Regelungstechnik für das atmende Haus

Kompakt informieren

• Der Innenraumluftqualität kommt aufgrund der immer dichter gebauten Gebäude und Umweltbelastungen von außen und auch durch Schadstoffemissionen im Innenbereich eine wachsende Bedeutung zu.
• Der Schutz der Gesundheit und der Gebäudesubstanz hängt direkt davon ab. Diesem Thema widmen sich auch zahlreiche Forschungsprojekte der EU, die sich in den Ökodesign-Richtlinien niederschlagen werden.
• Die Regelung SaveCair für Wohnungslüftungsanlagen ist gezielt offen gestaltet, sodass sich künftige Entwicklungen integrieren lassen.

Ein Blick auf die Uhr – nur noch fünf Minuten bis der Zug abfährt. Der Bahnhof ist aber erst in der Ferne zu sehen. Jetzt heißt es: rennen! Das Herz schlägt schneller, der Mund öffnet sich, um mehr Luftvolumen einzuatmen, die Atemfrequenz wird erhöht. Das Blut pulsiert durch den Körper, versorgt die Muskeln mit mehr Sauerstoff und führt Kohlendioxid ab ... Geschafft! Kaum ist der Fuß im Zug, schließen die Waggontüren. Jetzt erstmal durchatmen.

Diese Alltagsszene verdeutlicht, wie die menschliche Luftregulierung ganz automatisch funktioniert – und wie eine Wohnungslüftung damit korrespondieren sollte: Der bedarfsgerechte Luftaustausch muss einerseits selbstregulierend ablaufen, andererseits aber auch bewusst steuerbar sein. Diese Individualität ermöglicht jetzt eine neue Regelung: SaveCair von Systemair – jedoch ohne die Nutzer mit unzähligen Einstellungsoptionen zu überfordern.

Detaillierte Parameter, beispielsweise die gebäudespezifische Mindestluftwechselrate oder Leistungsgrenzen, um Energie zu sparen, werden im Hintergrund abgelegt. Sie geben die Limits für den vollautomatischen Betrieb der Wohnungslüftung vor. In diesen Grenzen regelt SaveCair die bedarfsgerechte Lüftung automatisch. Sensoren für die Luftqualität oder Anwesenheit der Bewohner liefern die hierfür erforderlichen Werte. Außerdem können die Nutzer neben den automatischen Modi fünf Alltagssituationen nach Bedarf steuern.

Nutzerwünsche einfach antippen

Mit einem einzigen Fingerdruck auf den Touchscreen der Regelung oder des eigenen Smartphones können Nutzer den Betrieb der Wohnungslüftung jederzeit anpassen. Besonders einfach ist die Bedienung auch deshalb, weil der Touchscreen von SaveCair in Format und Menüführung identisch ist zur App auf dem Smartphone. Fünf User-Functions lassen sich vordefinieren:

Bei der Wahl der Funktion „Kaminofen“ erhöht sich der Zuluftvolumenstrom während der Anfeuerungsphase, in der mehr Verbrennungsluft benötigt wird. Der Zeitraum kann passend zur Ofenleistung eingestellt werden und verhindert einen Unterdruck zu Beginn des Ofenbetriebs, der zu einer Sicherheitsabschaltung der Lüftung führen würde.

Die Funktion „Stoßlüftung“ erhöht kurzzeitig den Luftwechsel, um nach Abwesenheit oder reduziertem Betrieb „mal eben durchzulüften“. Mit der Funktionswahl „Party“ hingegen wird der Luftwechsel für längere Zeit erhöht und kann mit einer Absenkung der Zulufttemperatur gekoppelt werden. Das ist zum Beispiel nützlich, wenn viele Gäste im Haus sind und die Party im wahrsten Sinne des Wortes „heiß“ wird.

Die Betätigung des Icons „Abwesend“ senkt den Luftwechsel und reduziert optional die Zulufttemperatur. Das spart zusätzliche Energie, wenn alle Bewohner für mehrere Stunden das Haus verlassen. Der gleiche Effekt wird mit der Funktion „Urlaub“ erzielt, wenn die Abwesenheit nicht Stunden, sondern Tage dauert – beispielsweise in der Urlaubszeit oder bei Wohnungsleerstand. Der Mindestluftwechsel bleibt aber automatisch und energiesparend gesichert, um Schimmelbefall vorzubeugen.

Neben dieser „bewussten Atmung“ eines Gebäudes schätzen Nutzer vor allem, dass die gewünschte Luftqualität im Innern automatisch eingehalten wird. Einflussgrößen für den jeweiligen Luftbedarf kommen dabei von den Menschen, die sich im Haus befinden, vom Gebäude selbst sowie von den Außenverhältnissen. SaveCair verarbeitet dazu verschiedene Parameter, um ein Wohnraumklima zu schaffen, das den Vorlieben der Bewohner entspricht.

Einflussgröße Mensch

Die automatische Regelung einer Wohnungslüftung muss im Wesentlichen mit der menschlichen Atmung interagieren. Etwa 13 m³ Luft atmet der Mensch pro Tag ein und aus. Die wichtigste Regelgröße im Körper ist dabei der Kohlendioxidgehalt in der Atemluft. Er wird über eine Sensorik in der Lunge gemessen. Bei steigenden CO₂-Werten wird der Luftaustausch erhöht, um dem Organismus mehr Sauerstoff zuzuführen.

Die Sauerstoffkonzentration in der Raumluft wäre bei einem Raumvolumen von 25 m³ pro Person bei ruhender Tätigkeit auch in einem sehr luftdichten Raum nach zwei Tagen für gesunde Menschen noch akzeptabel. Rechnerisch liegt die Sauerstoffkonzentration dann bei rund 17 % was mit dem Sauerstoffpartialdruck auf einer terrestrischen Höhe von 1750 m vergleich bar ist. In Johannesburg beträgt die durchschnittliche Höhe über dem Meeresspiegel beispielsweise 1753 m.

Die CO₂-Konzentration ist nach 3 h allerdings bereits über 1000 ppm (Pettenkofer-Zahl) gestiegen und die körperliche und geistige Leistungsfähigkeit lässt nach, mit weiter steigender CO₂-Konzentration bis hin zum Unwohlsein. Für eine hohe Raumluftqualität ist eine CO₂-Konzentration von 800 ppm die Grenze. Die Regelung SaveCair verhindert, dass die CO₂-Konzentration bei einer typischen Nutzung auf unbehagliche Werte steigt. Entsprechend dem erfassten CO₂-Gehalt in einem Raum oder einer definierten Belüftungszone im Gebäude wird frühzeitig automatisch der Luftaustausch erhöht¹⁾.

Doch Menschen stoßen nicht nur erhebliche Mengen Kohlenstoffdioxid aus²⁾, sondern auch Feuchtigkeit. Durch die Atemluft werden durchschnittlich 0,5 l/d abgegeben. Durch Transpiration kommt im Ruhezustand noch etwa 0,5 bis 1,0 l/d hinzu – je nach Betätigung auch deutlich mehr. Kochen, Duschen, Pflanzen, abtrocknende Kleidung und Gegenstände geben außerdem Wasserdampf an die Raumluft ab.

Eine zu hohe Luftfeuchtigkeit in den Räumen beeinträchtigt das Wohlgefühl des Menschen – und des Gebäudes. Eine relative Luftfeuchtigkeit über 60 % über einen längeren Zeitraum kann speziell an Wärmebrücken zu Schimmelbildung führen. In warmen Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit gedeihen außerdem generell Schimmelsporen, Milben und Bakterien deutlich besser als in trockenen. Das hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit.

Die Wohnungslüftungsgeräte von Systemair der Baureihe Save enthalten deshalb im Abluftkanal einen Feuchtesensor. Die Regelung SaveCair verarbeitet das davon ausgehende Signal intelligent. Es hebt bei steigender Luftfeuchtigkeit automatisch zur Situation passend die Luftwechselrate an – ob es sich nur um einen kurzzeitig erhöhten Feuchtigkeitseintrag handelt (zum Beispiel durch Duschen) oder aber eine länger andauernde Luftbelastung die Ursache ist (zum Beispiel erhöhte Personenzahl). Diese bedarfsgerechte Anpassung der Ventilation verbessert die Behaglichkeit und optimiert die Energieeffizienz der Lüftung.

Einflussgröße Außenluft

Gesundheitlich belastend ist allerdings genauso das gegenteilige Szenario: Statt zu hoher Luftfeuchtigkeit kann durch die Zufuhr sehr trockener kalter Außenluft im Herbst und Winter die relative Luftfeuchtigkeit in den Räumen absinken. Für die Reinheit der eingeatmeten Luft bis zur Funktion der Stimmbänder spielt jedoch die Luftbefeuchtung durch Schleimhäute eine wichtige Rolle im menschlichen Atmungsapparat. Sehr trockene Luft wird deshalb als unangenehm empfunden. Besonders Allergiker leiden darunter, da in trockener Luft mehr Schwebeteilchen vorhanden sind und inhaliert werden.

Um ein Austrocknen der Zimmerluft zu verhindern, gewinnen die Save-Wohnungslüftungsgeräte mit Rotations-Wärmeübertrager die Feuchtigkeit aus der Abluft zurück und übertragen sie auf die zugeführte Frischluft. Das geschieht geruchsneutral über den Rotor. Er wird angetrieben mit einem EC-Motor. Über die Drehzahl kann die Regelung analog zur tatsächlichen Luftfeuchtigkeit im Raum die Übertragungsmenge anpassen. Somit kommt es weder zu einem Austrocknen noch zu einem Überfeuchten der Raumluft.

Dabei gewinnt der Rotor auch Wärme aus der Abluft zurück. Über den drehzahlgeregelten Rotor kann auch die Temperierung der Zuluft beeinflusst werden. Hier bringt die neue Regelungstechnik zusätzliche Vorteile: Im Sommer schaltet die Wärmeübertragung durch den Rotor sozusagen ab, sodass die Räume nicht überhitzen. In Zukunft werden Häuser allerdings vermehrt aktiv gekühlt. Der Rotor kann dann ebenso Kälte auf die Zuluft übertragen. Praxiswerte zeigen, dass die Energiekosten damit halbiert werden können – sowohl im Kühlfall als auch im Heizfall. Beide Szenarien bildet die neue Regelung bereits ab. SaveCair ist zudem auf eine weitere Entwicklung vorbereitet, die von der Europäischen Union im Zuge der Effizienzrichtlinien forciert wird: die bedarfsgerechte Einzelraumregelung für die Wohnungslüftung.

Nicht zu unterschätzen ist außerdem die wirksame Filterung der Außenluft. Denn Feinstaubbelastung in Städten oder Pollen machen nicht nur Allergikern zu schaffen. Das Filtern der Außenluft ist mit zentralen Wohnungslüftungsanlagen am effektivsten und wirtschaftlichsten. SaveCair überwacht die Filterfunktion und meldet einen notwendigen Wechsel. Das sichert die Raumluftqualität, spart Energie und verhindert Kosten durch unnötige Filterwechsel.

Einflussgröße Gebäude

Negative Einflüsse auf die Raumluftqualität entstehen allerdings oft zusätzlich durch das Gebäude selbst und durch seine Ausstattung, weil die Abdichtung der Gebäudehülle den natürlichen Luftaustausch durch Leckagen stark einschränkt. Gleichzeitig kommt es zur Freisetzung von Schadstoffen aus Baumaterialien, Kunststoffen, Farben, Bodenbelägen, Möbeln etc. Besonders kritisch werden flüchtige organische Verbindungen (VOCs, volatile organic compounds) diskutiert, die in vielen Materialien gebunden sind, die Abklingzeit kann einige Tage aber auch einige Jahre betragen. VOC ist eine Sammelbezeichnung für organische, also kohlenstoffhaltige Stoffe, die leicht verdampfen (flüchtig sind) bzw. schon bei niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur) als Gas vorliegen. In Innenräumen sind dies insbesondere Lösungsmittel.

Auch alle Lebewesen (Menschen, Tiere, Pflanzen, Mikroorganismen) emittieren organische Verbindungen. Unter den natürlichen VOCs (ohne Methan) dominieren die von vielen Pflanzen emittierten Terpene, darunter vor allem das Isopren. Unter den die Raumluft belastenden natürlichen Quellen sind auch Bakterien und Schimmelpilze zu nennen, MVOC (microbial volatile organic compounds) können auch noch nach dem Absterben der Organismen auftreten.

Hohe VOC-Konzentrationen in der Raumluft gelten als gesundheitsschädlich, zu den möglichen gesundheitlichen Auswirkungen zählen u. a. Müdigkeit, Kopfschmerzen, verminderte Leistungsfähigkeit, Infektionsanfälligkeit, gestörte Geruchs- und Geschmackswahrnehmung, Irritation von Augen, Nase und Rachen, Nasenlaufen, Augentränen, trockene Schleimhäute, trockene Haut und Juckreiz.

Deshalb wurde die Entwicklung von Sensoren zur Erfassung solcher Schadstoffe intensiv vorangetrieben. Erste für die Anforderungen bei der Wohnungslüftung geeignete VOC-Sensoren stehen kurz vor der Markteinführung. Sie können einfach an die SaveCair-Regelung angeschlossen werden. Dazu erforderliche Software-Updates lädt die Regelung direkt aus dem Internet. Die Funktionalität zur VOC-Reduzierung in der Raumluft ist in der Systemair-Regelung allerdings schon vorgesehen: Hinterlegt wird hier ein Maximalwert für den VOC-Gehalt. Melden die Sensoren erhöhte Schadstoffmengen, steigt die Luftwechselrate, bis der eingestellte Schwellenwert wieder unterschritten ist.

ist Product Area Director Residential Ventilation bei der Systemair GmbH, 97944 Boxberg-Windischbuch, www.systemair.de