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2002-03: Passivhäuser

Planung und Qualitätssicherung

Bei der Planung einer Lüftungsanlage sind entsprechend dem steigenden Detaillierungsgrad in der Planung verschiedene Festsetzungen zu treffen.
Im Rahmen der ersten Planungsstufe müssen zunächst die gebäudespezifischen Gegebenheiten sowie die bewohnerspezifischen Anforderungen an die haustechnische Planung geklärt werden.

Planungsgrundsätze für Wohnungs-Lüftungsanlagen

Von Norbert Stärz*

Für die Definition von Zuluft- (Wohn- und Schlafträume) und Ablufträumen (Küchen, Bäder, Abstellräume), sowie Überströmzonen (Flure) ist eine möglichst klar strukturierte Anordnung der Räume anzustreben. Neben diesen Räumen, die in die Luftführung eingebunden sind, können bestimmte Räume bewusst aus der Luftführung herausgenommen werden, wie zum Beispiel ein Windfang, der tatsächlich einen Pufferraum darstellen sollte.

Nennvolumenstrom

Bei der Festlegung des Nennvolumenstroms sind folgende vier Hygienekriterien zu beachten: Erstens ist aus Luftqualitätsgründen (CO2-Grenzwert) für Daeueraufenthaltsräume, wie z. B. Schlafräume, pro PErson ein Volumenstrom von 20 m³/h erforderlich. Nach gültiger Norm (DIN 1946) wir je Person 30 m³/h Zuluft gefordert. Dies gilt entsprechend der Bewohnerzahl respektive der Schlafplätze auf das Gebäude bezogen. Weiters soll der auf das Gebäudeinnenvolumen bezogene Luftwechsel einen Wert von 0,3 l/h nicht unterschreiten, um eine Schadstoffreduktion zu gewährleisten. Schließlich ist ein Volumenstrom für die Ablufträume von 60 m³/h für Kücen, 40 m³/h für Bäder und 20 m³/h für WC's/Abstellräume vorzusehen (Geruch/Schadstoffabführung).
In aller Regel lassen sich die Anforderungen nicht in Übereinstimmung bringen, sodass der Planer eine Abwägung treffen muss. Diese sollte primär auf einen möglichst kleinen Volumenstrom ausgerichtet sein. Insgesamt ist die Ausgeglichenheit zweischen Frisch- und Fortluftvolumenstrom für die betrachtete Nutzeinheit einzuhalten.
Bereits jetzt kann geprüft werden, ob die Luftmenge zur Beheizung ausreichend ist: Je m³ Zuluft kann eine Wärmeleistung von ca. 10W eingebracht werden, d. h., wenn die nach den Hygienekriterien eingebrachte Zuluftmenge etwa der Energiebezugsfläche entspricht, ist eine Beheizung mit der Zuluft in der Regel möglich.

Aufstellung des Lüftungsgerätes

Um Wärmeverluste gering zu halten, ist die Aufstellung eines Lüftungsgerätes innerhalb der thermischen Gebäudehülle empfehlenswert. Zu beachten ist vo allem die Anordnung der Frischluft- bzw. der Fortluftleitung im Gebäude mit einer möglichst kurzen, gedämmten Strecke. Zwischen Frischluftansaugung und Fortluftblasung sollte ein Abstand von mindestens 1,5 m eingehalten werden, damit ein Wiederansaugen der Fortluft durch eine Kurzschluss unmöglich ist.
Ansaug- und ausblasöffnung einer Lüftungsanlage sollten- zur Vermeidung unterschiedlicher Winddruckverhältnisse auf die Öffnungen - immer in die gleiche Windrichtung zeigen bzw. an der gleichen Fassadenseite liegen.

Zentralgerät

Je nach Bauart des Wärmetauschers (WT) werden unterschiedliche Wärmebereitstellungsgrade erreicht (ca. 65% beim Kreuzstrom-WT, ca. 75% beim Kreu-Gegenstrom-WT, ca. 80% beim Platten-Gegenstrom-WT und ca. 90% beimm Kanal-Gegenstrom-WT). Wesentlich für die Höhe der Wärmebereitstellung des Gerätes ist die Gehäusedämmung, die Führung der Luftströme, die Ausbildung der Luftkanäle und natürlich die Größe der wärmetauschenden Fläche. Kleine, kompakte Geräte bieten sicherlich Vorteile bei der Positionierung im Gebäude, weisen in der Regel jedoch nicht die erforderliche energetische Qualität auf.
Durch die Güte des Wärmetauschers wird die Zulufttemperatur entscheidend beieinflusst. Bei bekannter Rückwärmezahl lässt sich diese aus der Abluft- und der Außentemperatur berechnung (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Zulufttemperatur bei Wärmetauschern mit verschiedenen Rückwärmzahlen, (tAußen = -10°C, tAbluft = 20°C)

Eine Zulufttemperatur nach der Wärmerückgewinnung (WRG) von 14°C sollte zur Vermeidung von Zugluft nicht unterschritten werden.

Erdreichwärmetauscher

Ist ein Erdreichwärmetauscher (EWT) gewünscht, so ist anhand der örtlichen Gegebenheiten (Bodenart, Grundstücksgrenzen) zu klären, ob eine Verlegung möglcih bzw. sinnvoll ist. Im Rahmen einer Berechnung (z.B. Programm PH-Luft des PHI-Darmstadt) wird anschließend die Länge hinsichtlich Wirkungsgrad, Austrittstemperatur sowie Druckverlust optimiert.
Die Bodenart beeinflusst die Wirksamkeit des EWT erheblich. Bei ansonsten gleichen Bedingungen differiert die minimale Austrittstemperatur um ca. 5 Kelvin, wien in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Vergleich der Austrittstemperaturen aus einem Erdreichweärmetauscher bei verschiedenen Bodenarten und sonst gleichen Randbedingungen (Volumenstrom, Querschnitt, Verlegelänge)

Am Beispiel der Berechnungsergebnisse eines Einfamilienhauses ist in Abbildung 3 gezeigt, wie sich der Wärmebereitstellungsgrad des Lüftungsgerätes und ein EWT auf den Heizwärmebedar auswirken. Durch den Einsatz eines Kreuz-Gegenstrom-WT ohne Erdreichwärmetauscher lässt sich der Heizwärmebedarf von ca. 37 kWh/m²a um mehr als die Hälfte auf ca. 16,56kWh/m²a reduzieren. Eine Unterschreitung der 15kWh/m²a Grenze für Passivhäuser ist bei dem hier ausgewählten Gebäude allderings erst in kombination mit einem EWT erreichbar. Eine weitere Reduktion ergibt sich bei Einsatz eines Kanal-Gegenstrom-WT, ein zusätzlicher Erdreichwärmetauscher erbring dann nur eine geringe Zusatzeinsparung.

Abbildung 3: Einfluss der Wärmerückgewinnungsgüte des Lüftungsgerätes und eines Erdwärmetauschers auf den Heizwärmebedarf eines Einfamilienhauses

Im Rahmen der Vorplanung ist es daher sinnvoll, in Zusammenarbeit mit dem Architekt die Bauteilaufbauten (U-Werte) und ide Güte der Wärmerückgewinnung auf der Basis einer Enerigebilanzberechnung aufeinander abzustimmen.

Änderungen an Komponenten

Lüftungsauslässe für die Zuluft müssen so angebracht werdne, dass eine Verteilung im geamten Raum gewährleistet ist. Dies ist vor allem bei größeren Räumen nur durch dne Einsatz mehrerer Ventile und sogenannanter Weitwurfdüsen erreichbar. Die Luftmenge sollte je nach Auslass 35-40 m³/h nicht überschreiten, da sonst höhere Eigenschallerzeugung sowei Druckverluste in Kauf zu nehmen sind.
Die Luftabsaugung muss ebenfalls so angeordnet werden, dass eine Durchströmung des Raumes erfolgt. Bis zu 60m³/h können über ein Element abgeführt werden.
Der Planungsgrundsatz für die Leistungsführung lautet aus energetischen und ökonomischen Gründen, lange Rohrwege zu vermeiden.

Luftfilter

Filter dienen zur Verbesserung der Luftqualität und zur Veremeidung von Verschmutzungen des Wärmetauschers, der Ventilatoren und des Kanalnetzes. Bei vielen Wärmerückgewinnungsgeräten sind Frischlusft- und Abluftfilter der Klasse G4 im Gerät integriert. Sie dienen in erster Linie zum Schutz der Anlagenteile. Allergieauslösende Stoffe wie Pollenteile und Sporen können mit dieser Filterklasse kaum herausgefiltert werden. Daher ist zur Verbesserung der Luftqualität der Einbau eines Filters mindestens der Klasse F7 zu empfehlen. In stark belasteten Räumen wie z. B. der Küche ist zusätzlich ein Abluftelement mit Fettfangfilter einzubauen, um eine Verschmutzung des Kanalnetzes zu vermeiden.

Schalldämper

Schalldämpfer dienen zur Reduzierung der Ventilatorgeräusche und zur Schalldämpfung der Räume untereinander (Telefonieschall). In der Regel bestehen sie aus einem Außenrohr und einem perforierten Innenrohr. Der Zwischenraum ist mit Mineralwolle, Schaumstoff oder anderen schalldämpfenden Materialien ausgefüllt, und zum Luftstrom mit einem verdichteten Vlies oder einer Kunststofffolie abgedeckt. Die üblichen Packungsdichten betragen 25 oder 50 mm, die Baulängen liegen bei 50 bis 150 cm.
Neben den durch die Schalldämpfer erreichbaren Schallpegelreduzierungen ist auch die Einfügungsdämpfung der Auslässe zu berücksichtigen.

Leiungen

kunststoffrohrleitungen werden normalerweise für den Erdreichwärmetauscher eingesetzt. Zu Anwendung im Gebäude empfehlen sich starre Wickelfalzrohrleitungen und passende Formteile in verschiedenen Bauformen (rund, oval). Wegen ihrer geringen Oberflächenrauhigkeit bleiben die Druckverluste gering. Flexible Rohleitungen sollten nicht oder nur für sehr kurze Strecken eingesetzt werden. Der Druckverlust der Rohrleitungen ist bei den verschiedenen Systemen sehr unterschiedlich: Bei kleiner Nennweite mit geringem Volumenstrom ist der Druckverlust eines Rechteckkanals etwa dreimal so hoch wie der eines Rundrohres; bei größere Nennweite immer noch doppelt so hoch.
Der Druckverlust von Formstücken ist deutlich höher als der der Rohrleitung. ein Ziel der Planung muss somit, neben der generellen Forderung nach kurzen Rohleitungenswegen, die Vermeidung von Formstücken sein.

Heizregister

Bei der Auslegung des Heizregisters ist neben dem Luftseitigen Strömungswiderstand vor allem auch die Wärmeleistung bei den gegebenen heizseitigen Anbindungen zu beachten. Die korrekte Auslegung erfolgt mit dne technischen analgendaten Luftvolumenstrom, erforderliche Heizleistung, Zulufteintrittstemperatur nach der Wärmrückgewinnung und Wassereintrittstemperatur.
Wichtig ist die wärmegedämmte ausführung des Heizregisters, nach Möglichkeit bereits durch den Hersteller. Eine nachträgliche Wärmedämmung ist nur mit größerem Aufwand realisierbar.

Stromeffizienz

Der Stromverbrauch der Anlage ist von hoher Bedeutung für die Enerigeeffizienz der Anlage. mit einer Stromeffizienzzahl von 0,4W/(m³/h) ergibt sich bei 1200m³ geförderte Luft pro Stunde eine Leistungsaufnahem für Zu- und Abluftventilator einschließlich Steuerung von 50 Watt. Der Wärmetauscher mit 75% Wärmebereitstellungsgrad holt aus der Abluft bei -10°C Außentemperatur und einem Volumenstrom von 120 m³/h ca. 920 W zurück. Das Verhältnis zurückgewonnene Wärme zu eingesetztem Strom (Arbeitszahl) liegt somit etwa bei 17. Die Jahresarbeitszahl gut geplanter und ausgeführter anlagen liegt bie 10; zum Vergleich: Wärmepumpenanlagen erreichen Jahresarbeitszahlen zwischen 3 und 4. Durch entsprechende Auswahl geeigneter Komponenten kann die Stromeffizienzzahl von 0,4 ohne wieteres erreicht werden.

Zusammenfassung

Das passivhausgeeignete Lüftungsgerät weist einen Wärmebereitstellungsgrad von mindestens 75% auf, dies sichert eine hohen Behaglichkeit im wohnraum und dne niedrigen Heizwärmebedarf. In einer frühzeitigen Abstimmung zwischen baulichenm und technischem Standard, im Sinne einer integralen Planung, kann ein energetisches und finanzielles Optimum erreicht werden.

*) Dipl.-Ing. Norbert Stärz ist Inhaber des Ing.-Büros inPlan in Pfundstadt, Deutschland This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. [^]

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