IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 6/1997, Seite 164 ff.


KLIMATECHNIK


Luftdurchlässe in der Raumlufttechnik

Dipl.-Ing. Josef Haaz

Luftdurchlässe werden in Wohn- und Büroräumen sowie Industriebereichen eingesetzt. Sie sind für Zu- oder Abluft in Lüftungs- und Klimaanlagen konzipiert und werden in Decken, Wänden und Böden eingebaut. Bei der Auslegung von Luftdurchlässen sind die in den Standards vorgegebenen Grenzwerte und Komfortkriterien einzuhalten. In Deutschland gehen wir von der DIN 1946-2 aus.

Der Zuluftdurchlaß ist die Schnittstelle zwischen Klimaanlage und zu klimatisierendem Raum. Er ist nicht nur dekoratives Gestaltungselement zur Abdeckung einer Öffnung, sondern hat die Aufgabe, die aufbereitete Zuluft in den Raum so einzubringen, daß

a) sie möglichst gleichmäßig verteilt wird,

b) strömungsstagnierende Bereiche und Temperaturschichtungen in der Aufenthaltszone vermieden werden,

c) keine Zugerscheinungen in der Aufenthaltszone auftreten.

Somit sind die hohen ästhetischen Ansprüche der Planer und Architekten mit der keineswegs zu beeinträchtigenden technischen Funktion durch Konstrukteure und Designer in Einklang zu bringen. Das komplexe Gebiet der Raumlufttechnik erfordert fundierte Kenntnisse über funktionelle Zusammenhänge und über zu berücksichtigende Einflußfaktoren. Der Rahmen dieses Beitrages würde gesprengt, wenn näher und im Detail darauf eingegangen werden sollte.

Im folgenden sind einige der bei der Auswahl von Luftdurchlässen zu berücksichtigenden Faktoren aufgeführt, wobei diese Aufstellung bei weitem nicht vollständig ist:

- Mischlüftung,

- Verdrängungslüftung,

- konstante Volumenströme,

- variable Volumenströme,

- nur Kaltluft,

- für Kühl- und Heizfall,

- Raumhöhe,

- akustische Vorgaben usw.

Luftdurchlässe für Abluft

In jedem Raum mit Zuluft stellt sich in Abhängigkeit von der Art der Zulufteinbringung ein typisches Luft-Strömungsbild ein. Bei geschlossenen Räumen muß der eingeblasene Zuluftvolumenstrom über Abluftdurchlässe wieder abgesaugt werden, da sich sonst ein Überdruck im Raum aufbauen würde. Hierbei ist wichtig zu wissen, daß die Abluft das vorher erwähnte Strömungsbild in den meisten Fällen nicht beeinflußt. Man wählt den Abluftdurchlaß nach Typ und Größe so aus, daß entsprechend dem gewünschten Volumenstrom der maximal zulässige Geräuschpegel eingehalten wird.

Die Anordnung der Abluftdurchlässe sollte so gewählt werden, daß kein "Kurzschluß" zwischen Zu- und Abluft entstehen kann. Die aufbereitete und temperierte Zuluft darf nicht durch einen Abluftdurchlaß, der zu nah am Zuluftdurchlaß angeordnet ist, wieder abgesaugt werden. Hierdurch entstehen unnötige Energieverluste und damit Kosten.

Unter Berücksichtigung der beiden Kriterien - Akustik und Kurzschlußverhalten - ist die Auswahl eines Abluftdurchlasses ziemlich problemlos. Wegen des gleichen Erscheinungsbildes werden meistens die gleichen oder ähnliche Abluftdurchlässe wie die für Zuluft gewählt.

Luftdurchlässe für Zuluft

Für die verschiedenen Bedarfsfälle müssen jeweils die dazu in Frage kommenden Zuluftdurchlässe ausgewählt werden. Da es eine Vielzahl von Zuluftdurchlässen gibt, ist es oftmals zeitaufwendig, alle Möglichkeiten der einzelnen Durchlaßtypen zu studieren. Darum kann eine grobe Vorauswahl in Durchlaßgruppen vorgenommen werden, indem die Luftwechselzahl zugrunde gelegt wird.

Unter Luftwechselzahl versteht man die Zahl, die angibt, wie oft die Luft eines Raumes innerhalb einer Stunde ausgewechselt wird.

In den so gefundenen Gruppen sind Luftdurchlässe, die bei den vorgegebenen Volumenströmen Zugfreiheit im Aufenthaltsbereich der Personen garantieren. Typen, Größen und Anordnung müssen noch festgelegt werden. Von der Vielfalt der Luftdurchlässe werden für die verschiedenen Einsatzfälle einige typische Durchlässe vorgestellt.

Bild 1: Rechteckiger Luftdurchlaß

Gitter und rechteckige Luftdurchlässe

Diese Luftdurchlässe (Bild 1) sind in nahezu allen Bereichen einsetzbar. Die verschiedenen Ausführungen können in Wände, Decken, Böden und Brüstungen angeordnet werden. Sehr beliebt sind sie als gestalterisches Element und werden von Architekten in unterschiedlichsten Designs eingesetzt. Daher sind diese Luftdurchlässe in vielen Formen, in Stahl- oder Aluminiumausführung, farbig lackiert oder eloxiert erhältlich.

Bild 2: Deckenluftdurchlaß

Deckenluftdurchlässe

Stellvertretend für alle Arten von Deckenluftdurchlässen ist hier eine runde Ausführung mit feststehenden Lamellen dargestellt (Bild 2). Für Industrie-, Büro- und Wohnbereiche werden variantenreiche Decken vorgesehen. Passend dazu werden Formen und Design der verschiedensten Deckenluftdurchlässe zur Auswahl angeboten. Umfangreiche technische Angaben in den Auslegungsprospekten erleichtern die Auswahl.

Wie bereits erwähnt, kann der maximale Volumenstrom durch den einzuhaltenden Geräuschpegel bestimmt werden. Bei variablen Volumenströmen sollte man bei diesen Deckenluftdurchlässen eine Austrittsgeschwindigkeit von ca. 2 m/s nicht unterschreiten, da sonst die Möglichkeit des Luftabfalls besteht. Dies gilt nur für gekühlte Zuluft, wenn sie mit etwa 8 K unter der Raumtemperatur eingeblasen wird. Andererseits kann diese "kritische Strahlweglänge" bei der Auslegung von Luftdurchlässen auch gewollt genutzt werden. In diesem Fall ordnet man den Durchlaß so an, daß die Entfernung zur Raumwand mit der kritischen Strahlweglänge übereinstimmt. Man erreicht so eine minimierte Wandluftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich.

Bild 3: Dralldurchlaß

Dralldurchlässe

Mit immer noch steigender Tendenz werden weltweit Dralldurchlässe als Deckenluftdurchlässe eingesetzt. Es gibt keinen anderen Luftdurchlaß, der so universell einsetzbar ist (Bild 3). Die drallförmige Ausblasung erzeugt eine Induktion, also Beimischung von Raumluft, die ca. 10mal größer ist als bei herkömmlichen Luftdurchlässen. Diese hohe Induktion hat verschiedene Vorteile. Zum einen wird die Luftaustrittsgeschwindigkeit sehr schnell auf niedrigeres Niveau reduziert, zum anderen wird die Strahltemperaturdifferenz rapide abgebaut. Daher kann man sehr viel kältere Zuluft als bei herkömmlichen Luftdurchlässen verwenden, was letztendlich zu einer Kostenreduzierung führt - bei gleichzeitiger Komfortsteigerung.

Bild 4: Dralldurchlaß mit verstellbarer Luftrichtung.

 

Bild 5: Dralldurchlaß mit Lochblech.

In zunehmendem Maße werden bei bereits installierten Luftdurchlässen nachträgliche Anpassungen in bezug auf Änderung der Ausblasrichtung erforderlich. Die Ursache hierfür ist die heute übliche variable Bauweise, wobei Wände verschoben oder nachträglich installiert werden können. In Bild 4 ist ein Dralldurchlaß dargestellt, der durch von Hand verstellbare Lamellen die Möglichkeit der nachträglichen Ausblasrichtungsveränderung erfüllt. Die hervorragende Funktion der Dralldurchlässe wird von allen Planern anerkannt. Quadratische und runde Ausführungen alleine genügen jedoch hin und wieder den Architekten nicht. Wegen der bereits angesprochenen Vielfalt von Deckenausführungen wird daher der Dralldurchlaß in verschiedenen Ländern mit einer Lochblechabdeckung (Bild 5) bevorzugt eingesetzt. Trotz dieser Abdeckung bleibt die Drallfunktion überwiegend erhalten.

Bild 6: Deckenluftdurchlaß mit verstellbarer Luftrichtung.

Luftdurchlässe für Warm- und Kaltluft

Abhängig vom Energiebedarf eines Gebäudes wird Heiz- und Kühlbetrieb erforderlich. Bei der Einblasung von Kaltluft (Kühlbetrieb) wählt man üblicherweise eine horizontale Ausblasrichtung unterhalb der Raumdecke. Der sogenannte Coanda-Effekt hält den Luftstrahl an der Decke, und durch die sich einstellende Raumströmung durchmischt sich die Zuluft mit der Raumluft. Würde man Warmluft, insbesondere bei hohen Räumen, horizontal unter die Decke einblasen, bildet sich ein Warmluftpolster oberhalb der Aufenthaltszone, so daß sich die gewünschte Raumtemperatur im Aufenthaltsbereich der Personen nicht einstellt. Aus diesem Grunde setzt man motorisch verstellbare Deckenluftdurchlässe ein. Entweder durch Verdrehen von Drallschaufeln (Bild 6) oder durch Lamellenverstellung kann die Luftrichtung verstellt werden. Kaltluft wird horizontal und Warmluft vertikal ausgeblasen. Regelcharakteristiken können bei gleitenden Zulufttemperaturen beliebig eingestellt werden.

Bild 7: Weitwurfdüse

Weitwurfdüsen

Für Hallenbelüftung werden oftmals große Wurfweiten (Strahlweglängen) verlangt. Hier werden Weitwurfdüsen (Bild 7) eingesetzt. Je nach Betriebsverhältnissen können sie handverstellbar (für konstante Zulufttemperatur) oder motorisch schwenkbar (für wechselnde Zulufttemperaturen) ausgeführt sein. In Flughäfen, Theatern, Sporthallen etc. werden Weitwurfdüsen in vielfältigem Design als gestalterisches Element von Architekten genutzt.

Bild 8: Schlitzdurchlaß

Schlitzdurchlässe

Angepaßt an verschiedene Deckenkonstruktionen werden Schlitzdurchlässe in ein- oder mehrschlitziger Ausführung eingesetzt. Sie sind in verschiedenen Breiten, Ausführungen, Materialien und Oberflächenbeschaffenheiten erhältlich (Bild 8). In der Regel sind verstellbare Luftleitelemente innerhalb der Schlitze so angebracht, daß eine bevorzugte Ausblasrichtung leicht vor Ort eingestellt werden kann. Sie können einseitig oder wechselseitig horizontal bzw. schräg in die Aufenthaltszonen einblasen. Für Warmluft ist eine senkrechte Ausblasrichtung einstellbar. Eine sehr oft eingesetzte Ausführung für variable Volumenstromsysteme verändert in Abhängigkeit vom durchgesetzten Volumenstrom den Austrittsquerschnitt. Das geschieht ohne Hilfsenergie voll selbstregulierend und dadurch ohne zusätzliche Kosten. Durch diese selbstregulierende Eigenschaft wird unabhängig vom Zuluftvolumenstrom die Luftaustrittsgeschwindigkeit annähernd konstantgehalten. Die Gefahr eines Strahlabfalls von der Decke für den Minimalvolumenstrom besteht so nicht mehr. In vielen Fällen werden Schlitzdurchlässe auch als Baueinheit mit Langfeldleuchten eingesetzt.

Bild 9: Kombination aus Deckenluftdurchlaß und Leuchte.

Licht-Luft-Kombination

Ausgehend davon, daß für die verschiedensten Deckeneinbauten wie z.B. Deckenluftdurchlässe, Leuchten, Lautsprecher, Sprinklerköpfe, Rauchmelder usw. jeweils Durchbrüche vorgesehen werden müssen, werden aus architektonischen Gründen Baueinheiten als Kombination bevorzugt eingesetzt. Wie in Bild 9 dargestellt, können Deckenluftdurchlässe mit Leuchten kombiniert werden. Darüber hinaus wird durch eine sinnvolle Konstruktion des Luftanschlußkastens wahlweise eine Ausführung nur für Zuluft oder für Zu- und Abluft angeboten. Bei der Abluftausführung wird die Luft durch die Leuchte abgesaugt, d.h. die Wärmeabgabe an den Raum reduziert, was letztendlich zu einer Energiekosteneinsparung führt.

Bild 10: Tellerventil

Tellerventile

Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich im Wohnungsbau, werden Tellerventile eingesetzt (Bild 10). Sie werden für Zu- und Abluft in verschiedenen Ausführungen angeboten. Für die sogenannten Niederdruckanlagen, bei denen keine Volumenstromregler oder Druckregler vorgesehen sind, kann der Zu- oder Abluftvolumenstrom durch Verdrehen des Ventiltellers nach Belieben eingestellt werden. Nicht nur durch die Ausführung selber, auch durch farbige Lackierungen können die Erscheinungsbilder der Tellerventile dem gewünschten Raumdesign angepaßt werden.

Bild 11: Quelluftdurchlaß

Quelluftdurchlässe

Energiebetrachtungen und strengere Komfortvorschriften haben schon immer dazu geführt, daß planende Ingenieure sich neue und für viele Belange optimierte Klimasysteme ausgedacht haben. Das Quelluftsystem ist eines dieser Systeme. Über Luftdurchlässe (Bild 11) wird Zuluft mit sehr geringen Austrittsgeschwindigkeiten im bodennahen Bereich in den Raum eingegeben - die Luft quillt in den Raum. Luftdurchlässe können an der Wand, um Säulen, freistehend oder im Doppelboden angeordnet sein. Kalte Zuluft verteilt sich gleichmäßig über den Boden und bildet den sogenannten Kaltluftsee.

Sowohl für Luftgeschwindigkeiten als auch Lufttemperaturdifferenzen gibt die DIN 1946-2 einzuhaltende Grenzwerte an. Die treibende Kraft beim Quelluftsystem sind alle Wärmequellen im Raum, wobei jede Person auch als eine solche zu betrachten ist. Jede Wärmequelle erzeugt eine konvektive Aufwärtsströmung. Teile des Kaltluftsees werden so von den Wärmequellen nach oben transportiert, d.h. jede Wärmequelle holt sich aufgrund ihrer Wärmekapazität selber ihren Frisch- oder Zuluftanteil aus dem Kaltluftsee. Luftverunreinigungen, Partikel oder Geruchsstoffe werden durch die Konvektionsströmung nach oben transportiert und da sinnvollerweise die Abluftdurchlässe im oberen Raumbereich angeordnet sein sollten, dort abgesaugt.

Die oben angeordnete Abluft hat zudem den energetischen Vorteil, daß Warmluft abgesaugt wird. Einige der vielen Vorteile des Quelluftsystems sind

Quelluftdurchlässe gibt es in rechteckigen, flachen und runden Ausführungen. Andere Bauformen werden dem Bedarfsfall angepaßt.

Bild 12: Fußbodendurchlaß

Fußbodendurchlässe

In vielen Gebäuden werden Doppelböden vorgesehen. Sie bieten den Vorteil, daß z.B. Kabel für Kommunikationssysteme und andere Leitungen auch nachträglich bei Bedarf problemlos verlegt werden können. Es ist naheliegend, daß Doppelböden dann auch für Luftleitungen genutzt werden können. Die dazu erforderlichen Luftdurchlässe (Bild 12) können unmittelbar an Luftleitungen angeschlossen werden, wenn eine Einzelraumregelung vorgesehen ist. Für eine Zonenregelung schottet man den Bodenraum ab und setzt ihn unter Druck. In diesem Fall wird der Fußbodendurchlaß lediglich in die Bodenöffnung eingesetzt. Besteht der Boden aus einzelnen aufgeständerten Platten, können diese mit Fußbodendurchlässen versehenen, bei Bedarf beliebig an anderen Stellen positioniert werden.

Fußbodendurchlässe werden in Aluminium oder Kunststoff, verstellbar für horizontale oder vertikale Luftführung, mit Schmutzfangkorb, Drosseleinrichtung und einer Vielzahl von farbigen oder strukturierten Oberflächen angeboten. Abhängig vom Zuluftvolumenstrom werden sie für Mischluftsysteme mit großer Eindringtiefe eingesetzt, oder mit geringen Luftaustrittsgeschwindigkeiten für Quelluftsysteme.

Bild 13: Deckeninduktionsdurchlaß

Deckeninduktionsdurchlässe

Seit einigen Jahren werden die verschiedensten Luftdurchlässe für die in DIN 1946-2 vorgeschriebene Mindestluftmenge eingesetzt, jedoch immer in Kombination mit wasserdurchflossenen Kühldecken. Jahrelange Erfahrungen haben zwischenzeitlich ergeben, daß solche Systeme erheblich kostengünstiger zu betreiben sind als die sogenannten Nur-Luft-Systeme. Wasser ist ein wesentlich kostengünstigerer Energieträger als Luft. Als Konsequenz aus dieser Erfahrung wurde der Deckeninduktionsdurchlaß entwickelt (Bild 13). Hierbei wird die kalte Primärluft (der Mindestvolumenstrom) über ein Düsenrohr innerhalb des Gehäuses so ausgeblasen, daß eine hohe Induktionswirkung im Düsenbereich auftritt. Durch diese Induktion wird warme Raumluft durch den mit Kaltwasser betriebenen Wärmeaustauscher angesaugt. Die warme Raumluft kühlt sich dabei ab und durchmischt sich innerhalb des Gehäuses mit der kalten Primärluft. Die Zuluft tritt über beidseitig angeordneten Schlitzen horizontal aus. Trotz relativ geringer Primär-Luftvolumenströme wird durch Verwendung der Wasserkühlung eine sehr hohe und kostengünstige Kühlleistung erreicht. Für den Heizfall wird warme Primärluft und Warmwasser verwendet.

Die sehr flache Bauweise erlaubt den Einbau auch bei niedrigen Zwischendeckenhöhen. Für besondere Ansprüche kann die Frontseite mit dem Induktionsgitter farbig gestaltet werden.

Bild 14: Quelluftinduktionsdurchlaß

Quelluftinduktionsdurchlaß

Dieser Luftdurchlaß wird überwiegend in Brüstungen unterhalb von Fenstern eingesetzt (Bild 14). Wie bereits beim Deckeninduktionsdurchlaß beschrieben, wird auch hierbei die kalte Primärluft über ein Düsenrohr ausgeblasen und Raumluft durch einen mit Kaltwasser betriebenen Wärmeaustauscher induziert. Die Raumluft tritt durch ein in der Oberseite der Brüstungsverkleidung vorgesehenes Gitter ein. Die Primär- und Induktionsluft vermischt sich innerhalb des Gerätes. Eine großflächig angeordnete perforierte Gehäusewand läßt die Zuluft mit niedrigen Luftgeschwindigkeiten im bodennahen Bereich als Quelluft austreten. Die Brüstungsverkleidung hat in diesem Bereich ein Gitter, durch das die Quelluft dem Raum zugeführt wird. Bei diesem Luftdurchlaß ist durch Kombination von Luft und Wasser, wie bereits zuvor beschrieben, eine kostengünstige Betriebsweise bei hoher Kühlleistung gewährleistet. Die Vorteile des Quelluftsystems, sie wurden ebenfalls bereits beschrieben, können voll genutzt werden.

Nicht nur für Neubauten, sondern auch für Sanierungen von Gebäuden kann der Quelluftinduktionsdurchlaß eingesetzt werden. Die Brüstungsverkleidung bietet dem Architekten und Raumdesignern viele Gestaltungsmöglichkeiten und wird in der Regel von Fachfirmen beigestellt.

Zusammenfassung

Die vorgestellten Luftdurchlässe sind typisch für verschiedene Klimasysteme oder typisch für verschiedene Einbauvarianten. Es wurden bewußt keine Auslegungsbeispiele vorgestellt, da hierzu ausführliche Prospekte und technische Auslegungsprogramme vorhanden sind. Die hier vorgestellten Luftdurchlässe spiegeln den zur Zeit gültigen europaweiten Trend in der Gebäudeklimatisierung bzw. Raumlufttechnik wider.


B i l d e r : Gebr. Trox, Neukirchen-Vluyn