IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 13/1996, Seite 30 ff.

LÜFTUNG

Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung

Dipl.-Ing. Eberhard Paul Teil 1

Die gezielte Lüftung unserer Wohnräume ist aus bauphysikalischen und hygienischen Gründen zwingend erforderlich. Durch den Einsatz der mechanischen Wohnungslüftung mit WRG wird allen Räumen der Wohnung ständig wohltemperierte Luft zugeführt. Diese Serie setzt sich aus drei Teilen zusammen und behandelt die Themen Luftvolumenströme und die wichtigsten Wärmerückgewinnungssysteme; sie gibt Hinweise zur Verlegung von Lüftungsleitungen und eine Argumentationsliste für die kontrollierte Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung.

1. Lüftungswärmeverluste und Lüftungsbedarf

Mit der neuen Wärmeschutzverordnung vollzieht sich in der Bau- und Heizungsbranche ein Wandel hin zum Niedrigenergiehaus (s. IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 20/1995). Durch die gute Wärmedämmung solcher Häuser reduziert sich der Transmissions-Wärmebedarf so weit, daß künftig die Lüftungswärmeverluste die Hälfte des gesamten Jahres-Heizwärmebedarfes ausmachen werden. Damit wird es für die Heizungs- und Klimabranche zunehmend interessant, beim Lüften einer Wohnung Energiesparsysteme einzusetzen.

Bild 1: Stoßlüftung durch kurzzeitige weite Öffnung von zwei Fenstern oder Fenster und Außentür. Kompletter Austausch der Raumluft mindestens aller 2 Stunden, um dem "0,5fachen Luftwechsel nach DIN 1946 Teil 2" zu entsprechen. Lüftungswärmebedarf = 100% alle 2 Stunden.

Allerdings kann man nicht einfach durch weniger Lüften diese Lüftungswärmeverluste reduzieren. Hinzu kommt, daß die gut wärmegedämmten Niedrig-Energie-Häuser (kurz NEH genannt) durch ihre dichte Bauhülle nicht mehr ausreichend atmen können. Daraus resultiert die inzwischen leidvolle Erfahrung, daß in solchen Häusern bei schlechter Lüftung immer öfter Feuchtebauschäden und Schimmelpilzbefall auftreten.

Ein hygienisch und bauphysikalisch notwendiges Minimum an Lüftung ist also notwendig. Wird einem Haus ausreichend Frischluft zugeführt, verbessert sich damit in entschiedenem Maße die Raumluft und Lebensqualität.

Diese beiden Zielsetzungen

lassen sich letztlich nur durch den Einsatz einer kontrollierten Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung verwirklichen.

Bild 2: Das Ergebnis: Ständig pendelnde Luftqualität im Raum, die je nach Nutzung und Lüftungsgewohnheit den hygienischen Grenzwert weit überschreiten kann, z.B. durch Raucher, ausgasende Arbeits- und Hilfsmittel, Reinigungsmittel, zu lange Perioden bis zur nächsten Lüftung.

2. Vergleich: Fensterlüftung und kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung

2.1 Fensterlüftung

Häufig wird eine Wohnung über angekippte Fenster gelüftet. Damit wird nur eine sehr mangelhafte Wohnungslüftung erreicht. Die einströmende Frischluft wird zum Großteil durch die Thermik am Fenster sofort wieder nach draußen bewegt. Weit geöffnete Fenster bewirken zwar eine gründliche Frischluftzufuhr, aber eben auch eine gründliche Abkühlung - leicht treten dabei Zugerscheinungen auf. Bei der Fensterlüftung wird die gute wärmedämmende Wirkung von dichtschließenden Fenstern (mit Wärmeschutzglas) ad absurdum geführt (Bilder 1 und 2).

2.2 Kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung

Bild 3: Ständige Absaugung warmer, verbrauchter Raumluft. Ihr wird im Wärmetauscher 50 bis 90% der Wärme entzogen und auf die Frischluft übertragen.

 

Für eine gute, gleichmäßige Luftversorgung ohne Wärmeverluste und Zugerscheinungen ist der Einsatz einer zentralen Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung die einzige Alternative (Bilder 3 und 4). Der Lüftungs-Wärmebedarf reduziert sich auf bis zu 10 % - über die gesamte Heizperiode gesehen.

3. Luftwechselzahl und Heizenergieverbrauch

Die Lüftungswärmeverluste in Gebäuden haben schon immer eine große Rolle gespielt. Daß dagegen früher nichts getan wurde liegt daran, daß es dichte Fenster einfach nicht gab und daran, daß die sonstigen Energieverluste durch die Wände nach außen so immens hoch waren, daß eine Verringerung der Lüftungsverluste sich wenig auf die Energiekosten auswirkte.

Um die Auswirkungen des individuellen Lüftungsbedarfs auf den gesamten Energieverbrauch abschätzen zu können, interessiert den betroffenen Verbraucher natürlich besonders: Wieviel Liter Heizöl oder m3 Erdgas braucht mein Haus, um die Energie für den notwendigen Luftaustausch bereitzustellen? Die Größe, die entscheidend die Höhe des Lüftungswärmebedarfes bestimmt, ist die sogenannte Luftwechselzahl b. Sie gibt an, wie oft pro Stunde ein kompletter Luftaustausch erzielt wird. Eine Luftwechselzahl von "1" in einer 75 m2 Etagenwohnung bedeutet z.B. einen Heizölverbrauch von knapp 700 Liter pro Winter (Bild 5). Bei einem Einfamilienhaus (140 m2) werden bei gleicher Luftwechselzahl im Mittel schon 1250 Liter Öl pro Jahr benötigt - entsprechend dem größeren Raumvolumen.

Bild 4: Das Ergebnis: Ständig eine gleichmäßige, gute Luftqualität bei richtiger Auslegung der Luftmenge nach Nutzung des Raumes - ohne Wohnraumabkühlung und Zugerscheinungen.

Der Einfluß eines veränderten Lüftungsverhaltens auf den Energieverbrauch läßt sich aus Bild 5 entnehmen. Wie hoch die Frischluftzufuhr für die einzelnen Wohnbereiche anzusetzen ist, wird im nächsten Kapitel eingehend erörtern.

Orientiert man sich an der "Pettenkofer-Grenze", ergibt sich daraus für einen 4-Personen-Haushalt eine notwendige Lufterneuerung etwa alle zwei Stunden (Etagenwohnung 75 m2) bzw. alle drei Stunden im größeren Einfamilienhaus. Wie in Bild 5 zu erkennen ist, sind dann bei beiden Wohnungstypen zwischen 250 und 500 Liter Öl nötig, um den Lüftungswärmebedarf zu decken. Durch den Einsatz des Wärmerückgewinnungssystems kann davon etwa die Hälfte eingespart werden. Einsparung: 125 l Öl/a bei einer Etagenwohnung mit 75 m2 und 250 l Öl/a bei einem Einfamilienhaus mit 140 m2.

Bild 5: Heizenergieverbrauch für die Lüftung in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Luftwechselrate (ohne WRG).

4. Luftvolumenstrom-Bestimmung

Für ein gesundes Leben in umbauten Räumen ist die Frischluftzufuhr unabdingbar. Eine Möglichkeit der Frischluftmengenberechnung ergibt sich aus dem personenbezogenen Frischluftbedarf entsprechend der Tätigkeit im Raum.

4.1 Kohlendioxidausstoß

Was den berechtigten Wunsch nach Frischluft auslöst, sind Gerüche von Körperausdünstungen und das mit der Atmung abgegebene Kohlendioxid. Bei jeder Verbrennung wird aus den kohlenstoffhaltigen Energierohstoffen durch Oxidation mit Sauerstoff Kohlendioxid erzeugt. Auch bei der Energieumwandlung im Körper entsteht laufend Kohlendioxid, das hauptsächlich über die Atmung abgegeben wird. Entsteht durch mangelhafte Lüftung eine zu hohe Kohlendioxidkonzentration in Wohnräumen, so gehen damit Ermüdungserscheinungen, Konzentrationsschwierigkeiten und Empfindungen wie "miefige, stickige, verbrauchte Luft" einher.

Aus einer Vielzahl von Raumklimauntersuchungen hat sich ein direkter Zusammenhang zwischen der Kohlendioxidkonzentration und anderen die Raumluft verschlechternden Gerüchen, Körperausdünstungen usw. ergeben. Bei der Bestimmung der nötigen Frischluftmengen liefert daher die Kohlendioxidabgabe des Menschen einen guten Anhaltspunkt, um auch alle anderen durch normale Benutzung entstehenden Luftverunreinigungen zu beseitigen.

Tabelle 1: Kohlendioxidproduktion und notwendiges Frischluftvolumen erwachsener Personen bei unterschiedlicher Betätigung

Art der Tätigkeit

Ausgeatmetes Kohlendioxid
l/h

Notwendiges Frischluftvolumen
m3/h

Schlafen/Ruhe

10 - 13

17 - 21

Lesen/Fernsehen

12 - 16

20 - 26

Schreibtischarbeit

19 - 26

32 - 42

Hausfrau

32 - 43

55 - 72

Handwerker/-in

55 - 75

90 - 130

Schon vor 130 Jahren (!) hatte der deutsche Forscher Max Pettenkofer den Kohlendioxidgehalt der Luft als Maßstab für die Raumluftqualität erkannt. Die von ihm empfohlene maximale Konzentration von 0,1 % Kohlendioxid in der Raumluft (ein in der Bundesrepublik und anderen europäischen Staaten anerkannter Grenzwert) führt zu Frischluftraten abhängig von der Kohlendioxidabgabe der Personen. Diese liegt - je nach Aktivität - bei Erwachsenen zwischen 10 bis 75 Litern pro Stunde (Tabelle 1).

4.2 Frischluft- und Abluftvolumenstrom

Aus der Kohlendioxidproduktion können die in Tabelle 2 zusammengestellten Richtwerte für die einzelnen Zimmer abgeleitet werden. Die DIN 1946-6 legt die einzuplanenden Abluft-Volumenströme fest. Diese DIN-Werte sind für fensterlose Räume vorgeschrieben und können für die Auslegung der Lüftungsanlage übernommen werden (Tabelle 3).

Tabelle 2: Personenabhängiger Luftvolumenstrom (in m3/h) für einzelne Zimmer

Zimmer

Personen

Frischluftvolumen

Schlafzimmer

1

20

 

2

40

Wohnzimmer

2

50

Kinderzimmer

1

35

 

2

70

Arbeitszimmer

1

35

Gästezimmer

1

25

Küche

1

60 (Abluft)

Für die Ermittlung des Frischluft-Volumenstromes können entweder die Richtwerte aus Tabelle 2 oder die Berechnung aus der Luftwechselzahl b verwendet werden. Bei einer Querdurchströmung der Wohnung von den Aufenthaltsräumen (Wohn- und Schlafräumen) hin zu den Naßräumen (Bad, WC, Küche) genügen schon geringe Luftwechselraten. Sofern für die Entlüftung der Naßräume keine höheren Abluftvolumenströme gefordert werden, reicht es aus, die gewünschte Luftwechselrate nur auf die belüfteten Aufenthaltsräume zu beziehen, da Flure und Naßräume bei der geforderten Querdurchströmung praktisch gratis mit be- bzw. entlüftet werden. Die notwendigen Abluftvolumenströme sind der Tabelle 3 zu entnehmen. Die notwendige Luftwechselrate hängt auch von der Wasserdampfabfuhr aus den Räumen und den Außentemperaturen ab (Bild 6).

Bild 6: Notwendige Luftwechselraten zur Wasserdampfabfuhr in Abhängigkeit von der Außentemperatur (Rahmendaten: Relative Luftfeuchtigkeit außen = 100 %, Wasserdampfproduktion in der Wohnung = 500 g/h, Etagenwohnung 75 m2).

4.3 Wasserdampf

Wasserdampf wird in bewohnten Räumen ständig in großen Mengen produziert (Tabellen 4 und 5). In einem 4-Personen-Haushalt können durchschnittlich 8 bis 15 kg pro Tag entstehen. Dauerhaft hohe Luftfeuchtewerte (oberhalb etwa 60 % r.F. bei 20°C) führen gegebenenfalls zu Kondenswasserbildung an kalten Außenwänden. In Verbindung mit den organischen Bestandteilen der Wandoberfläche (Tapete, Kleister, Anstrich) entsteht dadurch der ideale Nährboden für Schimmelpilze. Die Sporen hiervon sind zum Teil extrem giftig und können chronische Erkrankungen der Atemwege und Allergien auslösen.

Tabelle 3: Für die Ermittlung der aus Abluftbereichen abgesaugten Volumenströme gelten die Werte aus DIN 1946/6

Raum

Außenluftvolumenstrom in m3/h

Bei Betriebsdauer > 12 h/d

Bei beliebiger Betriebsdauer

Küche - Grundlüftung

40

60

Küche - Intensivlüftung

200

200

Kochnische

40

60

Bad (auch mit WC)

40

60

WC

20

30

Um den überschüssigen Wasserdampf aus der Wohnung zu entfernen, sind je nach Jahreszeit recht unterschiedliche Luftwechselraten erforderlich. Denn die Menge Wasserdampf, die mit einem kompletten Luftaustausch weggelüftet werden kann, hängt vom aktuell herrschenden Unterschied zwischen der absoluten Außenluft- und Innenluftfeuchte ab. Da im Winter die Außenluft selbst bei Regen, Schnee oder Nebel wesentlich trockener als feuchte Raumluft ist, reicht auch in einer kleineren Etagenwohnung eine Luftwechselrate um 0,5/h aus, um die relative Innenluftfeuchte nicht über 50 % steigen zu lassen (Bild 6).

Bei Außentemperaturen oberhalb +5°C steigt der Lüftungsbedarf jedoch stark an, da pro Luftwechsel mehr Feuchtigkeit in der Frischluft enthalten ist. Ein Beispiel: Bei +10°C enthält Außenluft mit 70 % r.F. ca. 7 g Wasser je m3. Fortluft aus einer 20°C warmen Wohnung mit 50 % r.F. enthält 8,7 g Wasserdampf je m3. Also verlassen beim Lüften mit jedem Kubikmeter Luft 8,7 g - 7 g = 1,7 g Wasserdampf die Wohnung. Das bedeutet, daß bei relativ mildem Wetter ein 2 bis 3 mal höherer Luftwechsel erforderlich ist als an kalten Wintertagen.

Tabelle 4: Mittlere Wasserverdunstung pro Tag

Mensch

1,0 bis 1,5 l/d

Bad, Wannenbad, Dusche

0,5 bis 1,0 l/d

Küche, Kochen usw.

0,5 bis 1,0 l/d

Wäschetrocknen 4,5 kg
geschleudert
tropfnaß


1,0 bis 1,5 l/d
2,0 bis 3,5 l/d

Pflanzen (z.B. Farn)

  

Topfpflanzen

  

Zimmerblumen

0,5 bis 1,0 l/d

Kritisch und schadensträchtig sind insbesondere die milden Wintertage, da im Mauerwerk noch "der Frost steckt". An den Außenwänden kann es dann an besonders gefährdeten Stellen zu Kondenswasserbildung kommen:

Schlechte Lüftung verstärkt in solchen Fällen die Kondenswasserbildung. Begründung:

Tabelle 5: Abgabe von Feuchtigkeit (Wasser) in Wohnungen

Topfpflanzen

7 - 15 g/Std.

Mittelgroßer Gummibaum

10 - 20 g/Std.

Trockene Wäsche, 4,5 kg geschleudert

50 - 200 g/Std.

Wannenbad

ca. 110 g/Bad

Duschbad

ca. 1700 g/Duschbad

Kurzzeitgericht

400 - 500 g/Std. Kochzeit

Langzeitgericht

450 - 900 g/Std. Kochzeit

Braten

ca. 600 g/Std. Garzeit

Geschirrspülmaschine

ca. 200 g/Spülgang

Waschmaschine

200 - 500 g/Waschgang

Menschen

- Schlafen
- Hausarbeit
- anstrengende Tätigkeit

 

40 - 50 g/Std.
ca. 90 g/Std.
ca. 175 g/Std.

4.4 Luftwechsel

Die Luftwechselzahl b ist eine Kenngröße für die Lufterneuerung (Luftzirkulation). Als Bezugsgröße dient das Volumen der zu belüftenden Räume. Die Luftwechselzahl von 0,8 bedeutet, daß das 0,8fache des effektiven Raumvolumens (Veff) in einer Stunde durch frische Luft ausgetauscht wird. Der zeitliche Mittelwert der Luftwechselzahl sollte b = 0,5 bis 0,8 pro Stunde (h-1) betragen. In DIN 1946-6, Punkt 4.2.2, wird eine Luftwechselrate von b = 0,5 h-1 zugrunde gelegt.

Das effektive Raumvolumen berechnet sich aus: Veff = 0,8 · V

Hier bedeuten: V = Raumvolumen, 0,8 = Korrekturfaktor. Er berücksichtigt Möbel und sonstige voluminöse Gegenstände, bei denen keine Lufterneuerung stattfindet.

Der Frischluftvolumenstrom VF ergibt sich aus: VF = b · Veff

Dabei ist zu bemerken, daß die Frischluft stets den Frischluft-Bereichen Schlafzimmer, Wohnzimmer, Kinderzimmer, Arbeits- und Gästezimmer zuzuführen ist.

4.5 Luftvolumenströme bei Feuerstätten

Wenn Feuerstätten (Herd, Kamin, Gastherme, Außenwandlufterhitzer) in Wohnungen betrieben werden, sind bei der Volumenstromberechnung sicherheitstechnische Maßnahmen des DVGW-Regelwerkes (G 600, G 626, G 670), bauaufsichtliche Richtlinien (Musterbauordnung) und DIN 1946-6, Punkt 4.2.3.1) zu beachten. Der planmäßige Außenluftvolumenstrom ist um den erforderlichen Verbrennungsluftvolumenstrom zu erhöhen oder die Verbrennungsluft wird separat geführt. Luftdurchlässe, die der Verbrennungsluftversorgung von Feuerstätten in Räumen dienen, müssen unverschließbar sein. Ist durch die Bauart der Feuerstätte sichergestellt, daß deren Betrieb nur bei geöffnetem Luftdurchlaß möglich ist, so darf dieser absperrbar sein. Die Angaben der Hersteller von Feuerungs- und Gasgeräten sind zu beachten. Bei Einbau eines offenen Kamins ist die lufttechnische Anlage nicht mehr kontrollierbar, daher sind offene Kamine zu vermeiden. Die Entlüftung von Räumen mit Feuerstätten und von Wohnungen nach DIN 18160 Teil 1 (Wohnungen, bei denen Wände an Schornsteine grenzen) darf keinen größeren Unterdruck als 4 Pa erzeugen (DIN 1946-6, Punkt 7.2.1).

(Fortsetzung folgt)

B i l d e r :   Paul-Wärmerückgewinnung, Zwickau

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