Qualitätsmerkmale

Bei Wohnungslüftungen gibt es einige kritische Punkte, die später über Freud und Leid der Benutzer entscheiden. Faktor hat die wichtigsten zusammengestellt und erklärt kurz, worauf geachtet werden soll.
11 Qualitätsmerkmale im Überblick

Strömungsfragen

Primär dient das Lüften der Zufuhr von Frischluft und der Abfuhr von unerwünschten Stoffen. Prinzipiell kann dies mit natürlicher oder mechanischer Lüftung angestrebt werden. Wichtig ist, dass der Komfort stimmt, insbesondere was die Raumtemperatur und die Luftgeschwindigkeiten angeht. Will man gleichzeitig auch Energie sparen, ist eine mechanische Lüftung ein Muss. Damit ein solches System aber die Benutzer zufrieden stellt, gilt es einige strömungstechnische Rahmenbedingungen zu berücksichtigen.
Unter Komfort versteht man das Wohlbefinden von Personen im Raum. Zu den bestimmenden Parametern gehören etwa die Raumtemperatur, die Luftgeschwindigkeit, die Feuchte, die Konzentrationen von CO₂, Geruchs- und Schadstoffen. Die Komfortparameter sind aus statistischen Untersuchungen hergeleitet. Im Allgemeinen wird angestrebt, dass höchstens 10 % der Personen unzufrieden sind. Das theoretische Optimum beträgt 5 %, da es nicht möglich ist, für alle Personen gleichzeitig gute Komfortwerte zu erzielen.

Quellen in Wohnungen
Ein wesentlicher Beitrag der Lüftung zum Komfort ist das Abführen von unerwünschten Stoffen aus der Raumluft. In Wohnungen gibt es eine ganze Reihe von Quellen für unerwünschte Stoffe. Die wichtigsten:

• die Küche (Gerüche, Feuchte)
• Bad und WC (Gerüche, Feuchte)
• laufende elektronische Geräte (Gerüche oder Schadstoffe)
• Personen, Haustiere und Pflanzen (Gerüche, CO₂, Feuchte)
• Teppiche, Vorhänge usw. (Gerüche, Schadstoffe)
• Zigarettenrauch oder ähnliches

Der erforderliche Luftwechsel hängt von den Quellstärken und den zu erzielenden Bedingungen ab. Dabei gilt es aber, starke Luftbewegungen zu vermeiden, weil sie den Komfort beeinträchtigen [1]. Normalerweise ist der Luftwechsel bei Wohnungen eher klein; bei einem Wert von 30 m³/h pro Person liegt er bei 0,5/h.
Ein typischer Wert für eine 100-m²-Wohnung sind 120 m³/h (4 Personen, je 30 m³/h). Damit lässt sich beispielsweise eine CO₂-Konzentration von 1000 ppm erzielen, was einer guten Luftqualität entspricht. CO₂ kann an sich nicht wahrgenommen werden, es eignet sich aber gut als Leitgrösse für die Anwesenheit diverser organischer Geruchsstoffe von Personen im Raum. Bei hohen Geruchsbelastungen, wie etwa beim Rauchen, sind indessen viel höhere Luftwechselraten notwendig; sogar Raucher selbst beklagen sich bei Raten von 0,5/h und 1,0/h.

Natürliche Lüftung
Grundsätzlich lassen sich die erforderlichen Luftwechselraten auch mit natürlicher Lüftung erreichen. Allerdings sind die typischen Probleme dabei der unregelmässige Luftwechsel und die hohen Wärmeverluste speziell im Winter. Deshalb muss die natürliche Lüftung kontrolliert werden, entweder manuell oder automatisch.
Natürliche Lüftung kann »einseitig« sein, das heisst, der Raum ist über eine einzige Öffnung mit dem Aussenklima verbunden. Bei der Querlüftung sind mehrere Öffnungen vorhanden – entweder an verschiedenen Aussenwänden desselben Raumes oder verteilt auf mehrere, miteinander verbundene Räume. Die Querlüftung ist bei Windeinfluss viel effizienter, vor allem als kurzzeitige Stosslüftung. Tabelle 2 zeigt, dass Werte von 1000 oder 2000 m³/h schon ohne Wind erreicht werden können. Entsprechend gross ist dann auch der Wärmeverlust.
In Wohnungen ist die Lüftung über mehrere Geschosse seltener, aber bei Maisonette-Wohnungen auch möglich. Wegen der grösseren Wirkhöhe und stärkerer Thermik ist der Luftaustausch in solchen Fällen 3- bis 4-mal grösser. Bei einem Abluftsystem mit natürlicher Nachströmung ist der Ausseneinfluss gering, ausser bei starkem Wind.
Bei mehrstöckigen Gebäuden mit natürlicher Lüftung kommt es oft vor, dass die angesaugte Luft durch Wohnungen in tieferen Geschossen beeinflusst ist. Dann gelangt belastete Abluft aus der unteren Wohnung in die obere. Ein bekanntes Phänomen ist Zigarettenrauch, der von einem Raucher auf dem unteren Balkon in die darüber liegende Stube zieht.

Mechanische Lüftung
Mit mechanischen Lüftungssystemen vermeidet man sowohl die Witterungseinflüsse als auch die Wärmeverluste weitgehend. Für Wohnungen kommen vor allem zwei Systeme von mechanischen Lüftungssystemen in Frage: die Mischlüftung und die Quelllüftung/Schichtlüftung (Bild 1).

Das klassische System ist die Mischlüftung mit homogenen Bedingungen im Raum. Zu- und Abluftöffnungen werden meist oben im Raum platziert. Die Mischung wird durch hohe Zuluftgeschwindigkeit und Induktion (Lufteinmischung) erreicht. Die Abfuhr von Schadstoffen erfolgt hier nach dem Prinzip der Verdünnung.
Mit der Quelllüftung kann eine Schichtung erreicht werden, bei der sich im oberen Raumteil Wärme und Schadstoffe ansammeln. Im unteren Raumteil stellt sich ein Temperaturgradient mit sehr geringer Schadstoffkonzentration ein. Die Zuluft wird unten eingeführt, die Abluft oben weggeführt. Im Prinzip können die gleichen Komfortbedingungen wie mit der Mischlüftung bei deutlich kleinerem Volumenstrom erreicht werden.

Raumluftströmungen
Bei Lüftungssystemen werden Strömungsbild und resultierende Luftqualität hauptsächlich durch die räumliche Anordnung der Zu- und Abluftöffnungen bestimmt. Sie werden in Wohnungen üblicherweise in Decken (oder unterhalb der Decken) angeordnet, da in diesem Bereich die Zuleitungen am einfachsten realisiert werden können. Deshalb findet man in Wohnungen meist Mischlüftungssysteme.
Die Quelllüftung wird wenig eingesetzt, vor allem wegen den notwendigen grossen Zuluftöffnungen im Fussboden, die auch die Möblierung einschränken. 144 m³/h benötigen bei 0,1 m/s schon eine Fläche von 0,4 m²; bei einer Fläche von 0,04 m² würden 1 m/s resultieren!
Die bei der Quelllüftung erforderliche Schichtung entsteht, wenn kühlere Zuluft im unteren Raumbereich eintritt und dort eine Schicht bildet. Bei Wärmequellen – die ja oft auch Kontaminationsquellen sind – steigt sie lokal nach oben, wo sie abgesaugt wird. Diesen Effekt erhält man auch beim Eintritt von kühler Luft aus dem Schlafzimmer ins Wohnzimmer durch einen Überströmspalt im unteren Türbereich.
In Wohnungen führen aber Störeinflüsse bei Quelllüftungen oft zu ungewollten Strömungsmustern, sodass sich wieder eine Mischung einstellt. Zum Beispiel verhindern zu viele Wärmequellen oder eine starke Raumwalze infolge Kaltluftabfalls bei grossem Fassadenanteil eine Schichtung.

Luftführung in Wohnungen
Wohnungen mit mehreren Zimmern eignen sich für Kaskadenlüftungen. Die Zuluft wird in die Schlafzimmer eingebracht, von dort strömt sie über das Wohnzimmer zu Bad und Küche, wo sie abgesaugt wird. Dies ist von der Nutzung her möglich, da im Normalfall entweder die Schlafzimmer oder der Wohnraum besetzt sind.

Ein lokales System (Zu- und Abluft im jedem Raum) müsste hingegen doppelt so viel Luft fördern, um die gleiche Luftqualität zu erreichen.
Bild 3 zeigt ein Beispiel für die resultierende Strömung und das Alter der Luft in zwei verbundenen Zimmern. Dieses Strömungsbild gilt für den Fall, dass die Luft durch die Überströmöffnung der geschlossenen Tür strömt. Wenn die Türe offen steht, können sich bei Temperaturunterschieden z.B. zwischen Schlaf- und Wohnzimmer beträchtliche thermische bidirektionale Ausgleichsströmungen (d.h. in beide Richtungen durch die gleiche Tür) einstellen, die zu starken Zugserscheinungen führen. Ein kontrolliertes Öffnen und Schliessen der Türen ist daher für guten Innenkomfort unerlässlich.

Die Zuluftauslässe beeinflussen bei Wohnungen die Luftströmung etwa bis auf eine Distanz von rund 3 m. Mischlüftungsauslässe mit Geschwindigkeiten bis ca. 2 m/s wirken durch ihren Impuls und die Induktion (Luftansaugung in den Strahlbereich). Die lokale Umströmung des Auslasses selbst beeinflusst die Rezirkulation und die Ablagerung von Verunreinigungen. Diesbezüglich besteht auch heute noch Optimierungspotenzial. Die Wirkung des Abzugs ist nur lokal [2] und daher für die Strömung nicht bedeutend (obwohl sehr nahe gelegene Quellen effizient abgesaugt werden können).

Warme Quellen und kalte Fassaden
Beachtlich ist der Einfluss von Wärmequellen oder kalten Fassaden, da die Hauptströmung (Bild 4) Luft nachzieht und so die Durchmischung der Luft im Raum fördert.

Bei relativ geringen Wärmelasten oder geringen Fassadenverlusten stellt sich eine Schichtung ein. Dies gilt besonders für den Fall, dass eine Luftheizung vorhanden ist. Dann können sich allerdings infolge der Zulufttemperaturen zwischen 40 °C und 50 °C im Deckenbereich teilweise recht hohen Temperaturen einstellen.

Die Strömungen können bei einer grossen Zahl von Wärmequellen oder hohen Glasfassadenanteilen so stark sein, dass sich gar keine Quelllüftung realisieren lässt.
Hohe Glasfassadenanteile bewirken lokal tiefere Fassadentemperaturen und Kaltlufterscheinungen. Diese führen zu Komforteinbussen, die je nach Fassadenqualität beträchtlich sein können. Ein wesentlicher Effekt entsteht entlang von Rahmen, da deren U-Wert weit weniger gut als jener für Glas ist (Bild 6).

Mit einem Glas-U-Wert von ca. 1 W/m² K können bei raumhoher Verglasung und einer Aussentemperatur von -10 °C keine guten Komfortwerte erreicht werden [6]. Zu empfehlen sind daher bessere Verglasungen (höchstens 0,8 W/m² K).
Noch stärker zeigt sich das Problem bei überhohen Verglasungen, beispielsweise über zwei Stockwerke. Ohne Heizung im Fassadenbereich sind die Komfortwerte schlecht. Ist eine Heizung vorhanden, muss die resultierende Temperaturschichtung beachtet werden. Sie kann dazu führen, dass das obere Geschoss zu warm und das untere zu kalt ist.
Meist wird die Luft vom Kern gegen die Fassade geführt. Diese Ausblasrichtung begünstigt die Kaltluftströmung, da sie die Raumwalze zusätzlich antreibt, die durch die kühleren Aussenwände entsteht. Mit einer Luftheizung ist dieser Effekt unproblematisch, da die eingeführte Luft ja überdurchschnittlich warm ist. Das Ausblasen von der Fassade gegen den Kern hingegen behindert die Kaltluftströmung leicht und wäre im Prinzip vorzuziehen. In der Praxis ist es allerdings meist zu aufwendig, die Leitungen an die Fassade zuziehen.

Undichtheiten und Wärmelasten
Die Auswirkungen von Undichtheiten gleichen denen von offenen Fenstern, nur sind sie weniger stark. Eintretende kalte Luft breitet sich dem Boden entlang aus und beeinflusst Komfort und Energieverbrauch; Windeinfluss verstärkt den Effekt noch. Eine Schwierigkeit von praktischer Bedeutung liegt im wohnungsweisen Abgleich von Zu- und Abluft in einem Mehrfamilienhaus. Ungenauigkeiten hierbei führen zu Ausgleichsströmungen (d.h. im schlimmen Fall Geruchstransport) zwischen verschiedenen Wohnungen. Bei hohen Verglasungsanteilen sind nicht nur die Kaltlufterscheinungen im Winter, sondern auch die externen Wärmelasten im Sommer zu beachten.

Sonderfälle von Strömungen
Besondere, im schlimmsten Fall störende Strömungsverhältnisse entstehen bei bestimmten räumlich-geometrischen Anordnungen von Zu- respektive Abluftöffnungen. Besondere Aufmerksamkeit verdienen in diesem Zusammenhang:

• Lokale Absaugungen
• Kurzschlüsse
• Totzonen

Bei der Kurzschlussströmung fliesst ein Teil der Zuluft relativ direkt in die Abluftöffnungen. Dies will man immer vermeiden, da die Luft nicht optimal genutzt wird und wenig durchspülte Zonen mit hoher Belastung entstehen, so genannte Totzonen.

Tipps für mehr zufriedene Bewohner
Für die Praktiker lassen sich aus dem bisher Gesagten folgende Tipps für die Planung von Lüftungsanlagen ableiten:

• Luftwechsel nicht zu niedrig ansetzen, empfehlenswert sind höhere Werte als die minimalen 30 m³/h pro Person, da die Quellstärken oft höher sind als vermutet.
• Schadstoffe nach Möglichkeit an der Quelle zu erfassen (Küche).
• Kaskadenlüftung bevorzugen – sie hat bei Wohnungen klare Vorteile, ist insbesondere effizienter als die Einzelraumlüftung für alle Räume.
• Überströmöffnungen zwischen den Räumen unten platzieren.
• Abluftöffnungen oben platzieren, möglichst in Bereichen oder in Räumen grosser Kontamination (Küche, WC, Bad).
• Bei unten eingeführter Zuluft: grosse Fläche, kleine Geschwindigkeit; bei oben eingeführter: kleine Fläche, grosse Geschwindigkeit.
• Bei abweichender Luftführung sind Kurzschlüsse zu vermeiden.
• Bei raumhohen Verglasungen soll der U-Wert höchstens 0,8 W/m² K sein, die Rahmenfläche ist minimal zu halten (kleiner als 10 cm breit).
• Auf quellluftartige Luftführung (Schichtung) kann man sich nicht verlassen. Deshalb sollte bei der Dimensionierung von einem Volumenstrom für Mischlüftungen ausgegangen werden.