Warmes Wasser und Luftwechsel in Wohnungen - Betrachtungen zur Systemkonstellation von Warmwasser- und Lüftungskonzept

In der Bereitstellungstechnik handelt es sich heute um ein eigenständiges Warmwasserversorgungssystem mit einer durchaus synchronen Schnittstelle zum Lüftungskonzept. Besonders im Wohnungsbau mit entsprechenden Sanitärräumen zur Körperhygiene zeigen sich diese Schnittstellen allesamt in Abluftbereichen vereint. Unabhängig von der Luftdichtigkeit innerhalb der thermischen Hülle besteht in Wohneinheiten für Räume wie Toiletten, Duschbäder und Badezimmer grundsätzlich ein Luftwechselbedarf aufgrund der temporären Wasserdampfspitzen.

Nutzungsprofil von Badezimmern und Duschbädern
Badezimmer und Duschbäder sind jene Räume, die – nach dem Menschen selbst – als weitere  Feuchtequellen für die Raumluft auf den Innenraum wirken. Aus der Nutzung dieser Räume resultiert je nach Ausstattung und Nutzungsfrequenz eine weitere, temporäre Wasserdampfanreicherung durch den Gebrauch von Warmwasser zur Körperreinigung und Regeneration. Die daraus resultierenden Feuchtelasten werden von der Raumluft (Feuchtefalle) innerhalb kürzester Zeit, oft bis zur Sättigung, aufgenommen.
Während der Feuchteanstieg der Raumluft durch den Menschen direkt (Atmung, Ausdünstungen) zwar kontinuierlich, aber in vergleichsweise sehr geringen Mengen stattfindet, wirken sich die indirekten Feuchtelasten durch die Nutzung der Sanitärräume (Wasserräume) zwar temporär, aber in sehr hohen Mengen als Lastspitzen aus. Während der Mensch in einer normalen Wohnsituation über einen Tag (24 h) etwas mehr als 1 l Wasserdampf an seine Umgebung (Raumluft) emittiert, ist es bereits die 2- bis 3-fache Menge für eine
Duscheinheit.
Die Aufenthaltsdauer des Menschen in diesem umbauten Feuchtraum beträgt zwischen 10 und 40 Minuten. Eine Duscheinheit ist mit einer Warmwassermenge von mindestens 15 – 25 l zu veranschlagen, eine Badewanne mit 80 – 120 l und emittiert pro Einheit etwa 600 – 800 ml Wasserdampf in die Raumluft. Die Nutzung von Sanitärräumen zur Körperhygiene, Reinigung und Pflege des Körpers fordert also einen Warmwasserbedarf, woraus eine unmittelbare Last-Umwandlung in Form von Wasserdampf-Spitzenlasten resultiert.

Wasserdampf und Wärme
Dieser Prozess ist im Wesentlichen auf den Zeitraum der unmittelbaren Nutzung konzentriert. Der Ruhezustand eines solchen Raumes bedeutet also, dass gemittelt innerhalb von maximal 15 Minuten, bei einem Duschbad etwa 20 l Warmwasser benötigt werden und rund 650 ml  Wasserdampf anfallen. Bei einem Wannenbad stehen etwa 100 l Warmwasser zu Buche, woraus innerhalb von etwa 30 Minuten aufgrund der geringen Oberfläche nur etwa 350 ml Wasserdampf resultieren. Daraus folgt, dass für ein Duschbad in der Hälfte der Zeit etwa die doppelte Menge Wasserdampf anfällt wie bei einem Wannenbad.
Wie wirkt sich diese Feuchte-Spitzenlast konkret auf den Raum und das Bauwerk aus? Wesentliche Kennwerte hierfür sind die Raumgröße mit dem daraus resultierenden Raumluftvolumen (in m³), die Raumlufttemperatur (in °C) sowie die hygro-thermischen Eigenschaften der umschließenden Oberflächen wie auch der Wärmeschutz.
Besonders problematisch sind Duschbäder, da sie in der Regel (vor allem im Wohnungsbau!) deutlich kleiner sind als Badezimmer und ein geringeres Raumluftvolumen aufweisen, andererseits aber eine größere Spitzenlast bilden. Die Wasserdampfsättigung der Raumluft wird dabei in der Regel schon binnen kürzester Zeit der Nutzung erreicht. In solchen Fällen kommt dem Wärmeschutz der thermischen Hülle und den Baustoffen und -materialien eine besondere Bedeutung zu. Selbst wenn die Bauteile keinerlei Wärmebrücken aufweisen und die Baumaterialien eine vorübergehende Feuchtepufferung zulassen, muss dennoch gelüftet werden. Nicht zuletzt, um den Wasserdampf aus den Bauteilen weg zu lüften und um eine Feuchte-Regeneration des Bauteils zu ermöglichen und keine überhöhte Wasserdampfaktivität am oder im Bauteil zu provozieren. In diesem Zusammenhang ist immer von einem ausgeglichenen Luftfeuchteverhältnis als Basis (Ruhezustand des Raumes) auszugehen, das für die gesamte Wohneinheit bei einer (mittleren) Raumlufttemperatur von 19°C eine relative Raumluftfeuchte von 55% Vol. im Mittel nicht überschreiten sollte.

Wärmekomfort und Feuchtelast
Eine hohe Raumlufttemperatur bringt nicht nur die gewünschte Komfortwärme in diese sensiblen Räume, sondern auch die Fähigkeit einer hohen Wasserdampf-Aufnahmekapazität. Dies kommt der temporär auftretenden Last während des Duschens oder Badens dergestalt entgegen, dass mehr Wasserdampf von der Luft aufgenommen werden kann, bevor es sich, im Zustand der Sättigung, an Bauteile und Flächen als Kondenswasser niederlässt.
Auf dieser Basis zeigt sich die Sinnhaftigkeit einer Grundlast in Badezimmern und Duschbädern mit eben genau diesen Wärme- und Feuchtewerten für den normalen Betrieb (Toilette, Händewaschen) z.B. mittels Flächentemperierung. Will man unter die Dusche gehen oder in die Badewanne steigen, betätigt man zuerst den Handtuchheizkörper, um mittels flinker Regelgüte zeitnah eine Komfortwärme von bis zu 25°C im Raum zu erreichen. Somit steigt die Wasserdampfaufnahmekapazität der Raumluft und bildet einen guten Ausgangszustand für die bevorstehende Wasserdampfspitze durch das Duschen oder Baden. Nach der Nutzung bietet der Handtuchheizkörper die Möglichkeit einer Nacherwärmung für Handtuch und Raumluft.
In jedem Fall ist aber ein Luftwechsel – spätestens unmittelbar nach der Nutzung – notwendig, um den baulichen Feuchteschutz sicherzustellen. Befindet sich in einem Duschbad oder Badezimmer kein Fenster, wie es nicht selten im Mehrgeschoss-Wohnungsbau der Fall ist, besteht die baurechtliche Verpflichtung zu einer Zwangslüftung (Entlüftungsanlage gem. DIN 18017-3) in Form eines Abluftventilators mit einem Mindest-Abluftvolumenstrom von 40/60 m³/h. Doch auch in Räumen mit Fenstern, wo zumindest unmittelbar nach der Nutzung eine Fensterlüftung möglich wäre, ist es die Forderung eines nutzerunabhängigen Mindest-Luftwechsels zur Sicherstellung des baulichen Feuchteschutzes, welcher nach DIN 1946-6 zumindest eine Abluftanlage nahelegt.

Abluftbereiche und Warmwasserbedarf
Eine weitere Gemeinsamkeit von Warmwasser- und Lüftungsbedarf ist neben dem korrelierenden Bereitstellungsgrad ihre nahezu durchgehende Anordnung in den Abluftbereichen. Nicht nur in den Badezimmern und Duschbädern, sondern auch in der Küche oder im Hauswirtschaftsraum befinden sich gleichermaßen Kaltwasser- wie Warmwasser-Entnahmestellen und werden gleichsam temporär genutzt. Daraus ergeben sich ebenfalls zeitgleich entsprechende Feuchtelasten. Aus der erhöhten Raumlufttemperatur in Badezimmern und Duschbädern profitiert der Wärmeinhalt der Abluft, die über eine Abluftsammelleitung aus dem Raum mittels Unterdruck abgeführt wird. Die Frage der Wärmerückgewinnung kann zwar rein lüftungstechnisch beantwortet werden, indem die Wärme aus der Abluft über den Wärmeübertrager eines Zentralen Lüftungsgerätes (Zu-Abluft-Anlage) an die Zuluft übertragen wird. Dieses Lüftungssystem wirkt sich allerdings auf die gesamte Wohneinheit aus, indem die Zuluftbereiche in dieses System eingebunden sind.
Die Warmwasserversorgung eines Duschbades sollte mindestens 30 l Warmwasser vorhalten, in einem Badezimmer mehr als 100 l Warmwasser, wie oben bereits ausgeführt. Nach der Nutzung (Tagesbedarf) gilt es diesen Warmwasserbedarf wieder zeitnah bereitzustellen. Die Trinkwassererwärmung startet unmittelbar nach der Nutzung, wo auch akuter Lüftungsbedarf besteht.
Die Warmwassertemperatur unterscheidet sich in der Bereitstellungstemperatur (>55°C) und Entnahmetemperatur (<40°C). Dementsprechend hoch ist der Energieaufwand auf Basis einer Kalt-Trinkwassertemperatur von etwa 10°C für einen Temperaturhub von entweder 30 oder 45 K. Ausschlaggebend ist die Art der Warmwasserversorgung. Bei einer zentralen Warmwasserversorgung sind naturgemäß höhere Energieaufwendungen notwendig, als es bei dezentralen Warmwasserversorgungssystemen der Fall ist. Vorteilhaft wirken sich bei einer wohnungszentralen Warmwasserversorgung die kurzen Leitungswege und geringen Vorhaltevolumen sowohl auf die Warmwasserhygiene und Energieeffizienz positiv aus.

Nutzung der Feuchte- und Wärmequelle Abluft (Abluft-Warmwasser-Wärmepumpe)
Betrachtet man den Carnot-Prozess in diesem Zusammenhang, scheint es naheliegend, weniger mit einer konventionellen Lüftungstechnik mit WRG zu arbeiten, sondern die Abluft aus den Sanitärräumen konsequent als Wärmequelle zu begreifen. Eine Abluft-Warmwasser-Wärmepumpe könnte dabei als Bindeglied für die Warmwasserversorgung stehen. Die Wärmepumpentechnologie bietet für die Warmwasserversorgung sowohl zentrale als auch dezentrale, bzw. wohnungszentrale  Systeme an. Diese ermöglichen eine Anwendungsvielfalt, die vom Einfamilienhaus bis zum Mehrgeschoss-Wohnungsbau reicht.
Im Mehrgeschoss-Wohnungsbau ist nicht selten eine dezentrale Warmwasserversorgung gefragt – ebenso wie ein Lüftungskonzept. In diesen mehrgeschossigen Wohngebäuden sind bauartbedingt nicht selten fensterlose Nassräume anzutreffen, was mindestens eine ventilatorgestützte Entlüftungsanlage nach DIN 18017-3 fordert. Diese ist beispielsweise mit einer dezentralen Abluft-Wärmepumpe realisierbar, wie sie der Markt für den Mehrgeschoss-Wohnungsbau mit einem Warmwasservolumen (Bereitstellung) von 100 l bietet. Der Temperaturbereich reicht dabei bis 65°C und bedeutet eine Erweiterung des Warmwasservolumens hinsichtlich der Entnahmetemperatur (Mischtemperatur < 40°C) über eine Badewannenbefüllung hinaus.

Fazit
Die energetische Betrachtung von Sanitärräumen insbesondere von Badezimmern, Duschen und Toiletten in Wohneinheiten (aber auch darüber hinaus) zeigt einen praxisrelevanten Bezug von Warmwasserbedarf und Lüftungsbedarf in Wohngebäuden. Abgesehen von statischen Berechnungsexzessen und oft sehr fragwürdigen Energiebilanzen besteht hier eine in der Praxis belastbare Analogie, die nicht nur von Bauherren und Entscheidern rasch nachvollzogen werden kann, sondern im professionellen Umgang mit Energie vor allem für Fachleute und Experten ein grundlegend neues Denken aufzeigt.
Energieeinsparung auf den Punkt zu bringen, heißt interne Energiepotenziale konsequent nutzen. Das kommt einer Energieautarkie auch wahrhaft nahe, wie sie nicht nur der mündige Bürger, sondern auch der Klimaschutz einfordert. Auch wenn die Wärmerückgewinnung aus Abluft einer weiteren Übung bedarf, sollte man darüber keinesfalls vergessen, die ungleich höheren Energiepotenziale einer Wärmerückgewinnung aus Grauwasser ebenfalls zu nutzen.   

Autor: Frank Hartmann

Literatur:
Hartmann, Frank; Baubiologische Haustechnik, VDE-Verlag Berlin ISBN 978-3-8007-3494-8
DIN-Fachbericht 4108-8 „Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden – Teil 8 Vermeidung von Schimmelwachstum in Wohngebäuden
„Leitfaden Luftdichtigkeitskonzept“, Fachverband Luftdichtigkeit in Bauwesen e.V. (FLB)
DIN 18017 Lüftung von Bädern und Toilettenräumen ohne Außenfenster – Teil 3 Lüftung mit Ventilatoren (2009-09)
DIN 1946 Raumlufttechnik – Teil 6 Lüftung von Wohnungen – (2009-05)