IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 12/2000, Seite 51 ff.


KLIMATECHNIK


Planungs- und Ausführungshinweise für Wohnungslüftungssysteme

Dipl.-Ing. (FH) Michael Allgaier* Teil 3

Im vorliegenden 3. Teil werden ausführlich planungstechnische Details zur Druckverlustberechnung, Anlagenplanung in Mehrfamilienhäusern und auch zur Projektierung von Erdwärmetauschern gegeben. Darüber hinaus sind praktische Hinweise zur Geräte- und Anlageninbetriebnahme enthalten.

Detaildimensionierung und Druckverlust

Anhand des abgestimmten Entwurfs der Leitungsführung kann nun aus der Grobskizze eine detaillierte Zeichnung mit allen wesentlichen Komponenten für die Druckverlustberechnung erstellt werden. Wie aus den vorangegangenen Abschnitten deutlich gemacht, sind jetzt neben Rohrleitungen und sämtlichen Formteilen wie Bögen, T-Stücken sowie Erweiterungen und Reduzierungen zusätzlich auch Schalldämpfer und Stellorgane gemäß Bild 9 einzuzeichnen.

Spätestens jetzt ist eine Entscheidung zu treffen, ob die Stellorgane in Form von Drosselklappen oder Volumenstromreglern zum Einsatz kommen sollen. Preislich liegt zwischen beiden Bauteilen kein Unterschied vor, wenn die Volumenstromregler als Konstantvolumenstromregeler (KVR) nach Bild 10 gewählt werden. Darüber hinaus haben KVR aber noch den Vorteil, dass sie den durchfließenden Volumenstrom unabhängig von einer höheren Ventilatorpressung auf einen maximalen Durchflusswert begrenzen. Dadurch entfällt der doch recht zeitintensive Leitungsabgleich und es sind keine lufttechnischen Messgeräte zur Einregulierung und Inbetriebnahme erforderlich. Eine spätere versehentliche Verstellung der Luftmenge durch irrtümliches Verdrehen der Ventilteller kann ebenso sicher ausgeschlossen werden.

Anhand der detaillierten Anlagendarstellung kann nun der Druckverlust in bekannter Weise berechnet werden. Ohne auf Details einzugehen, soll noch erwähnt werden, dass der Zuluftventilator den Druckverlust von der Außenluftansaugung bis zum ungünstigsten Zuluftventil überwinden muss. Der Fortluftventilator muss analog dazu den Widerstand vom ungünstigsten Abluftventil bis zum Fortluftauslass abdecken. Das Lüftungsgerät selbst wird hierbei nicht berücksichtigt, da die Kennlinienaufnahme immer auf der externen Luftleistung basiert und geräteinterne Druckverluste dadurch schon berücksichtigt sind. Nennenswert ist hierbei vielleicht noch, dass einige Hersteller vereinfachte Auslegungsschemen entwickelt haben, die anhand einer Tabelle in kürzester Zeit eine relativ genaue Druckverlustabschätzung zulassen [4].

Bild 9: Detaillierte Kanalnetzdarstellung.

Bei der Verwendung von Konstantvolumenstromreglern ist die Druckverlustberechnung lediglich für den ungünstigsten Strang zu absolvieren, da alle anderen parallel geschalteten Leitungen durch die KVR automatisch angeglichen werden. Bei der Verwendung von Drosselklappen sollten auch alle übrigen Stränge berechnet werden, um den notwendigen Voreinstellwert für eine einfache Einregulierung zu erhalten.

Mit den sich ergebenden Druckverlusten für den Außenluft/Zuluftbereich bzw. den Abluft-/Fortluftbereich und dem zugehörigen Auslegungsvolumenstrom erfolgt nun die Festlegung des Betriebspunkts im Luftleistungsdiagramm. Sollte der Betriebspunkt zwischen den Drehzahlstufen des Gerätes liegen, so ergibt er sich in der Praxis automatisch auf der höheren der betreffenden Stufen.

Anlagenplanung in Mehrfamilienhäusern

Die Planung und Ausführung von Lüftungsanlagen in Mehrfamilienhäusern sind gegenüber Einfamilienhäusern im Regelfall mit einem erheblichen Mehraufwand verbunden. Die einzige Ausnahme ist gegeben, wenn für jede Wohnung ein separates Lüftungsgerät in Verbindung mit einer separaten Außenluftansaugung und einem separaten Fortluftausblas über ein Außenwandgitter an der Fassade möglich ist. Dann sind die Anlagen nämlich lufttechnisch komplett voneinander getrennt und es sind gegenüber dem Einfamilienhaus keine weiteren Auflagen mehr zu beachten. Ansonsten sind hier weitergehende Vorschriften, insbesondere die Musterbauordnung [15] und die Bauordnungen der einzelnen Länder bezüglich der Brandübertragung und auch Maßnahmen gegen das ungewollte Ein- oder Ausströmen von Luft aus anderen Wohneinheiten zu beachten.

Prinzipiell kommen für eine lüftungstechnische Lösung mit gemeinsamen Verteil- und Sammelkanälen zwei Umsetzungsmöglichkeiten in Frage. Die erste Möglichkeit ist ein großes Zentralgerät, das die Be- und Entlüftung sämtlicher Wohnungen über ein entsprechendes Kanalnetz, welches zumeist in einem Technikschacht im Gebäudekern verläuft, zentral übernimmt.

Bild 10: Konstantvolumenstromregler

Das Zentralgerät bietet den Vorteil, dass sich die Wartung nur auf ein Gerät beschränkt und auch die Anschaffungskosten preiswerter erscheinen. Bei den Investitionskosten muss jedoch auch berücksichtigt werden, dass in jeder Wohneinheit die separate Möglichkeit der Volumenstromerhöhung und -absenkung durch den Nutzer gewahrt werden muss. Dies bedingt für jede Wohneinheit zusätzlich zu den erforderlichen Brandschutzklappen oder Deckenschotts in Zuluft und Abluft sowie Rückschlagklappen in der Abluft noch variable Volumenstromregler, die eine nutzerabhängige Volumenstromeinstellung ermöglichen. Diese Bauteile sind natürlich nicht nur kostenintensiv, sondern bedürfen wie Lüftungsgeräte ebenfalls einer Wartung, und diesem Umstand wird in der Praxis häufig nicht Rechnung getragen. Des Weiteren ist zu bedenken, dass die Regelungstechnik für eine solche Anlage ganz andere Dimensionen erreicht als für einfache und separate Lüftungssysteme und im Störfall nur Firmen mit entsprechenden Anlagen- und Regelungskenntnissen Abhilfe schaffen können. Nachteilig ist letztendlich auch, dass das Gerät zusätzlich Platz außerhalb der Wohnungen in einem gemeinnützigen Bereich erfordert. Die zweite Möglichkeit beinhaltet ein separates Lüftungsgerät pro Wohnung, aber außenluft- und fortluftmäßig gemäß Bild 11 ebenfalls über zentrale Verteil- und Sammelkanäle mit wohnungsweisen Abzweigen versorgt.

Wie beim Zentralgerät sind auch bei dieser Lösung Brandschutzklappen mit Prüfzeugnis nach DIN 4102 [16] zwischen den einzelnen Brandabschnitten notwendig. Die erforderlichen Feuerwiderstandsklassen der Luftleitungen sind in DIN 4102 Teil 6 aufgeführt. Die Feuerwiderstandsdauer von Decken, Brandwänden und Flurwänden sind in Abhängigkeit der Geschossanzahl in der Musterbauordnung bzw. den Ländervarianten festgelegt. Ebenso sind auch hier Rückschlagklappen gegen das ungewollte Ein- oder Ausströmen von Luft aus anderen Wohneinheiten vorzusehen. Der Grund dafür ist, dass auch bei abgeschalteten Geräten oder einem Betrieb auf kleiner Betriebsstufe nur der gewollte Volumenstrom gefördert wird und keine Beeinflussung durch den Druckaufbau anderer Geräte stattfindet. Geregelt ist der Einsatz von Rückschlagklappen in DIN 18017 Teil 3 [17].

Bild 11: Dezentrale Be- und Entlüftung im Mehrfamilienhaus.

Mit der Verwendung eines separaten Wohnungslüftungsgerätes ist die nutzerabhängige Betriebsweise zu jeder Zeit gegeben, da die Betriebsstufe frei gewählt werden kann. Die Bedienung durch den Nutzer ist einfach und die Anlagenfunktion ist auch für den Installateur transparent und übersichtlich. Ein zusätzlicher Aufstellungsort ist ebenfalls nicht notwendig.

Als nachteilig kann höchstens die Filterreinigung bzw. der -wechsel und die Wartung an mehreren Geräten innerhalb separater Wohnungen gewertet werden. Jedoch ist es bezüglich der Filter in den meisten Fällen so, dass diese Arbeit problemlos vom Nutzer übernommen werden kann. Eine fällige Filterreinigung wird durch eine Filterüberwachungsanzeige signalisiert und ist laut Zulassungsanforderungen des Deutschen Instituts für Bautechnik seit diesem Jahr für Wohnungslüftungsgeräte vorgeschrieben. Es verbleibt dadurch nur noch die Wartung durch den Fachhandwerker in der Wohnung als nachteilig, die aber bezüglich einer terminlichen Abstimmung eigentlich zu keinen großen Umständen führen kann.

Inbetriebnahme und Übergabe

Vor der Inbetriebnahme sollte sich der Fachhandwerker davon überzeugen, dass sowohl das Lüftungsgerät als auch die Fernbedienung, die im Regelfall im Wohn- und Aufenthaltsbereich montiert ist, in korrekter Weise elektrisch angeschlossen sind. Auch schadet es nicht, nochmals die waagrechte Aufstellung des Gerätes, die problemlose Kondensatableitung und eine ordnungsgemäße Entlüftung eines eventuell vorhandenen Nachheizregisters zu überprüfen. In diesem Zusammenhang kann die Voreinstellung des Thermostat- oder Regelventils gleich erfolgen und die Funktion des Frostschutzthermostaten getestet werden. Vor dem Einschalten des Gerätes sollte man sich auch davon überzeugen, dass die Filter ordnungsgemäß eingeschoben sind, damit eventuell noch vorhandener Baustaub gleich aufgefangen wird. Vorhandene Drosselklappen im Kanalnetz sollten auf ihre ordnungsgemäße Voreinstellung geprüft werden.

Daraufhin können mit der Fernbedienung alle Funktionen auf ihre ordnungsgemäße Betriebsweise hin überprüft werden. Selbst eine Filterverschmutzung und eine Überprüfung der Filterüberwachung kann dabei durch Abdecken eines Teils der Filterfläche simuliert werden.

Ist eine einwandfreie Gerätefunktion in allen Bereichen sichergestellt, so wird nun die Auslegungsbetriebsstufe gemäß Planung eingestellt und die Einregulierung oder auch hydraulischer Abgleich der Luftleitungen kann erfolgen. Durch die Voreinstellung der Drosselklappen ist nun nur noch eine Feineinstellung der Ventile durch Einjustierung des Ventiltellers erforderlich. Mit einem Messgerät wird der planmäßige Volumenstrom an jedem Ein- und Auslass überprüft. Besonders geeignet sind hier Messgeräte, die komplett über das betreffende Ventil gestülpt werden können und in der gehobenen Ausführung auch direkt den Volumenstrom anzeigen. Die Klappen- und Ventileinstellungen sollten an den Bauteilen gekennzeichnet bzw. im Inbetriebnahmeprotokoll vermerkt werden. Dies spart viel Arbeit bei einer irrtümlichen oder auch zwangsläufigen Anlagenverstellung, z. B. zu Reinigungs- oder Inspektionszwecken. Speziell dem Punkt der Einregulierung wird in der Praxis häufig zu wenig Beachtung geschenkt. Für einen einwandfreien und planungsgemäßen Betrieb ist dieser Punkt aber sehr wichtig.

Bild 12: Lüftungsgerät Aerastar LW 200.

Durch den Einsatz von Konstantvolumenstromreglern entfällt die lufttechnische Einregulierung komplett, da die Luftmengen in den einzelnen Leitungsabschnitten durch die KVR fest definiert sind. Es ist lediglich zu überprüfen, ob nirgends ein Ventilteller irrtümlich zu tief eingedreht ist und zusätzlich zum KVR noch eine weitere Abdrosselung der Luftmenge in den Raum herbeiführt. Ein solches Missgeschick wird aber im Regelfall durch entsprechende Strömungsgeräusche schnell bemerkt und kann problemlos abgestellt werden.

Der Installateur sollte sich ausreichend Zeit nehmen, um dem Kunden und Betreiber die Funktion des Gerätes, der Anlage und auch die Handhabung der Fernbedienung zu erklären. Denn so wie in allen Bereichen, kann eine Anlage nur dann richtig genutzt werden, wenn die Funktionsweise bekannt ist. Der Geräteaufbau gemäß Bild 12 spielt dabei eine untergeordnete Rolle und die Erklärungen sollten in erster Linie auf Bedienungselemente und sinnvolle Betriebsweisen abgestimmt sein.

Im Anschluss an die Einweisung sind dem Betreiber Unterlagen wie Bedienungsanleitungen und dgl. und eventuell auch ein Durchschlag des Inbetriebnahmeprotokolls zu überreichen.

Erdwärmetauscher

Eine zusätzliche Möglichkeit zur Energieeinsparung besteht im Einbau eines Erdwärmetauschers. Langjährige meteorologische Aufzeichnungen haben gezeigt, dass die Erdreichtemperatur ab ca. 1m Tiefe im Winter im positiven Bereich bleibt und sich im Hochsommer zwischen 10°C und 20°C einpendelt. Somit besteht jeweils eine Temperaturdifferenz von bis zu 25 K zur Außenluft, die für die Zuluftkonditionierung genutzt werden kann [18].

Die Entscheidung, ob ein Erdwärmetauscher eingeplant werden soll, ist in einem möglichst frühen Planungsstadium zu treffen, weil viele nachfolgenden Planungsschritte davon beeinflusst werden. Schon beim Bau des Gebäudes muss entschieden werden, ob der Erdwärmetauscher unter das Fundament oder um das Haus herum oder in eine andere vorhandene Fläche eingelassen wird. Um einen zusätzlichen Graben und damit verbundene Mehrkosten für die erdverlegten Rohre zu vermeiden, wird der Erdwärmetauscher häufig auf dem Grund der Baugrube in ca. 1 bis 3 m Tiefe um das Haus verlegt. Generell bietet es sich an, hierbei Rohre mit größerem Durchmesser zu wählen. Als Faustformel soll der Durchmesser um mind. eine Nennweite größer als der Geräteanschluss sein oder genauer formuliert, sollte die Strömungsgeschwindigkeit max. 2 m/s betragen. Dies ergibt einen geringen Strömungswiderstand und die erforderliche Ventilatoren-Mehrleistung ist bezüglich des Erdrohrs nur minimal. Vorsicht ist da schon eher bei der Auswahl von Ansaugfiltern geboten, denn dort entsteht oftmals schnell ein zig-faches an Druckverlust. Daher sollte nicht immer nur auf hochwertigstes Filtermaterial der Klassen F 6 und F 7 bestanden werden.

Wegen der Notwendigkeit, das im Sommer anfallende Kondensat sicher abführen zu müssen, ist für den Erdwärmeaustauscher kein geripptes Rohr, sondern ein glattes Kunststoffrohr (KG-Rohr) mit 2 % Gefälle und möglichst über die gesamte Länge mit gleichmäßiger Neigung vorzusehen [19]. Eine Abflussöffnung mit Siphon für Tauwasser muss unbedingt vorhanden und zugänglich sein, z. B. an der Hauseinführung wie in Bild 13 mitdargestellt. Um das erdverlegte Rohr bei Bedarf auch zu Reinigungszwecken durchspülen zu können, sollten sogenannte Spülstücke eingebaut werden.

Bei der Verlegung sollte das Erdreich zur Ermöglichung eines guten Wärmeübergangs eng am Rohr anliegen. Bei kritischen Böden, wie z. B. Lehm, kann hier auch mit Sand nachgeholfen werden. Ferner muss das sich unter dem Rohr befindliche Material verfestigt sein, um ein Absenken und Beschädigen des Rohres zu verhindern. Als praktischer Tipp soll noch erwähnt werden, dass das KG-Rohr an den Stoßstellen mit Dichtband versehen werden sollte, da Schrumpfmuffen von außen nach innen nicht dicht sind und damit auch Wasser aus dem Erdreich eindringen kann.

Durch den Einsatz eines Erdwärmetauschers wird neben dem Wärmegewinn der vorerwärmten Außenluft auch die Betriebssicherheit der Wärmerückgewinnungseinheit bezüglich Frostgefahr verbessert, was für Geräte mit hoher Wärmerückgewinnungsleistung relevant ist [20]. Bei Vorschaltung eines richtig ausgelegten Erdwärmeaustauschers mit einer Länge von 25 bis 40 m, wobei die Effizienz über die ersten 16 m am größten ist, liegt die Außenlufttemperatur im Lüftungsgerät selbst bei extrem niedrigen Außentemperaturen über 0°C. Somit wird eine mögliche Vereisung des Wärmeaustauschers auf der Abluft-/Fortluftseite verhindert. Was in der Praxis aber durchaus schon öfter vorgekommen ist, ist die Tatsache, dass hochwertige Filter der Klasse F 6 oder F 7 an der Außenluftansaugung bei Temperaturen unter 0°C und hoher Luftfeuchte, also Nebel, zugefroren sind und damit ein Funktionsausfall verbunden war. Feuchtepartikel hatten sich in diesen Fällen im Filtermaterial abgesetzt und waren bei weiterer Abkühlung gefroren. Sehr hochwertige Filter haben also nicht nur druckverlusttechnische Nachteile.

Bild 13: Erdwärmetauscher

Ein Erdwärmetauscher in Verbindung mit einem Lüftungsgerät ist prinzipiell nur die Reihenschaltung zweier Wärmetauscher, bei der im ersten Abschnitt eine Wärmeübertragung aus dem Erdreich und im zweiten Abschnitt eine Wärmeübertragung aus der Abluft realisiert wird. Bei Geräten mit einer hohen Wärmerückgewinnung, z. B. 90 %, wirkt sich die Mehrleistung aus dem Erdreich mit 3 % kaum aus. Bei Geräten mit 70 % Wärmerückgewinnung ergibt sich immerhin eine Mehrleistung von 10 %. Bei Mehrkosten von 1200,— DM alleine für KG-Rohre und Formteile und Gesamtkosten inkl. Montage in einer Größenordnung von 3000,— DM sollte eine Entscheidung diesbezüglich gut überlegt sein.

Die Effektivität eines EWT ist nur bei Temperaturen des Erdreiches, die im Winter deutlich über und im Sommer deutlich unter der Außenluft liegen, gewährleistet. In der Übergangszeit empfiehlt sich die direkte Außenluftansaugung über eine zweite Ansaugstelle (Umschaltung über eine Luftklappe).

Die Voraussetzungen zur Etablierung der Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung auf breiter Ebene sind durch die Energieeinsparverordnung besser den je. Die Gründe und Vorteile, die für eine kontrollierte Wohnungslüftung sprechen, sind seit einigen Jahren bereits hinlänglich bekannt. Die Akzeptanzprobleme die bisher vorlagen, sind wohl in erster Linie auf die zusätzlichen Kosten und auch zum Teil sicherlich auf die mangelnde Aufklärung der Kunden zurückzuführen. Der finanzielle Anreiz wird zukünftig aber sicher durch die Verrechnung der Anlagentechnik zur Bautechnik gegeben sein. Von Seiten des Handwerks, der Planer und der Hersteller ist deshalb konsequent eine weitere Aufklärung zu betreiben, um diese Systeme erfolgreich im Markt unterzubringen.


L i t e r a t u r :

[4] Fa. Junkers: Planungsunterlage Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung AERASTAR.

[15] DIBt Berlin: Bauaufsichtliche Richtlinien über die brandschutztechnischen Anforderungen an Lüftungsanlagen in Gebäuden.

[16] DIN 4102: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen.

[17] DIN 18017: Lüftung von Bädern und Toiletten ohne Außenfenster; Teil 3 mit Ventilatoren.

[18] Sedlbauer, K.; Lindauer, E.; Werner, H.: Erdreich/Luft-Wärmetauscher zur Wohnungslüftung.

[19] Trümper, H.; Hain, K.; Albers, K.-J.: Energieeinsparung durch Wärmerückgewinnung und vorgeschaltetem Erdwärmeaustauscher.

[20] Allgaier, M.: Lüftung mit Wärmerückgewinnung — Wirkungsgrade ohne Grenzen.


* Produktmanager Lüftungstechnik, Robert Bosch GmbH