IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 23/1998, Seite 34 ff.


KLIMATECHNIK


Bestimmung des Volumenstroms für Lüftungsanlagen nach der Außenluftrate

Im Gegensatz zur Luftheizung wird bei einer Lüftungsanlage der Förderstrom des Ventilators vorwiegend nach dem erforderlichen Außenluftvolumenstrom bestimmt. Grundsätzlich sollte man dabei folgende vier Punkte beachten:

1. Da es mehrere Methoden zur Bestimmung des Außenluftvolumenstroms gibt (Bild 1), sollte man eine zweite oder gar dritte Möglichkeit als Kontrollrechnung vornehmen.

Bei größeren Differenzen kann man zwar einen Mittelwert bestimmen, doch sollte man besser zu der Methode hin tendieren, die die exaktere Erfassung der Luftverunreinigung ermöglicht.

Für zahlreiche spezielle Räume gibt es auch mehrere DIN-, VDI- und sonstige Unterlagen, anhand derer man den erforderlichen Außenluftvolumenstrom bestimmen kann.

Bild 1: Methoden zur Volumenstrombestimmung für Lüftungsanlagen.

2. Eine Reduzierung des Außenluftstroms erfolgt in den kalten Wintermonaten, an heißen Sommertagen oder bei Schwachbelegung. Soll jedoch die raumfüllende Strömung bei 100% Zuluft beibehalten werden - ohne daß man spezielle Luftdurchlässe verwendet - muß mit Mischluft gefahren werden. Falls das nicht möglich ist, bedeutet das höhere Anforderungen an die Ventilatorauslegung und Luftführung.

Ist nur ein geringer Außenluftstrom erforderlich, muß trotzdem darauf geachtet werden, daß die Raumluft mehrmals in der Stunde durch das Lüftungsgerät strömt.

3. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen den sog. Komforträumen (z.B. Versammlungsräume, Gaststätten, Büros) und Betriebsräumen (z.B. Fabrikationsbetriebe, Werkstätten, Labors).

Ferner gibt es zahlreiche Räume, die nicht eindeutig unter diese beiden eingruppiert werden können.

4. Wird die Lüftungsanlage auch zur Beheizung eines Raumes herangezogen, so müssen zahlreiche weitere Hinweise beachtet werden, d.h., die Annahme einer Außenluftrate muß im Zusammenhang mit dem stündlichen Wärmebedarf (Heizlast) und der zulässigen Zulufttemperatur betrachtet werden.

Tabelle 1: Personen- und flächenbezogener Mindest-Außenluftvolumenstrom (DIN 1946 Bl. 2)

Raumart

Beispiele

m3/(h Pers.)

m3/(h m2)

Bemerkungen

Arbeits-
räume

Einzelbüro

40

4

vgl. auch Arbeitsstättenrichtlinien, je nach Raumbelastung (Tab. 2)
Mindestabluftvolumenstrom (DIN 1946-Bl. 7)

Großraum-
büro

60

6

Labor

-

25

Versamm-
lungsräume

Konzert-,
Theatersaal,
Konf.

30

10 ... 20*)

*) höherer Wert ist maßgebend (Zuluft-Volumenstrom nach Kühllast)

Wohnräume

Gruppe I, II, III

-

60 . . . 180

vgl. Tab. 5

Unterrichts-
räume

Lesesaal

0

12

ohne Raucherlaubnis

Klassen-,
Hörsaal

30

15

auch Vortrags- und
Seminarräume

Räume mit Publikums-
verkehr

Verkaufs-
raum

20

3 . . . 12

vgl. Tab. 3

Gaststätte

30

8

ohne zusätzl. Geruchsbelästigung

Sportstätten

Hallen, Bäder

-

-

Hallen DIN 18 032; Bäder VDI 2089

Außenluftrate - 12 Hinweise für die Planung

Für Lüftungsanlagen in Versammlungsräumen, bei denen die Menschen die einzige "Verunreinigungsquelle" bilden, d.h. wo nur die Güte der Atemluft sichergestellt werden soll, bestimmt man den Außenluftvolumenstrom i. allg. nach der Außenluftrate nach Tabelle 1.

Damit die Tabelle in ihrer praktischen Anwendung etwas differenzierter benutzt wird, sollen folgende 12 Hinweise angefügt werden:

1. Infolge der Energieeinsparung einerseits und den hygienischen Anforderungen andererseits gilt heute der Grundsatz: "Die Raten so hoch wie nötig und so niedrig wie möglich!"

Das bedeutet, daß man schon bei der Planung der Anlage sich erkundigen muß, welche Verhältnisse und Bedingungen vorliegen, wie z.B. die maximale und durchschnittliche Belegung des Raumes, die Art der Tätigkeit, die Art der Luftführung, die Art der Anlage (z.B. ob mit Wärmerückgewinnung), Raumbedarf je Person.

Auf alle Fälle soll heute bei RLT-Anlagen ein Überangebot an Außenluft vermieden werden, denn diese muß transportiert, erwärmt und bei Klimaanlagen noch gekühlt, entfeuchtet oder befeuchtet werden. Für alle diese Aufgaben sind Energiekosten bis über 50% erforderlich.

2. Während man früher die Mindestwerte für Aufenthaltsräume nur nach der Außenlufttemperatur und Raucher/Nichtraucher festlegte, wählt man heute den Mindestaußenluftstrom nach der Raumart.

Bei der früheren Tabelle wurde schon damals in der DIN-Norm aus hygienischen und arbeitsphysiologischen Gründen ein Zuschlag um 10 m3/h je Person empfohlen, der in der gültigen DIN 1946 entfällt.

Beipiel:

Angenommene Außenluftrate

in Watt

bei = +10C -> 30 m3/h P

= 500 30 0,35 (20 - 10)

52.500

bei = 0C -> 30 m3/h P

= 500 30 0,35 (20 - 0)

105.000

bei = - 10C -> 20 m3/h

= 500 - 20 0,35 [20 -(-10)]

105.000

bei = - 12C -> 15 m3/h

= 500 15 0,35 [20 -(-12)]

84.000

3. Vielfach wird der Außenluftvolumenstrom in manchen extremen Winter- und Sommertagen aus wirtschaftlichen Gründen reduziert, um die Betriebskosten zu senken. In Klimaanlagen sollen dadurch außerdem die Energiekosten für die Kühlung, Entfeuchtung und Befeuchtung der Außenluft verringert werden. Nach der DIN 1946 Bl. 2 Ausgabe 1983 konnte man noch aus wirtschaftlichen Gründen den Außenluftvolumenstrom bei > 20C und < 0 reduzieren, wobei die Absenkung bei tiefsten Außentemperaturen höchstens 50% des damaligen Tabellenwertes betragen durfte. In der DIN-Ausgabe 1994 werden hierzu keine Angaben gemacht. Die Tabellenwerte sind Mindestwerte.

  1. Bei Räumen mit belästigenden Geruchsquellen (z.B. Tabakrauch) muß der Mindestaußenluftvolumenstrom je Person um 20 m3/h erhöht werden. Die Unterscheidung zwischen Raucher und Nichtraucher liegt darin begründet, daß der Tabakrauch ein bedeutender Luftverschlechterer ist.

5. Mit den Außenluftraten soll dem Menschen die notwendige Sauerstoffmenge zugeführt werden. Der erforderliche Sauerstoff und somit der Außenluftbedarf hängt auch von der physischen und psychischen Belastung eines Menschen ab.

Bild 2: CO2-Angaben in Prozent.

Dies kann nach folgender Beziehung geschehen:

= der an die Raumluft übergehende CO2-Volumenstrom in m3/h: 15 l/(h Person) bei Aktivitätsstufe I (sitzende Tätigkeit); 23 l/(h Person) bei Stufe II (sehr leichte körperliche Tätigkeit); 30 l/(h Person) bei Stufe III leichte körperliche Tätigkeit.

CO2 = maximal zulässiger CO2-Gehalt in der Raumluft in m3/m3 oder Prozent als Dezimalzahl nach DIN 1946-2 max. 0,15% (empfohlen 0,1%).

CO2 = CO2-Gehalt in der Außenluft (Einheit wie bei CO2), etwa 0,03 . . . 0,04%, kann aber in Ballungszentren bis auf das 2- bis 3fache ansteigen.

6. Aufgrund der Volumenstrombestimmung wird auch das Kanalnetz dimensioniert. Soll die Lüftungsanlage später zu einer Teilklimaanlage (Kühlung im Sommer) ausgebaut werden, ist das Kanalnetz vielfach zu knapp. Zur Einhaltung eines bestimmten vorgegebenen Raumzustandes im Sommer kann nämlich aufgrund der Kühllastberechnung und der zulässigen Untertemperatur zu - i (zu < i) ein größerer Luftstrom gefordert werden, als es vom hygienischen Standpunkt für die Lüftung allein notwendig wäre (evtl. ist noch eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit im Kanal möglich!).

Wird eine Lüftungsanlage mit einem umfangreichen Kanalsystem projektiert, dann sollte man zumindest eine überschlägliche Kühllastberechnung durchführen, um festzustellen, ob man den Ventilatorförderstrom nach der Gleichung = /[c (zu - i)] etwas größer wählen sollte.

7. Die Art der Luftführung hat u.U. ebenfalls Einfluß auf die Festlegung der Außenluftrate.

So kann man z.B. durch eine gezielte Luftzuführung im Aufenthaltsbereich (z.B. durch einzelne verstellbare spezielle Zuluftdurchlässe, direkt am Arbeitsplatz) ein individuelles Mikroklima herstellen. Dadurch kann nicht nur die Außenluftrate verringert, sondern auch die durch die individuelle Beeinflussung der Raumluftgeschwindigkeit die Behaglichkeitsbedingungen verbessert werden.

Geringere Außenluftraten sind auch bei der Verdrängungsströmung möglich, insbesondere wenn die Abluftdurchlässe oberhalb bzw. in Nähe der Geruchsquellen angeordnet werden. Grundsätzlich dürfen die Abluftdurchlässe nicht im Nichtraucherbereich angeordnet werden, damit die verunreinigte Luft dorthin nicht nachströmen kann.

8. Bei Wärmerückgewinnungsanlagen wird der Wärmeinhalt der Fortluft auf den Außenluftvolumenstrom übertragen.

Grundsätzlich kann man beim Vorhandensein einer Wärmerückgewinnungsanlage etwas größere Außenluftraten wählen, da die zur Erwärmung der Außenluft erforderliche Heizleistung höchstens nur noch etwa 50% beträgt.

9. Nach den Arbeitsstättenrichtlinien werden ebenfalls Außenluftraten angegeben, die allerdings vom Aktivitätsgrad der arbeitenden Menschen, vom Publikumsverkehr und von evtl. zusätzlichen Geruchsbelästigungen abhängig gemacht werden Tabelle 2).
Die Arbeitsstättenrichtlinien werden vom Bundesminister für Arbeit und Sozialordnung in zwangloser Folge herausgegeben und enthalten wichtige allgemein anerkannte Regeln über sicherheitstechnische, arbeitsmedizinische und hygienische Maßnahmen. Im 5 der ASR wird die Lüftung behandelt.

Tabelle 2: Außenluftvolumenströme in m3/h nach den Arbeitsstättenrichtlinien4)

Art der Tätigkeiten

normal

Zusätzliche Belastung1)

starke Geruchsbelästigung2)

Typische Räume oder Arbeitsstätten (Beispiele)

(vgl. Aktivitätsgrad)

bezogen auf

bezogen auf

bezogen auf

Person

m2 3)

Person

m2 3)

Person

m2 3)

sitzende Tätigkeit

20...40

4...8

30...40

6...8

40

8

Büros, Verkaufsräume

leichte Tätigkeit im Stehen oder Sitzen

40...60

8...12

50...60

10...12

60

12

Gaststätten, Montagehallen, Werkstätten

Handwerkliche Tätigkeiten

mittel-
schwer

50...65

10...13

60...75

12...15

85

17

Heiße, staubige und feuchte Betriebe, Gießerei, Schwerindustrie

schwer

> 65

> 13

> 75

> 15

> 17

1) Z.B. Tabakrauch; 2) z.B. sehr lästige und intensive Gerüche, giftige Gase; 3) Für Arbeitsräume mit Publikumsverkehr Belastung von 0,2... 0,3 Pers./m2 Bodenfläche zugrundelegen. 4) Außenluftstr. kann bei > 20C bis 32C sowie < 0 bis -12C um max. 50% linear vermindert werden (keine Übereinstimmung mit DIN 1946).

10. Die Erfassung der Luftqualität, um die Außenluftrate bzw. den erforderlichen Außenluftvolumenstrom den gewünschten hygienischen Verhältnissen automatisch anzupassen, kann neuerdings mit sog. Gas-Sensoren geschehen. Ein solcher "Luftgütefühler" hält die Raumluft ständig unter Kontrolle, indem er sie auf bestimmte Beimischungen überwacht. Der Einsatz ist vor allem bei Aufenthaltsräumen mit stark wechselnder Belegung oder bei Arbeitsräumen mit nur zeitweisem Schadstoffanfall vorteilhaft (Einsparung von Luftförder- und Luftaufbereitungskosten).

Der Fühler ist weitgehendst dem menschlichen Geruchsempfinden angepaßt. Seine Empfindlichkeit kann jedoch nach Arbeitsbereich und Steilheit verändert werden. Gerüche, die den Menschen nicht belästigen, beeinflussen den Sensor nur wenig.

Wird das erträgliche Maß überschritten (z.B. von CO2, Zigarettenrauch, Ausdünstungen, Küchendämpfen, CO, Ammoniak, Methan, Fettsäuren usw.), gibt der Fühler Signal. Die Wirkungsweise (Meßprinzip) arbeitet so ähnlich wie ein Temperaturfühler und beruht darauf, daß der beheizte Metalloxid-Halbleiter-Sensor beim Auftreten luftverunreinigender Gase seinen elektrischen Widerstand ändert.

11. Wenn von Außenluftraten gesprochen wird, werden diese - wie schon aus Tab. 2 hervorgeht - nicht nur auf die Person, sondern auch auf m2 Bodenfläche bezogen (insbesondere in Arbeitsräumen). Dies soll ergänzend anhand der Tab. 3 und 4 verdeutlicht werden. Bei Tab. 5 entsprechen die Angaben in m3/h (bei der angegebenen maximalen Belegung) einer Außenluftrate von 30 m3/(h Person).
Je nach Verwendungszweck werden in zahlreichen DIN-Normen und VDI-Blättern spezielle Angaben zur Volumenstrombestimmung für Lüftungsanlagen zusammengestellt (vgl. Tab. 6).

Tabelle 3: Außenluftraten für Warenhäuser nach VDI 2081

Raumart

Besetzung
Pers./m2

ohne Geruchsverschlechterung

mit Geruchsverschlechterung

m3/h Pers.

m3/h m2

m3/h Pers.

m3/h m2

Verkaufsräume 2)3)4)5)

0,1 bis 0,15

-

6

-

 9

Verkaufsräume mit geringer Besetzung z.B. Möbel, Hausrat 3)5)

0,05

-

2

-

-

Dienstleistungs-
räume mit Publikumsver-
kehr

nach Pers.

30

6

45

12

Personal-Aufenthaltsräume 3)5) 1)3)4)5)

nach Pers.

30

-

40

Personal-Umkleideräume

-

-

-

18

Lebensmittelver-
arbeitungs- und -vorbereitungs-
räume 1)

nach Pers.

-

-

45

12

Werkstätten und Ateliers 1)3)

nach Pers.

30

6

45

12

Läger ohne Kühleinrichtung 1)5)

nach Pers.

30

3

45

9

1) Jeweils höhere Werte annehmen (Pers., m2); 2) Mindestaußenluftstrom entspricht bei 0,15 Pers./m2 dem in den Arb.stätt.richtl. genannten Wert von (40 m3/h Pers.); 3) In den Geschäftshausverordnungen (über 2000 m2 Verkaufsfläche) werden -Werte von 12 bzw. 18 m3/(h m2) genannt; -Verringerung bis 50% zulässig bei J über 26 bis 32C und 0 bis -12C; 4) Bei verkaufsschwachen Zeiten Reduzierung bis auf 50% möglich; 5) Umluftbetrieb ohne Außenluftanteil nur in Zeiten ohne Personalbesetzung zulässig.

12. Um vorstehende Ausführungen etwas zu vertiefen, sollen folgende zwei Berechnungsbeispiele angefügt werden:

Tabelle 4: Außenluftraten für gewerbliche Küchen in m3/h je m2 Grundfläche (Anhaltswerte nach VDI 2052

Küchenart (Nutzung)

1

2

3

4

5

Imbißbetriebe, Hotelküchen

80

-

120

-

-

Cafeterias, Gaststätten

60

105

120

120

45

Kantinen, Mensen, Kasinos

90

105

120

120

45

Hauptküche in Krankenhäuser

90

105

120

150

45

dsgl. Verteilküchen

60

-

-

-

-

Alten- und Pflegeheime

60

105

120

120

45

Aufbereitungs-, Mischküchen

80

105

120

120

60

Industrielle

90

120

120

-

60

1) gesamter Küchenbereich
2) Koch- und Garbereich
3) Brat-, Grill-, Backbereich
4) Spülbereich
5) Nebenräume

für raumbezogene Luftraten werden diese Werte durch die Raumhöhe geteilt

Beispiel 1:

In einer Gaststätte ( = 20C) soll für 80 Personen eine Be- und Entlüftungsanlage vorgesehen werden. Dabei sollen eine Außenluftrate von 40 m3/(h Pers.) und 50% der Personen als Raucher angenommen werden.

a) Wie groß ist der für die Ventilatorauswahl erforderliche Außenluftvolumenstrom?

b) Wie groß sind die Außenluftrate und die erforderliche Leistung des Heizregisters, wenn bei einer Außentemperatur = -12C der Volumenstrom nach a) um 40% reduziert wird und die Zulufttemperatur 2 K über Raumtemperatur liegt?

Tabelle 5: Außenluftvolumenströme für Wohnungen nach DIN 1946 Bl. 6

Wohnungsgruppe

Wohnungsgröße (m2)

Geplante Belegung

freie Lüftung (m3/h)

maschinelle Lüftung (m3/h)

I

50

bis 2 P.

60

60

II

> 50 80

bis 4

90

120

III

> 80

bis 6

120

180

Lösung:

Zu a) = Pers. AR = 40 40 + 40 60 = 4000 m3/h

Zu b) = 4000 m3/h 0,6 = 2400 m3/h; AR = /Pers. = 2400 : 80 = 30 m3/(h Pers.)
= c () = 2400 0,35 [22 - (- 12)] = 28.560 W

Tabelle 6: DIN-Normen und VDI-Blätter

1.

Wohnungslüftung

DIN 1946/6

2.

Innenliegende Räume (Bad/WC)

DIN 18 017

3.

Küchenlüftung, Abgzugshauben

VDI 2052

4.

Garagen- und Tunnellüftung

VDI 2053

5.

Schwimmbadlüftung (Entnebelung)

VDI 2089

6.

Lüftung von Tierställen

DIN 18 910

7.

Geschäftshäuser, Verkaufsstätten

VDI 2082

8.

Lüftung von Laboratorien

VDI 2051

9.

Datenverarbeitungsanlagen

VDI 2054

10.

Lüftung für Schutzräume

VDI 2085

11.

Abnahmeprüfung von RLT-Anlagen

VDI 2079

12.

RLT-Anlagen für Schweißräume

VDI 2084

Beispiel 2:

Ein Großraumbüro soll durch eine RLT-Anlage sowohl be- und entlüftet als auch gekühlt werden.

a) Wie groß ist der je Person verfügbare Außenluftvolumenstrom (Außenluftrate), wenn aufgrund der Kühllastberechnung ein Volumenstrom von 3000 m3/h ermittelt wurde und der Außenluftanteil 60% beträgt? Es sollen 32 Personen zugrundegelegt werden. Nehmen Sie Stellung zum Ergebnis!

b) Wie groß ist der prozentuale Außenluftanteil, wenn eine
Außenluftrate von 50 m3/(h Pers.)
gewählt und der Zuluftvolumenstrom nach a) beibehalten wird!

c) Wie müßte man vorgehen, wenn bei AR = 50 m3/(h Pers.) mit dem Zuluftvolumenstrom von 3000 m3/h und von 80 Personen ausgegangen werden müßte?

Lösung:

a) = 3000 m3/h 0,6 = 1800 m3/h; demnach 40% Umluft
AR = /Personenzahl = 1800 m3/h : 32 P = 56,25 m3/(h Pers.)
Diese Angabe entspricht etwa dem Wert in Tabelle 1.

b) = AR Pers. = 50 m3/(h P) 32 P = 1600 m3/h (= 53,3%); Umluftanteil 46,7%

c) Für die Lüftung = AR Pers. = 50 m3/(h P) 80 P = 4000 m3/h, also demnach 1000 m3/h mehr als der erforderliche Volumenstrom zur Deckung der Kühllast. Wenn unbedingt die Lüftungsforderung nach DIN 1946 eingehalten werden soll und die Kühllast und Zulufttemperatur nicht geändert werden können, muß der Ventilatorförderstrom nach der Lüftung ausgelegt werden.


L i t e r a t u r :
[1] Claus Ihle; Lüftung und Luftheizung; 6., neubearbeitete Auflage 1997.


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