Verbesserung der Raumluftqualität bei geringem Energiebedarf

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1 Hybride Lüftung von Klassenräumen Verbesserung der Raumluftqualität bei geringem Energiebedarf Dr.-Ing. Hans Werner Roth Symposium für Schulsanierung in Rheinland-Pfalz Dezember 2008 Rechte allein bei Symposium für Schulsanierung in Rheinland-Pfalz am

2 Übersicht Begriffe, Abgrenzung Auslegung des Außenluftstroms für Klassenraum (DIN EN 15251) Konsequenzen für Kohlendioxid-Konzentration Arten und Grenzen der freien Lüftung Übersicht über zentrale und dezentrale maschinelle Lüftungssysteme Beispiele für zentrale und dezentrale Lüftung, Luftführung im Raum Energiebedarf der hybriden Lüftung Strombedarf für Lufttransport Raumheizung, Außenluft-Nachheizung, Wärmerückgewinnung Raumkühlung, freie Kühlung, Nutzung Erdkälte Zusammenfassung Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 2

3 Begriffe, Abgrenzung Begriffe freie Lüftung (unkontrolliert, Nutzerkontrolle) kontinuierliche Spaltlüftung Stoßlüftung, Pausenlüftung zentrale maschinelle Lüftung Luftaufbereitung in einem oder in mehreren RLT-Geräten außerhalb der zu belüftenden Räume Versorgung mehrerer Klassenräume ( 2) dezentrale maschinelle Lüftung Luftaufbereitung in einem oder mehreren RLT-Gerät(en) innerhalb der Schulräume Versorgung von nur einem Raum hybride Lüftung Nutzung der Vorteile von kontrollierter, bedarfsabhängiger freier Lüftung maschineller Lüftung Abgrenzung nur Klassenräume (typisch 30 Schüler), keine Fachräume Nutzfläche m² Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 3

4 Übersicht über Lüftungssysteme hybride Lüftung mit Außenluft zentrale, maschinelle Lüftung dezentrale, maschinelle Lüftung freie Lüftung oder oder Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 4

5 Auslegung Außenluft-Volumenstrom V out nach DIN EN V out = q p n + q b mit folgenden Annahmen A Grundfläche 60 m² Anzahl Schüler(innen) 30 V out Außenluftstrom A Grundfläche q p Lüftungsrate pro Person q b Lüftungsrate aufgrund von Gebäudeemissionen n Anzahl Personen Kat.1 hohe Erwartungen Kat.2 normale Erwartungen Kat.3 annehmbares Maß an Erwart. Lüftungsrate pro Schüler(in) 25 m³/h Kategorie 2 Lüftungsrate pro Schüler(in) 14 m³/h Kategorie 3 Lüftungsrate schadstoffarmes Gebäude 2,5 m³/(hm²) Kategorie 2 Lüftungsrate nicht schadstoffarmes Gebäude 5,0 m³/(hm²) Kategorie 2 Lüftungsrate schadstoffarmes Gebäude 1,4 m³/(hm²) Kategorie 3 Lüftungsrate nicht schadstoffarmes Gebäude 2,9 m³/(hm²) Kategorie 3 Emissionen schadstoffarm nicht schadstoffarm Kategorie m³ / h m³ / h Kategorie m³ / h 605 m³ / h bei Neubau möglich bei Sanierungen (20m³/h/Schüler) Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 5

6 Korrelation zu CO 2 -Konzentration CO 2 - Anstieg im Schulraum 16 ltr CO 2 /h/schüler - 20m³/h/Schüler - 6m³ Luftraum / Schüler Kon nzentrat tion in pp pm Auslegungsbeispiel 605m³/h, Kat. III (DIN EN 15251) Kat. I 710 ppm Kat. II 860 ppm Kat. III ppm Zeit in Minuten Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 6

7 Übersicht über freie Lüftungssysteme hybride Lüftung mit Außenluft zentrale, masch. Lüftung dezentrale, masch. Lüftung freie Lüftung Zuluft Abluft Fenster manuell Oberlicht motorisch Fenster manuell Schacht ALD manuell motorisch Überström- Luftdurchlass Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 7

8 Freie Lüftung durch Temperaturunterschiede als Spaltlüftung bei niedrigen Außentemperaturen einsetzbar hohe Lüftungswärmeverluste Zugluftprobleme bei nach innen dichtem Raum kein Windeinfluss V = k 1. B H 1,5 T i T a T a H ABL ZUL B T i pi a Außenluftstr rom in m³/h Außenluftströme durch Temperaturunterschiede T Raum = 23 C Außentemperatur in C Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 8

9 Grenze Fensterlüftung durch Zugluft Einsatzbereich durch therm. Behaglichkeit Quelle: Fitzner, 2000 (Diss. Zeidler, HRI, Berlin) Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 9

10 Querlüftung durch Wind nur als Stoßlüftung geeignet Dauerlüftung nur mit geregelter Überströmklappe Überlagerung mit thermischer Lüftung, ab 2-3m/s dominiert Windeinfluss. V = k 2 v Wind c p, luv c 1 2 A + 1 p, lee 1 A 2 2 c p,luv ZUL v Wind A 1 ABL A 2 c p,lee Außenluftströme durch Wind c p = 1,3; A 1 = 0,5m² 1000 A H 0 B Auß ßenluftstrom in m³/h Windgeschwindigkeit in m/s 0,01 0,02 0,04 0,06 v Wind Windgeschwindigkeit Winddruckbeiwert (Formparameter) c p Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 10

11 Übersicht über zentrale Lüftungssysteme hybride Lüftung mit Außenluft zentrale, maschinelle Lüftung dezentrale, masch. Lüftung freie Lüftung zentrale Zu- u. Abluftgeräte Zuluft Abluft Luftleitung Luftleitung Brandschutzklappe Brandschutzklappe Brandschutzklappe Zuluft-durchlass Abluft-durchlass Überström- Luftdurchlass Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 11

12 Karl- Maybach- Gymnasium Gebäudeschnitt und Lüftungsschacht Quelle und Planung: Prof. Wuchner, Rentschler & Riedesser Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 12

13 Lise-Meitner-Gymnasium, Crailsheim Quelle und Planung: Dr. B. Mahler, EGS-Plan, Stuttgart Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 13

14 Übersicht über dezentrale Lüftungssysteme hybride Lüftung mit Außenluft zentrale, masch. Lüftung dezentrale, masch. Lüftung freie Lüftung dezentrale Zuluft maschinelle Abluft maschinelle Lüftung freie Lüftung zentrale Abluft dezentrale Abluft dezentrale Abluftanlage dezentrales Zuluftgerät dezentrales Zu- u. Abluft- Gerät Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 14

15 Bauarten dezentraler Lüftungsgeräte Deckengerät Deckengerät über Flur Fassadengerät Wandgerät Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 15

16 Beispiel dezentrales Lüftungsgerät Fortluftklappe Abluftventilator Abluftfilter Wärmerückgewinnung Schalldämpfer Sekundärluftventilator Wärmetauscher Heizen/Kühlen außen FOL Raum ABL SEK (UML) ZUL Zuluftventilator Außenluftfilter AUL dezentrales Fassadenlüftungsgerät FVM Außenluftklappe Fassade m. Dämmung Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 16

17 hochinduktive Luftdurchlässe 4 6m Schlitzauslass pro Schulraum Kurzprofil LDB 12/8/..clean (Wand- Deckeneinbau) Anzahl Schlitzreihen 1-3 Längen mm Höhen mm Luftanschlüsse NW mm Volumenströme m³/h/m Temperaturdifferenzen + 10 bis - 12K 6 Kombi-Luftdurchlässe pro Schulraum Kurzprofil LDK-B (Wandeinbau) Lüftungsschiene 12/..und 20/8/2,3,4 Telefonieschalldämpfer integriert Drosselklappe integriert Breiten (Zu+AB) 1000 / 1200mm Zu-, Abluftströme m³/h/m Zuluft-Temperaturdiff. - 8K Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 17

18 Beispiel Raumströmung Misch-Quell-Lüftung Schlitzauslass in Deckenkoffer hochinduktive Mischlüftung im Bereich Luftauslass impulsarme Quelllüftung im Aufenthaltsbereich Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 18

19 Energiebedarf für hybride Lüftung hybride Lüftung mit Außenluft Lufttransport Ventilatorenergie Heizung Außenluft / Raum Kühlung Außenluft / Raum Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 19

20 Energiebedarf für Ventilatoren hybride Lüftung mit Außenluft SFP = p/η, spez. Ventilatorleistung VAV variabler Volumenstrom CAV konstanter Volumenstrom DVC bedarfsgeregelter Volumenstrom Heizung Außenluft / Raum Lufttransport Ventilatorenergie Kühlung Außenluft / Raum SFP (ZUL+ABL) W el / (m³/s) Betriebszeit Volumenstrom zentral dezentral dezentral zentral VAV (DCV) CAV 2 3 kw/(m³/s) 1,2 2,4 kw/(m³/s) h/a h/a 8 9m³/(h/m²) 10m³/(h/m²) Strombedarf dezentrale Lüftung 3 kwh/(m² a) Strombedarf zentrale Lüftung 9 kwh/(m² a) Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 20

21 Energiebedarf für Heizung (Beispiel) hybride Lüftung mit Außenluft Raumtemperatur 23 C WRG Wärmerückgewinnung VL Wasservorlauftemperatur Wärmegewinne durch Personen (nur Konvektion, 2m²/Person) u. Beleuchtung Lufttransport Ventilatorenergie Heizung Außenluft / Raum Kühlung Außenluft / Raum Lüftungswärmebedarf 10m³/(hm²) bei -5 C Zulufttemperatur Zuluftdurchlass Transmissionswärmebedarf ohne WRG mit WRG (75%) hochinduktiv T zul = C impulsarm T zul = C Luft-heizung statische Heizung 93 W/m² T WRG = 16 C 23 W/m² VL 30 C VL C Nachheizen Nachheizen Nachheizen 63 W/m² 0 7 W/m² W/m² W/m² W/m² Wärmegewinne 30 W/m² Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 21

22 Energiebedarf für Kühlung (Beispiel) hybride Lüftung mit Außenluft Raumtemperatur 26 C WRG Wärmerückgewinnung VL Wasservorlauftemperatur Wärmegewinne durch Personen (nur Konvektion, 2m²/Person) u. Sonneneinstrahlung Lufttransport Ventilatorenergie Kühlung Außenluft / Raum Heizung Außenluft / Raum freie Kühlung 10m³/(hm²) bei 15 C Zulufttemperatur Zuluftdurchlass maschinelle Kühlung WRG-Bypass mit WRG (75%) impulsarm T zul = C hochinduktiv T zul = C Erdkälte direkt adiabate Kühlung )* T WRG = 15 C 37 W/m² T WRG = 24 C 7 W/m² VL C VL C Raumtemperatur steigt W/m² 6-15 W/m² Raumtemperatur stabil Wärmegewinne 40 W/m² )* nur mit zentraler Abluft Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 22

23 Zusammenfassung Einsatz der hybriden Lüftung freies Lüften bei guter Außenluftqualität und bei nicht zu hohem Außenlärmpegel (Lärmpegel /Schallschutzkl. bis III) Vorteile der hybriden Lüftung Sicherung guter Raumluftqualität hohe thermische Behaglichkeit niedrige Lüftungswärmeverluste durch Wärmerückgewinnung Nutzung der freien Kühlung durch hochinduktive Luftauslässe Entscheidung für zentrale / dezentrale maschinelle Lüftung bei Nachrüstung dezentrale Lösungen häufig wirtschaftlicher bei Sanierung zentraler RLT-Anlagen zentrale Lösung wirtschaftlicher Strombedarf für maschinelle Lüftung minimieren bedarfsgesteuerte Lüftung rechtzeitige Umschaltung freie / maschinelle Lüftung spezifische Ventilatorleistung < 2 kw el /(m³/s) Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 23

24 Kontakt Grenzstrasse 7 D Stuttgart Tel: +49 (711) Fax: +49 (711) raumluft@ltg-ag.de prozessluft@ltg-ag.de ingenieurdienstleistungen@ltg-ag.de Internet: Rechte allein bei hybride Schullüftung CI/DrRo 24