Lüftungsstrategien

Das Lüften von Räumen mit frischer Außenluft ist unverzichtbar für das Wohlbefinden und die Gesundheit der Bewohner. Ein regelmäßiger Luftwechsel führt außerdem Feuchte ab und vermeidet damit Schäden am Gebäude. Gleichzeitig aber ist der Austausch von Raumluft mit Außenluft während der Heizperiode mit Energieverlusten verbunden, die in Gebäuden nach EnEV-Standard [1] bereits dreißig Prozent des gesamten Heizwärmeverbrauchs und mehr betragen. Das Ziel der Wohnungslüftung liegt folglich in der Gewährleistung eines bedarfsorientierten Luftwechsels durch ein sinnvolles Lüftungskonzept.

Luftbedarf Die Lüftung von Wohngebäuden hat drei wesentliche Aufgaben zu erfüllen: die Zufuhr von Sauerstoff und Abfuhr durch Atmung verbrauchter und mit Kohlendioxid angereicherter Raumluft, die Beseitigung von Geruchs- sowie Schadstoffen aus Baustoffen und Einrichtung sowie die Abfuhr nutzungsbedingter Wohn- und Baufeuchte. Bereits vor 150 Jahren [2] wurde festgestellt, dass der CO2-Gehalt der Raumluft durch die Atmung von Personen mit dem Grad der empfundenen Luftverschlechterung ansteigt. Für eine gute Luftqualität empfiehlt sich deshalb ein maximaler CO2-Gehalt von 0,10 % [3]. Zum Vergleich dazu hat frische Außenluft etwa einen CO2-Gehalt von 0,04 %. Zur Einhaltung dieses so genannten Pettenkofer-Maßstabes ist bei einer geringen körperlichen Aktivität eine Frischluftmenge von etwa 30 m3/h pro Person erforderlich. Die Entstehung von Wohnfeuchte wird durch die Anzahl und dem Wohnverhalten der Personen beeinflusst. Im Durchschnitt kann mit einer Feuchteproduktion von etwa 100 g/h je Bewohner sowohl durch ihn selbst als auch durch haushaltsübliche Tätigkeiten wie Kochen, Waschen oder Wäschetrocknen gerechnet werden. Bei einem Vierpersonenhaushalt bedeutet das eine Feuchtemenge von 10 Litern pro Tag. Der Luftaustausch eines Raumes oder einer Wohneinheit wird über den Luftwechsel beziehungsweise die Luftwechselzahl quantifiziert. Sie gibt an, wie oft pro Stunde die gesamte Raumluft durch frische Außenluft erneuert wird. Ein Luftwechsel von 0,5 1/h bedeutet beispielsweise, dass in einer Stunde die Raumluft zur Hälfte erneuert wird. Ist der erforderliche Grundluftwechsel, also der minimal erforderliche Luftwechsel einer Wohneinheit zu ermitteln, sind zwei Parameter zu betrachten: die personenbezogene Außenluftrate mit 30 m3/(h x Person) und ein auf die Wohnfläche bezogener Luftwechsel von 1 m3/(m2 x h). Der größere Wert von beiden ist maßgebend für den Grundluftwechsel (Bild 2). Gerade im Geschosswohnungsbau ist die Belegungsdichte vorab aber meist nicht bekannt, ebenso können Änderungen durch Mieter- oder Eigentümerwechsel erfolgen. Bei ausschließlicher Lüftung über Fenster liegt es an den Bewohnern, durch ihr Lüftungsverhalten den für sie erforderlichen Luftaustausch sicherzustellen. Soll eine Lüftungsanlage verwendet werden, muss vorab bei der Dimensionierung der Anlage eine Entscheidung über ihre Leistung getroffen werden. Empfehlenswert ist ein Grundluftwechsel von 0,3 1/h, der auch bei Abwesenheit aller Bewohner beibehalten wird. Im Bedarfsfall sollte der Luftwechsel mehrstufig auf einen 0,5- bis 0,6-fachen Luftwechsel erhöht werden können.

Folgen unzureichenden Luftwechsels Die Bildung von Schimmelpilzen an der Innenseite von Außenwänden ist häufig Streitursache zwischen Bauträgern und Eigentümern beziehungsweise Mietern und Vermietern. So kommt es zum Beispiel in Bestandswohnungen, deren Fenster durch dichtere mit Wärmeschutzverglasungen ersetzt wurden, häufig zu diesem Problem. Die Eigentümer oder Mieter mussten bisher im Winter ihre Fenster zum Lüften selten öffnen, da durch Winddruck und thermischen Auftrieb ein ausreichender oder sogar übermäßiger Luftwechsel über undichte Fensterfugen stattfand. Wird dieses mangelnde Lüftungsverhalten nach dem Fensteraustausch nicht geändert, kann die anfallende Wohnfeuchte nicht mehr in erforderlichem Umfang über die Fugen abgeführt werden. Die relative Luftfeuchte erreicht höhere Werte; als Folge kann es zu Tauwasserausfall an den raumseitigen Oberflächen im Bereich von Wärmebrücken kommen. Da Neubauten heute aus energetischen Gründen ebenfalls sehr »dicht« gebaut sind, ist die Problematik der Feuchteanreicherung in der Raumluft zwar die gleiche, entschärfend wirkt sich jedoch die bessere wärmetechnische Qualität der Außenbauteile aus: Durch höhere Oberflächentemperaturen an der Innenseite von Außenbauteilen liegt der Taupunkt höher als in Bestandsbauten. Problematischer ist bei Neubauten die unzureichende Abfuhr von Baufeuchte in den ersten Jahren nach Fertigstellung.

Lüftungsmethoden und –systeme Abhängig von den Antriebskräften, die den Luftaustausch in einem Gebäude bewirken, wird zwischen der freien und der mechanischen Lüftung unterschieden: Als freie Lüftung wird der Luftaustausch durch die Antriebskräfte Wind und thermischer Auftrieb bezeichnet. Dieser stellt sich, in Abhängigkeit von dem Außenklima, willkürlich über die Gebäude- fugen ein und kann vom Nutzer steuerbar durch Luftwechsel über Fenster ergänzt werden. Mechanische Lüftungssysteme hingegen ermöglichen einen definierten Luftwechsel, da der Austausch durch Ventilatoren geregelt wird. Sie erfordern allerdings ein »dichteres« Gebäude, um den unkontrollierten Luftwechsel über Fugen möglichst gering zu halten.

Freie Lüftung über Fenster

Die meisten Wohngebäude werden ausschließlich über Fenster belüftet. Abhängig von ihrem persönlichen Empfinden regeln die Bewohner den Luftaustausch durch Kippen oder vollständiges Öffnen eines oder mehrerer Fenster. Wie viel Raumluft innerhalb des Lüftungszeitraumes in Abhängigkeit der Fensterstellung durch frische Außenluft ersetzt wird, können die Nutzer nicht erkennen.

Untersuchungen an einem Testraum [5] haben ergeben, dass im Mittel einer Heizperiode über ein Fenster in Kippstellung nur ein Luftwechsel von 0,8 bis 1,5 1/h erreicht wird. Die Bandbreite der Messwerte lag abhängig von den momentanen Witterungsbedingungen bei einem Mehrfachen dieser Werte und zeigt, wie unkontrollierbar ein Luftwechsel bei der freien Lüftung ist.

Ist in den Sommer- sowie wärmeren Übergangsmonaten der effektive Luftwechsel höher als erforderlich, spielt dies keine Rolle; in der kälteren Jahreszeit aber führt ein überhöhter Luftwechsel zu vermehrtem Energieverbrauch und höheren Heizkosten.

Eine intensive Querlüftung ist sinnvoll, um in sommerlichen Hitzeperioden in den Nacht- und Morgenstunden ein Gebäude zu kühlen und damit eine Überhitzung während des Tages zu vermeiden. Zur Gewährleistung einer Grundlüftung im Winter ist die Querlüftung (Bild 4) aber nicht geeignet beziehungsweise nur zum kurzzeitigen, intensiven Stoßlüften sinnvoll: Da in Abhängigkeit von der Windrichtung die Durchströmungsrichtung variiert, kann feuchte- und geruchsbelastete Luft aus Bad oder Küche in Wohn- und Schlafräume transportiert werden. Gegebenenfalls kann dies zu unerwünschter Geruchsübertragung und Niederschlag von Tauwasser in den kühler gehaltenen Räumen führen. Der Luftwechsel, der sich in Abhängigkeit der resultierenden Winddrücke an den Fassaden und dem Durchströmungswiderstand einstellt, ist nicht dosierbar und kann bis zu einem vierzigfachen Austausch der Innenluft je Stunde führen.

Doch wie kann nun eine ideale Fensterlüftung aussehen? Wie, wie oft und wie lange soll gelüftet werden? Vielfach werden Empfehlungen ausgesprochen, in der Heizperiode drei bis sieben Mal über den Tag verteilt für etwa fünf bis zehn Minuten eine Stoßlüftung durchzuführen. Andere Quellen raten zu einer Stoßlüftung spätestens alle zwei Stunden. Einig ist man sich über die Art der Fensterlüftung: Fenster in permanenter Kippstellung sind wegen der erhöhten Lüftungswärmeverluste nicht erwünscht, gelüftet werden soll durch Stoßlüftung bei weit geöffneten Fenstern oder durch Querlüftung. Geht man davon aus, dass die Dauer des Lüftungsvorgangs der momentanen Außentemperatur angepasst wird, wäre auch die Frage nach dem wie lange geklärt. Je niedriger die Außentemperatur liegt, umso schneller ist aufgrund der Thermik der Luftaustausch; gleichzeitig werden die Nutzer aber auch die Fenster früher wieder schließen als bei höheren Außentemperaturen. Endgültig schwierig ist die Einhaltung der Häufigkeit und Regelmäßigkeit der Lüftungsvorgänge. Gerade nachts, aber auch tagsüber, wenn alle Bewohner einer Wohneinheit zum Beispiel berufstätig und somit ganztags nicht zu Hause sind, ist diese Strategie eines Grundluftwechsels über regelmäßige intensive Lüftungsvorgänge nicht möglich.

Abluftanlagen

Abluftluftanlagen führen die Raumluft aus geruchs- oder feuchtebelasteten Räumen mit Hilfe eines Ventilators ab (Bild 5). Gleichzeitig wird Frischluft über Außenluftdurchlässe in der Fassade direkt in die Aufenthalts- und Schlafräume eingebracht. Das Prinzip, jeden Raum der Zuluft-, Abluft- oder Überströmzone zuzuordnen, wird als Lüftungszonierung bezeichnet. Dadurch lässt sich ein witterungsunabhängiger und sämtliche Räume gleichermaßen erfassender Grundluftwechsel herstellen.

Oftmals werden Abluftanlagen ausschließlich zur Sicherstellung eines Grundluftwechsels mit einem etwa 0,3- bis 0,5-fachen Luftwechsel eingesetzt. Anlagen für höhere Komfortansprüche besitzen eine mehrstufige Regelung, um den Bewohnern eine Anpassung des Luftwechsels an den momentanen Bedarf zu ermöglichen. Oder sie erfassen den CO2-Gehalt der Raumluft beziehungsweise messen die relative Luftfeuchtigkeit und regeln so im Bedarfsfall selbsttätig einen höheren Luftwechsel.

Da im Winter kalte Außenluft über die Luftdurchlässe direkt in die Aufenthaltsräume strömt, kann durch Kaltluftabfall und Zugerscheinungen eine unbehagliche Zone an der Fassade entstehen. So ist auch bei der Anwendung einer Abluftanlage die Anordnung des Zuluftelementes über einem Heizkörper günstig. Die einströmende Kaltuft wird dabei mit der aufsteigenden erwärmten Luft vermischt und in die Raumluftwalze eingebunden. Als Einbauhöhe sind etwa 2,00 bis 2,20 m über dem Fußboden geeignet, damit eine Bedienung und Wartung der Zuluftelemente noch problemlos möglich ist. Andererseits strömt dadurch die kalte Außenluft während Phasen, in denen der Heizkörper nicht betrieben wird, nicht direkt im Aufenthaltsbereich ein, sondern vermischt sich auf ihrem Weg dorthin zumindest teilweise mit der Raumluft. Wird ein Raum über den Fußboden beheizt, gilt für die Einbauhöhe des Zuluftelementes die gleiche Empfehlung. Die Einbauposition ist jedoch nicht mehr an das Fenster gebunden. Falls der Heizkörper an einer Innenwand montiert wird, sollte die Einströmung der Luft seitlich darüber erfolgen (Bild 6).

Lüftungsanlagen mit Zu- und Abluft

Im Vergleich zu den beschriebenen reinen Abluftanlagen benötigen Wohnungslüftungsanlagen mit Zu- und Abluft ein zweites Kanalnetz zum Transport der Zuluft. Da diese in jeden Wohn- und Schlafraum verteilt wird, ergibt sich ein deutlich höherer Installationsaufwand (Bild 11).

Ein wesentlicher Vorteil der Anlagen mit Zu- und Abluft liegt in der Möglichkeit der Wärmerückgewinnung: Da sowohl Zu- und Abluftströme über das Lüftungsgerät transportiert werden, überträgt ein Wärmetauscher die in der Abluft enthaltene Wärme an die kalte Außenluft. Die Temperatur der Zuluft liegt dann nur noch einige Grad unter der des Raumes.

In Abhängigkeit von der Bauart des Wärmetauschers können auf diese Weise 60 bis 80 % der Lüftungswärmeverluste zurück gewonnen werden. Wegen der hohen Investitionskosten werden Zu- und Abluftanlagen im Wohnungsbau allerdings vorwiegend in energetisch hochwertigen Gebäuden wie den so genannten Drei-Liter-, »Niedrigstenergie-« und Passivhäusern eingesetzt.

Dezentrale Lüftungsgeräte

Bei der Verwendung dezentraler Lüftungsgeräte wird in jedem Aufenthaltsraum ein Gerät an einer Außenwand installiert (Bild 12). Sämtliche Komponenten wie Ventilatoren, Filter, Regelung und meist auch Wärmerückgewinnung sind darin integriert, Außen- und Fortluftleitungen verlaufen direkt hinter dem Gerät durch die Fassade. Außer einem elektrischen Anschluss sind keine weiteren

Installationen und Leitungszuführungen erforderlich.

Wegen des geringen Platzbedarfes und Installationsaufwandes eignen sich diese Geräte besonders für die Nachrüstung von Lüftungstechnik in Altbauten, die nicht vollständig umgebaut oder saniert werden sollen. Sie bieten sich auch an, wenn eventuell nur ein einzelner Raum wie zum Beispiel ein Schlafzimmer mechanisch gelüftet werden soll. Ein wesentlicher Vorteil besteht in der Möglichkeit, den Luftwechsel raumweise dem individuellen und momentanen Bedürfnis anzupassen. Über mehrstufige Schalter können so beispielsweise Zu- und Abluftmengen von 15, 30 oder 60 m3/h eingestellt werden.

Das Prinzip der Lüftungszonierung ist mit dezentralen Geräten nicht möglich. Die Wohn- und Schlafräume sind sowohl Zu- als auch Ablufträume, Überströmbereiche gibt es nicht. Klassische Ablufträume wie Bäder, Küchen oder WC´s müssen durch separate Geräte be- und entlüftet werden. Schalltechnisch sind dezentrale Geräte schlechter einzustufen als zentrale Anlagen. Da sich die Einzelraumgeräte direkt in den Wohn- und Schlafräumen befinden, kann die Geräuschentwicklung der Ventilatoren von sensiblen Bewohnern als störend empfunden werden.

Energetische Aspekte Wohngebäude benötigen in der Heiz- periode Wärmeenergie, um die Verluste durch Transmission über die Außenbauteile und den Luftaustausch auszugleichen. Bei schlecht gedämmten Bestandsgebäuden beträgt der Anteil der Lüftungswärmeverluste im Mittel etwa 10 % der benötigten Heizwärme. Werden diese Gebäude im Winter mehr gelüftet als erforderlich, steigt der absolute Heizwärmeverbrauch nur um wenige Prozent an. Je niedriger nun der Heizwärmebedarf aufgrund des verbesserten Wärmeschutzes wird, desto höher wird der relative Anteil dieser Lüftungswärmeverluste. Bei Neubauten, die die Anforderungen nach der gültigen Energieeinsparverordnung erfüllen, betragen sie etwa zwischen 30 und 40 %. Soll der Heizwärme- bedarf nochmals deutlich verringert werden wie beispielsweise bei Passivhäusern, ist eine Wärmerückgewinnung beim Luftaustausch und damit eine Lüftungsanlage mit Zu- und Abluft zwingend erforderlich (Bild 13). Die Einhaltung des geforderten Heizwärmebedarfs wäre sonst nicht möglich. Damit Wohnungslüftungsanlagen nicht mehr Antriebsenergie verbrauchen als sie an Heizwärme einsparen, sind Anforderungen an ihre Effizienz zu stellen. Anlagen mit Zu- und Abluft sollten maximal eine elektrische Leistungsaufnahme von 0,50 KW je Kubikmeter geförderter Luft pro Stunde benötigen. Für den Wärmetauscher wird eine Rückwärmezahl – damit wird der Anteil an Wärmeenergie bezeichnet, der aus der Abluft auf die Zuluft übertragen wird – von mindestens 60 % gefordert [6]. Für Passivhäuser gelten mit einer Rückwärmezahl größer 80 % und einer Leistungsaufnahme von höchstens 0,40 W/(m3/h) nochmals höhere Anforderungen. Bei reinen Abluftanlagen ist die Stromaufnahme auf 0,25 W/(m3/h) zu beschränken.

Resümee Der Luftwechsel in Neubauten und energetisch sanierten Wohngebäuden erfolgt nicht mehr fast von selbst, wie in den verhältnismäßig »undichten« Gebäuden älterer Bauart. Die Gewährleistung einer gleichmäßig guten Raumluftqualität stellt bei ausschließlicher Lüftung über Fenster heute sehr hohe Anforderungen an die Nutzer. Während der Heizperiode sind mehrere kurze, über den Tag verteilte Stoßlüftungen erforderlich, allerdings bieten sich zur Gewährleistung eines definierten Grundluftwechsels Abluftanlagen mit Nachströmöffnungen an. Sie dienen vorrangig der Lufterneuerung und nicht der Einsparung von Heizenergie. Anlagen mit geregelter Zu- und Abluft und integrierter Wärmerückgewinnung können bis etwa 80 % der Lüftungswärmeverluste einsparen. Aufgrund des höheren Investitionsaufwandes sind solche Systeme erst sinnvoll, wenn der Wärmeschutz wie bei Niedrigenergie- oder Passivhäusern wesentlich verbessert wird . W. N.

Literaturhinweise: [1] Energieeinsparverordnung (EnEV): Verordnung über energieeinsparenden Wärme-schutz und energieeinsparende Anlagentechnik, 2002 [2] Max von Pettenkofer: Über den Luftwechsel in Wohngebäuden, Literarisch-artistische Anstalt der J.G. Cottaschen Buchhandlung, München, 1858 [3] DIN 1946–2 Raumlufttechnik. Gesundheitstechnische Anforderungen (VDI Lüftungsregeln), Berlin, 1994 [4] Arbeitsgruppe Nachhaltiges Bauen in München: Leitfaden zum Geschosswohnungsbau mit Niedrigenergiestandard, München, 1999 [5] Maas, Anton: Experimentelle Quantifizierung des Luftwechsels bei Fensterlüftung. Dissertation Universität Kassel, 1995 [6] Feist, Wolfgang: Das Niedrigenergiehaus. Neuer Standard für energiebewusstes Bauen. C. F. Müller Verlag, Heidelberg, 1997