IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 6/1997, Seite 154 ff.

KLIMATECHNIK

Heizenergie sparen - mit Wohnungslüftung leicht gemacht

Dipl.-Ing. Gerhard Polenske

"Wer das noch Bessere von morgen zu sehr anvisiert, kommt leicht dazu, das Gute von heute zu lassen, so daß das Schlechte von gestern bleibt". Klaus Töpfer.

Seit dem ersten Energieeinsparungsgesetz vom 22. Juli 1976 wurden die gesetzlichen Vorgaben für einen besseren Wärmeschutz schrittweise heraufgesetzt, und es werden weitere folgen. Noch immer hat sich aber bei Bauträgern und Architekten die Erkenntnis nicht durchsetzen wollen, daß wir uns dadurch auch mehr und mehr Schaden zufügen. Unsere Häuser können nicht mehr atmen. Wir fühlen uns in ihnen nicht mehr wohl. Schimmel und Allergene treten vermehrt auf. Bauschäden, durch Feuchte verursacht, sind überall zu finden, und Allergien und Asthma sind auf dem Vormarsch.

Nutzerverhalten

Soweit lassen es aber viele Mitbürger erst gar nicht kommen. Sie handeln weiterhin wie gestern, lüften regelmäßig und klassisch. Die Fenster werden angekippt geöffnet und schon verschwindet die vorher so sorgsam eingedämmte Wärme nach draußen (Tabelle 1).

Tabelle 1: Lüftungsgewohnheiten in der BRD

Raumart	tägliche Fensterlüftung [h]
Bad	5,5
Schlafzimmer	5,4
Kinderzimmer	3 bis 4
Küche	3 bis 4
Wohnzimmer	0,4 bis 1,6

Heizwärmeverbrauch

Der Heizenergieverbrauch konnte in den zurückliegenden Jahren durch technische Verbesserungen an Heizgeräten und -systemen reduziert werden. Beim Heizwärmeverbrauch hat sich dagegen aus o.g. Gründen nichts getan (Bild 1). Das könnte auch in Zukunft so bleiben, wenn weiterhin beim Entwurf des Hauses, wie schon gestern, das Fenster als ausreichende Lüftungseinrichtung angesehen wird.

Bild 1: Mit Abstand wird am meisten Energie zum Heizen und Lüften verbraucht.

Dominant beim Architekten ist nach wie vor das gestalterische Konzept. Gebäudegestaltung und die bauphysikalischen Eigenschaften der raumumschließenden Bauteile können aber lediglich die Voraussetzung dafür schaffen, daß durch Heizung und Lüftung optimale Raumklimafaktoren entstehen und der Heizwärmeverbrauch dadurch reduziert wird.

Lüftungseinrichtungen

Passive Einrichtungen für die freie Lüftung können auf Grund schwankender Antriebsenergie durch Wind oder Thermik eine wünschenswerte Grundlüftung nicht erbringen. Entweder fehlt die Antriebsenergie oder - wie bei Wind - sie ist zuviel vorhanden. Solche Einrichtungen müßten sehr feinfühlig umkehrbar regelnd arbeiten. Der Regelbereich müßte sehr groß sein. Das alles ist aber nicht praxisgerecht. Die Einrichtungen wären empfindlich und wartungsaufwendig, was für den Wohnbau als nicht geeignet erscheint.

Nach den vorausgegangenen Aussagen kommt zur Sicherstellung eines hygienisch ausreichenden Luftaustausches sowie aus energetischen Gründen nur eine maschinelle Lüftungseinrichtung infrage. Ohne Zutun der Bewohner muß ein dem momentanen Bedarf angepaßter kontinuierlicher Luftaustausch durch eine selbsttätig regelnde Lüftungsanlage ermöglicht werden.

Vom Grundsatz ist es gleichgültig, welches Anlagenkonzept dabei zur Anwendung kommt, doch gibt es Unterschiede beim Energieverbrauch, der Bedienbarkeit und Wartung. Steht z.B. die aufgewendete elektrische Antriebsenergie in einem akzeptablen Verhältnis zum Verbrauch an Lüftungswärme? Wie steht es um die Wartungsfreundlichkeit der Anlagen?

Die Erfahrung lehrt, daß im Wohnbau technische Einrichtungen, die vom Nutzer nicht verstanden, nicht akzeptiert und gepflegt werden.

Vorrangig für den Investor wird immer die Kosten-/Nutzenfrage sein und nicht die Energiekosten. Daran können auch wenig gesetzliche Auflagen oder der wirtschaftliche Unsinn einer noch höheren Energiesteuer etwas ändern. Die Zeche zahlt in der Mehrheit als Verbraucher der Mieter. Die Entscheidungsträger sind also gefordert, wenn der gesamte Endverbrauch an Heizenergie wirtschaftlich reduziert werden soll. Sie sollten immer wieder daran erinnert werden, daß die Superisolierung des Hauses alleine nicht zu dem gewünschten Erfolg führen kann. Daß aber in Verbindung mit einer maschinellen Lüftung viel zu erreichen ist, und zwar unabhängig vom Wärmedurchgangskoeffizienten der wärmeübertragenden Umschließungsflächen des Hauses.

Das wesentliche Potential an einsparbarer Heizwärme steckt im Anteil Lüftungswärme. Der unkontrollierte Luftaustausch und der daraus herrührende viel zu hohe Heizwärmeverbrauch ist eine Folge mangelhafter Bauausführung und wird meist unbewußt, aber direkt verursacht durch die Bewohner.

Einfache Lösungen sind gefragt

Und solche sind in der Regel auch die besten. In den vergangenen 15 Jahren wurde eine große Zahl von Forschungsprojekten durchgeführt mit dem Ziel, energetisch vorteilhafte Gebäudekonstruktionen und energiesparende Haustechnik zu entwickeln. Die Ergebnisse sind eindeutig. Für den Wohnbau ist die Haustechnik so einfach wie möglich zu gestalten. Für den Bereich Lüftung ist in diesem Zusammenhang eine Aussage in einer US-Studie* aus dem Jahr 1986 interessant. In der Schlußfolgerung wird nicht nur auf die gute Raumluftqualität in Häusern mit einfachen Abluftsystemen hingewiesen, sondern auch die Feststellung getroffen: "In kühlen und windigen Klimazonen sind Abluftanlagen ohne jede Wärmerückgewinnung zu bevorzugen, weil sie besser sind."

Wohnungslüftung leicht gemacht

Einfache Abluftanlagen bewirken, daß im Haus ein leichter Unterdruck herrscht. Die dadurch vorgegebene Luftrichtung von außen nach innen bewirkt wiederum, daß die Infiltration von Nebenluft durch Winddruck oder Temperaturdifferenzen zwischen innen und außen weitgehend ausgeschlossen wird. Einzig der Abluftventilator bestimmt über die Drehzahl den momentanen Luftvolumenstrom, mit dem das Haus oder die Wohnung gelüftet wird. So ganz nebenbei stellt sich auch noch ein vorteilhafter Nebeneffekt ein. Die in letzter Zeit sich häufenden Feuchte- und Frostschäden an undichten Dachstellen unterbleiben, weil durch den Unterdruck die feuchte Raumluft nicht durch die Undichtigkeiten entweichen kann.

Abluftanlagen

Diese benötigen keine maschinell betriebenen Zuluftanlagen, die regelmäßig gewartet werden müssen und bei mangelnder Pflege schnell zu hygienischen Problemquellen werden. Als geeignet zur Frischluftversorgung empfehlen sich Außenwandluftdurchlässe. Diese werden dort eingebaut, wo die frische Außenluft bevorzugt benötigt wird, nämlich in Schlaf- und Kinderzimmern, aber auch in Wohnzimmern sollten sie nicht fehlen. Auf ihrem Weg zu den Absaugstellen in Küchen und Bädern kann die Luft quasi mehrfach genutzt, sämtliche anfallenden Luftverunreiniger - an erster Stelle steht da die Feuchte, aber auch CO₂ und sämtliche Ausdünstungen aus Mobiliar, Teppichen, Anstrichen und dgl. - mit abführen (Bild 2).

Bild 2: Das Prinzip einer Abluftanlage.

Abluftanlagen lassen sich einfach von den Bewohnern bedienen. Wird ein solches Lüftungssystem während der Heizzeit konsequent zur Grundlüftung genutzt, kann die Fensterlüftung weitgehend unterbleiben. Und wird das System intelligent gemacht, so daß es sich mit Hilfe einer geeigneten Führungsgröße selbsttätig regelt, kann der Lüftungswärmeverbrauch mehr als halbiert werden.

Führungsgrößen für die Regelung

Als Führungsgrößen bieten sich CO₂ als Stoffwechselprodukt der Bewohner und die Raumluftfeuchte an. Geruchsstoffe werden dagegen subjektiv empfunden, und es gibt kein objektives Meßverfahren.

CO₂ als Führungsgröße hat den Nachteil, daß es nur bei Anwesenheit der Bewohner anfällt, bei deren Abwesenheit würde die Lüftung schnell heruntergeregelt. Dann würden Feuchte und die anderen Luftschadstoffe unter Umständen nicht mehr ausreichend abgelüftet.

Feuchte fällt dagegen immer an durch Blumen, trocknende Tücher usw. Wenn man von den Spitzenwerten beim Kochen und Duschen absieht, diese können durch eine kurze, intensive Lüftung am Entstehungsort abgelüftet werden, bleibt die anfallende Restfeuchte annähernd konstant. Die Feuchteproduktion beträgt im Durchschnitt 2 bis 3 g/(h · mł Raumvolumen) der gesamten Wohnung. Auch hat sich herausgestellt, daß in kleinen Wohnungen, bei denen die mittlere Wohnfläche pro Person unter dem Bundesdurschschnitt liegt, die pro Person anfallende Feuchtemenge größer ist als in großen Wohnungen. In solchen Wohnungen stellen sich bei unzureichender Lüftung und fast immer nach Modernisierungsarbeiten schnell Feuchteschäden ein (Tabelle 2).

Tabelle 2: Schäden durch Schimmelpilzbildung im modernisierten Mietwohnungsbau (Zusammenstellung der am häufigsten befallenen Räume)

Raumart	Häufigkeit [%]
Schlafzimmer	42
Wohnzimmer	22
Kinderzimmer	21
Küche	11
Bad	2
andere Räume	2
(Erhorn, Bauphysik, 5.88)

Wohnungslüftung mit der Führungsgröße "Raumluftfeuchte"

In den folgenden Abschnitten wird aufgezeigt, was mit einer bereits heute am Markt zur Verfügung stehenden Anlagentechnik machbar ist und daß damit mit geringen Investitionskosten eine schnelle Umsetzung zukünftiger Standards beim Heizwärmeverbrauch möglich wäre.

Für die Wohnungslüftung werden heute bevorzugt die dezentralen Einzelentlüfter eingesetzt und plaziert in Küchen, Bädern und Toilettenräumen. Die Geräte sind wartungsarm. Gute Geräte weisen einen sehr kleinen Strombedarf auf. Mit einem Feuchtesensor und Regelelektronik bestückt, sind sie hervorragend dafür geeignet, um während der Heizzeit die Grundlüftung mit variierenden Volumenströmen durchzuführen. Die Feuchte, um die es hier geht, tritt in Dampfform auf und kann nur durch regelmäßiges Lüften abgeführt werden. Meßbar ist sie als relative Luftfeuchte. Jede Veränderung wird vom Sensor im Lüfter registriert und danach über die Drehzahlsteuerung des Ventilators der Volumenstrom dem momentanen Bedarf angepaßt. Indirekt wird dabei auch die Außenluft in den Regelprozeß einbezogen. In der kalten Jahreszeit löst die trockene Außenluft einen Impuls für minimale Volumenströme aus. Das spart Heizwärme und elektrische Antriebsenergie. Trotzdem wird ein Minimum an Lüftung nicht unterschritten (Bild 3).

Bild 3: Charakteristik des gemittelten Luftaustausches während der Heizzeit bei feuchteabhängiger Lüftung mit variablen Volumenströmen.

Volumenströme und Luftwechsel

Maßgebend für eine Beurteilung sind die Volumenströme, die sich während der Heizzeit ergeben. Diese sind variabel und passen sich automatisch dem Bedarf an. In der Tabelle 3 wurden für verschieden große Wohnungen mit durchschnittlicher Bewohnerzahl die Grenzwerte der Luftraten pro Person und Luftwechselraten pro Wohnung zusammengestellt, die sich mit Lüftungsanlagen mit der hier vorgestellten Systemtechnik erzielen ließen. Die Mindestluftraten nach Pettenkofer werden eingehalten, die sich einstellenden Luftwechselraten bewegen sich innerhalb der Grenzen der Wärmeschutzverordnung. Mittlere Luftwechselraten, vergleichbar zur DIN 1946, stellen sich ein. Eine kurzzeitige, intensive Lüftung bei Nutzung der Prozeßräume ist empfehlenswert.

Tabelle 3: Luftvolumenströme bei Wohnungslüftung mit der Führungsgröße "Raumluftfeuchte"

Wohnung			Feuchtebelastung¹⁾ 2,5 g/(h · m³)		Volumenstrom [m³/(h · Pers.)		Luftwechsel [h^-1]
Wohnung			Feuchtebelastung¹⁾ 2,5 g/(h · m³)		Winter	Sommer	Winter	Sommer
Art	Größe [m²]	Bewohner- anzahl	[g/Pers.]	[l/d]	von ... bis	konstant	von ... bis	konstant
Appartement	25	1	150	3,6	25 - 40	20	0,4 - 0,64	0,32
Wohnung I	< 50	2	150	7,2	25 - 40	20	0,4 - 0,64	0,32
Wohnung II	65	3	135	9,7	22 - 34	22	0,4 - 0,64	0,4
Wohnung III	< 80	4	125	12	20 - 30	20	0,4 - 0,6	0,4
Wohnung IV	100	5	125	15	22 - 31	16	0,44 - 0,63	0,32
EFH	120	6	125	18	21 - 30	17	0,41 - 0,6	0,33

1) H. Erhorn, Bauphysik, 5.88

In der warmen Jahreszeit, mit Außentemperaturen über etwa 9°C, sind Probleme als Folge zu hoher Raumluftfeuchte nicht mehr zu erwarten. Die gelegentliche Lüftung mit dem Fenster hat kaum noch einen Einfluß auf den Heizwärmeverbrauch. Die Feuchtesteuerung ist dann abzuschalten, indem die Lüfter auf Sommerbetrieb umgeschaltet werden. Die Ventilatoren laufen dann nur noch konstant mit einem herabgesetzten Luftstrom, um Restschadstoffe abzulüften, was besonders bei längerer Abwesenheit der Bewohner von Vorteil ist.

Energiebedarfsdaten

Den Energiebedarf mit der feuchtegeführten selbsttätig regelnden Wohnungslüftung beinhaltet die Tabelle 4. Die Ausgangswerte für den thermodynamischen Berechnungsvorgang sind die meteorologischen Daten für Berlin-Dahlem. Alle Werte sind bezogen auf die Nutzflüche der Wohnung und nicht auf die Gebäudenutzfläche. Auch wurde bei der Ermittlung des Bedarfs von einer vollen Nutzung während der Heizzeit, ohne Betriebseinschränkung, ausgegangen.

Tabelle 4: Energiebedarfsdaten bei Wohnungslüftung mit der Führungsgröße "Raumluftfeuchte"; Berlin-Dahlem, Klimazone 2, Raumlufttemperatur 20°C, Raumluftfeuchte 55%, Heizgrenztemperatur 12°C, rund 220 Heiztage und Gradtagzahl = 3500 Kd/a

Wohnung			Feuchtebelastung ¹⁾ 2,5 g/(h · m³)		Energiebedarf ²⁾		Flächenbezogener Bedarf
Wohnung			Feuchtebelastung ¹⁾ 2,5 g/(h · m³)		_L	Ventilator	_L	Ventilator
Art	Größe [m²]	Bewohner- anzahl	[g/Pers.]	[l/d]	[kWh]	[kWh]	[kWh/(m² · a)]	[kWh/(m² · a)]
Appartement	25	1	150	3,6	840	55	0,4 - 0,64	2,2
Wohnung I	< 50	2	150	7,2	1680	111	0,4 - 0,64	2,22
Wohnung II	65	3	135	9,7	2260	140	0,4 - 0,64	02,15
Wohnung III	< 80	4	125	12	2770	165	0,4 - 0,6	2,06
Wohnung IV	100	5	125	15	3250	228	0,44 - 0,63	2,28
EFH	120	6	125	18	4110	308	0,41 - 0,6	2,14
					im Mittel ³⁾		0,34	2,18

1) H. Erhorn, Bauphysik, 5.88
2) Energiebedarf während der Heizzeit
3) bezogen auf die Wohnfläche, nicht auf A_N

Heizwärmebedarf mit kontrollierter Lüftung und der Führungsgröße "Raumluftfeuchte"

Dem Lüftungswärmebedarf nach der WSVO liegt ein konstanter Luftwechsel b = 0,8 h^-1, bezogen auf das anrechenbare Luftvolumen V_L des Gebäudes, zugrunde.

_L = 0,34 · b · 84 · V_L [kWh/a]

oder

_L = 22,85 · V_L [kWh/a]

Mit der Führungsgröße "Raumluftfeuchte" wird aber der Wert b variabel. Eine vergleichbare Bewertung kann daher nur mit dem Zeitintegral des momentanen Lüftungswärmebedarfes über die angesetzte Heizzeit und einer Abschaltung der Feuchtesteuerung ab einer Außentemperatur von 9°C erfolgen. Für den Lüftungswärmebedarf gilt dann:

_{L, feucht}12 · V_L [kWh/a]

Jahres-Heizwärmebedarf

Bild 4 beinhaltet den theoretisch ermittelten Jahres-Heizwärmebedarf auf der Basis der Wärmeschutzverordnung, aber mit feuchtegeführter Lüftung. Für 15 angenommene, verschieden große Wohngebäude in üblicher Bauart mit insgesamt 330 Wohneinheiten und einem A/V-Verhältnis zwischen 0,36 bis 0,75 sowie für zwei Einfamilienhäuser wurde der Bedarf, bezogen auf die Gebäudenutzfläche A_N, ermittelt und den Werten nach Tabelle 1 der Wärmeschutzverordnung zugeordnet.

Bild 4: Jahresheizwärmebedarf, bezogen auf A_N (pro m² Nutzfläche).

Einsparpotential

Aus der Summe der Einzelergebnisse wurde, nach Wohnungsgrößen geordnet, ein Mittelwert für _H und _{H, feucht} (mit feuchtegeführter Lüftung) gebildet (Tabelle 5). Die Werte zeigen, daß in Wohngebäuden nach heute geltendem Wärmeschutzstandard noch ein beachtliches Einsparpotential steckt. Die Absenkung des Jahres-Heizwärmebedarfes von rund 25% bei Einfamilienhäusern und 30 bis 40% im Mehrgeschoßwohnbau ist schon mit einfacher Technik machbar.

Tabelle 5: Gemittelte Werte für den Heizwärmebedarf nach WSVO '95, bzw. nach der WSVO und mit kontrollierter Lüftung mit der Führungsgröße "Raumluftfeuchte"

Wohnungsgröße			Gebäude- nutzfläche gemittelt [A_N pro WE]	Jahresheizwärmebedarf bezogen auf A_N
Wohnungsgröße				Maximalwert nach Tabelle 1 der WSVO	mit kontrollierter, feuchtegeführter Grundlüftung
Art		Größe [m²]		_H [kWh/(m² · a)]	_H,feucht [kWh/(m² · a)]	Einspar- potential [% von _H]
Appartement		25	31	69,07	44,41	35,7
Wohnung I		< 50	60	72,23	45,85	36,5
Wohnung II		65	76	75,06	50,56	32,6
Wohnung III		< 80	94	71,11	45,03	36,7
Wohnung IV		100	114	77,28	51,61	33,9
im Mittel			./.	72,65	47,00	35,3
EFH	120		120	89,95	65,44	24,00

Die vorgestellte Systemtechnik für die Wohnungslüftung ist aber nicht nur für den Neubau interessant. Sie ist genauso geeignet, um nach einer Modernisierung von Wohngebäuden deren Heizwärmeverbrauch zu senken und negative Folgeerscheinungen durch zu wenig Luftaustausch vermeiden zu helfen.

Schlußbemerkungen

In Anbetracht dessen, daß die Hygiene in unseren Wohnungen immer mehr in den Vordergrund rückt, die Energieverluste aber weiter gesenkt werden sollen, gewinnt der Lüftungswärmebedarf an Bedeutung. Die hier vorgestellte anlagentechnische Konzeption läßt sich vorzüglich in die Anforderungen für die Festlegung des Energiebedarfes einbeziehen. Mit wenig Aufwand ließe sich der anlagenspezifische Jahresnutzungsgrad formulieren. Über den Wärme- und Strombedarf kann eine Bewertung des Primärenergiebedarfes und der CO₂-Reduktion vorgenommen werden. Für eine beabsichtigte zukünftige Energiesparverordnung würden auch Rahmenbedingungen für einen rechnerischen Energieverbrauch oder einer systemspezifischen Energiekennzahl zur Verfügung stehen.

* Ventilation strategies for different klimates, University of California, 1986.

B i l d e r : Lunos GmbH, Berlin-Spandau

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