Lüftungsgerät regelt die Raumluftfeuchte

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• Zur kontrollierten Wohnungslüftung wird eine Vielzahl von Lüftungsgeräten angeboten. Doch keines ist in der Lage, eine gesunde Raumluftfeuchte bei gleichzeitig maximaler Nutzung der Abluftwärme zu gewährleisten.
• Auf der Basis von Lüftungsgeräten mit regenerativem Wärmespeicher lässt sich jedoch ein komplett neues Geräteprinzip ohne Kompromisse aufbauen.
• Es ermöglicht Wärmeübertragungswerte von weit über 100 % und kann die Raumluftfeuchte in weiten Grenzen und in beide Richtungen frei wählbar beeinflussen.

Ziel einer aktiven Wohnungslüftung ist die Versorgung der Wohnräume mit Frischluft und die Aufrechterhaltung einer behaglichen und gesunden Luftfeuchte. Damit dies nicht die Heizkosten erhöht bzw. diese sogar senkt, sollte dabei die nutzbare Wärme der Abluft vollständig auf die Frischluft übertragen werden. Der Markt ist voll mit Lüftungsgeräten, doch keines erfüllt die obigen Bedingungen kompromisslos. Dies ist umso erstaunlicher, als doch allgemein die Notwendigkeit einer aktiven Wohnungslüftung anerkannt wird.

Allen bekannten Geräten kann zugestanden werden, dass sie eine ausreichende Frischluftversorgung sicherstellen. Wer gut sein will, der behauptet, dass in seinem Gerät die Wärme der Abluft mit einem Wirkungsgrad von über 90 % auf die Frischluft übertragen wird. Für Enthalpieübertrager werden sogar Wirkungsgrade von bis zu 130 % angegeben. Erfolgt die Wärmerückgewinnung mit herkömmlichen Plattenwärmeübertragern, sinkt die relative Feuchte der Raumluft im Winter durchaus unter 30 %. Dem sollen Enthalpieübertrager entgegenwirken, doch ihr Rückbefeuchtungsgrad ist so gering, dass die Entfeuchtung der Raumluft nur gemildert bzw. verzögert wird.

Bei einer Wärmerückgewinnung mit rege­nerativen Wärmespeichern stellt sich das gegenteilige Problem. Im Winter sind klimatische Situationen die Regel, bei denen ihre theoretische Entfeuchtungsleistung sehr gering ist oder sogar auf Null fällt, d.h. die Raumluft bleibt viel zu feucht. Nur wegen ihres unvollkommenen Wärmerückgewinnungsgrades wird in der Praxis die Raumluft doch noch schwach entfeuchtet – aber auf Kosten der Wärmerückgewinnung.

Am Wirkungsgrad der Enthalpieübertrager von 130 % wird deutlich, dass der Wärmeübergang besser erfolgen kann als beim allgemeinen Bezugspunkt mit einem Wirkungsgrad von 100 %. Denn verglichen wird dabei nur die Temperatur der Abluft mit der Temperatur der Frischluft nach der Wärmeübertragung. Dabei wird vernachlässigt, dass die Abluft im Normalfall feuchter als die Frischluft ist. Der Enthalpiegehalt feuchter Luft ist aber beträchtlich größer als der von trockener Luft gleicher Temperatur, er kann mehr als doppelt so groß sein. Ein Teil dieses Energieüberschusses wird im Enthalpieübertrager zum Verdunsten des Rückbefeuchtungswassers verwendet, was seinen Wirkungsgrad, der ja wie üblich auf trockene Luft bezogen ist, auf über 100 % anhebt.

Energieaufwand für Feuchteregulierung

Versucht man bei der Frischluftversorgung über normale Wärmeübertrager die Raumluftfeuchte durch Verdunstungsschalen zu erhöhen, dann wird bei der Verdunstung des Wassers der Raumluft Wärme entzogen, sie kühlt ab. Diese Abkühlung geschieht zwar außerhalb des Wärmeübertragers (und wird in der Regel vom Heizsystem kompensiert), sie müsste jedoch bei dem Wärmeübertragungsvorgang energetisch berücksichtigt werden. Würde dies gemacht, würde sich der Wirkungsgrad herkömmlicher Plattenwärmeübertrager ungefähr halbieren.

Zusammenfassend ist zu sagen, dass ein Lüftungsgerät mit herkömmlichen Plattenwärmeübertragern die Raumluft im Winter automatisch immer entfeuchtet. Ohne zusätzliche Befeuchtungsgeräte wird sich somit nur dann ein behaglicher und gesunder Luftfeuchtewert einstellen, wenn von den Nutzern extrem viel Feuchte direkt oder indirekt „erzeugt“ wird. Bei Lüftungsgeräten mit Enthalpieübertragern wird der Entfeuchtungseffekt abgemildert. Der Nachteil dieser Geräte, sie „rückbefeuchten“ auch, wenn die Raumluft zu feucht ist, denn der Effekt kann nicht kurzfristig abgestellt werden. Lüftungsgeräte mit regenerativen Wärmespeichern sind für die Raumluftentfeuchtung eher ungeeignet. Sie haben ihre Stärke in der Lüftung von Räumen, in denen naturgemäß wenig Feuchte produziert wird (z.B. Büroräume), da sie die vorhandene niedrige Raumluftfeuchte kaum weiter absenken. Sie sind sozusagen Raumluftfeuchte-neutral.

Neues Geräteprinzip

Auf der Basis von Lüftungsgeräten mit regenerativem Wärmespeicher lässt sich jedoch ein komplett neues Geräteprinzip ohne die beschriebenen Kompromisse aufbauen. Wärmeübertragungswerte von weit über 100 % sind möglich und die Beeinflussung der Innenraumluftfeuchte ist in weiten Grenzen und auch kurzfristig in beide Richtungen frei wählbar.

Lüftungsgeräte für Innenräume mit einem regenerativen Wärmespeicher und alternierender Luftströmungsrichtung werden normalerweise in einem Raum paarweise gegenläufig eingesetzt: Ein Gerät arbeitet im Zuluftbetrieb, eines im Abluftbetrieb. Die Periode für die synchrone Strömungsumkehr beträgt etwa 2 min. Im Abluftbetrieb wird der Wärmespeicher von der ausgeblasenen Innenluft erwärmt. Im anschließenden Zuluftbetrieb gibt er die gespeicherte Wärme wieder an die einströmende Außenluft ab, die so nahezu auf Ablufttemperatur erwärmt in den Raum gelangt.

Ungewollte Befeuchtung im Winter

Bei der Abkühlung der abströmenden Innenluft im Wärmespeicher wird häufig, speziell im Winter, der Taupunkt der Innenluft unterschritten und es kondensiert im Wärmespeicher Feuchte aus, die sich als Tauschicht an den Oberflächen des Wärmespeichermaterials niederschlägt. Die Dicke dieser Tauschicht liegt üblicherweise im Mikrometerbereich, d.h. eine Tropfenbildung und damit ein Ablaufen dieses Kondenswassers sind sehr unwahrscheinlich.

Nach der Strömungsumkehr streicht nun Außenluft an diesen Tauschichten vorbei. Vom Wärmespeicher aufgewärmt kann sie Feuchtigkeit aufnehmen, die Tauschicht verdunstet. Hat die angesaugte Außenluft vor dem Eintritt in den Wärmespeicher eine relative Luftfeuchte von 100 %, was im Winter häufig vorkommt, ändert sich bei ansonsten idealen Betriebsbedingungen die Innenraumluftfeuchte überhaupt nicht, denn die aus dem Innenraum abgeführte Feuchte hat den Wärmespeicher nicht nach außen verlassen und wird wieder vollständig in den Innenraum zurückgeführt.

Ent- und Rückbefeuchtung nach Bedarf

Für ein gesundes Raumklima ist ein Lüftungsgerät erforderlich, das bei niedrigen Innenraumluftfeuchtewerten diese Werte nicht noch weiter absenkt und das bei hohen Innenraumluftfeuchtewerten dieses Zuviel an Feuchte aus dem Raum abführt.

Dies lässt sich nach folgendem Prinzip realisieren: In einem Lüftungsgerät mit regenerativem Wärmespeicher wird bei zu hohen Innenraumluftfeuchtewerten Tauwasser sofort bei seiner Bildung oder spätestens vor dem Beginn der Zuluftphase aus dem Wärmespeicher entfernt. Wenn dann wieder Außenluft in den Innenraum strömt, behält diese trotz der Aufwärmung im Wärmespeicher ihren niedrigen (absoluten) Luftfeuchtewert und senkt über die Vermischung mit der Innenraumluft den Luftfeuchtewert der Innenraumluft. Ist die Innenraumluftfeuchte niedrig genug, wird das Tauwasser nicht mehr aus dem Wärmespeicher entfernt und der Innenraumluftfeuchtewert bleibt weitgehend konstant.

Konkret kann man so die Entfeuchtungsleistung (aus dem Raum entfernte Wassermenge in g/kg Frischluft) bis auf die Differenz zwischen der absoluten Luftfeuchte der Außenluft und der Sättigungsfeuchte der Außenluft (was bei regenerativen Wärmespeichern üblich ist) reduzieren – oder auf die Differenz zwischen der absoluten Luftfeuchte der Innenluft zur absoluten Luftfeuchte der Außenluft maximieren oder auf einen beliebigen Zwischenwert einstellen.

Entfernung des Kondensats

Von den technischen Möglichkeiten, Kondenswasser aus dem Wärmespeicher zu entfernen, soll hier nur eine beispielhaft erklärt werden. Die anderen werden erst mit der Offenlegungsschrift einer Patentanmeldung veröffentlicht.

Besteht der Wärmespeicher aus parallel angeordneten Platten, durch deren Zwischenraum die Luft strömt, dann können die Tauschichten von diesen Platten, ähnlich wie es ein Scheibenwischer macht, mit Gummilippen abgezogen werden. Das so gesammelte Kondenswasser wird nach außen abgeleitet. Für die Raumfeuchteregelung hat man zunächst nur die Möglichkeit, das Tauwasser einer Zuluft-Abluft-Periode vollständig zu entfernen oder nicht, also dass man den Wischer nach der Abluftphase in Betrieb setzt oder nicht. Dazu ist ein elektronischer Regler notwendig.

Vorstellbar, wenn auch technisch kaum realisierbar, wäre es, die Gummilippen mit wenigen Mikrometer Abstand an den Platten vorbeistreichen zu lassen. Der Wischer würde nach jeder Abluftphase arbeiten. Aber erst ab einer bestimmten Tropfengröße würde Tauwasser entfernt, d. h. die Entfeuchteleistung wäre in einem mittleren Bereich. Auf Dauer würde sich eine feste Innenraumluftfeuchte einstellen. Denn ist die Innenraumluftfeuchte schon so gering, dass die Kondenswassertropfen bei einer Abluftphase die Tropfengröße, die Kontakt zur Gummilippe bekommt, nicht mehr erreichen, wird automatisch nicht mehr entfeuchtet. Wächst die Innenraumluftfeuchte an, werden auch die Tauwassertropfen größer, bis sie eine Größe haben, dass sie von der Gummilippe erfasst werden. Ein extra Regler wird hier also nicht benötigt.

Wie schon erwähnt, diese Wisch-Methode wäre technisch kaum realisierbar. Doch gibt es andere, weit einfachere Methoden, den automatischen Feuchteregeleffekt zu bewerkstelligen.

Kondensationswärme wird nutzbar

Trockene Luft hat einen deutlich geringeren Enthalpiegehalt als feuchte Luft, was an der Verdunstungswärme des in der feuchten Luft befindlichen Wassers liegt. Nimmt der Wärmespeicher auch Kondensationswärme aus der feuchten Innenraumluft auf, kann er eine deutlich größere Menge an Frischluft auf den Innenraumtemperaturwert erwärmen. Man kann auf Dauer aber nicht mehr Frischluft in den Raum einblasen, als man Abluft abzieht. Der Wärmemengenüberschuss kann somit anderweitig verwendet werden, z.B. über eine innere Luftumwälzung im Raum. Hat man drei Lüftungsgeräte im Raum im Einsatz, dann kommt zur Zuluft- und zur Abluftphase noch die Umluftphase. Damit sind Wirkungsgrade von über 200 % realisierbar.

Wenn das neue Prinzip bisher auch nur als dezentrales Gerät beschrieben wurde, so lässt es sich genauso gut für zentrale Lüftungsgeräte einsetzen. Man stelle sich vor, dass zwei Wärmespeicher gegenläufig zwischen Zuluftkanal und Abluftkanal hin- und herschwenken. Wird beim Übergang vom Abluft- zum Zuluftkanal der Wärmespeicher vom Tauwasser befreit, bleibt die nachfolgende Zuluft trocken; belässt man dagegen die Kondensationsschicht auf der Wärmespeicheroberfläche, ist die Zuluft so feucht wie es die Abluft vorher war.

Die Baugröße des Wärmespeichers hängt vom Luftdurchsatz und von der Periodendauer ab. Die Wärmespeichermasse sollte die Wärmemenge der Abluft einer Periode auf­nehmen können. Je kürzer also diese Periode ist, umso kleiner kann der Wärmespeicher sein. Das Optimum zwischen Baugröße und Periodendauer wird von einigen weiteren Para­metern beeinflusst, sodass es hier noch nicht konkret angegeben werden kann. Zusammenfassend lässt sich für das neue Prinzip sagen, dass es

• im Maximum die Raumluft entfeuchtet ­hinab bis zur absoluten Luftfeuchtigkeit der Außenluft
• im Minimum die relative Luftfeuchtigkeit der Raumluft unverändert lässt
• die relative Luftfeuchtigkeit im Raum weitgehend auf einen beliebigen Regelwert zwischen den obigen Extremen einregeln kann
• unabhängig von irgendwelchen Feuchteverschiebungen die Wärme der Abluft mindestens vollständig auf die Frischluft überträgt (100 % Wirkungsgrad), bei speziellen Ge­rätekonzeptionen auch die latente Wärme verwertet (bis über 200 % Wirkungsgrad)
• keinen Sole- oder Kältemittelkreislauf besitzt
• eine kompakte Bauform hat
• äußerst kostengünstig herzustellen ist

Wer dieses Gerät einmal herstellen wird, das können Sie mit einem Anruf bei unserem Autor beeinflussen. •

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