Prüfstand an der Hochschule Luzern – Technik & Architektur

2005 kam der Prüfstand für Lüftungsgeräte an der Hochschule Luzern – Technik & Architektur in Betrieb. Zwischenzeitlich sind sieben Geräte geprüft. Ausser Kompaktgeräten lassen sich in Horw auch Geräte mit Zu- und Abluft (mit rekuperativer und regenerativer Wärmerück- gewinnung) testen.

Auf dem Prüfstand

Messungen bei eingebauten Anlagen sind mit grossen Unsicherheiten behaftet (teilweise über 20%) und als Leistungsnachweis bei der Abnahme oder im Streitfall ungeeignet [1]. Die Hochschule Luzern – Technik & Architektur (HTA) bietet in Anlehnung an die EN 13141-7 [2] ein umfassendes Prüfverfahren für Kompaktlüftungsgeräte an. Auf Anfrage werden auch die Sicherheit, die Bedienung und Wartung sowie hygienische Untersuchungen nach der SWKI 2003-5 [3] durchgeführt.

Lüftungstechnische Prüfungen

Die Luftvolumenstrom-Druck-Kennlinien für den Zuluft- und für den Abluftventilator werden nach der DIN 24163 [4] bestimmt. Bei Prüflingen mit festen Drehzahlen nimmt die Hochschule Luzern – Technik & Architektur die Luftvolumenstrom-Druck-Kennlinien bei jeder Betriebsstufe auf. Die Punkte der einzelnen Kennlinien werden im Abstand von maximal 50 Pa gemessen. Bei Prüflingen mit einer stufenlosen Drehzahlregulierung oder mit einer Konstantvolumenstromregelung wird der Betriebsbereich in gleichmässige Abschnitte unterteilt und die Punkte der einzelnen Kennlinien im Abstand von maximal 50 Pa gemessen. Gleichzeitig wird bei jedem Punkt die elektrische Leistungsaufnahme des Gerätes erfasst. [6]

Dichtigkeitsprüfung

Für die Messung des Leckagevolumenstroms werden die Ventilatoren des zu prüfenden Gerätes ausgeschaltet. Als Leckage­volumenstrom sind die externen und internen Undichtheiten definiert, die beispielsweise warme Luft in den Aussenluft- bzw. den Zuluftvolumenstrom einsaugen oder einblasen. Interne Leckagen können, unter anderem, zu einer scheinbaren Verbesserung der energetischen Qualität führen.

• Innenleckagenprüfung: Mit Hilfsventilatoren wird auf der Abluft- respektive Fortluftseite eine Druckdifferenz (50 Pa, 100 Pa, 150 Pa bzw. 200 Pa) zur Aussenluft- respektive Zuluftseite aufgebaut (auf der Aussenluft-/Zuluftseite herrscht Umgebungsdruck). Dabei wird der Leckagevolumenstrom gemessen.
• Aussenleckagenprüfung: In den Luftleitungen wird ein Über- bzw. Unterdruck aufgebaut (+/– 100 Pa, 150 Pa, 200 Pa, 250 Pa bzw. 300 Pa gegenüber Umgebungsdruck) und dabei der Leckagevolumenstrom gemessen.
• Die gemessenen Volumenströme werden jeweils auf den maximalen Luftvolumenstrom bezogen und als Prozentsatz angegeben. Die internen und externen Leckagen sollten unter 2% liegen. Gute Geräte erreichen unter 1% [1]. Beachtet werden sollte in diesem Zusammenhang, dass sich die Leckageangaben immer auf die Nominalvolumenströme beziehen. Im realen Betrieb mit meist kleineren Volumenströmen sind die Leckagen deshalb prozentual höher.

Prüfung der Filter-Bypass-Leckage

Durch Lecks an der Filterhalterung oder im Gehäuse strömt ein Teil der Zuluft am Filter vorbei. Dies wird mit der Prüfung der Filter-Bypass-Leckage quantifiziert. Je höher die Filterklasse ist, desto schwerwiegender sind Leckagen. Die EN 1886 [5] lässt bei einem Prüfdruck von 400 Pa Undichtigkeiten von einigen Prozenten zu.

Filterklasse	G1 bis F5	F6	F7	F8	F9
Maximale Leckluftrate am Filter	6%	4%	2%	1%	0,5%

Energetische Prüfungen

Für die Messungen werden die Luftkonditionen der Abluft und der Aussenluft festgelegt (jeweils Temperatur, relative Feuchte und externer Druckabfall). Temperatur- und Feuchtewerte werden in weiteren Messungen variiert, um verschiedene Fälle zu differenzieren. Bei Geräten, die beispielsweise mit einem Lufterdregister betrieben werden, wird die Aussenlufttemperatur für die Messung im Labor entsprechend erhöht. Ebenfalls festgelegt werden die Luftvolumenströme. Zur Festlegung dieser Volumenströme kann der Auftraggeber zwischen dem DIBt- und dem PHI-Ansatz wählen. [6] (DIBt steht für Deutsches Institut für Bautechnik, PHI für Passivhaus-Institut.)
Geprüft wird das Gerät bei verschiedenen Betriebsweisen [6]:

• Lüftungsbetrieb mit Wärmerückgewinnung; die Wärmepumpe ist ausgeschaltet.
• Lüftungsbetrieb und Betrieb der Wärmepumpe für die Zulufterwärmung.
• Betrieb der Wärmepumpe für die Wassererwärmung.
• Lüftungsbetrieb und Betrieb der Wärmepumpe für die Wärmeabgabe an ein wasserführendes System.

Zusätzlich kann optional eine Prüfung der Frostschutzeinrichtung durchgeführt werden (Testbetrieb bei Aussenlufttemperaturen bis maximal –12°C). Mit den gemessenen Werten – im Wesentlichen Temperaturen, die relative Feuchte, Volumenströme, Druckdifferenzen und die elektrische Leistungsaufnahme – werden folgende Grössen ermittelt [6]:

• Temperaturverhältnis
• Feuchte-Änderungsgrad
• Wärmebereitstellungsgrad
• Elektrothermischer Verstärkungsgrad
• Leistungszahl der Wärmepumpe

Akustische Prüfungen

Die akustischen Messungen werden für die Schallabstrahlung durch das Gehäuse des Prüflings und für jene in den Luftanschlussleitungen des Gerätes durchgeführt. Gemessen wird einerseits beim reinen Lüftungsbetrieb und andererseits mit eingeschalteter Wärmepumpe. Beim maximalen Volumenstrom und 100 Pa Differenzdruck misst die Hochschule Luzern – Technik & Architektur den Schall des Gerätes und der Luft-Anschlüsse. Die Schallentwicklung der Abluft- respektive der Zuluft-Anschlüsse wird zusätzlich beim minimalen Volumenstrom gemessen. Für die Auswertung sind der unbewertete und der A-bewertete Schallleistungspegel – beide in Terzbändern und als Gesamtwert – relevant.

Sicherheit, Bedienung und Wartung

Bezüglich der Sicherheit, der Bedienung und der Wartung werden folgende Prüfungen durchgeführt [6]:

• Sichtprüfung der mechanischen und elektrischen Sicherheit des Gerätes.
• Technische Dokumentation zum Gerät, Datenblatt, Planungs- und Installationsanleitung, Bedienungs- und Wartungsanleitung, Beschriftungen am Gerät.
• Funktionsprüfung: Serviceöffnungen, Zugänglichkeit für den Filterwechsel, Reinigung der Wärmetauscher, Ventilatorlaufräder, Kondensatauff angwanne und des Gehäuses.

Lüftungsgerät und Wärmepumpe in Einem

Kompaktlüftungsgeräte beinhalten neben der mechanischen Lüftung mit Wärmerückgewinnung eine Wärmepumpe. Als Wärmequelle dient dieser die Ab- oder die Aussenluft – die produzierte Wärme nutzt man zur Zulufterwärmung, zur Wassererwärmung oder zum Betrieb eines wasserführenden Heizsystems. Um ein Kompaktlüftungsgerät energetisch zu beurteilen, sind folgende Kennzahlen hilfreich:

• Der Temperatur-Änderungsgrad [7], auch Rückwärmezahl, ist die Temperaturdifferenz zwischen Eintritt und Austritt (in bzw. aus dem Wärmetauscher) von einem der Luftströme, dividiert durch die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Lufteintritten. Er quantifiziert den Temperatur-Rückgewinn des Wärmetauschers.
• Der Feuchte-Änderungsgrad [7], auch Rückfeuchtezahl, bestimmt den Feuchte-Rückgewinn und wird analog zum Temperatur-Änderungsgrad definiert (mit der absoluten Feuchte der Luftströme).
• Der Wärmebereitstellungsgrad [8] ist die Differenz zwischen den Enthalpieströmen der Zuluft und der Aussenluft, dividiert durch die Differenz zwischen den Enthalpieströmen der Zuluft bei Raumtemperatur und der Aussenluft. Systemgrenze: Ganzes Gerät, also auch Abwärme des Ventilators.
• Das Temperaturverhältnis [2] ist die Temperaturdifferenz zwischen Eintritt und Austritt (in bzw. aus dem Gerät) von einem der Luftströme, dividiert durch die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Lufteintritten. Systemgrenze: Ganzes Gerät, also auch Abwärme des Ventilators.
• Der Elektrothermische Verstärkungsgrad, ETV, auch Elektrothermischer Verstärkungsfaktor oder elektrisches Wirkungsverhältnis, ist das Verhältnis vom eingesparten Heizwärmebedarf zum Mehrverbrauch an elektrischer Energie für die mechanische Lüftung. Die Hochschule Luzern – Technik & Architektur berechnet den leistungsbezogenen ETV mit Systemgrenze Lüftungsgerät bei verschiedenen Betriebsweisen und Betriebspunkten.
• Die Leistungszahl der Wärmepumpe bezeichnet das Verhältnis von bereitgestellter Wärmeenergie zu der für den Betrieb erforderlichen elektrischen Energie. Die Hochschule Luzern – Technik & Architektur berechnet die Leistungszahl für die verschiedenen Betriebsweisen über eine bestimmte Messdauer. Unterschieden wird zusätzlich zwischen einer Leistungszahl, welche den gesamten Stromverbrauch und die Wärmerückgewinnung berücksichtigt, und einer Leistungszahl nach Minergie ohne Wärmerückgewinnung, bei der nur der Stromverbrauch des Verdichters – nicht aber jener der Ventilatoren und der Steuerung – einbezogen wird.

Quellen

[1] Heinrich Huber, René Mosbacher: Wohnungslüftung. Grundlagen, Planung, Ausführung und Praxis von Komfortlüftungen. Zürich: Faktor Verlag 2006.
[2] EN 13141-7. Lüftung von Gebäuden - Leistungsprüfung von Bauteilen/Produkten für die Lüftung von Wohnungen - Teil 7: Leistungsprüfung von mechanischen Zuluft- und Ablufteinheiten (einschliesslich Wärmerückgewinnung) für mechanische Lüftungsanlagen in Einfamilienhäusern, Mai 2004.
[3] Schweizerischer Verein der Wärme- und Klimaingenieure, SWKI 2003-5 (entspricht der VDI 6022). Hygienische Anforderungen an raumlufttechnische Anlagen, 2003.
[4] DIN 24163. Teil 1 bis 3. Leistungsmessung, Normkennlinien, Normprüfstände, Januar 1985.
[5] EN 1886. Lüftung von Gebäuden - Zentrale raumlufttechnische Geräte - Mechanische Eigenschaften und Messverfahren, Mai 2004.
[6] Hochschule Luzern - Technik & Architektur: Prüfreglement für die Prüfung von Kompaktlüftungsgeräten; Geräte mit Zu- und Abluft, Wärmerückgewinnung und Abluftwärmepumpe für Wassererwärmung und/oder Wärmeabgabe an ein anderes wasserführendes System, Version 1.01 vom 22. Dezember 2005.
[7] EN 308 Wärmeaustauscher - Prüfverfahren zur Bestimmung
der Leistungskriterien von Luft/Luft- und Luft/Abgas- Wärmerückgewinnungsanlagen, Juni 1997.
[8] Deutsches Institut für Bautechnik: Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für Lüftungsgeräte, Merkblatt für die Antragstellung (Stand Dezember 2002).

Quelle der Grafiken: Hochschule Luzern - Technik & Architektur, Furter, Rudolf und Wenger, Larissa: Kompaktlüftungsgeräte, Prüfreglement, erste Massnahmen. 14. Schweizerisches Status-Seminar »Energie- und Umweltforschung im Bauwesen«, Zürich, 2006.

Text: Donald Sigrist