Erdverlegte Lüftungssysteme

Gesetzliche Vorgaben und damit verbundene Energiestandards beim Gebäudebau und der Gebäudesanierung führen zu immer dichter werdenden Gebäudehüllen. Damit einher geht die Frage nach passenden Lüftungskonzepten, um den Mindestanspruch an hygienischem Luftwechsel auch in energetisch optimierten Gebäuden gewährleisten zu können. Immer häufiger wird diese Frage mit der Planung von Klima- oder Lüftungsanlagen beantwortet, die in Verbindung mit Flächenheiz-/-kühlsystemen zu einer optimierten Klimatisierung im Winter und Sommer führen.

Bei der Verwendung von zentralen im Keller oder Erdgeschoss aufgestellten Lüftungsanlagen erfolgt die Versorgung zumeist über das Erdreich. Dabei wird die Luft direkt über Öffnungen in der Fassade oder über Ansaugöffnungen, wie Edelstahltürme mit anschließendem Rohrsys­tem, angesaugt. Häufig nicht so genau berücksichtigt wird dabei, dass diese Bereiche bereits als Teil der raumlufttechnischen Anlagen zu betrachten sind. In der Praxis führt dies zu Unklarheiten bezüglich der hygienischen Anforderungen oder Behandlung solcher erdverlegten Lüftungssysteme. Die Fragestellung, inwieweit die allgemeinen Anforderungen an raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) innerhalb des Gebäudes auch auf erdverlegte Komponenten übertragbar sind, führte Betreiber, Planer und Installateure aber auch Hygieneprüfer häufig in eine Grauzone.
Mit der Erarbeitung der VDI 6022 Blatt 1.2 wurde diese Problematik aufgegriffen. In der seit Mitte 2014 gültigen Richtlinie werden wesentliche Teilbereiche von der Planung bis zur Inbetriebnahme erdverlegter Komponenten von Lüftungssystemen beschrieben. Dieser Umstand war Anlass, die bei der Planung und Installation von erdverlegten Lüftungssystemen auftretenden Problemstellungen genauer zu beleuchten und darzustellen.

Aufbau eines erdverlegten Lüftungssystems
Durch im Erdreich verlegte Rohrleitungen und damit verbundene Komponenten wird Luft transportiert. Dies kann mittels einfacher Ansauglösungen erreicht werden, welche für den reinen Transport von A nach B genutzt werden. Als Sonderlösung zählen hierzu auch sogenannte Luft-Erdwärmetauscher (L-EWT) bei denen die strömende Luft bestrebt ist, den bestehenden Temperaturunterschied zur Erdreichtemperatur auszugleichen. Daher kann ein L-EWT, je nachdem ob eine positive oder negative Temperaturdifferenz zwischen Außenluft und Erdreich vorliegt, entweder die Luft kühlen oder erwärmen.
Die wichtigste Komponente jedes erdverlegten Lüftungssystems ist das im Erdreich befindliche Rohr. Um die Luft bis zum Rohr zu transportieren, ist eine Außenluftansaugvorrichtung, in der Regel in Form eines Edelstahlansaugturmes, erforderlich. Besonders wichtig ist der Kondensatablauf, da dieser für die Sicherstellung der hygienischen Anforderungen benötigt wird.

Relevante Normen und Richtlinien
Der Planer von Lüftungsanlagen ist in der Regel kundig in der DIN EN 13779 und der DIN 1946 Blatt 6. Bei Betrachtung der Hygiene wird zudem die VDI 6022 herangezogen. Diese und weitere Richtlinien sind selbstverständlich auch bei Systemen, die mit erdverlegten Komponenten kombiniert werden, zu berücksichtigen. Beschäftigt sich der Planer mit einem Luft-Erdwärmetauscher und damit einem geothermischen System, wird ihm zudem die VDI 4640 Blatt 4 begegnen. In dieser Richtlinie sind alle wichtigen Punkte, wie die Auslegung, Installation oder auch Wirtschaftlichkeit von L-EWT-Anlagen, beschrieben.
In den genannten Normen und Richtlinien wird eine im Gebäude installierte Lüftungsleitung einer erdverlegten Rohrleitung gleichgestellt. Dass hierbei unterschiedliche Bedingungen für Einbau und Planung Berücksichtigung finden und es daher auch zu Konflikten kommen muss, steht außer Frage. Die VDI 6022 Blatt 1.2 stellt eine Neuerung dar, da erstmals auf die hygienischen Anforderungen angepasste Vorgaben für erdverlegte Lüftungsleitungen erstellt und wichtige Regelungen für Planung und Installation dieser Systeme getroffen werden. Häufig wird dabei übersehen, dass diese Vorgaben selbst für einfachste Leitungsführungen zu berücksichtigen sind.
Bei genauer Betrachtung einzelner Systemkomponenten müssen neben den bereits genannten noch weitere Normen und Richtlinien herangezogen werden. Auch in diesen sind Widersprüche innerhalb der verschiedenen Regelungen vorhanden, auf welche im nachfolgenden Kapitel näher eingegangen werden soll.

Hinweise für die Planung und Auslegung
Außenluftansaugvorrichtung
Informationen zur Auslegung und Installation von Außenluftansaugvorrichtungen finden sich in VDI 3803, DIN EN 13779, VDI 6022 Blatt 1 und VDI 4640 Blatt 4. Zur Auslegung sollten insbesondere VDI 3803 und DIN EN 13779 herangezogen werden. In diesen werden Vorgaben zu Material, maximalen Volumenströmen im Lamellenbereich und im Rohr sowie zur Ansaughöhe gemacht. Die weiteren Richtlinien beziehen sich bei Hinweisen zu diesen Punkten entweder aufeinander oder verweisen auf die DIN EN 13779 bzw. deren Vorgänger DIN 1946 Blatt 2. In VDI 4640 Blatt 4 ist lediglich ein kurzer Hinweis auf die Anwendung von korrosionsbeständigen Materialien angegeben.
Bezüglich der Installation ist vor allem die DIN EN 13779 interessant. Hier wird im Anhang auf die Lage von Ansaugvorrichtungen eingegangen, indem Abstände und räumliche Ausrichtungen dargestellt werden. VDI 6022 Blatt 1 beschreibt die Lage unter dem Gesichtspunkt hygienisch möglichst gering belastete Luft anzusaugen.
Kernpunkte der gesammelten Aussagen sind:

• die Anwendung von Außenluftansaugvorrichtungen aus korrosionsbeständigen Materialien,
• die Ansaugung von Luft oberhalb der 1,5-fachen Dicke der zu erwartenden Schneedecke am Einsatzort und
• die Ansaugung von Luft in ausreichendem Abstand zu möglichen Verunreinigungsquellen aus hygienischen Gesichtspunkten.

Einzelne Aussagen der Normen können Tabelle 1 entnommen werden.

Filter
Wie in Tabelle 1 dargestellt, wird in der VDI 4640 die Vorgabe zum Einsatz einer Filterung in der Außenluftansaugvorrichtung für L-EWT-Anlagen gemacht. Dabei soll diese in erster Linie dem Schutz des L-EWT dienen und ist nicht zwingend als Filterstufe einer RLT-Anlage beschrieben. In der DIN EN 13779 wird bei der Verwendung von Luftfiltern dargestellt, dass die gefilterte Außenluft die Anforderungen der Raumluft erfüllen muss. Da eine erdverlegte Lüftungsleitung allerdings nur als ein Teil der RLT-Anlage zu betrachten ist und die genannte Norm Aussagen zur gesamten RLT-Anlage macht, ist diese für die Filterung nur bedingt geltend. Würde die Vorgabe direkt auf die erdverlegte Lüftungsleitung angewendet werden, hätte dies zur Folge, dass bereits in der Außenluftansaugvorrichtung ein Filter der Stufe F5 oder feiner eingebaut werden müsste. Das würde einen hohen Druckverlust bedeuten.
Die VDI 3803 beschreibt den Einsatz von F5-Filtern als erste Filterstufe. Gleichfalls lässt diese auch Grobfilter als zusätzliche Filtereinheiten zu. Die Aussage, dass sich die erste Filterstufe möglichst nahe an der Außenluftöffnung befinden muss, ist für erdverlegte Lüftungssysteme nur insofern umsetzbar, dass direkt in der Außenluftansaugvorrichtung ein Filter platziert wird. Wirtschaftlich betrachtet, sollte dieser allerdings als Grobfilter ausgeführt sein.
In der VDI 6022 Blatt 1.2, der am deutlichsten auf erdverlegte Komponenten bezogenen Richtlinie, wird die Art der Filterung offen gelassen, dennoch beschreibt die Richtlinie deutlich, dass die Luftqualität nicht verschlechtert werden darf. So muss die Zuluft die gleiche Qualität wie die Außenluft aufweisen. Inwieweit dies konstruktiv umgesetzt wird, bleibt offen und gibt dem Planer und Betreiber einen gewissen Spielraum.
In der Praxis bedeutet dies, dass Maßnahmen ergriffen werden müssen, die eine Verunreinigung der Zuluft durch die erdverlegten Komponenten vermeiden. Insbesondere bei kleinen bis mittleren Lüftungssystemen bis etwa 6000 m³/h kann mithilfe eines Grobfilter oder eines kombinierten Grob-Feinfilters die Filterung gut in Außenluftansaugvorrichtungen integriert werden. Bei größeren Anlagen ist die Integration von Filtersystemen schwieriger, da für ein größeres Luftvolumen weniger Filterfläche in der Außenluftansaugvorrichtung zur Verfügung steht. Hier sollte eine Abwägung des zusätzlichen Druckverlustes vor allem auch im Zusammenhang mit Möglichkeiten der Reinigung und dem Einsatz von mehreren Filterstufen im nachfolgenden Lüftungsgerät getroffen werden.

Rohrsystem
An das eingesetzte Rohrsystem werden besondere Anforderungen gestellt. So sind in den Regelwerken VDI 4640, DIN 1946 und VDI 6022 aufgeführt, welche Anforderungen das verwendete Rohrmaterial erfüllen soll. Zusammengefasst können sie Tabelle 2 entnommen werden. Kunststoffrohre sind hierbei am geeignetsten. Vor allem hygienisch sind andere Materialien, wie beispielsweise Beton, im Nachteil, da Kunststoffe durch besonders glatte innere Oberflächen gekennzeichnet sind, während die Oberflächen von Betonrohren gemäß Herstellnorm Unebenheiten aufweisen können. Um die hygienischen Anforderungen noch zu übertreffen, können Kunststoffrohre mit antimikrobiell wirkenden inneren Oberflächen eingesetzt werden.
Hervorzuheben ist, dass sowohl die VDI 4640 Blatt 4 als auch die VDI 6022 Blatt 1.2 den Einsatz von flexiblen Kunststoffrohren bzw. Wellrohren als ungeeignet oder nur ausnahmsweise möglich darstellen. Dabei wird explizit darauf hingewiesen, dass ein durchgängiges Gefälle eingehalten und bereits in der Planung berücksichtigt werden muss, um im Rohr entstehendes Kondensat sicher abführen zu können. Dieser besonders unter hygienischen Gesichtspunkten wichtige Parameter ist bei flexiblen Rohren mit erhöhtem Aufwand bei der Verlegung verbunden.
Ein weiterer bereits in der Planung zu berücksichtigender Faktor ist die in VDI 6022 geforderte Anordnung von Revisionsöffnungen im System. Intelligente Lösungen kombinieren sie mit dem Kondensatablauf für die Reinigung. Revisionsöffnungen müssen so geplant werden, dass sie frei zugänglich sind und so beschaffen sein, dass über sie keine Fremdluft in Ansaugleitungen oder Luft-Erdwärmetauscher gelangen kann.
Bei Systemen, die nur mittels Kamerauntersuchung beurteilt werden können, ist im besonderen Maße auf die Anzahl und die Verlegung von Rohrbögen zu achten. Liegen zwei 90°-Bögen direkt nebeneinander, wie beispielsweise bei Mäandersystemen üblich, ist eine Reinigung über diese beiden Bögen hinaus schwer ausführbar. Hier sollten weichere Bögen mit geraden Zwischenstücken, z. B. 45° oder 30°, eingesetzt werden.

Kondensatablauf
Bereits im vorhergehenden Abschnitt und bei Betrachtung von Tabelle 2 wird deutlich, dass der hygienische Aspekt der Kondensatabführung eine große Bedeutung hat. Vor allem in VDI 4640 und VDI 6022 wird mehrfach darauf hingewiesen, dass Kondensat entstehen kann, und insbesondere VDI 6022 Blatt 1.2 gibt hier eine rückstandsfreie Abführung vor.
Die Entstehung von Kondensat wird in VDI 4640 Blatt 4 beschrieben. Durch eine Taupunktunterschreitung der geförderten Luft an der Rohrwand kommt es aufgrund der Temperaturdifferenz von warmer Luft im Sommer und kühlem Erdreich zu einer Entfeuchtung der Luft. Durch die Abkühlung wird die Fähigkeit der Luft, Wasser zu binden, geringer, bis es zum Ausfall des Wassers an der Rohroberfläche kommt. Übrigens ein Effekt, welcher insbesondere im Frühjahr und Herbst auch an Autoscheiben oder an beschlagenen Spiegeln nach einer heißen Dusche beobachtet werden kann.
Die durch die Abkühlung im Rohr befindliche Feuchtigkeit stellt allerdings ein hygienisches Problem dar. Feuchtigkeit bietet ein hohes Potenzial für die Vermehrung von Bakterien und somit für eine Verschlechterung der Zuluftqualität. Um dem entgegenzuwirken und dem Hauptanliegen der VDI 6022 Blatt 1.2 zu entsprechen, muss neben der Einhaltung eines Gefälles auch für die Ableitung des Kondensats aus dem System gesorgt werden. Bei Einrohrsystemen sowie auf der Sammlerseite von Registersystemen kann die Kondensatableitung im Haus erfolgen. Hierbei kann das Kondensat zum Beispiel über spezielle Kondensatabläufe und angeschlossene Siphons abgeführt werden. Ein direkter Anschluss an das Abwassernetz darf dabei nicht erfolgen, da sonst Gerüche in das System gelangen können. Der freie Auslauf stellt die beste Lösung dar.
Insbesondere bei Registersystemen stellt sich die Problematik einer adäquaten Lösung für die Verteilerseite. Hier können sogenannte Kondensatsammelschächte oder Revisionsschächte zum Einsatz kommen. Bei guter Planung können diese sowohl zur Ableitung des Kondensats als auch für Inspektionen und Reinigungsmaßnahmen genutzt werden.

Abnahme von erdverlegten Lüftungssystemen
Die Abnahme und Kontrolle von L-EWT-Anlagen wird in der VDI 4640 Blatt 4 beschrieben, wobei auf die Hygienekontrollen nach der VDI 6022 Blatt 1 verwiesen wird. Die Problematik liegt dabei darin, dass der L-EWT als ein Teil einer RLT-Anlage beschrieben und dementsprechend zu prüfen ist. Bisher wurde nicht betrachtet, dass gegenüber einer im Gebäude zugänglichen Lüftungsleitung andere Bedingungen vorliegen. Somit wird deutlich, dass eine Hygieneprüfung auf Basis der VDI 6022 Blatt 1
nur eingeschränkt erfolgen konnte. Würden die dort beschriebenen Anforderungen für den L-EWT oder einfache Ansaugsysteme angesetzt werden, würde sich derzeit sicherlich keine einzige Anlage in Betrieb befinden. Mit der VDI 6022 Blatt 1.2 ist hier ein großer Stein aus dem Weg geräumt worden. In der Richtlinie ist erstmals ein Vorgang beschrieben, der auf den L-EWT und im Erdreich installierte Komponenten angepasst wurde und die Abnahme und die Kontrolle beschreibt.
Im Einzelnen bezieht sich die Abnahme auf vier wesentliche Schritte, die bei der Planung berücksichtigt und bei der Installation beachtet werden sollen:

• Einhaltung von planerischen Ansprüchen, zum Beispiel hinsichtlich Revisionsöffnungen und Materialauswahl,
• Dichtheitsprüfung nach DIN EN 1610 und/ oder DWA-A 139,
• Reinigung des Systems mit dem Anspruch an Besenreinheit nach VDI 6022 Blatt 1,
• Optische Kontrolle der Reinigung und einer korrekt ausgeführten Installation.

Die Überprüfung dieser Punkte sollte im Rahmen der Hygiene-Erstinspektion stattfinden, wobei die Arbeit von Kontrolleuren und Planern durch in der Richtlinie aufgeführte Checklisten für Hygienekontrollen deutlich erleichtert und klarer nachvollziehbar wird.

Fazit
Gemäß höherer Anforderungen an den Energiestandard von Gebäuden gewinnen Lüftungskonzepte und deren Planung an Bedeutung. Der Planer von Lüftungskonzepten muss eine Vielzahl von Vorgaben beachten. Häufig sind die dabei im Gebäude zu berücksichtigenden Punkte bekannt. Durch die VDI 6022 Blatt 1.2 werden wichtige, bisher unklare Bestimmungen bei der Planung und hygienische Anforderungen von im Erdreich verlegten Lüftungssystemen behandelt und genauer beschrieben. In der Richtlinie werden klare Zuständigkeiten benannt und erstmals ein Vorgehen für die Abnahme definiert. Abgesehen von kleinen Differenzen, beispielsweise was den Einsatz von Filtern betrifft, ist die noch wenig bekannte VDI 6022 Blatt 1.2 neben der VDI 4640 Blatt 4 als ein Grundleitfaden für Planer, Tiefbauer und Hersteller zu verstehen, welche erdverlegte Lüftungssys­teme zur Versorgung von raumlufttechnischen Anlagen planen, errichten oder herstellen.

Autor: M. Eng. Marco Fischer, Product Manager (techn.) Awadukt Thermo, Rehau AG + Co

Bilder: Rehau

www.rehau.com