Lüftungsrichtlinien für das Design

Der Zweck der Richtlinien (Blomsterberg, 2000 ) [Ref 6] besteht darin, Praktikern (vor allem HLK-Planern und Gebäudemanagern, aber auch Bauherren und Gebäudenutzern) Hinweise zur Realisierung leistungsstarker Lüftungssysteme unter Einsatz konventioneller und innovativer Technologien zu geben. Die Richtlinien gelten für Lüftungssysteme in Wohn- und Geschäftsgebäuden und während des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes, d. h. von der Planung über den Bau und die Inbetriebnahme bis hin zu Betrieb, Wartung und Rückbau.

Für eine leistungsgerechte Auslegung einer Lüftungsanlage sind folgende Voraussetzungen notwendig:

• Für das zu konzipierende System wurden Leistungsspezifikationen (hinsichtlich Raumluftqualität, thermischem Komfort, Energieeffizienz etc.) festgelegt.
• Dabei wird eine Lebenszyklusperspektive angewendet.
• Die Lüftungsanlage wird als integraler Bestandteil des Gebäudes betrachtet.

Ziel ist es, ein Lüftungssystem zu entwerfen, das die projektspezifischen Leistungsspezifikationen (siehe Kapitel 7.1) erfüllt und dabei konventionelle und innovative Technologien einsetzt. Der Entwurf des Lüftungssystems muss mit der Planungsarbeit des Architekten, des Statikers, des Elektroingenieurs und des Planers der Heiz-/Kühlanlage koordiniert werden. Nur so wird sichergestellt, dass das fertige Gebäude mit Heiz-, Kühl- und Lüftungssystem die gewünschte Leistung erbringt. Nicht zuletzt sollte der Gebäudeverwalter hinsichtlich seiner speziellen Wünsche konsultiert werden. Er wird über viele Jahre hinweg für den Betrieb des Lüftungssystems verantwortlich sein. Der Planer muss daher in Übereinstimmung mit den Leistungsspezifikationen bestimmte Faktoren (Eigenschaften) für das Lüftungssystem festlegen. Diese Faktoren (Eigenschaften) sind so zu wählen, dass das Gesamtsystem die niedrigsten Lebenszykluskosten für das angegebene Qualitätsniveau aufweist. Eine wirtschaftliche Optimierung ist unter Berücksichtigung folgender Aspekte durchzuführen:

• Investitionskosten
• Betriebskosten (Energie)
• Wartungskosten (Filterwechsel, Reinigung der Kanäle, Reinigung der Luftauslässe etc.)

Einige der Faktoren (Eigenschaften) decken Bereiche ab, in denen in naher Zukunft Leistungsanforderungen eingeführt oder verschärft werden sollten. Diese Faktoren sind:

• Design mit einer Lebenszyklusperspektive
• Design für effiziente Stromnutzung
• Design für niedrige Geräuschpegel
• Design für den Einsatz eines Gebäudeenergiemanagementsystems
• Design für Betrieb und Wartung

Design mit Lebenszyklus Perspektive 

Gebäude müssen nachhaltig gestaltet werden, d. h. ein Gebäude darf während seiner Lebensdauer möglichst geringe Auswirkungen auf die Umwelt haben. Verantwortlich hierfür sind verschiedene Personengruppen, z. B. Planer und Gebäudemanager. Produkte sind aus einer Lebenszyklusperspektive zu beurteilen, wobei alle Auswirkungen auf die Umwelt während des gesamten Lebenszyklus berücksichtigt werden müssen. Planer, Käufer und Bauunternehmer können frühzeitig umweltfreundliche Entscheidungen treffen. Ein Gebäude besteht aus mehreren Komponenten mit unterschiedlicher Lebensdauer. In diesem Zusammenhang müssen Instandhaltung und Flexibilität berücksichtigt werden, d. h. die Nutzung beispielsweise eines Bürogebäudes kann sich während der Lebensdauer des Gebäudes mehrmals ändern. Die Wahl des Lüftungssystems wird in der Regel stark von den Kosten, d. h. den Investitionskosten, und nicht von den Lebenszykluskosten, beeinflusst. Dies bedeutet oft ein Lüftungssystem, das die Anforderungen der Bauvorschriften bei möglichst geringen Investitionskosten erfüllt. Die Betriebskosten beispielsweise für einen Ventilator können 90 % der Lebenszykluskosten betragen. Wichtige Faktoren für die Lebenszyklusperspektive sind:
Lebensdauer.

• Umweltauswirkungen.
• Änderungen am Belüftungssystem.
• Kostenanalyse.

Eine einfache Methode zur Lebenszykluskostenanalyse ist die Berechnung des Nettogegenwartswerts. Diese Methode kombiniert Investitions-, Energie-, Wartungs- und Umweltkosten während eines Teils oder der gesamten Betriebsphase eines Gebäudes. Die jährlichen Kosten für Energie, Wartung und Umwelt werden auf die heutigen Kosten umgerechnet (Nilson 2000) [Ref. 36]. Mit diesem Verfahren können verschiedene Systeme verglichen werden. Die Umweltauswirkungen in den Kosten sind normalerweise sehr schwer zu bestimmen und werden daher häufig außer Acht gelassen. Die Umweltauswirkungen werden bis zu einem gewissen Grad durch die Einbeziehung der Energie berücksichtigt. LCC-Berechnungen werden häufig durchgeführt, um den Energieverbrauch während der Betriebszeit zu optimieren. Der Hauptteil des Lebenszyklusenergieverbrauchs eines Gebäudes fällt während dieser Zeit an, d. h. Raumheizung/-kühlung, Lüftung, Warmwasserbereitung, Strom und Beleuchtung (Adalberth 1999) [Ref. 25]. Bei einer angenommenen Lebensdauer eines Gebäudes von 50 Jahren kann die Betriebszeit 80 – 85 % des gesamten Energieverbrauchs ausmachen. Die restlichen 15 – 20 % entfallen auf die Herstellung und den Transport der Baumaterialien sowie die Bauausführung.

Design für effiziente Nutzung von Strom für die Belüftung 

Der Stromverbrauch einer Lüftungsanlage wird im Wesentlichen durch folgende Faktoren bestimmt: • Druckverluste und Luftströmungsverhältnisse im Kanalsystem
• Lüftereffizienz
• Regeltechnik für den Luftstrom
• Anpassung
Um die Effizienz der Stromnutzung zu steigern, sind folgende Maßnahmen von Interesse:

• Optimieren Sie die Gesamtanordnung des Lüftungssystems, indem Sie beispielsweise die Anzahl der Bögen, Diffusoren, Querschnittsänderungen und T-Stücke minimieren.
• Wechseln Sie zu einem Ventilator mit höherem Wirkungsgrad (z. B. Direktantrieb statt Riemenantrieb, effizienterer Motor, rückwärts gekrümmte statt vorwärts gekrümmte Flügel).
• Verringern Sie den Druckabfall an der Verbindung Ventilator – Rohrleitung (Ventilatoreinlass und -auslass).
• Verringern Sie den Druckabfall im Kanalsystem, z. B. über Bögen, Diffusoren, Querschnittsänderungen, T-Stücke.
• Installieren Sie eine effizientere Technik zur Steuerung des Luftstroms (Frequenz- oder Lüfterflügelwinkelsteuerung anstelle einer Spannungs-, Dämpfer- oder Leitschaufelsteuerung).

Von Bedeutung für den Gesamtstromverbrauch bei der Lüftung sind natürlich auch die Luftdichtheit der Rohrleitungen, die Luftvolumenströme und die Betriebszeiten.

Um den Unterschied zwischen einem System mit sehr geringen Druckverlusten und einem System mit der bisher üblichen Praxis aufzuzeigen, wurde ein „effizientes System“, SFP (spezifische Ventilatorleistung) = 1 kW/m³/s, mit einem „normalen System“, SFP = zwischen 5,5 – 13 kW/m³/s, verglichen (sieheTabelle 9). Ein sehr effizientes System kann einen Wert von 0,5 haben (siehe Kapitel 6.3.5 ).

Tabelle 9: Berechnete Druckverluste und SFP Werte für ein „effizientes System“ und eine „aktuelle System". 

Design für niedrige Geräuschpegel 

Ein Ansatzpunkt für niedrige Schallpegel ist die Auslegung auf niedrige Druckniveaus. So kann ein Ventilator mit niedriger Drehzahl gewählt werden. Geringe Druckverluste lassen sich durch folgende Maßnahmen erreichen:

• Niedrige Luftgeschwindigkeit, d. h. große Kanalabmessungen
• Minimieren Sie die Anzahl der Komponenten mit Druckabfällen, z. B. Änderungen der Kanalausrichtung oder -größe, Dämpfer.
• Minimieren Sie den Druckabfall über die erforderlichen Komponenten
• Gute Strömungsverhältnisse an Luftein- und -auslässen

Zur Steuerung der Luftströme unter Berücksichtigung des Schalls eignen sich folgende Techniken:

• Regelung der Drehfrequenz des Motors
• Ändern des Winkels der Lüfterblätter von Axiallüftern
• Auch Art und Montage des Lüfters sind für die Geräuschentwicklung von Bedeutung.

Wenn das so konzipierte Lüftungssystem die Schallanforderungen nicht erfüllt, müssen höchstwahrscheinlich Schalldämpfer in die Planung einbezogen werden. Bedenken Sie, dass durch das Lüftungssystem Lärm eindringen kann, z. B. Windgeräusche durch Außenlüftungsöffnungen.
7.3.4 Auslegung für den Einsatz von BMS
Das Gebäudemanagementsystem (GLT) eines Gebäudes und die Routinen zur Überwachung von Messungen und Alarmen bestimmen den ordnungsgemäßen Betrieb der Heizungs-/Kühlungs- und Lüftungsanlage. Ein optimaler Betrieb der HLK-Anlage erfordert die separate Überwachung der Teilprozesse. Dies ist oft auch die einzige Möglichkeit, kleine Abweichungen im System zu erkennen, die den Energieverbrauch allein nicht so stark erhöhen, dass ein Energieverbrauchsalarm ausgelöst wird (durch Maximalwerte oder Folgemaßnahmen). Ein Beispiel sind Probleme mit einem Lüftermotor, die sich nicht auf den gesamten elektrischen Energieverbrauch für den Gebäudebetrieb auswirken.

Dies bedeutet nicht, dass jedes Lüftungssystem durch ein Gebäudemanagementsystem überwacht werden sollte. Außer für die kleinsten und einfachsten Systeme sollte ein Gebäudemanagementsystem in Betracht gezogen werden. Für sehr komplexe und große Lüftungssysteme ist ein Gebäudemanagementsystem wahrscheinlich erforderlich.

Der Entwicklungsstand eines BMS muss dem Wissensstand des Betriebspersonals entsprechen. Am besten ist es, detaillierte Leistungsbeschreibungen für das BMS zu erstellen.

7.3.5 Auslegung für Betrieb und Wartung
Um einen ordnungsgemäßen Betrieb und eine ordnungsgemäße Wartung zu gewährleisten, müssen entsprechende Betriebs- und Wartungsanweisungen erstellt werden. Damit diese Anweisungen nützlich sind, müssen bei der Auslegung der Lüftungsanlage bestimmte Kriterien erfüllt sein:

• Die technischen Anlagen und deren Komponenten müssen für Wartung, Austausch etc. zugänglich sein. Ventilatorräume müssen ausreichend groß und gut beleuchtet sein. Die einzelnen Komponenten (Ventilatoren, Klappen etc.) der Lüftungsanlage müssen leicht zugänglich sein.
• Die Systeme müssen mit Informationen über das Medium in Rohren und Kanälen, die Fließrichtung usw. gekennzeichnet sein. • Prüfpunkte für wichtige Parameter müssen enthalten sein.

Die Betriebs- und Wartungsanweisungen sollten während der Entwurfsphase erstellt und während der Bauphase fertiggestellt werden.

Diskussionen, Statistiken und Autorenprofile zu dieser Veröffentlichung finden Sie unter: https://www.researchgate.net/publication/313573886
Auf dem Weg zu verbesserten Leistungen mechanischer Lüftungssysteme
AAutoren, darunter: Peter Wouters, Pierre Barles, Christophe Delmotte, Åke Blomsterberg
Einige der Autoren dieser Veröffentlichung arbeiten auch an diesen verwandten Projekten:
Luftdichtheit von Gebäuden
PASSIVE KLIMATISIERUNG: FCT PTDC/ENR/73657/2006