Hochinduktive Luftdurchlässe

Die Schaffung eines behaglichen Raumklimas bei gleichzeitig guter Raumluftqualität ist das oberste Ziel von Klima- und Lüftungsanlagen. Die volkswirtschaftliche Relevanz wurde u. a. von Forschern in der US-amerikanischen Stadt Berkely erforscht, indem sie den Einfluss der Raumluftqualität auf die Arbeitsproduktivität untersucht und den ökonomischen Nutzen für die US-Volkswirtschaft errechnet haben. Im Rahmen der Forschungen wurde nachgewiesen, dass durch Steigerungen der Zuluftrate z. B. die Produktivität im Büro um bis zu 4 % gesteigert werden kann [1].

In einer Cost-Benefit-Analyse hat der US-Forscher William J. Fisk nachgewiesen, dass der wirtschaftliche Vorteil die Investitionen in gute Raumluftqualität bei Weitem übersteigt. Bei der Sanierung des gesamten Bestands an Bürogebäuden in den USA (Anpassung der Luftraten auf 10 l/s pro Person – das entspricht 36 m³/h pro Person – und eine Begrenzung der Raumtemperatur auf 23 °C im Winter) beziffern Untersuchungen den jährlichen Nutzen allein in Amerika auf 20 Mrd. US-Dollar aufgrund besserer Arbeitsleistung und weniger krankheitsbedingter Fehlzeiten [2].
Für die Erstellung eines wirtschaftlichen, raumlufttechnischen Konzepts sind vielerlei Faktoren zu beachten. Da sind zunächst die bautechnischen Rahmenbedingungen wie Architektur und Konstruktion der Gebäudehülle, Standort und Gebäudeausrichtung, Raumvolumina und Raumtiefen sowie die Raumaufteilung. Weiterhin spielen die Belegungsdichte der Räume, die abzuführenden Lasten und die Nutzung sowie die Einrichtung der Räume natürlich eine wichtige Rolle. Und nicht zuletzt wird die raumlufttechnische Auslegung davon beeinflusst, ob es sich um einen Neubau oder eine Gebäudesanierung handelt. Letztere bietet speziell bei nachträglicher Installation der Raumlufttechnik nicht den gleichen planerischen Freiraum wie ein Neubau.

Etablierter Einbauort: Die abgehängte Decke
Im Raum erfolgt die Montage der lufttechnischen Komponenten häufig zusammen mit anderen Produkten der technischen Gebäudeausrüstung in der abgehängten Decke. Bei ausreichender Geschosshöhe, hat sich diese Einbausituation seit langem bewährt, da sie u. a. eine große Flexibilität bietet. Einschränkungen bei der Einrichtung bzw. Raumgestaltung oder der Nutzung des Raumes sind üblicherweise nicht gegeben. Außerdem können alle technischen Komponenten bis auf die Fronten der Luftdurchlässe durch die abgehängte Decke verdeckt werden. In Kombination mit einem VVS-System erzeugen hochinduktive Deckenluftdurchlässe eine variable Mischlüftung, die insbesondere für große und wechselnde Personenlasten gut geeignet ist. Charakteristisch für die Mischlüftung ist die gleichmäßige Temperaturverteilung und Luftqualität bei parallel schnellem Temperatur- und Geschwindigkeitsabbau der Zuluft.
Durch die Kombination mit einem VVS-System können die Deckenluftdurchlässe mit variablen Volumenströmen beaufschlagt werden, sodass sie lediglich mit dem für die Raumluftqualität bzw. thermische Behaglichkeit erforderlichen Mindestvolumenstrom versorgt werden. Die Zuluft strömt dementsprechend mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 8 m/s in den Raum. Durch die Vermischung von Zuluft und Raumluft kommt es zu einer Verdünnung der Schadstoffkonzentration in der Raumluft.

Bauarten und ihre Eigenschaften
Tangentiale Luftführungssysteme
Die sich einstellende Raumströmung ist abhängig von der Bauart des Luftdurchlasses. Man unterscheidet diesbezüglich in tangentiale und diffuse Luftführungssysteme. Tangentiale Luftführungssys­teme erzeugen Luftstrahlen, die sich mit einem starken Impuls an die Raumumschließungsflächen anlegen. „Visualisiert man die sich einstellende Luftströmung im Raum beispielsweise mit Rauch, ist im Heizfall zu erkennen, dass der starke Impuls der natürlichen Auftriebsströmung warmer Zuluft entgegenwirkt. Dadurch können große Eindringtiefen bis in die Aufenthaltszone realisiert werden.“ Dieser im Heizfall positive Effekt muss bei der Auslegung im Kühlfall besonders beachtet werden, um das Entstehen kritischer Zugerscheinungen zu vermeiden. Strömt verhältnismäßig kalte Zuluft mit großem Impuls in den Raum, besteht die Gefahr, dass sich die im Grenzbereich des Zuluftstrahls befindliche Raumluft stark abkühlt und dadurch eine Beschleunigung der Luftströmung Richtung Aufenthaltsbereich erfolgt. Diese strömungstechnische Eigenschaft tangentialer Luftsysteme erklärt, weshalb die maximale Temperaturdifferenz nicht mehr als -8 bis -10 K betragen soll [3].
Eine bei Architekten und Nutzern beliebte Eigenschaft von Schlitzdurchlässen ist das unauffällige Erscheinungsbild. Die schmale Frontschiene mit einem oder mehreren linearen Luftdurchlässen lässt sich unauffällig in die abgehängte Decke einbinden. Die Integration in die abgehängte Decke ist für tangentiale Luftführungssysteme zwingend erforderlich, damit die Zuluft sich mittels Coanda-Effekt an die Raumumschließungsflächen anlegen kann. Dementsprechend würde eine freihängende Montage die Ausbildung der Raumluftwalze verhindern und schränkt somit die Funktion von tangentialen Systemen deutlich ein.
Schlitzdurchlässe sind mit verstellbaren Luftwalzen oder Luftlenkblechen verfügbar. Beide Bauformen haben gemeinsam, dass Sie eine manuelle Verstellung der Luftdurchlässe ermöglichen, sodass die Zuluft horizontal, schräg oder vertikal in den Raum strömen kann. Während die Luftlenkbleche über den gesamten Schlitzdurchlass bzw. verhältnismäßig große Längen verstellt werden können, werden die verstellbaren Luftwalzen individuell verstellt. So können neben der einseitigen Zuluftführung auch wechselseitige Strömungsprofile erzeugt werden. Die vielfältigen Einstellmöglichkeiten ermöglichen eine optimale Integration der Luftdurchlässen an die projektspezifischen Randbedingungen. Auch die Zuluftströmung von Lamellenluftdurchlässen, kann manuell angepasst werden. Durch das Abdecken einzelner Ausströmrichtungen mit Abdeckblechen können bauliche Gegebenheiten berücksichtigt werden.

Diffuse Luftführungssysteme
Wird ein rascher Luftaustausch benö­tigt oder müssen hohe thermische Las­ten abgeführt werden, bieten sich Drall- bzw. Radialdurchlässe an. Diese Luftdurchlässe erzeugen eine instationäre, dreidimensionale und diffuse Luftströmung in der Aufenthaltszone. Die Erzeugung vieler einzelner hochinduktiver Freistrahlen ermöglicht einen schnellen Abbau von Temperaturdifferenzen und Geschwindigkeiten, sodass ein bis zu 35-facher Luftwechsel oder eine thermische Lastabfuhr von bis zu 100 W/m² [4] behaglich erfolgen können.
In Kombination mit einem VVS-System kann der maximale Volumenstrom abhängig von der Bauart auf 25 bis 40 % reduziert werden, ohne dass es zu Einbußen bei der thermischen Behaglichkeit kommt. Die für den Volumenstrombereich geltende Flexibilität gilt auch für den Einbau. Neben vielfältigen Designvarianten für den Frontdurchlass, können diffus arbeitende Luftdurchlässe deckenbündig oder zum Teil auch frei hängend montiert werden.
Drall-, Schlitz- und Lamellenluftdurchlässe können für nahezu jeden Einsatzfall verwendet werden. Die einzige Voraussetzung ist die Realisierung eines Mischlüftungssystems in dem jeweiligen Bauvorhaben. Wird die Voraussetzung erfüllt, können beispielsweise Bürogebäude, Einkaufszentren, Restaurants, Hotels, Versammlungsstätten und viele weitere Gebäudetypen mit diffusen und tangentialen Luftführungssystemen belüftet werden.

Einbauhöhen
Deckenluftauslässe können in Höhen von 2,2 bis ca. 30 m eingesetzt werden. Ist der Einsatz von Deckenluftdurchlässen für Raumhöhen > 4 m geplant, ist eine Verstellung vorzusehen, die empfohlener Weise möglichst mit Stellmotor oder selbsttätig erfolgen sollte. Abhängig von der Temperaturdifferenz Raum-Zuluft wird die Ausströmrichtung verändert. Ist die Zuluft kälter als die Raumluft, strömt die Zuluft waagerecht oder leicht schräg nach unten. Wenn die Zulufttemperatur über der Raumtemperatur liegt, strömt die Zuluft steil nach unten, um der Auftriebsströmung entgegenzuwirken. Grundsätzlich gilt: Je größer die Einbauhöhe, desto größer soll der Luftvolumenstrom pro Auslass sein. Für 10 bis 20 m Höhe ­empfiehlt sich ein Volumenstrom von 4000 bis 10 000 m³/h, für 2,2 bis 2,7 m Höhe sind es 50 bis 300 m³/h pro Auslass [3].

Literatur:
[1] Seppänen ET AL. 2006 / Die Volkswirtschaft
[2] William J. Fisk
[3] Recknagel 09/10 und Trox-Druckschriften
[4] VDI 3804

Autor: Matthias Plugge, Produktmanagement Raumlufttechnik Trox GmbH

Bilder, sofern nicht anders angegeben: Trox