Lüftungskonzept mit Fensterlüftung

Planen mit der DIN SPEC 4108-8 – Teil 1

Mit dem Erscheinen der DIN SPEC 4108-8 [1] (früher DIN Fachbericht 4108-8) ist es möglich, den notwendigen Volumenstrom zur Feuchteschutzlüftung anhand physikalischer Parameter zu berechnen. Außerdem enthält die Norm Algorithmen für die Ermittlung des Außenluftvolumenstroms durch Fensterlüftung. Damit kann ein Lüftungskonzept für die Abfuhr der Feuchtelast aufgestellt werden, welches sich nicht nur auf freie oder ventilatorgestützte Lüftungssysteme gemäß DIN 1946-6 [2] beschränkt. Der zweiteilige Beitrag gibt Hinweise zur Anwendung eines solchen Lüftungskonzeptes.

Einleitung

Die EnEV 2016 §6 Absatz (2) stellt die Forderung: „Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass der zum Zwecke der Gesundheit und Beheizung erforderliche Mindestluftwechsel sichergestellt ist.“. Wie hoch der Mindestluftwechsel sein muss, ist in der EnEV nicht festgelegt. Hinweise zum Mindestluftwechsel gibt die bauaufsichtlich eingeführte DIN 4108-2 [3] im Abschnitt 4.2.3. Für einen ausreichenden Luftwechsel aus Gründen der Hygiene, der Begrenzung der Raumluftfeuchte sowie ggf. der Zuführung von Verbrennungsluft wird in einer Anmerkung auf den DIN Fachbericht 4108-8 verwiesen....

Einleitung

Die EnEV 2016 §6 Absatz (2) stellt die Forderung: „Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass der zum Zwecke der Gesundheit und Beheizung erforderliche Mindestluftwechsel sichergestellt ist.“. Wie hoch der Mindestluftwechsel sein muss, ist in der EnEV nicht festgelegt. Hinweise zum Mindestluftwechsel gibt die bauaufsichtlich eingeführte DIN 4108-2 [3] im Abschnitt 4.2.3. Für einen ausreichenden Luftwechsel aus Gründen der Hygiene, der Begrenzung der Raumluftfeuchte sowie ggf. der Zuführung von Verbrennungsluft wird in einer Anmerkung auf den DIN Fachbericht 4108-8 verwiesen. Der in der Ausgabe der DIN 4108-2 aus dem Jahre 2003 enthaltene Hinweis auf die DIN 1946-6 ist nicht mehr enthalten.

Die DIN SPEC 4108-8 enthält jetzt zwei Anhänge, mit denen man grafisch (Anhang E) und rechnerisch (Anhang F) die „Lüftung zum Feuchteschutz“ unter den vorgegebenen Randbedingungen der DIN 1946-6:2009-05 auslegen kann. Im Anhang H erfolgt die Berechnung der Feuchteschutzlüftung aufgrund physikalischer Parameter. Die Anmerkung zum Luftwechsel in der DIN 4108-2 kann sich daher nur auf die Begrenzung der Raumluftfeuchte und nicht auf die Hygiene und Verbrennungsluft beziehen.

Im Lüftungskonzept nach DIN 1946-6 gilt, wenn die Lüftungsstufe „Lüftung zum Feuchteschutz“ größer als die Infiltration durch Gebäudefugen ist, sind lüftungstechnische Maßnahmen erforderlich. Die Einflüsse von wechselnden Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen auf die Infiltration bleiben dabei unberücksichtigt. Als lüftungstechnische Maßnahme kommt nur die freie Lüftung über Außenbauteil-Luftdurchlässe (ALD) oder die ventilatorgestützte Lüftung in Frage. Die Lüftung durch manuelles Fensteröffnen wird für die Auslegung rechnerisch nicht behandelt. Es wird aber an mehreren Stellen darauf hingewiesen, dass diese evtl. ergänzend notwendig ist.

In [4] wird gezeigt, dass die Berechnung der Infiltration in der Planungsphase aufgrund der Schätzung eines n50-Wertes und den Bedingungen für die Blower-Door-Messung problematisch ist. Eine andere Möglichkeit für den Nachweis der Notwendigkeit lüftungstechnischer Maßnahmen im Lüftungskonzept stellt die normative Festlegung der Infiltration, die Berechnung anhand definierter Bauteilfugen bzw. Öffnungen oder die Anrechnung der von den Gerichten als zumutbar erachteten Fensterlüftung dar. Letzteres wird in diesem Beitrag beispielhaft dargelegt.

Die Fensterlüftung stellt eine diskontinuierliche Lüftung dar, an die gewisse Anforderungen zu stellen sind. Dabei gibt es auch verschiedene Freiheitsgrade, wie z.B. Kipplüftung oder Stoßlüftung, die der Planer mit untersuchen sollte. Weiterhin spielt das Feuchtepufferverhalten des Raumes bei der Lüftung eine wichtige Rolle.

Freiheitsgrade gibt es z.B. auch bei der Wahl des Zuluftzustandes, der sich zudem im Anhang H vom Außenklimazustand unterscheiden kann, z.B. durch Wärmerückgewinnung oder Enthalpietauscher. D.h., der Anhang H gilt allgemein für alle Lüftungsarten. Dagegen gilt die DIN 1946-6 nur für Lüftung mit Außenluft.

Es wird hier gezeigt, dass die Wahl des Auslegungszustandes davon abhängig ist, ob eine kontinuierliche Lüftung oder eine diskontinuierliche Lüftung mittels zumutbarer Fensterlüftung angesetzt wird. Der Anhang G der DIN SPEC 4108-8 zur Berechnung der Luftvolumenströme durch offene Fenster und der Anhang H zur Berechnung der notwendigen Feuchteschutzlüftung ist durch diese Flexibilität sowohl für die gutachterliche Tätigkeit als auch für die Planung von Neubauten geeignet.

Die höhere Flexibilität drückt sich auch dadurch aus, dass im Gegensatz zur DIN 1946-6 die Auslegung anhand projektbezogener Daten erfolgt, wie z.B. die individuelle Feuchtelast, die Raumlufttemperatur und der Wärmeschutz sowie die raumweise Berechnungsart, da diese Daten sich von Raum zu Raum unterscheiden können. Insbesondere die Feuchtelast durch freies Wäschetrocknen kann mit dem Anhang H für einen beliebigen Raum berücksichtigt werden.

Volumenstrom für Feuchteschutzlüftung

Den notwendigen Luftvolumenstrom für die Feuchteschutzlüftung erhält man durch

                                                                                                      (1)

    notwendiger Luftvolumenstrom für die Feuchteschutz lüftung zum Erhalt des kritischen Feuchtegehaltes in m³/h

       Wasserdampfzufuhr in den Raum (Feuchtelast) in g/h

      kritischer Feuchtegehalt in der Raumluft und an der Oberfläche in g Wasser­dampf/kg trockene Luft, abhän gig von der raumseitigen Oberflächentemperatur, Luft druck und zulässiger relativer Oberflächenfeuchte

      Feuchtegehalt der Zuluft in den Raum in g Wasserdampf/
kg trockene Luft

      Dichte der feuchten Zuluft in kg/m³ abhängig von der
Zulufttemperatur, Zuluftfeuchte und Luftdruck

Diese Gleichung gilt für den Fall, dass die Feuchte sofort abgeführt werden soll. D.h., Adsorptions- und Desorptionsvorgänge, die zu einer Dämpfung des Feuchteverlaufes führen könnten, werden zunächst nicht berücksichtigt. Es wird stattdessen von einem längeren Zeitraum mit mittleren Verhältnissen ausgegangen.

Aus dieser Gleichung sind schon einige Parameter ersichtlich, die für ein Lüftungskonzept notwendig sind. Die Differenz zwischen kritischem Feuchtegehalt und Feuchtegehalt der Zuluft stellt das Trocknungspotential dar, welches positiv sein muss, um die Feuchte über die Lüftung abzuführen. I.d.R. wird für die Zuluft der Außenluftzustand eingesetzt. Wird jedoch die Zuluft konditioniert, z.B. mit einem Enthalpietauscher oder Luftkühler/-erhitzer, so ist für xZU und ρZU der entsprechende Zuluftzustand in Gleichung (1) einzutragen.

Feuchtelasten

Der Anhang H beschreibt, wie man die mittleren Feuchtelasten durch Wasserdampfproduktion im Raum und durch zuströmende Feuchte aus anderen Räumen, z.B. bei der Kaskadierung der Lüftung, berechnen kann. Die Wasserdampfproduktion umfasst die Feuchtefreisetzung durch Personen, Pflanzen, Wäschetrocknen und Sonstiges, wie sie bisher auch schon in den Szenarien des DIN-Fachberichtes 4108-8 für die gesamte Wohnung enthalten waren. Durch [5] wurden diese Szenarien derart umgerechnet, dass sie auch raumweise angewendet werden können. Liegt ein Raumluftverbund von Räumen unterschiedlicher Nutzung vor, z.B. Wohnen-Essen-Küche-Flur, so ist evtl. die Fußbodenfläche nach Art der Feuchtebelastung entsprechend aufzuteilen.

Bei den Feuchtelasten in Bad und Küche wurde nur das Abtrocknen im Bad bzw. das Geschirrspülen in der Küche berücksichtigt. Die Feuchtefreisetzung durch Körperreinigung und Kochvorgänge sollten separat behandelt werden, da nach DIN SPEC 4108-8 Feuchtespitzen unmittelbar abzuführen sind. Das kann entweder durch Öffnen der Fenster, durch die mechanische Entlüftung fensterloser Bäder (s. DIN 18017-3) oder durch eine Abluftanlage nach DIN 1946-6 geschehen. Diese Feuchtelasten gehen daher in die Berechnung nur fallweise ein, was bei der DIN 1946-6 durch die Verteilung auf die gesamte Wohnung nicht möglich ist. Z.B. muss bei Zu-/Abluftanlagen diese Feuchtelast bei der Volumenstromermittlung berücksichtigt werden.

Wird in der Wohnung Wäsche frei getrocknet, kann die Feuchteabgabe auf mehrere Räume nur unter der Voraussetzung verteilt werden, dass diese Räume im Raumluftverbund mit offenen Innentüren stehen. Gegebenenfalls ist die Feuchtelast durch freies Wäschetrocknen nur einem einzelnen Raum zuzuschlagen. Bei einer „worst case“-Betrachtung kommt hierfür der kleinste Raum in Frage, der genügend Platz für das freie Wäschetrocknen hat.

Unabhängig von diesen Feuchtequellen können auch beliebig andere (individuelle) Feuchtequellen eingerechnet werden, z.B. nach [1, Tab. 1] oder die Neubaufeuchte in den ersten Jahren (s. Bild 1).

Kritischer Feuchtegehalt

Es wird davon ausgegangen, dass sich die Feuchte durch Diffusionsvorgänge in der Raumluft gleichmäßig verteilt und somit der gleiche absolute Feuchtegehalt auf allen Bauteiloberflächen und in der jeweiligen Raumluft vorhanden ist.

Der Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung wird so berechnet, dass der kritische Feuchtegehalt eingehalten wird. Dieser ergibt sich aus der Forderung in der DIN SPEC 4108-8, dass die Bauteiloberflächenfeuchte maximal 80 % betragen darf, um eine Schimmelpilzbildung zu vermeiden. Im kritischen Feuchtegehalt wird auch der Luftdruck und damit die Höhenlage des Ortes berücksichtigt. Weiterhin geht über die raumseitige Oberflächentemperatur der Wärmeschutz der Bauteile ein. Es ist auch möglich, eine andere zulässige Bauteiloberflächenfeuchte einzusetzen, z.B. für Tauwasserbildung (100 %) oder für Baustoffkorrosion je nach Material.

Da die Feuchteschutzlüftung für den kritischen Feuchtegehalt ausgelegt wird, stellt der ermittelte Volumenstrom nach Gleichung (1) eine Mindestanforderung dar.

Der kritische Feuchtegehalt erhöht sich mit der raumseitigen Oberflächentemperatur [5, Bild 1], wodurch die langsame Zufuhr von warmer, feuchter Zuluft unschädlich sein kann. Diese Abhängigkeit ist bei der Kellerlüftung im Sommer von besonderer Bedeutung und sollte bei einer Regelung nach dem Trocknungspotenzial berücksichtigt werden.

Raumseitige

Oberflächentemperatur

Die raumseitige Temperatur auf der Oberfläche eines Bauteils kann instationär oder stationär berechnet werden. Für die Dimensionierung der Feuchteschutzlüftung ist die niedrigste raumseitige Oberflächentemperatur im Raum zu bestimmen. I.d.R. liegt diese an einer Wärmebrücke bzw. Bauteilanschluss vor. Da für die instationäre Berechnung von Wärmebrücken noch kein vereinfachtes Verfahren vorliegt, geht die DIN SPEC 4108-8 von stationären Zuständen aus, um auch den Aufwand in Grenzen zu halten. Allerdings könnte mit einer instationären Betrachtung das Schimmelpilzkriterium (80 % Bauteiloberflächenfeuchte an maximal fünf aufeinander folgenden Tagen mit zwölf Stunden am Tag) besser untersucht werden.

Sind Kühlflächen im Raum vorhanden, so ist mit der niedrigsten raumseitigen Oberflächentemperatur an der Vorlaufeinführung zu vergleichen. Jedoch kann nur Schimmelpilzbildung auftreten, wenn der Untergrund porös ist. Für Kühldecken könnte mit diesem Verfahren geprüft werden, ob die Lüftung zur Vermeidung von Tauwasser ausreichend ist.

Die stationäre raumseitige Oberflächentemperatur des ungünstigsten Bauteilanschlusses ermittelt sich aus

                                                                                                                   (2)

raumseitige Oberflächentemperatur in °C.

dimensionsloser Temperaturfaktor.

Innentemperatur (operative Raumtemperatur) in °C.

außenseitige Temperatur in °C.

Für die Wahl der Innentemperatur sind die realen Betriebsverhältnisse der Heizung zu beachten. So wird z.B. eine Auslegungsinnentemperatur im Bad von 24 °C nur bei Volllast erreicht, da die Heizkurve i.d.R. auf eine niedrigere Innentemperatur eingestellt wird. Ebenso sollte im Schlafzimmer von einer Temperatur kleiner 20 °C ausgegangen werden, da hier die Heizleistung vermutlich gedrosselt wird. In unbeheizten Kellern folgt die Innentemperatur der Erdreichtemperatur.

Als außenseitige Temperatur kommt in Frage:

- Vereinfachend die Außenlufttemperatur,
- Erdreichtemperatur in der jeweiligen Tiefe der Wärmebrücke bzw. am Ort mit der niedrigsten raumseitigen Oberflächentemperatur,
- Temperatur angrenzender unterbeheizter Räume, z.B. Treppenhaus.

Der Wärmeschutz an einer Wärmebrücke wird durch den Temperaturfaktor fRsi beschrieben. Diesen findet man in Wärmebrückenkatalogen oder er wird in einer Software für Wärmebrücken errechnet. Liegen keine Angaben vor, so gilt der Mindestwert nach DIN 4108-2 von 0,70. Für ältere Bestandsgebäude enthält die DIN SPEC 4108-8 Hinweise zur Bestimmung des Temperaturfaktors. Dabei können sich deutlich geringere Werte als 0,70 ergeben. In einem Wärmebrückenkatalog fanden sich Konstruktionen bis zu fRsi = 0,42 (s.a. [1, Tab. H.1]). Ist ein Fenster im Raum vorhanden, so wird am Fensteranschluss kaum ein Wert von über 0,80 erreicht.

Bild 2 zeigt, wie sich eine Erhöhung des fRsi-Wertes auf den notwendigen Luftvolumenstrom zur Feuchteschutzlüftung bei gleicher Feuchtelast und unter verschiedenen Temperatur- und Außenluftfeuchtebedingungen auswirkt. Markiert sind auch beispielhaft die fRsi-Werte der DIN 1946-6 für „Wärmeschutz gering“ (schwarz durchgezogen, fRsi = 0,59) und „Wärmeschutz hoch“ (schwarz gestrichelt, fRsi = 0,72). Das belegt den unrealistisch engen Bereich, für den die DIN 1946-6 gilt.

Der Einfluss des Feuchtegehaltes der Außenluft xe macht sich besonders bei niedrigen Innentemperaturen bemerkbar, z.B. im Schlafzimmer. Für diese Räume sind deutlich höhere Volumenströme erforderlich.

Mit diesem Diagramm lässt sich zwischen Lüftung und Wärmeschutz optimieren. Legt man z.B. ein Wohnzimmer mit 20 °C Innentemperatur für einen Außenklimazustand von 13 °C und 7 g/kg aus, so beträgt die Ersparnis im Volumenstrom bei Verbesserung des Wärmeschutzes von fRsi = 0,70 auf 0,80 ca. 13 %. Die Ersparnis im Volumenstrom wirkt sich auf die Investitions- und Betriebskosten aus. Ein besserer Wärmeschutz der Wärmebrücke nur auf die Investitionskosten.

Zumutbares und übliches Fensterlüften

Mit der Übernahme der Mietwohnung treffen den Mieter sogenannte Obhutspflichten. Dies ist durch das Bürgerliche Gesetzbuch (§§ 535, 538, 241 Abs. 2 BGB) rechtlich festgelegt und gilt für jeden Mietvertrag, auch ohne dass es dort nochmals ausdrücklich erwähnt werden muss. Der Mieter muss alle ihm zumutbaren Maßnahmen ergreifen, um Schäden an der Mietsache zu vermeiden oder zu verringern. Er muss die Wohnung „pfleglich behandeln“. Dazu gehört, Witterungs- und Feuchtigkeitsschäden durch regelmäßiges Heizen und Lüften zu vermeiden. D.h., ein nutzerunabhängiger Betrieb der Lüftung zum Feuchteschutz ist von Seiten des Gesetzgebers nicht vorgeschrieben.

In zahlreichen Gerichtsverfahren wurde ein zumutbares Lüften festgelegt. Dieses wurde jedoch sehr unterschiedlich beurteilt, z.B.:

- Mehr als sechsmal stoßlüften pro Tag ist unzumutbar (LG Berlin, Az. 65 S 400/15).
- Einem berufstätigen Mieter ist es zuzumuten, täglich drei- bis viermal Stoß zu lüften (LG Frankfurt/Main, Urteil vom 16. Januar 2015, Az. 2-17 S 51/14).
- Ein Mieter ist – ohne besondere vertragliche Vereinbarungen – grundsätzlich nur verpflichtet, täglich zweimal für fünf bis zehn Minuten Stoß zu lüften und die Innenraumtemperatur im Schlafzimmer auf mindestens 16 °C und in allen übrigen Räumen auf mindestens 20 °C zu halten: hierbei ist bereits die Feuchtigkeitsproduktion beim Kochen und Duschen berücksichtigt (LG Lübeck, Urteil vom 15. Februar 2018 – 14 S 14/17).
- Von einem Mieter könne nicht verlangt werden, dass er ein Schlafzimmer auf mehr als 16 °C und die übrigen Zimmer auf mehr als 20 °C beheize oder darauf verzichte, seine Möbel ohne Abstand an den Außenwänden aufzustellen. Auch ein sogenanntes Querlüften („Durchzug“) könne dem Mieter nicht abverlangt werden, vielmehr sei lediglich ein zweimaliges Stoßlüften von bis zu zehn Minuten pro Tag zumutbar. (s. Bundesgerichtshof, Urteile vom 5. Dezember 2018 – VIII ZR 271/17 und VIII ZR 67/18).

Dieses Urteil erging vom Berufungsgericht (LG Lübeck), wurde aber vom Bundes­gerichtshof zurückgewiesen. Der BGH hat herausgestellt:

- Welche Beheizung und Lüftung einer Wohnung dem Mieter zumutbar ist, kann nicht abstrakt-generell, sondern nur unter Berücksichtigung der Umstände des Einzelfalls bestimmt werden. Das ist abhängig von dem konkreten Wohnverhalten des Mieters – vor allem von den Anwesenheitszeiten in der Wohnung und dem Umfang der dort ausgeübten Tätigkeiten, die mit einer Feuchtigkeitsentwicklung verbunden sind – sowie von Art, Größe und Baujahr der Mietwohnung. Es wurde auch außer Acht gelassen, dass es allgemein üblich ist (§ 291 ZPO), nach Vorgängen, die mit einer besonders starken Feuchtigkeitsentwicklung verbunden sind, wie etwa Kochen, Duschen und Waschen, den davon betroffenen Raum sogleich zu lüften. Der BGH hat es nicht unter allen Umständen als unzumutbar angesehen, dass der Mieter bei der Aufstellung von Möbeln einen Abstand zur Wand einhält.
- Das Offenhalten der Schlafzimmertür während der Nacht ist kein übliches und von einem durchschnittlichen Mieter zu erwartendes Lüftungsverhalten. Vielmehr erfolgt die Lüftung in der Regel über die Fenster, was dem durchschnittlichen Mieter auch bekannt ist (LG Bochum, Urteil vom 19. Juli 2016 – I-11 S 33/16).

Aus diesen Urteilen folgen die Randbedingungen für das hier vorgestellte Lüftungskonzept. Als Richtwert für die Zumutbarkeit in den Urteilen gilt, dass Mieter zwei- bis dreimal am Tag Stoßlüften. Für das Schlafzimmer werden 16 °C und für die übrigen Zimmer 20 °C zugrunde gelegt. Die Innentüren zu den beheizten und unbeheizten Räumen sind rechnerisch als geschlossen anzunehmen.

Aus den Urteilen geht jedoch nicht hervor, wie lange bei welchen Außenklimabedingungen die manuelle Fensterlüftung erfolgen soll. Hierzu gibt es einige Forschungsprojekte, die sich mit der nutzerbedingten Fensterlüftung beschäftigten. Die Ergebnisse dieser Projekte zeigen aber große Streuungen und es werden nur vereinzelt Regressionsformeln angegeben. Im Abschlussbericht Maas et.al. [7] sind Angaben hierzu enthalten. Die Fensteröffnungsdauer wird dabei durch die Außenlufttemperatur und Windgeschwindigkeit bestimmt.

⇥(3)

übliche Fensteröffnungsdauer für Kipp- und
Stoßlüftung im Raum in min/d

w                Windgeschwindigkeit in m/s (w ≤ 10 m/s)

qe                Außenlufttemperatur in °C

Bei -13,5 °C würde die Fensteröffnungsdauer gegen 0 gehen. Da auch bei sehr niedrigen Außenlufttemperaturen gelüftet werden muss, wird hier die Gleichung auf 30 min pro Tag begrenzt. Obwohl üblicherweise die einzelnen Räume unterschiedlich gelüftet werden, z.B. Wohnzimmer weniger als Schlafzimmer, gilt diese Gleichung für alle Räume unabhängig von der Nutzung. Zum Nachweis, dass die Fensterlüftung ausreichend ist, muss gelten

                                                                                                                            

⇥(4)

notwendige Fensteröffnungsdauer am Tag in
min/d

Die notwendige Fensteröffnungsdauer am Tag ergibt sich nach DIN SPEC 4108-8 Anhang H aus

                                                                                              ⇥ (5)

Luftvolumenstrom durch Infiltration über die
Gebäudefugen in m³/h

Außenluftvolumenstrom durch Fensteröffnen in m³/h

Dabei wurde angenommen, dass während der Fensteröffnungsdauer aufgrund der Druckverhältnisse keine Infiltration vorliegt.  qv,Inf gilt daher nur für den Zeitraum geschlossener Fenster und ist für den untersuchten Raum anhand der Durchlässigkeiten zu ermitteln. Bei einer Auslegung für den worst case sollte man die Infiltration zu Null setzen. Man könnte jedoch auch von einer minimalen Windgeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum und/oder von einem Lüftungswert durch die Benutzung der Wohnung ausgehen.

Im Bild 5 ist die maximale Fensteröffnungsdauer gestrichelt dargestellt. Man kann daraus ablesen, dass die von den Gerichten als zumutbar erachteten Fensteröffnungszeiten für sehr niedrige Außenlufttemperaturen gelten. Bei höheren Außenlufttemperaturen steigt die übliche Fensteröffnungsdauer an. Mit zunehmender Windgeschwindigkeit wird das Fenster wieder früher geschlossen.

Luftvolumenstrom durch offene Fenster

Der Anhang G der DIN SPEC 4108-8 enthält Algorithmen für die Berechnung des Außenluftvolumenstroms durch offene Fenster. Es werden komplett geöffnete Fenster, gekippte Fenster, gedrehte Fenster, Fenster in Parallelabstellung, Schwingflügelfenster, Lamellenfenster und Schiebefenster behandelt. Dabei werden auch mehrere geöffnete Fenster in einem Raum oder in einer Wohnung bei geöffneten Innentüren (Querlüftung) betrachtet. Um den worst case für die Auslegung abzubilden und um dem o.g. Gerichtsurteil gerecht zu werden, kommt hier nur die einseitige Lüftung mit nur einem Fenster im Raum bei geschlossener Innentür zur Anwendung. Die Möglichkeit der Querlüftung kommt auch nur dann in Betracht, wenn mehrere Fassadenrichtungen in der Wohnung/Raum vorhanden sind. Die Querlüftung über mehrere Räume nur wenn alle Bewohner gleichzeitig wach sind, was z.B. morgens und abends nicht immer gegeben ist (Schulkinder, Schichtdienst, usw.).

Konstruktive Parameter sind die Fensterabmessungen, der Öffnungswinkel des gekippten Fensters und die Fugenlänge des Fensters in Parallelabstellung sowie die Höhe der Lüftungszone über Terrain und die Berücksichtigung der Lage des Gebäudes (Rauheitsparameter). Außenklimatische Eingangsgrößen sind ebenfalls Außenlufttemperatur und Windgeschwindigkeit sowie die Raumlufttemperatur.

Der Volumenstrom durch die Fensteröffnung setzt sich aus einem thermisch induzierten und einem windinduzierten Anteil zusammen. Diffusionsvorgänge des Wasserdampfes werden im Anhang G nicht betrachtet. Diese wären auch noch bei Windstille und Temperaturgleichheit zwischen innen und außen vorhanden. Der thermisch induzierte und der windinduzierte Luftvolumenstrom werden vektoriell in einer Ebene addiert und als resultierender Volumenstrom der Betrag gebildet.

Bild 3 zeigt den Außenluftvolumenstrom durch ein voll geöffnetes Fenster in Abhängigkeit von Außenluft-, Raumlufttemperatur und Windgeschwindigkeit. Mit zunehmender Außenlufttemperatur nimmt der thermisch induzierte Anteil des Volumenstroms soweit ab, dass nur noch bei Erreichen der Raumlufttemperatur der windinduzierte Anteil übrigbleibt.

Es ist auch zu erkennen, wie sich mit abnehmender Raumlufttemperatur der Volumenstrom verringert. Bei derart hohen Volumenströmen ist die anfängliche Raumlufttemperatur durch die Beheizung des Raumes nicht mehr zu halten. I.d.R. ist auch der Heizkörper üblicherweise während der Fensteröffnung abgeschaltet. D.h., die Volumenstromberechnung muss ergänzt werden, da die treibende Temperaturdifferenz während des Stoßlüftens schnell abnimmt. Die sich einstellende Raumlufttemperatur ist jedoch nicht gleich der Außenlufttemperatur, sondern es wirkt noch die konvektive Wärmeabgabe der Bauteile im Raum und sonstige konvektive Wärmequellen, wie z.B. die konvektive Wärmeabgabe des noch warmen Heizkörpers.

Unter der Annahme, dass die raumseitigen Oberflächentemperaturen aufgrund der Wärmeträgheit der Bauteile und die konvektiven Wärmequellen während einer relativ kurzen Stoßlüftungszeit konstant bleiben, kann man mit einem Ansatz, welcher Lüftungsheizlast und konvektive Wärmeabgabe gleichsetzt, die neue Raumlufttemperatur berechnen aus:

                                                                                                                              ⇥(6)

Raumlufttemperatur nach einem einfachen
Luftwechsel in °C

Außenlufttemperatur in °C

mittlere raumseitige Oberflächentemperatur in °C als Schätzwert oder berechnet aus der
Summe über alle raumseitigen Oberflächen und
konvektive Wärmequellen

              

konvektiver Wärmeübergangskoeffizient in W/(m² K) (ca. 3 W/(m² K))

                 Bauteiloberfläche in m²

            konvektive Wärmequelle in W

g                dimensionslose Kenngröße

              

Außenluftvolumenstrom durch Fensteröffnen am Beginn des Luftwechsels k bei der Raum lufttemperatur ΘL,k in m³/h

              volumetrische spezifische Wärmekapazität in Wh/(m³ K) (ca. 0,34 Wh/(m³ K))

                 Zählindex des Luftwechsels, beginnend mit k = 1

Es wird hierbei davon ausgegangen, dass während eines Raumluftwechsels der Volumenstrom konstant bleibt. Der erste Volumenstrom wird mit der Raumlufttemperatur vor dem Fensteröffnen berechnet (16 oder 20 °C). Der nächste und die folgenden Luftwechsel schrittweise mit der Temperatur nach Gleichung (6), bis die vorgegebene Fensteröffnungsdauer erreicht wird. Bei jedem Luftwechsel wird der eindringende Volumenstrom mit der Luftwechseldauer gewichtet addiert und zum Schluss über die gesamte Öffnungsdauer gemittelt.

Tabelle 1 gibt beispielhaft Auskunft über die Minderung des Volumenstroms durch das Absinken der Raumlufttemperatur während des Lüftens. Die mittlere raumseitige Oberflächentemperatur wird dabei gleich der anfänglichen Raumlufttemperatur gesetzt. Die Minderung wirkt sich nur auf den thermisch induzierten Anteil des Volumenstroms aus und beträgt bei Windstille ca. 20 %. Erhält der thermisch induzierten Anteil den Faktor 0,8, so beträgt die maximale Abweichung 6 % für den Bereich der Randbedingungen aus Tabelle 1. Mit dieser Ergänzung werden die folgenden Berechnungen durchgeführt. Andernfalls müsste für die Anwendung der Gleichung (5) eine Iteration erfolgen, wobei die Anzahl der täglichen Fensteröffnungen noch festzulegen wäre.

Für den thermisch induzierten Luftvolumenstrom durch Fenster sind die Lufttemperaturen innen und außen maßgeblich. Auch die Luftdichte in Gleichung (1) müsste mit einer Lufttemperatur berechnet werden. Dagegen geht in Gleichung (2) eine Raumtemperatur ein, die sich aus einer Strahlungs- und Lufttemperatur zusammensetzt. Für dieses vereinfachte Verfahren wird jedoch kein Unterschied zwischen Luft- und Strahlungstemperatur gemacht.

Der Beitrag wird in tab 4/2020 fortgesetzt.

Hinweis

Das DIN plant derzeit eine Änderung der DIN-Bezeichnungen, damit DIN SPEC nicht mit DIN SPEC PAS verwechselt wird. Möglicherweise heißt die DIN SPEC 4108-8 dann DIN/TR 4108-8.

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