IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 8/1996, Seite 40 ff.

HEIZUNG/LÜFTUNG

Heizen und kühlen
mit Ventilatorkonvektoren

Dipl.-Ing. Herbert Schartmann

Büroräume und ähnliche Arbeitsstätten benötigen nicht nur eine Heizung zur Aufrechterhaltung eines gesunden Arbeitsklimas, sondern auch eine Kühlmöglichkeit. Zur individuellen Heizung und Kühlung von Räumen bietet sich der Einsatz von Ventilatorkonvektoren - oft als Truhengeräte oder Fancoils bezeichnet - an.

1. Einleitung

Sonnenstrahlung und Transmissionswärme im Sommer lassen sich zwar durch geschickte Fassadenkonstruktion einschränken, aber nicht vollständig eliminieren. Die inneren Wärmelasten durch Personen, Beleuchtung, EDV-Anlagen und Maschinen führen vielfach zu unerträglichem Temperaturanstieg. Eine nicht ausreichende Luftqualität erhöht für die Beschäftigten die Streßsituation weiter; die Leistung und die Arbeitsqualität sinken, der Krankenstand in der Belegschaft steigt.

Die wärmedichte Bauweise nach der Wärmeschutzverordnung senkt den Wärmebedarf und erhöht zwangsläufig die Betriebszeiten, in denen Wärme abgeführt werden muß, um angenehme Temperaturen zu gewährleisten. An zentraler Stelle im Gebäude wird Wasser erwärmt und gekühlt, und die Ventilatorkonvektoren in den Räumen werden über ein 4-Leiter-System versorgt: mit Vor- und Rücklauf Heizung sowie Vor- und Rücklauf Kühlung. Die Ventilatorkonvektoren haben ein Luftfilter, um die Verschmutzung der Wärmeaustauscher zu vermeiden oder sind leicht und gut zu reinigen. Die Ventilatoren können von Hand oder automatisch geschaltet werden. Die Raumnutzer schätzen die Möglichkeit dieser individuellen Bedienung.

Bild 1: Wärmelasten in W/m2 eines typischen Büroraumes im Laufe eines Jahres
A - maximaler spezifischer Wärmebedarf;
B - spezifischer Wärmebedarf bei Sonnenstrahlung und Innenlasten;
C - maximale spezifische Kühllast;
D - spezifische Kühllast des nicht benutzten Raumes.

2. Wärmebedarf - Kühllast

Die Leistung der Ventilatorkonvektoren ergibt sich aus dem Wärmebedarf der Räume nach DIN 4701 (heute auch als Heizlast bezeichnet) und der Kühllast nach VDI 2078. Der berechnete Wärmebedarf tritt jedoch nur bei niedrigster Außentemperatur und dunklem Himmel auf (keine Strahlungswärme) (Bild 1, Punkt A). An einem sonnigen kalten Wintertag reduziert sich der Wärmebedarf um die Strahlungswärme und um die inneren thermischen Lasten aus Personen und Elektrogeräten (Bild 1, Punkt B). Die maximale Kühllast hingegen summiert alle äußeren und inneren Wärmelasten (Bild 1, Punkt C). Ein ungenutzter Raum hat eine geringere Kühllast (Bild 1, Punkt D). Der mögliche Lastverlauf eines üblichen Büroraumes über ein ganzes Jahr zeigt Bild 1. Das Diagramm macht die Notwendigkeit der individuellen Raumtemperaturregelung deutlich. Selbst in der Winterzeit mit niedrigen Außentemperaturen muß Heiz- und Kühlwasser in den Räumen anstehen, um die sehr unterschiedlichen thermischen Lasten ausregeln zu können.

Bild 2: Die 8760 Stunden eines Jahres, aufgeteilt über die Außentemperatur einer mitteldeutschen Großstadt.

Die Anzahl der Jahresstunden in Abhängigkeit der Außentemperatur für eine mitteldeutsche Stadt zeigt Bild 2. Die Jahresstunden bzw. Betriebsstunden der Heiz- und Kühleinrichtung mit maximaler Leistung sind im 10-Jahres-Mittel nur sehr gering. Hingegen liegen im Außentemperaturbereich von 0°C bis +20°C etwa 80% aller Jahresstunden. Es wird somit in Verbindung mit Bild 1 deutlich, daß die Zeiten des sogenannten Übergangsbetriebes oder der Teillast groß sind und die Anlagentechnik deshalb diesen Betriebsbedingungen besonders angepaßt werden muß. Die Einteilung der Heiz- und Kühlkreise nach Himmelsrichtungen genügt nicht, da sehr stark die inneren thermischen Lasten über die Notwendigkeit der Wärmeabfuhr oder Wärmezufuhr entscheiden.

Bild 3: Raumtemperaturregelung mit Ventilatorstufenschalter; Heiz- und Kühlventil sind gegeneinander gesperrt, Raumtemperaturfühler in der Umluft.

3. Regelung

Die Ventilatorkonvektoren werden in aller Regel an ein 4-Leiter-System angeschlossen. In jedem Wasserkreis ist ein Regelventil als Durchgangs- oder Trennventil (Dreiwege-Umschaltventil) eingebaut. Diese Ventile werden in Abhängigkeit der Raumtemperatur von einem Raumregler in Folge geregelt (Bild 3). Der gleichzeitige Wasserdurchsatz von Kalt- und Warmwasser und der dadurch eintretende Energieverlust wird durch eine entsprechende neutrale Zone in der Regelung mit Sicherheit ausgeschlossen (Bild 4). Die Vor- und Nachteile von Durchgangsventilen und Trennventilen mit drei Anschlüssen sind aus der Heizungstechnik hinreichend bekannt. Bei Einsatz von preisgünstigeren Durchgangsventilen muß auf geeignete Art im Wassernetz der hydraulische Ausgleich sichergestellt werden, damit zu hohe Drücke im Wassernetz bei Teillast die Qualität der Raumtemperaturregelung nicht ungünstig beeinflussen.

Bild 4: Ventil- und Klappenregelung im Heiz- und Kühlbetrieb.

Ventilatorkonvektoren mit luftseitiger Regelung werden über Klappen in ihrer Heiz- und Kühlleistung verändert. Da beide Wärmeaustauscher permanent von Wasser durchströmt werden, treten bei dieser Konstruktion hydraulische Probleme in den Wassernetzen nicht auf.

Der Ventilator eines Ventilatorkonvektors kann manuell in mehreren Stufen geschaltet werden. Es besteht jedoch ebenso die Möglichkeit, den Ventilatorbetrieb durch den Raumregler zu steuern. Eine hohe Akzeptanz der Anlagentechnik durch die Raumnutzer erzielt man jedoch bei Ventilatorschaltung von Hand.

Die Raumregelung kann eine sogenannte Frostschutzregelung beinhalten. Auch kann eine Mindestraumtemperatur von beispielsweise +14°C eingestellt werden. Bei Unterschreiten der Temperatur öffnet das Heizventil und der Ventilator schaltet ein, bis eine voreingestellte Temperaturerhöhung im Raum eingetreten ist. Anstelle einer Nachtabsenkung, wie sie in der Heiztechnik üblich ist, wird also ein intermettierender Betrieb (Ein-Aus) gefahren. Dieses Prinzip kann in umgekehrter Weise auch für den Kühlbetrieb Anwendung finden. Bei Überschreitung einer maximalen Raumtemperatur von ca. +28°C wird das Kühlventil geöffnet und der Ventilator in Betrieb gesetzt. Die Erwärmung der Räume auf unzumutbare Werte wird hierdurch vermieden; die Zeit zur Abkühlung auf die gewünschte Raumtemperatur während der Zeit der Nichtbenutzung wird auf ein akzeptables Maß reduziert.

Bei Räumen mit mehreren Ventilatorkonvektoren übernimmt ein Regler die Führung (Master-Regeleinheit) und die übrigen werden zu Folgegeräten (Slave-Regeleinheit). Ein Parallelbetrieb der Ventile oder Klappen wird hierdurch in allen Lastfällen sichergestellt.

4. Statische Heizung - Stille Kühlung

Ventilatorkonvektoren der verschiedenen Konstruktionen unterscheiden sich vor allem in der
Heiz- und Kühlleistung ohne Ventilatorbetrieb. Die Lage des Wärmeaustauschers zum Ventilator und seine Größe sind bestimmend für die Konvektion im Heizbetrieb. Wie bei Heizkonvektoren steigt mit der Schachthöhe der Auftrieb und die Wärmeleistung. Ist diese Leistung hoch, so sinkt die erforderliche Betriebszeit des Ventilators und damit die Betriebskosten. Die Ventilatorkonvektoren mit einer hohen statischen Heizleistung können die Räume nachts und an arbeitsfreien Tagen auf der gewünschten Temperatur halten - wie jede normale Warmwasserheizung.

Wenn der Luftkühler von Kaltwasser durchflossen wird, ist die Wirkungsweise umgekehrt. Mit größerer Schachthöhe strömt mehr gekühlte Luft durch Schwerkraft nach unten. Die "Stille Kühlung" führt zu einer Verteilung der Luft auf dem Fußboden. Durch Erwärmung wird sie an Wärmequellen wie Personen, EDV-Einrichtungen etc. in den oberen Raumbereich steigen. Diese Kühlung nach dem Prinzip der Quellüftung reicht in den Betriebszeiten mit geringer Kühllast aus, die Räume ohne Ventilatorbetrieb auf der gewünschten Temperatur zu halten. Mit steigender Kühllast wird der Ventilator stufenweise in seiner Drehzahl erhöht.

5. Bauarten von Ventilatorkonvektoren

Die seit vielen Jahren übliche Konstruktion von "Truhengeräten" und "Gebläsekonvektoren" wurde durch neuzeitliche Konstruktionen ergänzt, um sich den erhöhten Anforderungen an die Lautstärke, den Strömungsverhältnissen im Raum und den Betriebskosten anzupassen.

5.1 Traditionelle Bauart

Die traditionelle Bauart eines Ventilatorkonvektors zeigt Bild 5a. In einem Gerätegehäuse wird im unteren Bereich die Luft angesaugt, gefiltert und von einem Radialventilator über Wärmeaustauscher für Kühlung und Heizung oben ausgeblasen. Die angesaugte Luft kann Raumluft als Umluft sein, aber auch von außen zugeführt werden. Die vielen Varianten der Zuströmung mit Mischung und deren Lage wird in den Unterlagen der Hersteller ausführlich dargelegt.

  
Bild 5: Ventilatorkonvektoren verschiedener Bauarten:
a - Gerät mit Filter, Radialventilator, Heizer, Kühler, Regelventile im Gehäuse für oberen Luftauslaß; zusätzliche Verkleidung möglich.
b - Gerät für Wandmontage und bauseitiger Verkleidung mit oberem Luftauslaß, Wärmeaustauscher mit getrennten Wasserwegen für Heizung und Kühlung, wasserseitiger Regelung über Ventile, Querstromventilator; hohe statische Heizleistung, hohe Stille Kühlleistung.
c - Gerät wie b, jedoch mit zwei getrennten Wärmeaustauschern für Heizung und Kühlung und luftseitiger Regelung über Klappen mit Stellmotor.
d - Quelluft-Ventilatorkonvektor mit Querstromventilator, Spitzkanal, Wärmeaustauscher als Quelluftauslaß für Heizung und Kühlung mit getrennten Wasserwegen, Regelventile; hohe statische Heizleistung, hohe Stille Kühlleistung.

Der Luftkühler und die Kaltwasseranschlüsse sind oberhalb einer Schwitzwasserwanne mit Ablauf angeordnet. Die Konstruktion erlaubt den Wandanbau ebenso wie eine Deckenmontage. Derartige Ventilatorkonvektoren können durch eine bauseitige Brüstungsverkleidung der Raumarchitektur und den Erfordernissen der technischen Gebäudeausrüstung angepaßt werden. Bild 6 zeigt ein Gerät mit zusätzlicher Verkleidung aus lackiertem Stahlblech mit Unterstützungselementen und Zuluftgitter.

Bild 6: Ventilatorkonvektor für Wandanbau mit zusätzlicher lackierter Verkleidung, unterem Lufteinlaß und obenliegendem Zuluftgitter.

Geräte dieser Bauart werden für Luftvolumenströme von 100 bis 1600 m3/h und einer spezifischen Kühlleistung bis über 300 W je K Temperaturdifferenz gebaut. Die Kühlleistung ergibt sich aus der spezifischen Leistung, multipliziert mit der Temperaturdifferenz zwischen Lufteintritts- und Wassereintrittstemperatur. Die Heizleistungen sind entsprechend hoch. Jedoch sind hohe Leistungsdaten bei Ventilatorbetrieb nicht nur vorteilhaft für den Betreiber. Aus akustischen und raumströmungstechnischen Gründen sind sie oft auch problematisch. Bei der Festlegung der Geräteanzahl je Raum und Bestimmung der Baugröße sind die Grenzwerte nach DIN 1946 Teil 2 zu berücksichtigen. Bei abgeschalteten Ventilatoren ist die statische Heizleistung gering, da die für den Auftrieb erforderliche Schachthöhe fehlt. Die Ventilatorkonvektoren mit Radialventilatoren werden für 4-Leiter-Anlagen (getrennte Heiz- und Kaltwasserkreisläufe) wie auch für 2-Leiter-Anlagen (nur Heizung oder nur Kühlung) hergestellt. Statt eines Luft-Wasser-Erwärmers ist für Sonderfälle die Ausstattung mit Elektrolufterwärmer möglich.

5.2 Ventilatorkonvektor mit Querstromventilator und wasserseitiger Regelung

Geräte mit Querstromventilator oberhalb der Wärmeaustauscher erfüllen höhere Ansprüche an die Akustik und die Betriebskosten. Wie Bild 5b zeigt, entsteht durch die Zuordnung der Bauteile für den statischen Heizbetrieb ein höherer Auftriebsschacht. Die Folge ist eine hohe statische Leistung. Im Kühlfall hat der Wärmeaustauscher ohne Ventilatorbetrieb eine beachtliche Stille Kühlleistung. Die Betriebskosten für die Ventilatoren werden reduziert, da diese nur in den Zeiten der maximalen Kühllast und eventuell bei sehr hohem Wärmebedarf betrieben werden müssen. Der Stufenschalter wird durch die Raumnutzer selbst betätigt.

Zwei hydraulisch getrennte Wasserwege für Heizung und Kühlung ermöglichen den Anschluß an ein 4-Leiter-System. Geräte für 2-Leiter-Anlagen stehen ebenfalls zur Verfügung. Der frontseitig angeordnete Wärmeaustauscher kann durch ein Filter vor Verschmutzung geschützt werden. Eine Schwitzwasserwanne unterhalb der Anschlüsse und des Wärmeaustauschers sichert die Räume vor Wasserschäden (Bild 7). Es ist bei modernen Anlagen mit Ventilatorkonvektoren jedoch üblich, die Kaltwassertemperatur so nach unten hin zu begrenzen, daß Kondensatbildung vermieden wird.

Bild 7: Ventilatorkonvektor mit Querstromventilator, Wärmeaustauscher für zwei Wasserwege und angebauten Regelventilen, Schwitzwasserwanne.

Die Gerätekonstruktion zeichnet sich durch Zweckmäßigkeit und Einfachheit aus und erlaubt eine kostengünstige Wartung, da alle Teile gut zugänglich sind. Wärmeverluste treten nicht auf. Bewährt hat sich das Prinzip inzwischen in vielen großen und kleinen Gebäuden wie z.B. dem Messeturm Frankfurt, wo insgesamt über 2300 Geräte montiert sind [1]. Standardgeräte werden bis zu einer Nennbaulänge von 1200 mm mit Luftvolumenströmen bis ca. 670 m3/h und einer spezifischen Kühlleistung von maximal 120 W/K gebaut. Die statische Heizleistung liegt bei maximal 1600 W bei einer Raumtemperatur von +20°C und einer Wassereintrittstemperatur von +90°C. Derartig hohe Werte werden für Normalräume je Fensterachse allgemein nicht benötigt. Es werden deshalb die Kaltwassertemperaturen relativ hoch und die Warmwassertemperaturen mit niedrigen Werten gefahren. Die Wärmeverluste der Wasserverteilsysteme bleiben hierdurch gering.

5.3 Ventilatorkonvektoren mit
Querstromventilator und luftseitiger Klappenregelung

Der in Bild 5c dargestellte Ventilatorkonvektor ist von der Bauteilanordnung dem wasserseitig geregelten Gerät nach Bild 5b ähnlich. Er hat jedoch eine luftseitige Regelung mit Stellklappen. Je ein Wärmeaustauscher für Heizung (in Schräglage) und Kühlung (senkrecht, frontseitig) wird permanent von Warm- und Kaltwasser durchflossen. In Abhängigkeit der Raumtemperatur verstellt ein Motor die beiden Klappen in Sequenz, so daß die angesaugte Raumluft bei maximaler Kühllast über den Luftkühler geleitet wird. Der Lufterwärmer ist in diesem Betriebsfall durch eine eigene Klappe abgedeckt. Mit fallender Kühllast schließt die Kühlklappe und es wird ein Teil der Umluft über den unteren Bypaß geführt. Nach vollem Bypaßbetrieb öffnet die Heizklappe mit steigendem Wärmebedarf (Bild 4). Das Gerät hat ebenfalls eine hohe statische Heizleistung und eine hohe Stille Kühlleistung. Die Betriebszeiten für den Querstromventilator bleiben also relativ gering. Der unvermeidbare Wärmeverlust des Gerätes und die eventuell erhöhten Wartungsaufwendungen stehen als Nachteile dem Vorteil der robusten Klappenregelung gegenüber (Bild 8).

Bild 8: Ventilatorkonvektor mit Querstromventilator, Luftkühler frontseitig, eingebauter Lufterhitzer; Regelung über Klappen mit Stellantrieb.

5.4 Quelluft-Ventilatorkonvektor

Eine neuartige Bauart stellt der Quelluft-Ventilatorkonvektor nach Bild 5d dar. Diese Konstruktion verbindet die Vorzüge der Quellüftung - keine Zugerscheinungen - mit den Vorteilen des Gerätes nach Bild 5b. Das Gerät hat lediglich einen Wärmeaustauscher mit zwei getrennten Wasserwegen für Heizung und Kühlung (hohe statische Heizleistung und hohe Stille Kühlleistung) sowie einen Querstromventilator mit handbetätigtem Stufenschalter (Bild 9).

Bild 9: Quelluft-Ventilatorkonvektor mit Querstromventilator, hinten angeordneter Spitzkanal, Wärmeaustauscher als Luftauslaß mit getrennten Wasserwegen.

Im Kühlbetrieb muß der vertikale Temperaturanstieg im Raum begrenzt werden, damit die Temperaturdifferenz zwischen Fuß- und Kopfbereich der Raumnutzer die zulässigen Werte einhält. Messungen im Klimatechnischen Laboratorium und praktische Erfahrungen aus bestehenden Anlagen zeigen, daß die Zulufttemperatur etwa 4,5 K unter der Raumtemperatur liegen kann. Die Geschwindigkeit der Zuluft wird auf 0,2 m/s bei niedrigem Turbulenzgrad begrenzt. Über die Ansichtsfläche des Wärmeaustauschers strömt die Luft in den Raum. Dessen Größe bestimmt somit die maximale Kühlleistung. Quelluft-Ventilatorkonvektoren werden mit unterschiedlich hohen Wärmeaustauschern bis zu einer Nennlänge von 1800 mm gebaut. Die maximale Kühlleistung beträgt bei den genannten Grenzwerten 940 W.

6. Behaglichkeit und Raumluftströmung

Für die Erhaltung der Gesundheit und zur Streßbewältigung der Beschäftigten müssen akzeptable Bedingungen in den Arbeitsstätten hergestellt werden. Hierzu zählen unter anderem die Raumtemperatur zwischen +20°C im Winter, ansteigend auf +27°C bei Außentemperaturen über +32°C, Luftgeschwindigkeiten in der Aufenthaltszone des Raumes, die nicht als störender Zug empfunden werden, eine Luftqualität, die das Wohlbefinden der Menschen fördert und die Einhaltung einer maximal zulässigen Lautstärke.

Die gewünschte Raumtemperatur ist problemlos durch Ventilatorkonvektoren aller Bauarten und deren individuellen Raumtemperaturregelungen zu erreichen. Die Einhaltung niedriger Luftgeschwindigkeiten ist jedoch bei Geräten für Mischströmung (Bild 5a, b und c) in manchen Betriebsfällen schwieriger [2]. Im Heizbetrieb macht die Führung warmer Zuluft keine Probleme. Mit zunehmender Temperaturabsenkung kommt die Warmluft schichtweise mit geringer Geschwindigkeit in die Aufenthaltszone (Bild 10a). Kalte Luft im Kühlfall hat hingegen die Tendenz, von der Decke in die unteren Raumbereiche abzukippen (Bild 10b). Solche Fallströmungen können der Anlaß für Beschwerden der Raumnutzer sein. Um die Strömungsverhältnisse zu optimieren und die Beschwerdequote der Nutzer zu minimieren, sind folgende Hinweise für die Planung nützlich:

a) Die Kühllast durch verbesserten Sonnenschutz, optimierte Beleuchtung und andere Maßnahmen minimieren.

b) Im Bereich der aufsteigenden Zuluft keine größeren Versprünge einbauen.

c) Glatte Raumdecke ohne Unterzüge und herausragende Leuchten vermeidet abkippende Kaltluft.

d) Nicht wenige Geräte mit hoher Leistung und niedriger Zulufttemperatur im Kühlfall, sondern je Raumachse ein Gerät zur gleichmäßigen Raumbeaufschlagung installieren.

e) Wahlmöglichkeit der Raumtemperatur im Bereich von +20°C bis +27°C durch die Raumnutzer erhöht die Akzeptanz.

f) Ventilatorkonvektoren mit hoher statischer Heizleistung und hoher Stiller Kühlleistung reduzieren die Betriebsstunden der Ventilatoren. Ohne Ventilatorbetrieb gibt es weder störende Luftgeschwindigkeiten noch Geräusche.

g) Die Drehzahl der Ventilatoren soll individuell durch die Raumnutzer schaltbar sein. Die hohe Drehzahlstufe ist nur in den Stunden der maximalen thermischen Raumlast erforderlich. Die dadurch eventuell erhöhte Luftgeschwindigkeit und Lautstärke werden gern akzeptiert, da die Kühlung als angenehme Entlastung empfunden wird.

Aus vielen ausgeführten Anlagen ist bekannt, daß die Zahl der unzufriedenen Raumnutzer in Räumen mit Ventilatorkonvektoren gering ist. In Gebäuden mit Zentralklimaanlagen ist die Anzahl deutlich höher. Man kann diese Tatsache auf die individuelle Einflußnahme der Personen auf Temperatur und Luftvolumenstrom zurückführen. Auf Belästigungen durch die Haustechnik kann der Raumnutzer durch Temperaturänderung, Um- oder Abschalten der Ventilatoren etc. selbst reagieren.

In Anlagen mit Quelluft-Ventilatorkonvektoren gibt es naturgemäß keine Reklamationen über Zugerscheinungen (Bild 10c). Unterzüge, profilierte Decken, Möblierung etc. behindern die turbulenzarme Schichtströmung nicht. Selbst in unmittelbarer Nähe des Zuluftauslasses treten keine störenden Luftbewegungen auf.

Bild 10: Raumluftströmung bei Ventilatorkonvektoren:
a - turbulente Mischströmung bei oberem Luftauslaß;
b - wie a, jedoch mit Fallströmung durch ungünstige Raumgeometrie;
c - laminare Schichtströmung bei QuelluftVentilatorkonvektoren.

7. Ventilation der Räume

Zur Erreichung der thermischen Behaglichkeit im Sinne der Norm DIN 1946 Teil 2 (Raumlufttechnik - Gesundheitstechnische Anforderungen) ist die Sicherstellung einer ausreichenden Raumluftqualität erforderlich. Luftverunreinigungen durch Menschen, Pflanzen, Arbeitsprozesse, Baumaterialien und Möblierung der Räume müssen durch Ventilation beseitigt werden. Der Außenluftstrom für den Raum muß so bemessen sein, daß unter Berücksichtigung der Schadstoffbelastung der Außenluft im Raum eine gesundheitlich verträgliche Raumluft geschaffen wird.

Ventilatorkonvektoren dienen meist der Umluftheizung und Umluftkühlung. Geräte in der traditionellen Bauweise, wie sie Bild 6 zeigt, können zwar einen Außenluftanschluß und eine Misch- und Absperrklappe enthalten, doch ist diese Lösung für Gebäude mit vielen Geräten unzweckmäßig. Die Luftfilterung ist unzureichend, der Außenluftanschluß läßt das Außengeräusch praktisch ungedämpft in den Raum und der Wärmeverbrauch steigt durch unkontrollierten Außenluftbetrieb, der die Kombination mit Wärmerückgewinnung nicht zuläßt. Zusätzliche Probleme bereiten die Einfriergefahr und die bei hoher Luftfeuchte im Sommer mögliche Schwitzwasserbildung.

Statt einer dezentralen Außenluftzufuhr wird aus den vorgenannten Gründen eine zentrale Luftaufbereitung empfohlen. Eine zentrale Entlüftung ist ohnehin - auch bei dezentraler Zuluft - erforderlich. Zur Energieeinsparung können Wärmerückgewinnungssysteme ohne weiteres Anwendung finden [3]. Die Be- und Entlüftungsanlage mit dem minimalen Außenluftvolumenstrom wird mit den Ventilatorkonvektoren kombiniert [4]. Wie bei Induktionsklimaanlagen übernimmt die Außenluft als Primärluft die Lüftung und einen Anteil der Kühlung. Im Sommerbetrieb wird die Luft gekühlt und entfeuchtet. Sie bestimmt den Taupunkt der Raumluft. Schwitzwasserbildung wird somit an den Umluftkühlern der Ventilatorkonvektoren verhindert. Während der Heizperiode wird die Außenluft mit etwa +18°C in den Raum eingeblasen. Die Erwärmung auf Raumtemperatur übernimmt der Umluftheizer als Lüftungswärmebedarf. Die Außenluftzufuhr beeinträchtigt die Raumregelung nicht.

Bild 11: Ventilatorkonvektor kombiniert mit Ventilationsanlage;
a - turbulente Mischströmung mit Zuluftauslaß in der Decke;
b - laminare Schichtströmung mit Quelluft-Ventilatorkonvektor und angebautem Quelluftauslaß für Außenluft.

Der minimale erforderliche Außenluftstrom je Person schwankt je nach Raumnutzung von 20 m3/h bei Konferenzräumen, bis 60 m3/h bei Großraumbüros mit Rauch-Erlaubnis. Dieser relativ kleine Luftstrom - etwa 2facher Luftwechsel - macht strömungstechnisch keine Probleme. Bei Räumen mit Ventilatorkonvektoren für turbulente Mischströmung kann der Außenluftanteil als Primärluft in das Gerät geleitet werden oder über einen Deckenluftauslaß eingebracht werden (Bild 11a).

Quelluft-Ventilatorkonvektoren können seitlich in Höhe des Wärmeaustauschers einen zusätzlichen Quelluftauslaß für Außenluft enthalten. Auch bei abgeschaltetem Ventilator tritt die Außenluft wie bei jeder laminaren oder turbulenzarmen Verdrängungsströmung in den Raum. Die Schichtströmung unterstützt den natürlichen Temperaturanstieg im Raum mit der Höhe. Die Abluft muß deshalb möglichst an der höchsten Stelle abgesaugt werden, um durch die Abluftwärme die Kühllast des Raumes zu reduzieren (Bild 11b). Die Betriebskosten für Kühlung sinken.

Sollten Räume zusätzlich die Möglichkeit einer Fensterlüftung erhalten, so ist die Unterbrechung des Kaltwasserdurchflusses durch einen Fensterkontaktschalter sinnvoll. Unerwünschte Energieaufwendungen für Kühlung mit Schwitzwasserbildung werden dadurch vermieden.

8. Zusammenfassung

Alle Maßnahmen der Technischen Gebäudeausrüstung müssen dem Ziel untergeordnet sein, Bedingungen für Menschen in Räumen zu schaffen, die ihre Gesundheit erhalten, das Wohlbefinden fördern und dies bei minimalen Kosten für Investition und Betrieb. Raumlufttechnische Anlagen mit Ventilatorkonvektoren für Umluft und Be- und Entlüftungseinrichtungen mit Wärmerückgewinnung sind wichtige Bestandteile eines Gebäudes und bedürfen der sorgfältigen Planung. Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Gerätekonstruktionen, Raumströmungsformen, Regelungen und Lüftungseinrichtungen sind in jedem Einzelfall abzuwägen, um den optimalen Kompromiß für Raumnutzer, Anlagenbetreiber und Investor zu finden. Traditionelle und neuzeitliche Konstruktionen von Ventilatorkonvektoren bieten eine breite Anwendungspalette.

L i t e r a t u r :

[1] Klimatechnisches Laboratorium Betzdorf: Raumströmungsversuch für einen Büroraum mit Ventilatorkonvektor und Deckenluftauslaß für den Messeturm Frankfurt/Main. ROX-Versuchsbericht Nr. 528.

[2] Laux, H.: Experimentelle Untersuchungen der Luftführung in Räumen mit Hochdruck-Induktionsanlagen. VDI-Berichte Nr. 136, 1969.

[3] Schartmann, H.: Energiesparen - unsere Chance, Wärmerückgewinnung in RLT-Anlagen mit Abluftbefeuchtung. KI - Luft- und Kältetechnik, 3/1996.

[4] Recknagel-Sprenger-Schramek: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik; Ausgabe 94/95; Seiten 1059 bis 1060 und 1452 bis 1454.

B i l d e r : ROX Lufttechnische Gerätebau GmbH

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