Gebäudeplanung. - Planung von Lüftungsanlagen - Prof. Dr. Ulrich Hahn SS Fachhochschule Dortmund

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1 Gebäudeplanung - Planung von Lüftungsanlagen - Prof. Dr. Ulrich Hahn SS 2012 Dortmund

2 Heizperiode: sonst: Warum maschinell lüften? Lüftungsverluste begrenzen bedarfsgerecht lüften Fensterlüftung Fugenlüftung Wärmerückgewinnung Reduktion der Heizenergie Filterung der Zuluft Allergiker Lärmschutz Kühlung aber: Hilfsenergie erforderlich passiv, z. B. Zuluft durch Erdreich führen aktiv (Klimaanlage) Lüftungsanlage muss effektiv arbeiten! 2

3 Bauliche Voraussetzungen: luftdichtes Gebäude luftdichtes Gebäude: kein unkontrollierter Luftwechsel Druckdifferenzen am und im Gebäude Luftströmungen Wind asymmetrische Druckverteilung in Lee und Luv 3

4 Schweredruck der Luft P Luft P( h) P0 luftdichte Gebäudehülle Luft g h 0 Luft RLuft P T Verbundene Räume unterschiedlicher Temperaturen: Gleicher Druck P 0 an den Verbindungen (neutrale Ebene) Druckdifferenzen oberhalb und unterhalb 4

5 Undichtigkeiten Zustrom kalter Außenluft unterhalb der neutralen Ebene Abfluss warmer Innenluft oberhalb der neutralen Ebene Fußkälte Zugluft zu trockene Luft Staub Milben Behaglichkeit Schimmelbildung an der Austrittsstelle warmer Luft kritisch: Luftstrom innen außen T innen = 21 C, = 50% T tau = 10 C T außen = 0 C : ca. 50% des Dampfes kondensiert 5

6 Luftstrom durch Fugen 6

7 Feuchteschäden 7

8 Prüfung der Gebäudedichtheit Dichtes Gebäude: kleiner Luftstrom bei großem DP innen-außen Blower-Door-Prüfung: Erzeugen eines Norm-DP (50 Pa) (Über- und Unterdruck) Messen des Luftstroms Lokalisieren von Lecks 8

9 Anforderungen an die Dichtheit ngeregelt n infiltriert Fensterlüftung: Mechanische Lüftung: n n 3 50 h 1 50 h 1 1 0,2 n. 0,6 infiltr 0,07 n. 0,2 infiltr 9

10 wie bekommt man ein Gebäude luftdicht? Planung: Dichtheitskonzept Ausführung: Details beachten Anordnung der Dichtungselemente unterscheiden: Dichtheit für Flächen Kenngröße für Werkstoffe: Anschlüsse unterschiedlicher Flächen Durchdringungen von Flächen q : V DP 50 Fugen 50Pa Fenster, Türen... i. R. unkritisch, da Bauteile geprüft werden 10

11 Dichtheitskonzept Während der Planung des Gebäudes festlegen: welche Bauteile bilden die wärmeübertragende Hülle? Konstruktion dieser Bauteile Dämmschicht? Tragschicht? Lage der luftdichten Schicht in den Bauteilen Verbindung einzelner Bauteilschichten Anschließen einzelner Bauteile Lage der Installationsführungen Bei der Festlegung beachten: Koordination der Herstellung Beanspruchung durch mechanische Einflüsse Benutzung Beanspruchung durch klimatische Einflüsse Beanspruchung durch chemische Einflüsse Alterung Beanspruchung durch Manipulationen durch den Nutzer 11

12 Schwachstellen 12

13 Systematik der Lüftungsanlagen Abluftanlage Ventilatoren saugen die Abluft aus dem Raum Frischluft strömt frei in den Raum Zu-Abluftanlage Ventilatoren saugen die Abluft aus dem Raum Ventilatoren pumpen Frischluft in den Raum dezentrale Anlage jeder Raum: eigenes Lüftungsgerät zentrale Anlage Lüftungsgerät versorgt mehrere Räume 13

14 Vergleich dezentrale zentrale Lüftung Brandschutz beachten! dezentral: individuelle Regelung hohe Luftwechselrate kein Schadstoffübertrag Geräusch Wärmerückgewinnung bedingt möglich zentrale Entlüftung: Querlüftung möglich Schadstoffübertrag möglich Abluftkanäle erforderlich Wärmerückgewinnung Heizung, TWW zentrale Be- und Entlüftung: Querlüftung möglich Schadstoffübertrag möglich Zu- und Abluftkanäle erforderlich Wärmerückgewinnung Zuluft Abluft 14

15 Idee: Querlüftungskonzept Luft mehrfach nutzen Abluft von Räumen mit kleiner Schadstoffkonzentration Zuluft anderer Räume kleiner Gesamtluftwechsel Zonierung des Wohnraums: Zuluftbereich: Schadstoffe durch Menschen, Pflanzen Abluftbereich: zusätzliche Schadstoffe Überströmzone: wenig Schadstoffe 15

16 freie Luftströmung im Raum Ziel: gleichmäßige Luftdurchspülung Lage von Zu- und Abluftdurchlässen Zuluftgeschwindigkeit T Zuluft, T Raum Behaglichkeit: keine Zugluft Temperaturen, Geschwindigkeit Schadstoffabfuhr Wärmezu- oder -abfuhr Geräusche Bauliche Aspekte: Aufenthaltsbereiche (Büro ) Lage von Schadstoffquellen Lage von Wärmequellen (-senken) Ästhetik Kurzschlüsse vermeiden! 16

17 freie Luftströmung im Raum Mischlüftung Verdrängungslüftung 17

18 freie Luftströmung im Raum 18

19 freie Luftströmung im Raum 19

20 freie Luftströmung im Raum Querlüftung geordnete Luftströmung Kurzschlüsse vermeiden! Zugerscheinungen vermeiden! Anordnung der Zu- und Abluftöffnungen: Zuluft: oben, nahe Fenster Abluft: unten Beachten: Coanda-Effekt: 20

21 zentrale Abluftanlage 21

22 zentrale Zu-Abluftanlage 22

23 semi-zentrale Zu-Abluftanlage 23

24 dezentrale Zu-Abluftanlage 24

25 Systematik Zu-Abluftanlagen 25

26 Auslegung von Lüftungsanlagen Randbedingung: typische Nutzung während der Heizperiode Zahl der Menschen: Zuluft Entfeuchtung und Entstänkerung: Abluft V L 30m³ h Pers. Küche: 60 m³/h gefangener Raum: bei Bedarf 200 m³/h Bad: 40 m³/h WC: 20 m³/h n min = 0,3 h -1 : V Nenn max( V Zuluft, V Abluft, nmin VWohn ) n 0,8h 1 erhöhte Schadstoffabfuhr erforderlich? raumluftabhängige Feuerstätten? Sommernutzung (Kühlung)? V L 600m³ h Pers. 26

27 Auslegung von Lüftungsanlagen bedarfsgerechte Steuerung der Luftströme im Mittel: 2 Menschen dauerhaft in einem Raum Party Lüftung über andere Räume oder Fenster Umleitung der Luftströme: tags: Wohn-/ Arbeitszimmer nachts: Schlafzimmer Bad/WC Küche Anforderungen an die Außenluftfilterung: belastete Außenluft? Allergiker? bauliche Randbedingungen: sind mehrere Geschosse zu versorgen? Anforderungen an den Brandschutz Anforderungen an den Schallschutz 27

28 Auslegung einer Abluftanlage 28

29 Beispiel: Auslegung einer Abluftanlage 29

30 Beispiel: Auslegung einer Abluftanlage Luftmengenplan Auslegung Kanalnetz Ventilatorleistung (elektrisch): Druckverluste bestimmen Außenluftdurchlässe Öffnungen zur Überströmzone Abluftdurchlässe nicht überschreiten: Kanal (längste Strecke), v Luft < 3m/s Schalldämpfer, Filter Abluftanlage P el [W/(m³/h)] Grenzwert 0,25 Zielwert 0,13 Zu-Abluftanlage (WRG) Grenzwert 0,50 Zielwert 0,25 30

31 Regelung von Lüftungsanlagen Benutzer muss Einfluss nehmen können Benutzer muss Auswirkungen bemerken Luftstrom Stoßlüftung 1 V 2 einfache Lösung: 4-Stufen V Nenn V Nenn 31 manuell Luftgüte (Feuchte, CO 2 ) zeitgesteuerte Rückstellung (0) Aus, Sommerstellung (1) Grundlüftung, niemand anwesend n 0,3 h -1 (2) Teilbelegung (3) Normalbetrieb (4) erhöhte Lüftung (Kochen, Besuch...) Taster in Bad, WC, Küche Luftstrom umlenken: Abluftanlage: Außenlufteinlässe Zu-/ Abluftanlage: Klappen im Zuluftkanal

32 Stellglieder für den Volumenstrom Drehzahländerung des Ventilatormotors effizient, wenig Energieverluste nur für EFH, Anlage für Einzelwohnung Drosselung des Volumenstroms Erhöhung des Strömungswiderstandes (Klappen) Förderdruckabhängige Drehzahlregelung für Teillastbetrieb Lüfter mit flacher Kennlinie 32

33 Effizienzmindernde Faktoren mangelhafte Dichtheit der Gebäudehülle Abluftanlagen: Unterdruck Außenluft strömt durch Lecks nach meist unkritisch in der Zuluftzone Überström-/ Abluftzone: Kurzschluss verminderte Lüftung in der Zuluftzone Zu-/ Abluftanlagen (mit Wärmerückgewinnung): Zustrom kalter Außenluft Entweichen warmer Raumluft n = 0,5/h DIN 4108: n 50 < 1/h bei mechanischer Lüftung n = 0,5/h h Rück = 60% 33

34 Effizienzmindernde Faktoren unpassende Überströmöffnungen Überdruck in der Zuluftzone Unterdruck in der Abluftzone Zu-/ Abluftanlagen Umgehung der Wärmerückgewinnung Abluftanlagen schlechte Lüftung der Zuluftzone nicht ausbalancierter Zu-/ Abluftstrom Zu-/ Abluftanlagen schlecht ausgelegtes Kanalnetz hoher Druckabfall hoher Lüfterleistung Dämmung Außenluft / Fortluftkanäle in beheizten Zonen Kondenswasser Dämmung Zuluft / Abluftkanäle in unbeheizten Zonen Dämmung des Lüftungsgerätes keine Fensterlüftung! 34

35 37

36 Lüftungswärmebedarf bei Fensterlüftung 38

37 Lüftungswärmebedarf 39

38 Kennlinie Ventilator 40

39 Kennlinie Ventilatoreffizienz AC-Motor Dortmund Gebäudeplanung Lüftungsanlagen 41

40 Kennlinie Ventilatoreffizienz Motor mit elektronischer Kommutierung Dortmund Gebäudeplanung Lüftungsanlagen 42

41 Kennlinie Türschlitz Druckabfall in Rohren Dortmund Gebäudeplanung Lüftungsanlagen 43

42 Kennlinie Außenluftdurchlass, Abluftventil Außenluftdurchlass Abluftventil Dortmund Gebäudeplanung Lüftungsanlagen 44