Lüftungsrichtlinien für das Design

Der Zweck der Leitlinien (Blomsterberg, 2000) [Ref. 6] besteht darin, Praktikern (hauptsächlich HVAC-Designern und Gebäudemanagern, aber auch Kunden und Gebäudenutzern) Anleitung zu geben, wie sie Lüftungssysteme mit guten Leistungen unter Anwendung konventioneller und innovativer Systeme realisieren können Technologien.Die Richtlinien gelten für Lüftungssysteme in Wohn- und Gewerbegebäuden und während des gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes, dh Planung, Entwurf, Bau, Inbetriebnahme, Betrieb, Wartung und Rückbau.

Für eine leistungsgerechte Auslegung einer Lüftungsanlage sind folgende Voraussetzungen notwendig:

• Für die zu planende Anlage wurden Leistungsvorgaben (bezüglich Raumluftqualität, thermischer Behaglichkeit, Energieeffizienz etc.) vorgegeben.
• Es wird eine Lebenszyklusperspektive angewendet.
• Das Lüftungssystem wird als integraler Bestandteil des Gebäudes betrachtet.

Ziel ist es, unter Einsatz konventioneller und innovativer Technologien ein Lüftungssystem zu konzipieren, das projektspezifische Leistungsvorgaben (siehe Kapitel 7.1) erfüllt.Der Entwurf des Lüftungssystems muss mit der Entwurfsarbeit des Architekten, des Bauingenieurs, des Elektroingenieurs und des Planers des Heiz-/Kühlsystems abgestimmt werden, um sicherzustellen, dass das fertige Gebäude mit Heiz-, Kühl- und Lüftungssystem ausgestattet ist funktioniert gut.Zu guter Letzt sollte der Hausverwalter bezüglich seiner speziellen Wünsche konsultiert werden.Er wird noch viele Jahre für den Betrieb der Lüftungsanlage verantwortlich sein.Der Planer muss daher bestimmte Faktoren (Eigenschaften) für das Lüftungssystem entsprechend den Leistungsspezifikationen festlegen.Diese Faktoren (Eigenschaften) sollten so gewählt werden, dass das Gesamtsystem bei dem angegebenen Qualitätsniveau die niedrigsten Lebenszykluskosten aufweist.Eine wirtschaftliche Optimierung sollte unter Berücksichtigung von Folgendem erfolgen:

• Investitionskosten
• Betriebskosten (Energie)
• Wartungskosten (Filterwechsel, Reinigung von Kanälen, Reinigung von Luftdurchlässen usw.)

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 Schallpegel
• Entwurf für den Einsatz eines Gebäudeenergiemanagementsystems
• Design für Betrieb und Wartung

Design mit Lebenszyklus Perspektive 

Gebäude müssen nachhaltig gestaltet werden, das heißt, ein Gebäude muss während seiner Lebensdauer möglichst geringe Auswirkungen auf die Umwelt haben.Verantwortlich dafür sind verschiedene Personengruppen, z. B. Planer und Gebäudeverwalter.Produkte sind aus einer Lebenszyklusperspektive zu beurteilen, wobei sämtliche Auswirkungen auf die Umwelt während des gesamten Lebenszyklus berücksichtigt werden müssen.Planer, Käufer und Auftragnehmer können frühzeitig umweltfreundliche Entscheidungen treffen.Ein Gebäude besteht aus mehreren unterschiedlichen Bauteilen mit unterschiedlicher Lebensdauer.In diesem Zusammenhang müssen Wartbarkeit und Flexibilität berücksichtigt werden, dh dass sich die Nutzung beispielsweise eines Bürogebäudes während der Lebensdauer des Gebäudes mehrmals ändern kann.Die Wahl des Lüftungssystems wird in der Regel stark von den Kosten beeinflusst, also in der Regel von den Investitionskosten und nicht von den Lebenszykluskosten.Dabei handelt es sich häufig um eine Lüftungsanlage, die bei geringsten Investitionskosten gerade noch die Anforderungen der Bauordnung erfüllt.Die Betriebskosten für beispielsweise einen Ventilator können 90 % der Lebenszykluskosten betragen.Wichtige Faktoren, die für die Lebenszyklusperspektive relevant sind, sind:
Lebensdauer.

• Umweltbelastung.
• Änderungen am Lüftungssystem.
• Kostenanalyse.

Eine einfache Methode zur Lebenszykluskostenanalyse ist die Berechnung des Nettobarwerts.Die Methode kombiniert Investitions-, Energie-, Wartungs- und Umweltkosten während eines Teils oder der gesamten Betriebsphase des 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 bei den Kosten sind meist nur sehr schwer zu ermitteln und werden daher oft außer Acht gelassen.Die Umweltauswirkungen werden teilweise durch die Einbeziehung von Energie berücksichtigt.Häufig werden LCC-Berechnungen durchgeführt, um den Energieverbrauch während der Betriebszeit zu optimieren.Der Hauptteil des Energieverbrauchs eines Gebäudes im Lebenszyklus fällt in diesen Zeitraum, nämlich Raumheizung/-kühlung, Belüftung, Warmwasserbereitung, Strom und Beleuchtung (Adalberth 1999) [Ref. 25].Geht man von einer Lebensdauer eines Gebäudes von 50 Jahren aus, kann die Betriebszeit 80 – 85 % des Gesamtenergieverbrauchs ausmachen.Die restlichen 15 – 20 % entfallen auf die Herstellung und den Transport der Baustoffe und den Bau.

Design für eine effiziente Nutzung Strom für die Belüftung 

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

• Optimieren Sie das Gesamtlayout des Lüftungssystems, indem Sie beispielsweise die Anzahl der Bögen, Diffusoren, Querschnittsänderungen und T-Stücke minimieren.
• Wechseln Sie zu einem Ventilator mit höherer Effizienz (z. B. direkt angetrieben statt riemengetrieben, effizienterer Motor, rückwärtsgekrümmte Schaufeln statt vorwärtsgekrümmt).
• Verringern Sie den Druckabfall an der Verbindung Ventilator – Rohrleitung (Ventilatoreinlass und -auslass).
• Reduzieren 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 von Spannungs-, Klappen- oder Leitschaufelsteuerung).

Von Bedeutung für den gesamten Stromverbrauch zur Lüftung sind natürlich auch die Luftdichtheit der Rohrleitungen, die Luftdurchsätze und die Betriebszeiten.

Um den Unterschied zwischen einem System mit sehr geringen Druckverlusten und einem System mit bisheriger Praxis als „effizientes System“ aufzuzeigen, wurde SFP (spezifische Ventilatorleistung) = 1 kW/m³/s mit einem „normalen System“ verglichen ”, SFP = zwischen 5,5 – 13 kW/m³/s (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 einen „Strom“. System". 

Design für niedrige Schallpegel 

Ein Ausgangspunkt bei der Auslegung für niedrige Schallpegel ist die Auslegung für niedrige Druckpegel.Auf diese Weise kann ein Lüfter gewählt werden, der mit einer niedrigen Drehzahl läuft.Geringe Druckverluste können durch folgende Maßnahmen erreicht werden:

• Geringe Luftgeschwindigkeit, dh große Kanalabmessungen
• Minimieren Sie die Anzahl der Komponenten mit Druckverlusten, z. B. Änderungen in der Kanalausrichtung oder -größe, Dämpfer.
• Minimieren Sie den Druckabfall an den erforderlichen Komponenten
• Gute Strömungsverhältnisse an Luftein- und -auslässen

Zur Steuerung der Luftströme sind unter Berücksichtigung des Schalls folgende Techniken geeignet:

• Steuerung der Drehzahl des Motors
• Ändern des Winkels der Lüfterflügel von Axialventilatoren
• Auch die Art und Montage des Ventilators ist für den Schallpegel von Bedeutung.

Wenn das so konzipierte Lüftungssystem die Schallanforderungen nicht erfüllt, müssen höchstwahrscheinlich Schalldämpfer in die Planung einbezogen werden.Vergessen Sie nicht, dass durch das Lüftungssystem Lärm eindringen kann, z. B. Windgeräusche durch Außenlüftungsöffnungen.
7.3.4 Design für den Einsatz von BMS
Das Gebäudemanagementsystem (BMS) eines Gebäudes und die Routinen zur Nachverfolgung von Messungen und Alarmen bestimmen die Möglichkeiten, einen ordnungsgemäßen Betrieb des Heiz-/Kühl- und Lüftungssystems zu gewährleisten.Für einen optimalen Betrieb der HVAC-Anlage ist es erforderlich, dass die Teilprozesse separat überwacht werden können.Dies ist oft auch der einzige Ansatz, um kleine Abweichungen in einem System zu entdecken, die allein den Energieverbrauch nicht ausreichend erhöhen, um einen Energieverbrauchsalarm auszulösen (durch Höchstwerte oder Folgemaßnahmen).Ein Beispiel sind Probleme mit einem Lüftermotor, die sich nicht auf den gesamten elektrischen Energieverbrauch für den Betrieb eines Gebäudes auswirken.

Dies bedeutet nicht, dass jedes Lüftungssystem von einem BMS überwacht werden sollte.Für alle außer den kleinsten und einfachsten Systemen sollte ein BMS in Betracht gezogen werden.Für ein sehr komplexes und großes Lüftungssystem ist wahrscheinlich ein BMS erforderlich.

Der Grad der Komplexität eines BMS muss mit dem Wissensstand des Betriebspersonals übereinstimmen.Der beste Ansatz besteht darin, detaillierte Leistungsspezifikationen für das BMS zu erstellen.

7.3.5 Design für Betrieb und Wartung
Um eine ordnungsgemäße Bedienung und Wartung zu ermöglichen, müssen entsprechende Betriebs- und Wartungsanweisungen verfasst werden.Damit diese Anleitung nützlich ist, müssen bei der Auslegung des Lüftungssystems bestimmte Kriterien erfüllt sein:

• Die technischen Anlagen und deren Komponenten müssen für Wartung, Austausch etc. zugänglich sein. Ventilatorräume müssen ausreichend groß und mit einer guten Beleuchtung ausgestattet sein.Die einzelnen Komponenten (Lüfter, Klappen etc.) der Lüftungsanlage müssen leicht zugänglich sein.
• Die Anlagen müssen mit Angaben zum Medium in Rohren und Kanälen, Fließrichtung etc. gekennzeichnet sein. • Prüfstelle für wichtige Parameter muss vorhanden sein

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

Diskussionen, Statistiken und Autorenprofile für diese 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