Bis zu 50% Energieeinsparung - Bedarfsgeregelte Lüftung im Nichtwohnungsbau

Unter Bedarfslüftung versteht man eine optimierte Betriebsweise von RLT-Anlagen, die mithilfe von Sensoren sowie spezieller Regel- und Steuerstrategien in allen Lastzuständen – vor allem aber im Teillastbereich – eine Belüftung entsprechend des tatsächlichen Lufterneuerungsbedarfs sicherstellt und damit jederzeit für eine gute Raumluftqualität sorgt. Je nach Anwendungsfall können damit etwa 50% der Energiekosten eingespart werden (Bild 1).
In diversen Normen werden personen- und flächenbezogene Mindestaußenluftvolumenströme unter Nennlastbedingungen definiert (z.B in DIN EN 15251 und 13779). In der Praxis sind meist weniger Personen anwesend und so herrschen während der Nutzungszeit überwiegend Teillastbedingungen, die bei einer optimierten Betriebsweise der Lüftungsanlage zu berücksichtigen sind. Wesentliche Elemente der Bedarfslüftung sind die Reduzierung des Volumenstroms bis zu einer Grundlüftung zur Abfuhr der Schadstoffe aus den Bau- und Einrichtungsstoffen und zum Bautenschutz und die Nutzung von Toleranzbändern bei der Raumtemperatur (z.B. Heizbetrieb bis 22°C und Kühlbetrieb erst ab 25°C). Dazu gehört außerdem die zeitweise Abschaltung der Anlagen oder Anlagenteile unter Anwendung spezieller Steuer- und Regelstrategien.
 Bei folgenden Nutzungen ist die Bedarfslüftung im Nichtwohnungsbau im Regelfall sinnvoll:

• Büro- und Verwaltungsgebäude sowie Hotels,
• Restaurants und Kantinen,
• Hörsäle und Schulen,
• Einkaufszentren und Kaufhäuser,
• Messe- und Sporthallen,
• Empfangsräume, Schalter- und Bankhallen,
• Abfertigungsbereiche in Flughäfen,
• Versammlungshallen,
• Konferenzräume, Theater und Kinos,
• Allgemein, Räume mit:
  - variabler Belegung
  - eigener Lüftungs- oder Klimaanlage.

Prinzip der Bedarfslüftung
Der Begriff Bedarfslüftung gilt sowohl für geregelte als auch für gesteuerte Systeme. Berücksichtigt werden sollen hierbei besonders die Aspekte Raumluftqualität und thermische Behaglichkeit (Bild 2).
 Voraussetzung für eine Bedarfslüftung ist, dass der dem Raum bzw. der Zone zugeführte Außenluftvolumenstrom definiert beeinflusst werden kann. Diese Beeinflussung kann durch folgende Anlagenelemente erfolgen:

• geschaltete, stufig oder stetig geregelte Ventilatoren,
• stetig oder Auf/Zu-betriebene Luftklappen,
• motorisierte Fassadenelemente,
• Luftdurchlässe für variablen Volumenstrom.

Bei gesteuerten Systemen wird der Außenluftvolumenstrom manuell, nach Präsenz oder nach Zeitprogramm erhöht bzw. abgesenkt. Dabei erfolgt keine Rückkopplung der im Raum erzielten Veränderung des Raumluftzustands.
Bei einer geregelten Bedarfslüftung wird der Lufterneuerungsbedarf kontinuierlich mittels Luftqualitätsfühlern (CO2- oder VOC-Fühler – Volatic Organic Compound) gemessen und die dem Raum zugeführte Außenluftmenge durch einen Regler laufend automatisch an den tatsächlichen (gemessenen) Bedarf angepasst. Bei RLT-Anlagen für mehrere Räume ist für jeden Raum ein Regelkreis oder eine Steuerung zur Beeinflussung der Raumluftqualität vorzusehen.
Bild 3 verdeutlicht schematisch den resultierenden Luftvolumenstrom bei konstantem Luftvolumenstrom mit einem einstufigen Ventilator mit Zeitprogramm (Grafik oben). Die Grafik in der Mitte zeigt die Möglichkeit eines gesteuerten variablen Luftvolumenstroms für einen zweistufigen Ventilator, kombiniert mit einem Präsenzsensor. In der Grafik unten schließlich wird eine Bedarfsregelung dargestellt, die in Abhängigkeit von einem oder mehreren Raumsensoren den Luftvolumenstrom regelt.
Außerhalb der Nutzungszeit und in Zeiten ohne Lufterneuerungsbedarf sollte die Anlage möglichst ausgeschaltet bzw. der Volumenstrom auf einen Minimalwert reduziert werden können. Damit die Luftqualität beim Wiederbetreten des Raums als angenehm empfunden wird, sollte die Anlage mit Grundluftwechsel betrieben werden, der die Raumschadstoffe abführt.
Bei Anlagen, die auch eine Heiz- und Kühlaufgabe (Nur-Luft-Anlagen) haben, ist ein Nullenergieband zu definieren. Liegt die Raumtemperatur innerhalb dieses Temperaturbereichs, läuft die Anlage nur bei Außenluftbedarf. Je größer dieser Temperaturbereich ist, desto größer ist der energetische Nutzen der Bedarfslüftung. Bei Anlagen mit getrennten Funktionen für Heizen, Kühlen und Lüften (z.B. Luft-Wasser-Klimaanlagen, Kühldecken oder direkt verdampfende Systeme, siehe auch [2]) gibt es diese Einschränkungen nicht.
Die Einbindung der Regelkreise bzw. Bedarfsmeldungen erfolgt im Sinne einer Parallelschaltung. Jeder Bedarf (Heizen, Kühlen, Lüftung) führt gleichgewichtet zur Einschaltung der Anlage bzw. zur Anpassung des Luftvolumenstroms.
Der tatsächliche Anlagenbetrieb bzw. die Erhöhung des Außenluftvolumenstroms erfolgt erst, wenn der Bedarf durch einen oder mehrere Indikatoren signalisiert wird. Die Ausschaltung bzw. Minimierung des Volumenstroms geschieht gleichfalls erst dann, wenn die Indikatoren im Rahmen der definierten Grenzen keinen Bedarf mehr feststellen. Indikatoren sind:

• Präsenz,
• Raumluftqualität (auf der Basis von Mischgas- und/oder CO2-Signalen),
• Temperatur,
• Feuchte und
• ggf. Druck.

Vielfältige Vorteile
Die Vorteile einer Bedarfslüftung sind vielfältig und führen zu Kosten- und Energieeinsparungen. Der energetische und wirtschaftliche Nutzen der Bedarfslüftung hängt davon ab, wie stark der dem Raum zugeführte Luftvolumenstrom reduziert werden kann. Das Potenzial der Energiekosteneinsparung ist zudem von der Ausführung und Auslegung der RLT-Anlage abhängig. Bild 4 zeigt beispielhaft die mögliche Verringerung des mittleren Außenluftvolumenstroms während der Betriebszeit, wie sie bei der Berechnung im Rahmen der EnEV nach DIN V 18599 angesetzt werden kann. Je nach Nutzungsprofil sind 20 bis über 50% Einsparungen möglich.
Umfangreiche Untersuchungen an realen Anlagen und Gebäudesimulationen [3] bestätigen Energieeinsparpotenziale bis zu 50%. Tabelle 1 zeigt beispielhaft einen Vergleich für ein Schweizer Ausbildungsinstitut. Tabelle 2 zeigt ein Beispiel für die Amortisationszeiten bei Modernisierungen. Die Amortisationszeit berechnet sich aus der jährlichen Energieeinsparung und den jeweils notwendigen Investitionskosten. Beispiel zentrale Lüftungsanlage, 10 Räume in einem Bürogebäude mit ca. 3000 m2 Nutzfläche und einer bestehenden Lüftungsanlage [4].
Zu den kostenmäßig nicht erfassbaren Vorteilen der Bedarfslüftung im Vergleich zu einer manuellen Lüftung, z.B. über Fenster, zählen u. a. die Sicherstellung einer hohen Raumluftqualität und die Verminderung von Innenraumluftverunreinigungen – beide Kriterien sind von zentraler Bedeutung für das Wohlbefinden und die Gesundheit der Nutzer.
Weiterhin bietet eine Bedarfslüftung einen erhöhten Komfort, indem sie durch eine Verringerung der Luftvolumenströme die Luftgeschwindigkeiten im Raum und damit das Zugrisiko reduziert. Voraussetzung dafür ist aber eine fachgerechte Dimensionierung der Luftdurchlässe für den Minimal- und Maximalbetrieb.
Zudem spielt die Bedarfslüftung, zum Beispiel über eine Feuchteregelung, eine wichtige Rolle beim Bautenschutz von Wohngebäuden. Denn ohne eine ausreichende Abführung nutzungsbedingter Feuchtigkeit, besteht insbesondere bei unzureichender Dämmung der Gebäudehülle oder bei Wärmebrücken, unweigerlich die Gefahr von Schimmelpilzbildung und damit verbunden Gebäudeschäden und eine Gesundheitsgefahr für die Nutzer. Anforderungen im Wohnbereich regelt die DIN?1946-6. Der Bautenschutz hat wiederum unmittelbaren Einfluss auf die Vermietbarkeit bzw. den Werterhalt einer Immobilie und hilft somit, Kosten durch Bauschäden, juristische Auseinandersetzungen mit den Mietern oder unnötige Leerstände zu vermeiden.
Ausführliche Informationen zum Thema „Bedarfsgeregelte Lüftung im Nichtwohnungsbau“ liefert der TGA-Report 01/2014, der beim Fachverband Gebäude-Klima e.V., Danziger Straße 20, 74321Bietigheim-Bissingen, Tel.: 07142 7888990, Fax: 78889919, E-Mail: info@fgk.de, zum Preis von 15,– Euro erhältlich ist.

Autoren: Die Autoren des Beitrags sind Dipl.-Ing. Claus Händel, Technischer Referent im FGK, und Dipl.-Ing. Holger Rausch, Assistent im Technischen Referat  im FGK.

[1] VDMA 24773 Bedarfsgeregelte Lüftung – Begriffe, Anforderungen, Regelstrategien, 3/1997
[2] DIN V 18599 Teile 1 bis 11 Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung, 12/2011
[3] Bedarfsgeregelte Lüftung – Regelstrategien und Applikationen für einen energieeffizienten Betrieb“, SiemensAutorin: Grit Wolkowicz