen und ökologischem Anspruch nicht minder beeindruckend ist der neue Firmensitz der Galaxy Energy, die Hochleistungssolarmodule entwickelt und vertreibt. In Berghülen auf der Schwäbischen Alb wurde ein teiltransparentes Indachsystem aus 1152 Photovoltaik-Modulen gebaut. Das Abluftsystem mit Ventfair-Ventilatoren kühlt die Module so effizient, dass die Galaxy-Zentrale das weltweit erste energieautarke Industriegebäude ist. Die Abwärme wird einem 500 m³ Wasser/Eis-Speicher zugeführt; damit wird das Gebäude im Winter geheizt und im Sommer gekühlt (siehe auch: „Vom Standard- bis zum Plus-Energie-Haus“, TGA 7-2012, Webcode 366152).

Kellerentfeuchtung ohne Energieeinsatz

Enorme Erfolge hat Ventfair mittlerweile beim Einsatz seiner Ventilatorentechnik ohne Strombedarf in Wohngebäuden. Das mitteleuropäische Klima liefert beste Voraussetzungen für den Betrieb ganz ohne Stromverbrauch und CO₂-Emissionen. Besonders Wohnungsbaugesellschaften, die größere Altbaubestände zu modernisieren haben und in besonderem Maße wirtschaftliche Aspekte beachten müssen, erkennen und nutzen die Chance, Probleme wie Feuchtigkeit oder Geruchsbelästigung kostengünstig in den Griff zu bekommen.

Im Celle ließ die Städtische Wohnungsbau GmbH (WBG) vier Mehrfamilienhäuser und ein Hochhaus umrüsten. „In den Mehrfamilienhäusern hatten wir ein Problem mit extrem feuchten Kellern, das wir mit einem angemessenen Aufwand nicht in den Griff bekamen“, berichtet Andreas Heinze, technischer Leiter der WBG. Die Keller waren infolge der fortlaufenden Sanierungs- und Wärmeschutzmaßnahmen bei steigendem Grundwasserspiegel zunehmend extrem feucht gewesen. „Wir konnten dann stillgelegte Kaminzüge nutzen und Ventfair-Dachventilatoren einbauen“, erläutert Heinze. So gelang es, die Feuchtigkeit der vormaligen Problemkeller dauerhaft auf ein Maß im Rahmen des Üblichen zu reduzieren. Inzwischen werden auch im Hochhaus der WBG Celle alle innen liegenden Bäder über alte Kamine mit Dachventilatoren entlüftet.

Im Vergleich mit herkömmlichen windbe­triebenen Dachventilatoren in Abluftanlagen für Sanitärbereiche gemäß DIN 18017, die vor allem in den Monaten Mai bis September mangels ausreichenden Windes häufig keinen genügenden Unterdruck im Schacht aufbauen, sind die Ventfair-Ventilatoren in der Lage, den Unterdruck im Schacht stets aufrechtzuerhalten. Ergebnis: Das Raumklima wird – ohne Energieeinsatz – dauerhaft verbessert; wo vorher Trocknungstechnik eingesetzt wurde, konnte diese entfallen. Die Alternative wären elektrisch betriebene Ventilatoren mit einem Leistungsbedarf zwischen 100 und 500 W gewesen.

Haustechnik mit stromlosen Ventilatoren

Die Wohnungsbaugenossenschaft Lichtenberg (WGLi) hat 21 fünfgeschossige Mietshäuser mit Ventfair-Ventilatoren umgerüstet. „Wir hatten seit vielen Jahren Probleme mit dem Plattenbau-Typ WBS 70/5, der nur über eine innen liegende natürliche Be- und Entlüftung über Schächte verfügt“, sagt Tankred Jantz, Mitarbeiter des Technischen Services und Projektleiter für das Thema. Nachdem er sich ein Referenzprojekt angesehen hatte, stand ihm die Lösung vor Augen: Für die WGLi kam auch für die Zukunft nur eine motorlose Variante infrage.

Alle Objekte der WGLi, die mit über 10000 Wohnungen die größte Berliner Wohnungsbaugenossenschaft ist, wurden bis 2001 energetisch saniert und mit neuen Fenstern ausgestattet. Dank der familienfreundlichen Gestaltung liegt der Leerstand unter 2 %. „Wenn wir in der Vergangenheit einen zu geringen thermischen Auftrieb hatten, zum Beispiel bei hohen Außentemperaturen und senkrecht stehender Sonne, kam es vor, dass sich Mieter wegen der Geruchsbelästigung infolge nicht abziehenden Küchendunsts beschwerten“, schildert Jantz.

WBS-70/5-Plattenbauten werden grundsätzlich über einen Schacht be- und entlüftet, der vom Kellergeschoss bis übers Dach geführt wird. An den Hauptschacht werden die Wohnungen mit jeweils einem Nebenschacht angebunden. Da alle Küchen und Bäder innen liegen, ist der Entlüftungsbedarf erheblich – und wird entsprechend schnell zum Problem. Jantz: „Das Beste an der alten Abluftanlage war, dass für sie keine Betriebskosten anfielen. Und das sollte so bleiben.“ Außerdem hätte man beim Einbau einer motorischen Entlüftungsanlage den Bestandsschutz verloren und sich am Neubaustandard orientieren müssen. Jantz: „Bei einer motorlosen Technik handelt es sich jedoch nach wie vor um eine natürliche Be- und Entlüftung, die den thermischen Auftrieb nutzt; mit Ventfair haben wir eine Lösung gefunden, die überhaupt keine Energie verbraucht und trotzdem alle Anforderungen erfüllt.“

Im ersten Schritt wurden 2011 acht Ventilatoren mit einem Anschlussrohrdurchmesser von 400 mm – bei acht Treppenhäusern, fünf Etagen und je zwei Wohnungen pro Podest – für insgesamt 80 Wohnungen eingebaut. Für die brandschutztechnische Sanierung und um die Strömungsverhältnisse zu verbessern, wurden die Schächte innen neu beschichtet, die Anbindungen wurden abgedichtet, in den Küchen Brandschutztellerventile und im Keller Enddeckel installiert, damit im Brandfall keine Flammen in den Lüftungsschacht überschlagen. Die Ventilatoren wurden auf vorhandene Sockel mit Revisionsöffnung gesetzt und in die Blitzschutzanlage eingebunden Abb. 7.

Um die Entscheidung für weitere Investitionen abzusichern, wurden Referenzmessungen im Dauerbetrieb durchgeführt. „Mit dem installierten Ventilator erreichten wir durchschnittlich einen Abluftvolumenstrom von 35 bis 40 m³/h, also fast den Wert für den planmäßigen Mindest-Abluftvolumenstrom zur maschinellen Entlüftung von Bädern mit dauernder Abführung nach DIN 18017“, sagt Jantz. „Zeitweise haben wir mit 44 m³/h die Norm sogar überschritten, das ist mehr, als ich erwartet hatte. Ventfair hat alle Versprechungen eingehalten.“

Im eigentlichen Sinne amortisieren müssen sich die Investitionen gar nicht, wie Jantz erklärt: „Wir haben das für Komfort, Hygiene und Brandschutz gemacht und die Mieter nicht per Umlage beteiligt. Hätten wir eine motorische Entlüftung mit den entsprechenden regelungstechnischen Veränderungen einbauen müssen, hätten wir die Brandschutzauflagen nicht selbst bezahlen können.“ Bei der Umstellung auf eine Lösung mit elektrisch angetriebenen Ventilatoren oder eine Hybridlösung hätte man ganz neue Schächte bauen müssen, um alle dann greifenden brandschutztechnischen Auflagen zu erfüllen.

Inzwischen wurde der Umbau von weiteren zehn Objekten beauftragt und teilweise schon realisiert, Ende 2013 werden dann 88 Ventilatoren für insgesamt 880 Wohnungen in Betrieb sein. Seit der Umrüstung hat sich übrigens kein einziger Mieter mehr über Geruchsbelästigung infolge nicht abziehenden Küchendunsts beschwert. •

Weitere Fachberichte zum Thema Wohnungslüftung enthält das TGAdossier Wohnungslüftung: Webcode 729

ist Geschäftsführer von Ventfair, 12099 Berlin, Telefon (0 30) 72 01 43 02, http://www.ventfair.com