Geregelte Luftverhältnisse für Lüftungsgerät und Feuerstätte

Kombinationen von Feuerstätten und Lüftungsanlagen sowie anderen luftabsaugenden Systemen wie z.B. Abluft-Dunstabzugshauben oder zentrale Staubsauger sind in Wohnungen sicherheitsrelevant, da unzulässig hoher Unterdruck im Aufstellraum der Feuerstätte aufgrund des möglichen Austretens von Abgasen in die Wohnung verhindert werden muss. Die im Juni 2017 neu erschienenen Beiblätter 3 und 4 der DIN 1946-6 sollen zukünftig als Basis für die allgemeingültige Zulassung von Systemen und Komponenten beim gemeinsamen Betrieb von Feuerstätten und Lüftungsanlagen (oder anderen Unterdruck erzeugenden Systemen) dienen.

Bisher gab es in Deutschland keine flächendeckenden rechtsverbindlich detaillierte Lösungen zum Betrieb von Feuerstätten und Lüftungsanlagen. Meist wurden und werden Entscheidungen im Einzelfall durch den zuständigen Bezirksschornsteinfeger getroffen. In den Landes-Feuerungsverordnungen werden die Anforderungen an die Aufstellung und Verbrennungsluftversorgung von Feuerstätten zusammengefasst. Beim gemeinsamen Betrieb einer Feuerstätte und einer Lüftungsanlage muss sichergestellt werden, dass kein gefährlicher Unterdruck – in Verbindung mit der möglichen Anreicherung von Rauchgasen im Aufstellraum der Feuerstätte – entsteht.
Besondere Aufmerksamkeit ist dem gemeinsamen Betrieb von raumluftabhängigen Feuerstätten (Bild 2) und Lüftungsanlagen (bzw. Dunstabzugshauben und anderen luftabsaugenden Einrichtungen) in Wohnungen bzw. in Räumen zu widmen. Bei raumluftunabhängigen Feuerstätten (Bild 4) wird die Verbrennungsluftzufuhr über eine separate Zuluftleitung erbracht. Die Auswahl der Sicherheitseinrichtung ist von der Zusammenstellung der Anlage und von ihrer Betriebsweise abhängig. Deren Funktion Funktion ist bei der Inbetriebnahme nach DIN 1946-6 (Ausgabe Mai 2009) [1] nachzuweisen und zu dokumentieren. Die Norm unterscheidet dabei in Abschnitt 8.5 folgende Betriebsweisen von raumluftabhängigen Feuerstätten und Lüftungsanlagen (bzw. Dunstabzugshauben und anderen luftabsaugenden Einrichtungen):

• wechselseitiger Betrieb: Voraussetzung dafür ist eine Sicherheitseinrichtung, die sicherstellt, dass die Lüftungsanlage nicht in Betrieb ist bzw. in Betrieb genommen werden kann, wenn eine raumluftabhängige Feuerstätte betrieben wird bzw. umgekehrt oder
• gemeinsamer Betrieb: Voraussetzung dafür ist eine Sicherheitseinrichtung, die sicherstellt, dass die Lüftungsanlage bzw. eine „schnell abschaltbare Feuerstätte“ abgeschaltet werden bzw. nicht in Betrieb geht, wenn ein gefährlicher Unterdruck im Aufstellraum der Feuerstätte entsteht. Sicherheitseinrichtungen für den gemeinsamen Betrieb benötigen wie Feuerstätten und Lüftungsgeräte einen allgemeinen bauaufsichtlichen Verwendbarkeitsnachweis (z. B. eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung) und wirken im Störfall auf die Lüftungsanlage ein bzw. geben eine ausreichend große Öffnung ins Freie (z. B. Außenluftdurchlass – kurz: ALD) frei.

Ergänzend zu diesem Abschnitt in DIN 1946-6 enthalten die nun vorliegenden Beiblätter 3 und 4 weitere Informati­onen ohne zusätzlich genormte Festlegungen:

• Im Beiblatt 3 werden Installationsregeln für den Betrieb von Feuerstätten und Lüftungsgeräten beschrieben [2].
• Beiblatt 4 stellt Beispiele für Installationsmöglichkeiten für den gemeinsamen Betrieb von Feuerstätten und Lüftungsgeräten dar [3].

Installationsregeln nach Beiblatt 3
Bei der Planung von Feuerstätten in Kombination mit Lüftungsanlagen oder anderen luftabsaugenden Einrichtungen ist sicherzustellen, dass die Verbrennungsluftversorgung der Feuerstätte und die sichere Abführung der Feuerstättenabgase gewährleistet sind. Dies kann z. B. durch den Einsatz von Sicherheitseinrichtungen bei gemeinsamem Betrieb erreicht werden. Die gemeinsame Beurteilung der Installation Feuerstätte (Bemessung nach DIN EN 13384-1 [4]) und Lüftungsanlage (Bemessung nach DIN 1946-6) baut auf dem Funktionsnachweis für die einzelnen Anlagen auf.

Bemessung und Aufbau
Die Beurteilung der Installation Feuerstätte und Lüftungsanlage basiert auf der Berechnung oder Messung von Luftvolumenströmen und Differenzdrücken zwischen dem Freien und dem Aufstellort der Feuerstätte. Der zulässige Differenzdruck zwischen dem Freien und dem Aufstellraum für den gemeinsamen Betrieb mit raumluftabhängiger Feuerstätte darf dabei 4 Pa nicht überschreiten. Bei raumluftunabhängigen Feuerstätten ist ein Differenzdruck von bis zu 8 Pa zulässig.
Der Nachweis zur Einhaltung des zulässigen Differenzdruckes kann rechnerisch (siehe folgender Abschnitt) oder messtechnisch erfolgen. Beim messtechnischen Nachweis werden die Differenzdrücke vor Ort ermittelt und mit den maximal zulässigen Differenzdrücken verglichen.
Zur Überwachung der zulässigen Differenzdrücke bei gemeinsamem Betrieb von Feuerstätte und Lüftungsanlage
können Sicherheitseinrichtungen zum Einsatz kommen. Dazu zählen z. B. Einrichtungen zur Überwachung des Differenzdrucks zwischen Aufstellraum und Abgas im Verbindungsstück oder zur Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Alternativ sind auch spezielle Bauarten der Feuerstätte oder der Lüftungsanlage möglich. Das Ziel einer dauerhaft sicheren Betriebsweise einer Feuerstätte in Verbindung mit einer Lüftungsanlage wird somit erreicht durch:

1. nicht gemeinsamen Betrieb der Feuerstätte und der Lüftungsanlage oder
2. Sicherheitseinrichtung bei gemeinsamem Betrieb der Feuerstätte und der Lüftungsanlage oder
3. gemeinsamen Betrieb von raumluftunabhängigen Feuerstätten und Lüftungsanlage, wenn die Lüftungsanlage vom Typ „F“) ist oder zeitweise Disbalance der Lüftungsanlage (z. B. Frostschutzbetrieb) durch Gebäudeundichtheit oder durch Nachströmeinrichtungen ausgeglichen wird oder
4. gemeinsamen Betrieb der Feuerstätte und der unbalancierten Lüftungsanlage, z. B. Dunstabzugshauben im Abluft­betrieb, wenn eine Positionsüberwachung) der Zulufteinrichtung bzw. Nachströmeinrichtung vorhanden ist.

Rechnerischer Nachweis nach Anhang A

Für den rechnerischen Nachweis des entstehenden Unterdrucks sind in vier Schritten zu ermitteln, der:

1. Verbrennungsluft-Volumenstrom einer raumluftabhängigen Feuerstätte in Abhängigkeit der (fiktiven) Nennleis­tung der raumluftabhängigen Feuerstätte q_v,RLA,
2. Luftvolumenstrom durch Abluftüberschuss eines Lüftungsgerätes Δ_qv,LG ,
3. Luftvolumenstrom bei Unterdruck in der Nutzungseinheit qv,Unterdruck = q_v,RLA + Δ_qv,LG,
4. Unterdruck im Raum bzw. in der Nutzungseinheit Δp_Unterdruck.

Der allgemeingültige Berechnungsansatz zur Bestimmung des Unterdrucks wird mit der nachfolgenden Formel berechnet:

Dabei ist:
Δp_Unterdruck    Unterdruck im Aufstellraum der Feuerstätte bzw. in der Nutzungseinheit (in Pa),
q^{v, Unterdruck}    Luftvolumenstrom bei Unterdruck (in m³/h),
ƒ_{wirk, Komp}    Korrekturfaktor für den wirksamen Infiltrationsluftanteil in Abhängigkeit von der Lüftungskomponente,
A_NE    Grundfläche des Aufstellraums der Feuerstätte bzw. der Nutzungseinheit (in m²),
H_R    Mittlere lichte Höhe des Aufstellraums der Feuerstätte bzw. der Nutzungseinheit (in m),
n₅₀    Luftwechsel bei Δp = 50 Pa (in h-1),
ƒ_{wirk, Lage}    Korrekturfaktor für den wirksamen Infiltrationsluftanteil in Abhängigkeit von der Gebäudelage,
nF_ugen    Druckexponent für Fugen (Standardwert nFugen = 2/3),
D_i    Luftdurchlässigkeit des ALD i (in m³/(h ∙ Pan)),
nALD, i    Druckexponent für ALD i (aus ALD-Kennlinie oder für vollständig turbulente Strömung n_ALD = ½).

Diese Gleichung lässt sich allgemeingültig und mathematisch korrekt nur durch eine Iteration lösen. Näherungsweise sind im Anhang A Gleichungen zur Bestimmung des sich einstellenden Unterdrucks ohne iterative Lösung angegeben, die hier in Tabelle 1 dargestellt sind. Grundlage für das Näherungsverfahren ist die Annahme, dass die Druckexponenten für Fugen und ALD gleich sind (n_Fugen = n_ALD). Damit resultieren jedoch in den Fällen mit Außenluftdurchlässen höhere sich einstellende Unterdrücke im Aufstellraum der Feuerstätte bzw. in der Nutzungseinheit im Vergleich zur iterativen Lösung.
Für Nutzungseinheiten ohne Außenluftdurchlässe ist die in Tabelle 1 angegebene allgemeine, vereinfachte Lösung mathematisch korrekt (ohne Iteration lösbar) und ergibt sich direkt aus der vor der Tabelle angeführten Gleichung für den Unterdruck.

Beispiele
In Bild 5 und Bild 6 sind die sich einstellenden Unterdruckverläufe in Abhängigkeit der Wohnfläche für beispielhafte Randbedingungen dargestellt. Bild 5 (Abluftsystem Typ F und raumluftabhängige Feuerstätte) zeigt die Differenz der beiden Verfahren und bestätigt die Aussage „Iteration kann entfallen, wenn Bedingungen mit Näherung erfüllt ist.“ Es zeigt sich, dass unter den beispielhaft getroffenen Annahmen mit beiden rechnerischen Nachweisen die Einhaltung von 4 Pa (maximal zulässiger Unterdruck bei raumluftabhängigen Feuerstätten) nicht nachgewiesen werden kann. Um den zulässigen Unterdruck einzuhalten, müssen neben den ALD nach DIN 1946-6 zur Nachströmung für das Lüftungsgerät und zur Verbrennungsluftversorgung weitere ALD vorgesehen werden. Beispielhaft ist dies in Bild 5 ergänzt zum Nachweis mit der iterativen Lösung.
In Bild 6 (Zu-/Abluftsystem Standard oder Typ F und raumluftunabhängige Feuerstätte) kann aufgrund der Berechnung ohne ALD auf die Unterscheidung Iteration und Näherung verzichtet werden. Es wird deutlich, dass bei Installation einer Zu-/Abluftanlage, Typ F, unabhängig von der Wohnfläche der zulässige Unterdruck von 8 Pa (maximal zulässiger Unterdruck bei raumluftunabhängigen Feuerstätten) immer erfüllt ist. Anders sieht es bei der Installation einer Zu-/Abluftanlage Standard aus. Hier kann nur durch zusätzliche ALD bzw. Öffnungen ins Freie der zulässige Unterdruck eingehalten werden.

Installationsbeispiele nach Beiblatt 4
Ergänzend zu Beiblatt 3 werden im Beiblatt 4 Installationsbeispiele aufgezeigt. Diese sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2: Überblick der Installationsbeispiele aus DIN 1946-6 Beiblatt 4.
Bilderlegende: 1) Feuerstätte, 2) Lüftungsanlage, 3) Sicherheitseinrichtung, 4) Dunstabzugshaube, 5) Steuerbares ALD.

Fazit
Zusammen mit den Landes-Feuerungsverordnungen schaffen die Beiblätter 3 und 4 der DIN 1946-6 die Basis für die Zulassung von Systemen und Komponenten für den gemeinsamen Betrieb von Feuerstätten und Lüftungsanlagen. Durch die Anwendung der Beiblätter mit ihren Installationsregeln und Installationsbeispielen in der Praxis sollte zukünftig ein kritischer Unterdruck im Aufstellraum der Feuerstätte bzw. in der Nutzungseinheit der „Vergangenheit angehören und technisch empfehlenswerte Systeme wie eine Kombination einer raumluftunabhängigen Feuerstätte mit einem Lüftungsgerät vom Typ F marktübliche Lösung werden“. 

Literatur:
[1]    DIN 1946-6, Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen zur Bemessung, Ausführung und Kennzeichnung, Übergabe/Übernahme (Abnahme) und Instandhaltung, 2009-05
[2]    DIN 1946-6, Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen zur Bemessung, Ausführung und
Kennzeichnung, Übergabe/Übernahme (Abnahme) und Instandhaltung; Beiblatt 3: Gemein-
samer und nicht gemeinsamer Betrieb von Lüf-tungsgeräten und Einzelraumfeuerstätten für feste Brennstoffe – Installationsregeln, 2017-06
[3]    DIN 1946-6, Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen zur Bemessung, Ausführung und Kennzeichnung, Übergabe/Übernahme (Abnahme) und Instandhaltung; Beiblatt 4: Gemeinsamer Betrieb von Lüftungsgeräten und Einzelraumfeuerstätten für feste Brennstoffe – Installationsbeispiele, 2017-06
[4]    DIN EN 13384-1, Abgasanlagen – Wärme- und strömungstechnische Berechnungsverfahren – Teil 1: Abgasanlagen mit einer Feuerstätte, 2015-06
[5]    DIN EN ISO 9972, Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden – Differenzdruckverfahren, 2015-12

Autoren: Dipl.-Ing. Christine Knaus, ITG Dresden GmbH; Dipl.-Ing. Anne Hartmann, TU Berlin, Hermann-Rietschel-Institut; Prof. Dr.-Ing. Thomas Hartmann, ITG Dresden GmbH

Begriffe nach Beiblatt 3 DIN 1946-6
Nicht balancierter und balancierter Betrieb der Lüftungsanlage
Eine Disbalance der Lüftungsanlage ist gegeben, wenn die Zuluft- und Abluftvolumenströme voneinander abweichen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn im Frostschutzbetrieb der Zuluftvolumenstrom reduziert wird bzw. der Betrieb nur mit Abluft erfolgt. Sind die Zuluft- und Abluftvolumenströme gleich groß (max. Abweichung von ± 10 %), dann wird die Lüftungsanlage im balancierten
Betrieb betrieben.

Dunstabzugshauben
Dunstabzugshauben können als Umluft- oder als Abluftgeräte betrieben werden. Im Umluftbetrieb wird die aus dem Kochbereich abgesaugte Abluft hinter dem Filter dem Raum wieder vollständig zugeführt. Es kommt zu keiner Druckänderung im Raum. Im Abluftbetrieb wird die aus dem Kochbereich abgesaugte Abluft hinter dem Filter über eine Luftleitung nach Außen geführt. Es entsteht – in Abhängigkeit von den Nachströmmöglichkeiten von Luft – ein Unterdruck im Raum. Das gleiche Verhalten weisen luftabsaugende Einrichtungen wie Abluftwäschetrockner oder zentrale Staubsauger auf.