Lüftungstechnische Maßnahmen

Transkript

1 Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG Lüftungstechnische Maßnahmen Geeignete Luftführungssysteme sowie maßgebliche Einflussfaktoren bei der Bemessung der Außenluftvolumenströme Forschung und Entwicklung Peter Thiel Hamburg, den Seite 1

2 Agenda Indikatoren für die Raumluftqualität Berechnungsgrundlagen nach E DIN EN VERFAHREN 1: Verfahren auf der Grundlage der wahrgenommenen Luftqualität VERFAHREN 2: Verfahren unter Anwendung von Grenzwerten der Gaskonzentration Beispiele VERFAHREN 1 und VERFAHREN 2 Fazit Seite 2

3 Indikatoren für die Raumluftqualität Seite 3

4 Raumluftqualität Die Raumluftqualität wird durch stoffliche Lasten (Verunreinigungen) negativ beeinflusst. Seite 4

5 Pettenkofer-Zahl Max von Pettenkofer ( ) Deutscher Hygieniker und Chemiker Pettenkofer betrachtete den Menschen als die wesentliche Verunreinigungsquelle im Raum. Er führte den CO 2 -Gehalt der Raumluft als Indikator für die Verunreinigung durch Personen ein. Pettenkofer-Zahl: CO 2 Konzentration: 1000 ppm = 0,1 Vol-% Seite 5

6 Indikatoren für die Luftqualität Beispiele für andere typische nutzungsbedingte Leitindikatoren Büro- / Verwaltungsgebäude Schulen Tiefgaragen Krankenhäuser Holzverarbeitung Schwimmbäder Kohlendioxid Kohlendioxid Kohlenmonoxid Narkosegase Formaldehyd Chlor Seite 6

7 Indikatoren für die Luftqualität Konzentrationen sind unbedenklich bis noch unbedenklich CO 2 guter Indikator für Luftqualität (sofern auf eine schadstoffarme Inneneinrichtung geachtet wird!) Quelle: Luftqualität und Lüftung in Schulen, Dr.-Ing. Heinz-Dieter Neumann, Unfallkasse NRW, Gefahrstoffe-Reinhaltung der Luft, 71 (2011), Nr. 11/12 TVOC = total volatile organic compounds Stufe Konzentration [mg TVOC /m³] Hygienische Bewertung 1 0,3 mg/m³ unbedenklich 2 > 0,3-1 mg/m³ noch unbedenklich, sofern keine Richtwertüberschreitungen vorliegen 3 > 1-3 mg/m³ auffällig 4 > 3-10 mg/m³ bedenklich 5 > 10 mg/m³ inakzeptabel Quelle: UBA; Internet, Seite 7

8 CO 2 -Konzentrationen und -Wirkungen Einige Zahlenwerte CO 2 -Konzentration in ppm Erläuterung / Wirkung auf den Menschen Konzentration schadstoffarmer Außenluft (Land) Konzentration schadstoffreicher Außenluft (Stadt). Pettenkofer-Zahl Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) nach TRGS Erhöhte Atemfrequenz Kopfschmerz, Schwindel Konzentration ausgeatmeter Atemluft von Menschen bei längerer Exposition Tod Empfehlung des Umweltbundesamtes CO 2 -Konzentration in ppm Hygienische Bewertung und Empfehlung hygienisch unbedenklich keine weiteren Maßnahmen hygienisch auffällig Lüftungsmaßnahmen erhöhen Lüftungsverhalten überprüfen und verbessern hygienisch inakzeptabel Belüftbarkeit des Raumes prüfen ggf. weitergehende Maßnahmen prüfen Hinweis: Bei den angegebenen CO 2 -Konzentrationsleitwerten handelt es sich um Momentanwerte! Quelle: UBA; Seite 8

9 Einfluss auf die Leistungsfähigkeit Seite 9

10 Berechnungsgrundlagen nach E DIN EN Seite 10

11 Übersicht zur E DIN EN Quelle: Dr. Stahl, Trox-Symposium 2016 Seite 11

12 Übersicht zur E DIN EN Quelle: Dr. Stahl, Trox-Symposium 2016 Seite 12

13 Übersicht zur E DIN EN 16798: Quelle: Dr. Stahl, Trox-Symposium 2016 Seite 13

14 Anforderungen Die Anforderungen für das Raumklima bzw. die Raumluftqualität werden durch die Festlegung auf eine der vier Kategorien definiert. DIN EN E DIN EN Seite 14

15 Berechnungsverfahren nach DIN EN Allgemeines Die Auslegungsparameter für die Raumluftqualität sind unter Anwendung eines oder mehrerer der folgenden Verfahren zu bestimmen. VERFAHREN 1 Verfahren auf der Grundlage der wahrgenommenen Luftqualität Die Auslegungs-Lüftungsrate resultiert aus der Summe von zwei Komponenten (Stofflasten): (a) Verunreinigung durch Nutzer und (b) Verunreinigung durch das Gebäude und dessen Anlagen. Seite 15

16 Erforderlicher Gesamt-Außenluftvolumenstrom Der erforderliche Gesamt-Außenluftvolumenstrom wird anhand folgender Formel berechnet: in l/s mit: Anzahl der Personen im Raum in Pers personenbezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s Pers) Grundfläche des Raumes in m² gebäudebezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s m²) Aus gesundheitlichen Gründen beträgt der Mindest-Luftvolumenstrom 4 l/(s Pers) (15 m³(h Pers)) Seite 16

17 Berechnungsverfahren nach DIN EN VERFAHREN 2 Verfahren unter Anwendung von Grenzwerten der Gaskonzentration Die Auslegungs-Lüftungsraten werden berechnet anhand einer Gleichung des Massegleichgewichts im Beharrungszustand für die Verunreinigungskonzentration im Raum unter Berücksichtigung der Verunreinigungskonzentration in der Außenluft.,!" # $ mit: % &' CO 2 -Innenluftkonzentration in ppm % () CO 2 -Zuluftluftkonzentration in ppm * +,() Zuluftluftvolumenstrom in m³/s, - emittierter Schadstoff-Volumenstrom (Betriebszustand) in ml/s. + Lüftungseffektivität in - Seite 17

18 Anforderungen - CO 2 -Konzentration Die Raumluftqualität wird über den Indikator CO 2 -Konzentration definiert. Dabei werden keine Absolutwerte, sondern Konzentrationsdifferenzen zur Außenluft angegeben. Je nach Kategorie sind folgende Werte angegeben: DIN EN E DIN EN Beispiel: CO 2 -Konzentration der Außenluft: Anforderung der Kategorie II: Empfohlene CO 2 -Konzentration der Raumluft: DIN EN % /)' % &' % &' % /)' % &'. 445 E DIN EN % /)' % &' (7%) % &' % /)' % &' Seite 18

19 Effektivität des Luftführungssystems Der Lüftungseffektivität $ bzw. der Stoffbelastungsgrad : ; ist eine charakteristische Kenngröße für unterschiedliche Luftführungssysteme. Sie gibt Auskunft über die Effektivität der stofflichen Lastabfuhr aus dem jeweiligen Raum. Sie ist wir folgt definiert: $ : ;!" = =!",, mit: % &' Schadstoffkonzentration der Raumluft in ppm % () Schadstoffkonzentration der Zuluft in ppm % /< Schadstoffkonzentration der Abluft in ppm,,,,,, Seite 19

20 Effektivität des Luftführungssystems Raumluftströmung Turbulenzarme Verdrängungsströmung Schichtenströmung Turbulente Mischströmung Örtliche Mischströmung Zulufteinbringung (Beispiele) großflächig: Filterdecke örtlich begrenzt: Schichtluftdurchlässe (Boden) diffus: Draller, Schlitze diffus: Bodendraller Lüftungsboden linear: Schlitze, Gitter linear: Pultdurchlässe Zuluftgeschwindigkeit spez. Luftvolumen-ströme max. Zuluftuntertemperaturen gering (0,20 0,45 m/s) sehr hoch ( m³/(h m²)) gering (0,15 0,45 m/s) Komfortbereich: mittel (6 25 m³/(h m²)) Industriebereich: hoch ( m³/(h m²)) gering (2 4 K) gering (2 5 K zur Zuluftschicht) mittel - hoch (1,5 5 m/s) Komfortbereich: diffus: mittel (6 25 m³/(h m²)) linear: gering - mittel (6 20 m³/(h m²)) diffus: groß (2 10 (12) K) linear: mittel (2 6 (8) K) diffus: mittel - hoch (1,0 4 m/s) linear: mittel (1,0 1,5 m/s) Komfortbereich: mittel - hoch (6 35 m³/(h m²)) Industriebereich: diffus: hoch ( m³/(h m²)) diffus, linear: mittel (2 6 K zum Aufenthaltsbereich) Stoffbelastungsgrad sehr gut: < 0,2 sehr gut: 0,2 0,7 mäßig: 0,9-1,1 gut: 0,7-1,0 Seite 20

21 Berechnungsverfahren nach DIN EN VERFAHREN 2 Verfahren unter Anwendung von Grenzwerten der Gaskonzentration Die Auslegungs-Lüftungsraten werden berechnet anhand einer Gleichung des Massegleichgewichts im Beharrungszustand für die Verunreinigungskonzentration im Raum unter Berücksichtigung der Verunreinigungskonzentration in der Außenluft.,!" # $ mit: % &' CO 2 -Innenluftkonzentration in ppm % () CO 2 -Zuluftluftkonzentration in ppm * +,() Zuluftluftvolumenstrom in m³/s emittierter CO 2 -Volumenstrom der Personen (Betriebszustand) in ml/s. + Lüftungseffektivität in - Seite 21

22 Kohlendioxidausstoß des Menschen Die CO 2 -Abgabe eines Menschen ist direkt mit seinem Energieumsatz gekoppelt. In der ISO 8996 wird folgende Berechnungsgleichung für den Kohlendioxidausstoß des Menschen angegeben:,>?@,a!b C DE,@9!B F,GG H,II in l CO2 /h mit: * +,JKL,M Kohlendioxidvolumenstrom in l/h bei STPD-Konditionen (0 C, 101,3 kpa, trockenes Gas) RQ respiratorischer Quotient in - M Gesamtenergieaufwand der Person in W/m² A Du Körperoberfläche der Person nach DuBois in m² Der respiratorische Quotient RQ ist das Verhältnis des Sauerstoffverbrauchs zur Kohlendioxidproduktion. Er ist eine charakteristische Größe für den verbrannten Nährstoff. (RQ = 0,85; ISO 8996) Seite 22

23 Bilanzgleichung für die Schadstoffkonzentration CO 2 -Emission der Personen,>?@,,>?@,, # CO 2 -Belastung des Arbeitsplatzes Durch Einsetzen : # #,>?@,NO,!" #,>?@,NO : ; $ Annahmen,, Seite 23

24 Stationäre Betrachtung Die Berechnungsgleichung für eine stationäre CO 2 -Konzentrationsberechnung in ppm lautet dann wie # : ;!" # in ppm mit: % &' CO 2 -Innenluftkonzentration in ppm % () CO 2 -Zuluftluftkonzentration in ppm * +,/) Zuluftluftvolumenstrom in m³/s * +,PQL,/RS CO 2 -Belastung des Arbeitsplatzes in ml/s, - emittierter CO 2 -Volumenstrom der Personen (Betriebszustand) in ml/s Seite 24

25 Berechnungsgleichung Die Berechnungsgleichung für einen beliebigen zeitlichen CO 2 -Konzentrationsverlauf,!" innerhalb eines Intervalls (# ) in ppm lautet wie folgt:!" : ;,!" # # : ; T =, =!, da lim T =, =! 0 Z \ mit: % &' U CO 2 -Innenluftkonzentration am Ende des betrachteten Zeitintervalls in ppm % &' U V CO 2 -Innenluftkonzentration zu Beginn des betrachteten Zeitintervalls in ppm % () CO 2 -Zuluftkonzentration in ppm * +,() Zuluftvolumenstrom in m³/s, - emittierter CO 2 -Volumenstrom der Personen (Betriebszustand) in ml/s W & Raumvolumen in m³ U V Zeitpunkt zu Beginn des betrachteten Zeitintervalls in s U Zeitpunkt am Ende des betrachteten Zeitintervalls in s Seite 25

26 Beispiele VERFAHREN 1 Seite 26

27 Erforderlicher Gesamt-Außenluftvolumenstrom Quelle: Dr. Stahl, Trox-Symposium 2016 Seite 27

28 Beispiel Einzelbüro DIN EN (Tabelle B2) 5² TN^.,G_ ^ G _ ^ 5³ TN^. Seite 28

29 Beispiel Einzelbüro Erforderliche Gesamt-Außenluftvolumenstrom : in l/s TN^. G _ ^ TN^. 5@,G _ ^ 5² b_ ^ H 5³ mit: Anzahl der Personen im Raum in Pers personenbezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s Pers) Grundfläche des Raumes in m² gebäudebezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s m²) Seite 29

30 Beispiel Einzelbüro Konzentrationsverlauf bei Dauerlüftung (c d 5³ H 5³ Belegung: 10 m²/pers. Wärmeabgabe: 115 W/Pers. Aktivitätsgrad: 1,2 met Außenluftkonzentration: 500 ppm Seite 30

31 Beispiel Kaufhaus DIN EN (Tabelle B2) G 5² TN^.,H_ ^ _ ^ TN^. 9I 5³ TN^. Seite 31

32 Beispiel Kaufhaus Erforderliche Gesamt-Außenluftvolumenstrom : TN^.,H in l/s _ ^ G TN^. 5@,b _ ^ ^ G9 5³ mit: Anzahl der Personen im Raum in Pers personenbezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s Pers) Grundfläche des Raumes in m² gebäudebezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s m²) Seite 32

33 Beispiel Kaufhaus Konzentrationsverlauf bei Dauerlüftung (c d 1e 9I 5³ G9 5³ Belegung: 7 m²/pers. Wärmeabgabe: 155 W/Pers. Aktivitätsgrad: 1,6 met Außenluftkonzentration: 500 ppm Seite 33

34 Beispiel VERFAHREN 2 Seite 34

35 Beispiel Hörsaal Vorgaben: 100 Personen 750 m² (Raumhöhe: 5 m) CO 2 -Zuluftluftkonzentration: % () Ziel-Konzentration der Raumluft im Aufenthaltsbereich: % &' emittierter CO 2 -Volumenstrom von 100 Personen:, fg hil j (pro Person: * +,PQL,< 22 g hi L - klrj ) Luftführungssystem Stoffbelastungsgrad : ; Erf. Außenluftvolumenstrom, VERFAHREN m³/h Mischlüftung Örtliche Mischlüftung?? Seite 35

36 Beispiel Hörsaal,GH 5² TN^.,H_ ^ G,m _ ^ 5³ TN^. Seite 36

37 Beispiel Hörsaal Erforderliche Gesamt-Außenluftvolumenstrom : TN^. G,m _ ^ in l/s TN^. GH 5@,G _ ^ TN^..9H_ ^ b.g9b 5³ mit: Anzahl der Personen im Raum in Pers personenbezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s Pers) Grundfläche des Raumes in m² gebäudebezogener spezifischer Außenluftvolumenstrom in l/(s m²) Seite 37

38 Turbulente Mischlüftung Quelle: Trox Technik Seite 38

39 Örtliche Mischlüftung Quelle: Trox Technik Seite 39

40 Beispiel Hörsaal Vorgaben: 100 Personen 750 m² (Raumhöhe: 5 m) CO 2 -Zuluftluftkonzentration: % () Ziel-Konzentration der Raumluft im Aufenthaltsbereich: % &' emittierter CO 2 -Volumenstrom von 100 Personen:, fg hil j (pro Person: * +,PQL,< 22 g hi L - klrj ) Luftführungssystem Stoffbelastungsgrad : ; Erf. Außenluftvolumenstrom, VERFAHREN m³/h Mischlüftung Örtliche Mischlüftung 1,0 0, m³/h (-8 %) m³/h (-26 %) Seite 40

41 Beispiel Hörsaal Konzentrationsverlauf bei Dauerlüftung Örtliche 5³ DnA oa b.g9b 5³ Belegung: Wärmeabgabe: Aktivitätsgrad: Außenluftkonzentration: 7,5 m²/pers. 136 W/Pers. 1,4 met 500 ppm Seite 41

42 Fazit Bei der Berechnung der erforderlichen Außenluftvolumenströme sind folgende Faktoren zu berücksichtigen: Belegungsdichte Tätigkeit der Personen Aktivitätsgrad Schadstoffklasse des Gebäudes Wahl des Luftführungssystems Lüftungseffektivität bzw. Stoffbelastungsgrad Das VERFAHREN 1 führt in aller Regel immer zu CO 2 -Konzentrationen zwischen!" I#m 445. Das VERFAHREN 2 führt zu verringerten Außenluftvolumenströmen. Eine genauere Kenntnis der maßgeblichen Schadstoffemissionen und des Stoffbelastungsgrades : ; sind aber unabdingbar. Seite 42

43 Kontakt Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG Tilsiter Straße Hamburg Peter Thiel Telefon Copyright Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG, 2016 Inhalt und Struktur der Präsentation sind urheberrechtlich geschützt. Die Vervielfältigung sämtlicher Inhalte und Strukturelemente, insbesondere Texte, Textteile, Bildmaterial, Logos, Grafiken und Designelemente, soweit sie schutzfähig im Sinne des deutschen Urheberrechts sind, zu anderem als zum privaten oder sonstigen eigenen Gebrauch sowie deren Verbreitung und Veröffentlichung bedarf der vorherigen schriftlichen Zustimmung der Rud. Otto Meyer Technik Ltd. & Co. KG. Seite 43