Zentrale Lüftungssysteme

Je nach Gebäudestandard und Nutzerinteressen kommen zentrale oder dezentrale Systeme mit oder ohne Wärmerückgewinnung und Heizungsunterstützung zum Einsatz.

1. Zentrale Abluftanlagen

Das einfachste und kostengünstigste System der zentralen kontrollierten Wohnungslüftung ist eine Abluftanlage. Korrekt geplant, installiert und einreguliert, gewährleistet sie Sicherheit vor Schimmelpilz und Bauschäden durch zuverlässige Abfuhr von Feuchtigkeit.
Die Abluftanlage sorgt kontinuierlich für ausreichend frische Luft im Gebäude.
Zusätzlich kann sie Energie sparen helfen. Während der Heizperiode muss in der Regel nicht mehr über Fenster gelüftet werden. Luftschadstoffe, Feuchtigkeit und Gerüche werden zuverlässig abgeführt.
Verbrauchte Luft wird aus den Ablufträumen wie Küche, Bad und WC über ein Kanalnetz abgesaugt. Gleichzeitig strömt frische Luft durch den entstehenden Unterdruck über Außenluftdurchlässe direkt in die Zulufträume (Wohn-, Kinder-, Schlafzimmer).
Somit ergibt sich die gewünschte kontinuierliche Querlüftung einer Wohnung von den Zulufträumen über die Überströmzone (Flure, Essbereich) hin zu den Ablufträumen.
Auf den ersten Blick erscheint es widersinnig, in eine mit hohem Aufwand luftdicht geplante Gebäudehülle Lufteinlässe zu integrieren. Diese Undichtigkeiten haben jedoch den Vorteil der Planbarkeit und Kontrollierbarkeit in Bezug auf Größe und Platzierung. Zudem sorgt der mittels Abluftanlage erzeugte Unterdruck für eine gerichtete Strömung an den Durchlässen. Bauschäden werden somit vermieden. Die Luftmenge, die den Ablufträumen entnommen wird, ist durch die Förderleistung des Ventilators festgelegt. Über einen einfachen Stufenschalter können die Bewohner den Luftdurchsatz ihrem Bedarf anpassen.
Diese einfache Regulierung kann durch Feuchte- oder Luftqualitätsfühler ergänzt werden. Darüber hinaus kann die Verteilung der Frischluft mit Hilfe regelbarer Außenluftdurchlässe (feuchte- oder temperaturgesteuert) dem Bedarf bzw. den Witterungsbedingungen angepasst werden.
Der Elektrizitätsbedarf der Anlage kann, bei Verwendung fachgerechter Kanalnetze, dem Bedarf angepasster Luftvolumenströme, sowie moderner Ventilatortechnik, relativ gering gehalten werden.
Die elektrische Leistungsaufnahme von Abluftanlagen sollte einen Grenzwert von weniger als 0,20 W, bezogen auf einen Luftdurchsatz von 1 m3/h, in jedem Fall einhalten. Bei hocheffizienten Anlagen sind heute schon 0,10 W/(m3/h) erreichbar.

Beispiel:
Stromverbrauch einer Abluftanlage im Einfamilienhaus

Einfamilienhaus mit 4 Personen
Luftvolumenstrom der Abluftanlage: 120 m3/h

Leistungsaufnahme: Pel = 120 m3/h x 0,20 W/(m3/h) = 24 W
Betriebszeit einer Abluftanlage: 6.550 h (entspricht Dauer der Heizperiode)
Jährlicher Stromverbrauch: Q = 24 W x 6.550 h = 157 kWh

Zum Vergleich:

In einem durchschnittlichen deutschen Haushalt verbrauchen die Elektrogeräte im Stand-by-Betrieb mehr als viermal so viel Energie [Quelle: BUND].

Die mögliche Energieeinsparung durch Abluftsysteme ergibt sich durch die "Doppelnutzung" der Frischluft im Rahmen des Querlüftungskonzeptes. Der Energieeinspareffekt entspricht dabei in etwa dem Anteil der Abluft- und Überströmräume am Gesamtvolumen (ca. 20 bis 30 Prozent), da Ablufträume durch warme Luft aus den Nachbarräumen belüftet werden und nicht durch kalte Außenluft. Durch den anlagentechnisch vorgegebenen Luftvolumenstrom wird der Lüftungswärmebedarf gegenüber einer Fensterlüftung reduziert.
Bei der Realisierung von Abluftanlagen ist ein besonderes Augenmerk auf die Auswahl und Platzierung der Außenlufteinlässe zu legen. Da die Frischluft mit Außenlufttemperatur eintritt, können im Winter bei ungünstiger Platzierung der Außenlufteinlässe unangenehme Zugerscheinungen auftreten.
Wichtig ist, dass die einströmende Luft auf eine Wärmequelle trifft, um relativ schnell Raumtemperatur anzunehmen. Die Außenlufteinlässe sollten daher in der Nähe von Heizflächen angebracht werden.
Alternativ kann die einströmende Luft durch strömungstechnische Maßnahmen zu einer Heizfläche gelenkt werden. Zu diesem Zweck gibt es von den Herstellern unterschiedliche Einlässe und Montagevorschriften bezüglich der Kombination mit unterschiedlichen Heizsystemen.
Bei der Auswahl der Außenlufteinlässe sollte darauf geachtet werden, dass die ursprünglich gestellten Anforderungen an die Gebäudehülle, wie etwa Schallschutz, Wetterschutz und Optik, nicht durch den gewählten Einlass beeinträchtigt werden.

Vorteile zentraler Abluftanlagen

• Gesicherte Feuchteabfuhr
• Gesicherte Frischluftversorgung
• Optimale Umsetzung des Querlüftungskonzeptes möglich
• Geringer Energiebedarf
• Weitestgehend witterungsunabhängiger Betrieb
• Gute Regulierung
• Begrenzte Lüftungswärmeverluste
• Reduzierter Installationsaufwand gegenüber Be- u. Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung
• Reduzierter Planungsaufwand gegenüber Be- u. Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung
• Reduzierte Investitionskosten gegenüber Be- u. Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung


2. Abluftanlagen mit Wärmepumpen

Analog einfacher Abluftanlagen wird bei Abluftanlagen mit Wärmepumpen verbrauchte Luft aus den Ablufträumen über ein Kanalnetz abgesaugt. Gleichzeitig strömt frische Luft durch den entstehenden Unterdruck an Außenluftdurchlässen direkt in die Zulufträume.
Bevor die Abluft das Gebäude verlässt wird ihr mit Hilfe einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe ein Teil der enthaltenen Wärme entzogen.
Die Wärme wird dann auf höherem Temperaturniveau (45 °C bis 55 °C) in einen Warmwasser- oder Heizungsspeicher übertragen. Hierdurch wird der Energiebedarf für die Brauchwassererwärmung und/oder die Heizung gesenkt.
Die Abluft kann durch die Wärmepumpe nicht beliebig abgekühlt werden, da der Verdampfer, bei Unterschreitung einer vom eingesetzten Wärmepumpentyp abhängigen Grenztemperatur, vereist. Diese Temperatur liegt üblicherweise bei ca. 5 °C.
Wie bei reinen Abluftanlagen auch ist bei Abluftanlagen mit Wärmepumpen vor allem auf die Platzierung der Außenlufteinlässe zu achten. Auch hier strömt die Frischluft mit Außentemperatur ein. Idealerweise liegen daher die Außenlufteinlässe im Bereich einer Heizfläche, um eine schnelle Erwärmung der Frischluft zu sichern.
Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe hängt maßgeblich vom Wärmepotential des Abluftstromes ab.

Beispiel:
Durch Wärmepumpe nutzbare Wärme aus der Abluft

Abluftvolumenstrom: 120 m3/h (4-Personen)
Ablufttemperatur: 21 °C
Maximale Abkühlung der Abluft: 16 K
Wärmestrom aus der Abluft (Q? ) = 0,34 Wh/(m3K) x 120 m3/h x 16 K = 652 Watt
Warmwassertemperatur: 55 °C
Leistungsziffer der Wärmepumpe: 3,0
Maximale Warmwasserleistung: 3,0 x 652 Watt = 1.956 Watt

Der Energiebedarf der Abluftanlagen mit Wärmepumpen ist nicht so einfach zu bewerten, wie bei "reinen" Lüftungsanlagen.
Aufgrund der Schnittstelle zur Warmwasserbereitung ist der Elektrizitätsbedarf der Wärmepumpe dem Heizungssystem zuzuschlagen.
Lediglich die Anteile der Ventilatoren und der Steuerung sind dem Lüftungssystem zuzurechnen. Dabei ergibt sich, resultierend aus den zusätzlichen Systemkomponenten, ein höherer Elektrizitätsbedarf, als bei reinen Abluftsystemen.
Die gesamte Leistungsaufnahme der Lüftungseinheit sollte einen Wert von 0,25 W/(m3/h) nicht überschreiten.
In der Praxis ergibt sich die mögliche Energieeinsparung, analog der Abluftanlagen, aus einer Reduzierung des Luftwechsels auf das notwendige Maß. Inwieweit die Wärmepumpe zu einer Reduzierung des Primärenergiebedarfs im Bereich der Warmwasserbereitung beitragen kann, hängt vom Typ der Wärmepumpe und ihren Arbeitsbedingungen ab. Kann die Wärmepumpe eine Leistungsziffer von mehr als 3,0 nicht gewährleisten, so ist ein sinnvoller Einsatz eher fraglich.

Vorteile von Abluftanlagen mit Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung

• Gesicherte Feuchteabfuhr
• Gesicherte Frischluftversorgung
• Optimale Umsetzung des Querlüftungskonzeptes möglich
• Nutzung der zurückgewonnen Wärme zur Unterstützung des Heizsystems
• Weitestgehend witterungsunabhängiger Betrieb
• Gute Regulierung
• Begrenzte Lüftungswärmeverluste

3. Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung über Wärmetauscher

Hier erfolgt eine berührungsfreie Vorwärmung der Außenluft durch die Abluft über einen Plattenwärmetauscher.
Anders als bei der Abluftanlage wird die Frischluft an zentraler Stelle angesaugt, in einem Plattenwärmetauscher berührungsfrei durch die Abluft vorgewärmt und über das Zuluftkanalnetz in den Zulufträumen verteilt.
Um Gerät und Kanäle vor Verschmutzung zu schützen, sowie ggf. Allergiker vor Staub und Pollen zu schützen, wird die Außenluft nahe der Ansaugstelle gefiltert. Hierfür stehen verschiedene Filterqualitäten zur Verfügung. Der Energiebedarf von Be- und Entlüftungsanlagen ist abhängig vom eingesetzten Zentralgerät und der Auslegung des Kanalnetzes. Ziel sollte es sein, den Elektrizitätsbedarf der Anlage auf maximal 0,4 W/(m3/h) zu begrenzen.

Beispiel:
Stromverbrauch einer kontrollierten Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung über einen Wärmetauscher

Stromverbrauch einer Be- und Entlüftungsanlage im Einfamilienhaus mit 4 Personen.

Luftvolumenstrom der Anlage: 120 m3/h
Leistungsaufnahme: Pel = 120 m3/h x 0,40 W/(m3/h) = 48 W
Betriebszeit einer Abluftanlage: 6.550 h (entspricht Dauer der Heizperiode)
Jährlicher Stromverbrauch: Q = 48 W x 6.550 h = 314 kWh

Der Telefonieschallschutz ist bei Be- und Entlüftungsanlagen eine zentrale Anforderung, da nicht nur die Funktionsräume an ein Kanalnetz angeschlossen sind, sondern auch die wesentlich sensibleren Wohn- und Schlafräume. Eine geeignete Kanalführung sowie der gezielte Einsatz von Schalldämpfern sind entscheidend, um einen zufriedenstellenden Betrieb zu gewährleisten.
Durch die zentrale Frischluftansaugung ergeben sich wesentliche Vorteile der Frischlufttechnik für die erzielbare Wohnqualität. So ist es möglich, im Winter die Frischluft durch einen Erdwärmetauscher vorzuwärmen bzw. im Sommer zu kühlen. Zudem können für Allergiker effiziente Filter eingesetzt werden. Ein großer Vorteil liegt in der Vorwärmung der Zuluft, so dass bei ausreichender Wärmetauscherqualität Zugerscheinungen ausgeschlossen werden können.
Auf eine Nachheizung der Frischluft kann verzichtet werden, wenn sie durch den Wärmetauscher auf mindestens +17 °C erwärmt wird. Eine Nachheizung auf beispielsweise 22 °C würde den Wohnkomfort nicht spürbar erhöhen.
Um einen nennenswerten Beitrag zur Beheizung des Gebäudes leisten zu können, müsste die Luft deutlich stärker erwärmt bzw. der Volumenstrom über die hygienische Notwendigkeit hinaus erhöht werden.
Die mögliche Energieeinsparung hängt von mehreren Faktoren ab. Entscheidend sind:
Gebäudedichtheit, Geräteeffizienz sowie vor allem das Nutzerverhalten. Diese Faktoren werden im Kapitel 18 näher behandelt.

Vorteile der Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung durch Wärmetauscher

• Gesicherte Feuchteabfuhr
• Gesicherte Frischluftversorgung
• Optimale Umsetzung des Querlüftungskonzeptes möglich
• Deutliche Energieeinsparung möglich
• Sehr guter Schallschutz möglich
• Kein Kaltlufteinfall
• Platzierung der Zuluftventile unabhängig von Heizflächen
• Effiziente Frischluftfilterung
• Optimaler Mückenschutz
• Temperierung der Frischluft durch Erdwärmetauscher möglich

4. Be- und Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung über Wärmepumpen

Analog zu Systemen mit Wärmerückgewinnung über Wärmetauscher wird auch bei Systemen mit Wärmerückgewinnung durch Wärmepumpen die Frischluft zentral angesaugt und über ein Kanalnetz im Haus verteilt.
Die zwischen den Abluft- und Zuluftstrom geschaltete Wärmepumpe entzieht der Abluft einen Teil der darin enthaltenen Wärme und überträgt sie auf die Zuluft. Das erreichbare Temperaturniveau ist abhängig von der eingesetzten Wärmepumpe und kann das Niveau der zentralen Luftheizung eines Passivhauses erreichen. Teilweise werden auch Kombinationen aus Wärmerückgewinnung durch einen Plattenwärmetauscher und einer nachgeschalteten Wärmepumpe betrieben.
Derartige Systeme zeichnen sich durch eine nochmals gesteigerte Effizienz aus. Die Investitionskosten fallen entsprechend hoch aus.
Der Energiebedarf der Systeme ist zum einen abhängig von der lüftungstechnischen Konzeption des Gerätes und damit von der Ventilatorwahl sowie den internen Druckverlusten im Gerät (Filter, Wärmetauscher). Zum anderen ergibt sich ein zusätzlicher Elektrizitätsbedarf für den Betrieb der Luft-Luft-Wärmepumpe, der nicht unmittelbar der Lüftung zuzuordnen ist, sondern der Beheizung des Gebäudes. Entsprechend werden diese Anlagen auch in Rahmen der DIN V 4701-10 berechnet.
Die mögliche Energieeinsparung hängt von der gewählten Wärmepumpenbauart bzw. der Kombination von Wärmepumpe und Wärmetauscher ab.
Durch die kombinierte Betriebsweise von Wärmerückgewinner und Wärmepumpe lässt sich die Heizgrenztemperatur für die zusätzlich vorhandene konventionelle Heizungsanlage auf bis zu 7 °C absenken. Dadurch kann der Bedarf für die Heizungsanlage um bis zu 30 Prozent reduziert werden. Ob dies in der Praxis in jedem Fall zu einer deutlichen Energieeinsparung führt, ist fraglich, da die Bedarfsdeckung in erster Linie nur verlagert wird. Im Einzelfall ist zu prüfen, ob die Beheizung durch eine elektrische Wärmepumpe tatsächlich eine Primärenergieeinsparung gegenüber der Beheizung mit einer ohnehin vorhandenen Heizungsanlage, die mit fossilem oder gar regenerativem Brennstoff betrieben wird, ergibt.

Die Überprüfung sollte anhand DIN V 4701-10 erfolgen.

Vorteile der Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung durch Wärmepumpe

• Gesicherte Feuchteabfuhr
• Gesicherte Frischluftversorgung
• Optimale Umsetzung des Querlüftungskonzeptes möglich
• Deutliche Energieeinsparung möglich
• Sehr guter Schallschutz möglich
• Keine Zugerscheinungen durch Kaltlufteinfall
• Planung der Zuluftventile unabhängig von Heizflächen
• Effiziente Frischluftfilterung
• Optimaler Mückenschutz
• Temperierung der Frischluft durch Erdwärmetauscher (Sole oder Luft) möglich

5. Gebäudezentrale Lüftungssysteme im Mehrfamilienhaus

Zentrale Lüftung im Mehrfamilienhaus heißt:
Mehrere oder alle Wohneinheiten sind über ein gemeinsames Kanalnetz an eine zentrale Lüftungsanlage angeschlossen. Dies bedingt einen hohen schall- und brandschutztechnischen Planungs- und Investitionsaufwand.
Die Einhaltung der Brandschutzanforderungen lassen sich unter Umständen erleichtern, indem je Zone ein zentrales Gerät eingesetzt wird, um zumindest den Einsatz von Brandschutzklappen zu vermeiden.
Schallschutztechnische Anforderungen lassen sich zum Teil durch eine geeignete Kanalführung in den Griff bekommen, indem einzelne Wohneinheiten an separate Lüftungsstränge angeschlossen werden, ausgehend von einem zentralen Luftverteiler. Der Verteilstrang wird zentral angeordnet und mit Einstellblenden, Reinigungsöffnungen und den notwendigen Brandschutzklappen versehen. Dadurch lassen sich auch eine spätere Reinigung, Einregulierung oder Wartung der Brandschutzklappen einfacher durchführen.

5.1 Zentrale Abluftsysteme im Mehrfamilienhaus

Bei zentralen Abluftsystemen sind mehrere oder auch alle Wohneinheiten durch ein gemeinsames Abluftkanalnetz verbunden.
Eine individuelle Regelung ist mittels thermostatischer bzw. feuchtegesteuerter Außenlufteinlässe in Verbindung mit differenzdruckgeregelten Ventilatoren möglich, wobei jedoch eine Totalabschaltung der Anlage aufgrund unterschiedlicher Bedürfnisse schwierig ist.

5.2 Zentrale Be- und Entlüftungsanlagen im Mehrfamilienhaus

Der Einsatz zentraler Be- und Entlüftungssysteme in Mehrfamilienhäusern ist aufgrund hoher Schall- und Brandschutzanforderungen nicht unproblematisch.
Die Systeme bieten jedoch Vorteile beim Einsatz von Wärmerückgewinnungstechniken, speziell bei der Abluftwärmenutzung durch eine Wärmepumpe.
Befindet sich das Zentralgerät in der Heizzentrale, kann die Wärmepumpe relativ einfach mit dem zentralen Warmwasserspeicher verbunden werden. Auch die Nutzung eines Erdwärmetauschers ist bei zentralen Be- und Entlüftungssystemen problemlos möglich - ein weiterer Energiespar- und Komforteffekt.
Nachteilig ist die nur eingeschränkt mögliche zentrale Regelung der Anlagen, da hierfür eine aufwändige Klappen- und Regelungstechnik erforderlich ist. Dies gilt auch für die Transparenz, welche Wohneinheit wie viel Energieeinsparung erzielt hat. In der Regel ist dieser Beitrag nicht bezifferbar, jedoch sind die Unterschiede, gerade im Mehrfamilienhausbereich, teilweise erheblich.
Soll im Mehrfamilienhaus ein Lüftungssystem zur Beheizung eingesetzt werden, so ist es in der Regel sinnvoll, diese Nachheizung dezentral in den einzelnen Wohneinheiten durchzuführen. Geschieht dies zentral, steigen Leistungsverluste sowie Dämmaufwand für Zuluftleitungen an. Zudem lässt sich kein vernünftiger Regelkomfort realisieren.
Eine individuelle Regelung der Luftmengen ist bei zentralen Be- und Entlüftungssystemen nur durch sehr hohen regelungstechnischen Aufwand zu realisieren, der meist in keinem vernünftigen Verhältnis zur erzielten Einsparung bzw. dem gewonnenen Komfort steht.

Der Energiebedarf zentraler Anlagen ist deutlich geringer als der Energiebedarf dezentraler Anlagen.
In zentralen Anlagen kann der Druckabfall im gemeinsamen Kanalnetz günstiger gestaltet
werden. Zudem ist nur eine Ansaugung und ein Fortluftelement wirksam.
Die mögliche Energieeinsparung hängt von der eingesetzten Gerätequalität, der Kanalnetzgestaltung und den Nutzereinflüssen ab. Das theoretische Einsparpotential entspricht dem der Einfamilienhäuser: Auch hier kann der Lüftungswärmebedarf durch Abluftanlagen um bis zu 30 Prozent, durch Be- und Entlüftungsanlagen um bis zu 50 Prozent reduziert werden.
Bei den Kosten zentraler Anlagen im Mehrfamiliehaus sind zwei Faktoren zu berücksichtigen.
Zum einen sind die Investitionskosten der Standard-Lüftungskomponenten, wie auch bei dezentralen Anlagen, bis zu 20 Prozent geringer als beim Einfamilienhaus. Kostensenkend wirken die insgesamt geringeren Volumenströme sowie kompakte Grundrisse mit den damit verbundenen kurzen Leitungswegen. Hinzu gerechnet werden müssen aber Kosten durch erforderliche Brandschutzelemente (ca. 500 EUR pro Element), hochwertige Schalldämpfer (250 EUR pro Stück) sowie für eventuell notwendige Regelungskomponenten und Stellglieder.
Um das jeweilige Optimum hinsichtlich Aufwand, Kosten und Energieeinsparung zu realisieren, ist vor jeder Entscheidung eine Kostengegenüberstellung von zentraler und dezentraler Lösung sinnvoll.

Vorteile gebäudezentraler Systeme im Mehrfamilienhaus

• Geringer Platzbedarf
• Geringerer Strombedarf
• Wärmerückgewinnung einfacher realisierbar
• Optimale Frischluftfilterung möglich
• Weniger Gebäudedurchdringungen
• Zentrale Temperierung der Frischluft über Erdwärmetauscher möglich

Quelle: www.frischlufttechnik.de