Lüftungskonzept mit Fensterlüftung

Zur Wahl des Außenklimazustandes

Der Zuluftzustand ist frei wählbar, wodurch auch die Wärme- und Feuchterückgewinnung berücksichtigt werden kann. Für die Lüftung direkt mit Außenluft ist der Außenluftzustand maßgebend.

Ein grundsätzliches Problem bei der Feuchteschutzlüftung ist, dass sich Außentemperatur und Außenfeuchtegehalt gegenläufig beeinflussen. Einerseits sinkt der kritische Feuchtegehalt mit abnehmender Außentemperatur [5, Bild 1], wodurch nach Gleichung (1) bei gleichem Außenfeuchtegehalt der Volumenstrom ansteigen müsste. Andererseits ist ein geringerer Volumenstrom notwendig, wenn die Außenluft über x_e trockener ist, was mit abnehmender Außentemperatur i.d.R. einhergeht. Im Bild 2 lässt sich ablesen, dass der Außenfeuchtegehalt den größeren Einfluss auf den notwendigen Volumenstrom ausübt.

Das lässt sich auch Bild 4 entnehmen. Hier ist der Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung über die Fläche der Nutzungseinheit für verschiedene relative Außenluftfeuchten aufgetragen. Die Feuchtelast ist der DIN 1946-6 entnommen. Im Abschnitt 4.2.2 enthält diese Norm jetzt die Randbedingungen für die Lüftung zum Feuchteschutz. Bemerkenswert ist dabei nur, dass beim Volumenstrom zwischen geringe und hohe Belegung der Nutzungseinheit unterschieden wird, bei den Randbedingungen jedoch nicht. Zum Vergleich sind daher beide Volumenströme der DIN 1946-6 mit in das Bild 4 eingetragen.

Es ist zu erkennen, wie stark sich eine hohe Außenluftfeuchte bei wärmeren Außenlufttemperaturen auf den notwendigen Volumenstrom auswirkt. Die Volumenströme für die Feuchteschutzlüftung sind teilweise höher, als jene für die Lüftung zum Feuchteschutz nach DIN 1946-6. Bei einer relativen Außenluftfeuchte von 80 % ist der Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung bei 15 °C Außentemperatur bis zu einer Fläche von 110 m² sogar höher als die Lüftungsstufe Nennlüftung nach [2, Tab. 7 bzw. Glg. 8]. Wobei anzumerken ist, dass auch die Nennlüftung nach DIN 1946-6 unabhängig von der Belegung ist. Die Lüftungskomponenten werden nach DIN 1946-6 jedoch nicht für die Lüftung zum Feuchteschutz ausgelegt. Sondern es findet ein Abzug der Infiltration statt, wodurch die tatsächlichen Volumenströme bedingt durch wechselnde äußere Winddruckverhältnisse unter die Lüftung zum Feuchteschutz nach [2, Tabelle 7 bzw. Gleichung 8] absinken werden. D.h., dass die Lüftung nach DIN 1946-6 bezüglich ihrer Anforderungen an die Volumenströme auch nicht immer kontinuierlich ist. Eine kontinuierliche Lüftung hat auch den Nachteil, dass unangenehme Gerüche von außen angesaugt werden können.

Für die Auslegung der Lüftung kommt es auf die Kombination von Außentemperatur und Außenfeuchtegehalt an, welche in Tabelle 2 für Potsdam angegeben ist. Da es sich um ein stationäres Verfahren handelt und sich das Schimmelpilzkriterium auf fünf Tage bezieht, wird die sog. t,x-Korrelation im Fünf-Tagesmittel berechnet. Eine Mittelung über mehrere Tage ist für die stationäre Berechnung der Transmission durch Bauteile auch notwendig [8].

In Tabelle 2 sind im rechten Teil die notwendigen Volumenströme zur Feuchteschutzlüftung für die vorkommenden t,x-Kombinationen im linken Teil und für die angegebenen Randbedingungen berechnet. Es handelt sich um ein Wohnzimmer mit zwei Personen bei Anwesenheit von 16 h und ganztägig 16 g/h als weitere Feuchtequelle (Pflanzen und Sonstiges). Das ergibt eine mittlere Wasserdampfzufuhr von ca. 83 g/h.

Bei höheren Außentemperaturen sind auch hohe Außenfeuchtegehalte möglich, wodurch das Trocknungspotential gegen Null gehen kann und theoretisch ein unendlich hoher Volumenstrom notwendig wäre. Daher enthält die Tabelle Begrenzungswerte auch für den Fall, dass das Trocknungspotential negativ wird.

Die Erfahrung aus Zeiten hoher Gebäudeundichtigkeiten zeigt jedoch, dass der Feuchteschutz durchaus mit Außenluft sichergestellt werden kann. D.h., dass extrem hohe Volumenströme nicht benötigt werden. Es ist daher sinnvoll, eine obere Grenztemperatur für die Dimensionierung des Volumenstroms festzulegen. Es bietet sich hierfür die Heizgrenztemperatur an, die in Deutschland je nach Wärmeschutz des Gebäudes bei 10 bis 15 °C liegt. Durch die Begrenzung auf die Heizzeit ist auch Kenntnis über die Innentemperatur vorhanden, welche für die Glg. (2) benötigt wird. Legt man z.B. 15 °C als Heizgrenztemperatur fest, so beträgt der maximal notwendige Volumenstrom für das Beispiel in Tabelle 2 40 m³/h. Dabei ist zu beachten, dass es sich bei dieser Tabelle um Klassenwerte für Temperatur und Feuchte handelt. Für eine Auslegungsrechnung sollte ein TRY mit den Dezimalstellen durchlaufen werden. Als Maximalwert ergibt sich dabei 28 m³/h bei 13,9 °C und 8,1 g/kg.

Simulationsrechnungen haben gezeigt, dass der kritische Zeitraum, in dem der Volumenstrom am höchsten sein muss, in den Monaten September bis November liegt [5], also eventuell noch kurz vor Heizbeginn. Zur Ermittlung der sich einstellenden Innentemperatur ohne Heizbetrieb müsste man eine Jahressimulation durchführen, worauf bei diesem vereinfachten stationären Verfahren verzichtet wird.

Soll mit Fenster gelüftet werden, ist die maximale Fensteröffnungsdauer nach Glg. (3) mit der minimalen Fensteröffnungsdauer nach Gleichung (5) gemäß Gleichung (4) zu vergleichen. Im Bild 5 ist daher auch die minimale Fensteröffnungsdauer für ein bestimmtes Fenster für den Beispielraum aus Tabelle 2 dargestellt. Der Auslegungsfeuchtegehalt ist mit 1 g/kg unterhalb des Sättigungsfeuchtegehaltes bei der jeweiligen Außentemperatur gewählt.

Man entnimmt dem Bild 5 für die Innentemperatur von 20 °C, dass der Volumenstrom durch Fensteröffnen im Bereich niedriger Außentemperaturen gerade noch ausreichend ist.

Mit zunehmender Windgeschwindigkeit und abnehmender Außentemperatur strömt zwar mehr Volumenstrom in den Raum ein, aber gleichzeitig verringert sich der erforderliche Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung aufgrund der trockenen Außenluft derart, dass die Windgeschwindigkeit bei tiefen Außentemperaturen kaum noch einen Einfluss auf t_open,min hat.

Wirksame Maßnahmen, um die minimale Fensteröffnungsdauer weiter zu verringern, sind baukonstruktive Änderungen. Dazu zählt der Einbau größerer oder mehr Fenster, wobei sich besonders eine größere Fensterhöhe durch die zunehmende Auftriebswirkung im thermisch induzierten Anteil positiv auswirkt, sowie die Verbesserung des Wärmeschutzes an der ungünstigsten Wärmebrücke.

Festzuhalten ist, dass bei einer kontinuierlichen Lüftung die Heizgrenztemperatur als Grenztemperatur für die Auslegung anzusetzen ist, dagegen bei der diskontinuierlichen manuellen Fensterlüftung aufgrund der begrenzt zumutbaren Lüftungsdauer eine sehr niedrige Grenztemperatur. Um die vorkommenden t,x-Kombinationen des Klimastandortes zu erfassen, sollte die gesamte Heizzeit mit 5-Tagesmittelwerten für das Außenklima untersucht werden.

Der ungünstigste Außenklimazustand ergibt sich, wenn die Differenz ihr Minimum erreicht. Für diesen Zustand empfiehlt sich, den Tagesgang der Feuchte unter Berücksichtigung der Feuchtespeicherung zu analysieren. Liegt in diesem Zustand eine hohe Windgeschwindigkeit vor, sollte für ein Lüftungskonzept mit manueller Fensterlüftung auch die Möglichkeit einer geringeren Windgeschwindigkeit in die Analyse einbezogen werden.

Das Bild 6 mit der Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit in der Heizzeit gibt hierfür eine Hilfestellung. Dem Bild ist zu entnehmen, dass im Fünf-Tagesmittel keine Windstille auftritt. D.h., als niedrigsten Wert könnte man 1,5 m/s für die Minimumsuche ansetzen. Die häufigsten Windgeschwindigkeiten liegen im Bereich von 3,5 m/s bis 5,0 m/s.

Feuchtespeicherung und Fensterlüftung

Da die Räume nicht dauerhaft der gleichen mittleren Feuchtelast unterliegen, z.B. aufgrund der Abwesenheit von Personen, bewirkt die Adsorption und Desorption der Feuchte in der Raumluft und in den Bauteilen eine Dämpfung des Feuchteverlaufes (Feuchtepufferung).

Um diesen Sachverhalt zu untersuchen, wird ein vereinfachtes dynamisches Simulationsmodell auf ein zeitliches Feuchtelastprofil unter sonst konstanten Randbedingungen angewendet. Im Bild 7 ist der zeitliche Verlauf im eingeschwungenen Zustand eines Tages für zwei Feuchtespeichereffekte (rote und blaue Linie) dargestellt.

Die rote Linie gilt für den Fall, dass nur die Raumluft Feuchte speichern kann. Nach Kohonen et. al. [10] und Hauser [11] kann man für die Feuchtespeicherung in normal verputzten Bauteilen die 10fache Größe des Raumluftvolumens ansetzen. Daher wird dem Fall „Sorption nur in Raumluft“ der Faktor 1 und dem Fall „Sorption in Raumluft und Bauteile“ der Faktor 10 für das Raumluftvolumen zugeordnet.

Die braun gestrichelte Linie zeigt den kritischen Feuchtegehalt, der gemäß Schimmelpilzkriterium nach [1] max. 12 h am Tag überschritten werden darf. Die grün gestrichelte Linie stellt den Feuchtegehalt für eine relative Luftfeuchte von 35 % dar und sollte nicht unterschritten werden, um eine Austrocknung der Schleimhäute zu vermeiden. 35 % sind ein Kompromiss aus den verschiedenen Normen und Studien zum Thema Austrocknung aufgrund zu trockener Luft. Empfehlenswert sind gemäß aktuellen Diskussionen aus gesundheitlichen Gründen jedoch 40 % als untere Grenze. Zwischen diesen beiden gestrichelten Linien sollte sich der Feuchtegehalt im Raum befinden, damit die Lüftung beide gesundheitlichen Aspekte berücksichtigt.

Zu trockene Raumluft erlangt eine besondere gesundheitliche Bedeutung, da Pilze und Viren sich an Schwebstoffteilchen, welche mit abnehmender relativer Luftfeuchte zunehmen, anheften und somit eine Luftübertragung auf den Menschen erleichtert wird. Daher muss bei der Auslegung der Lüftung eine zu trockene Luft durch hohe Volumenströme unterbunden werden, sofern dies im Verantwortungsbereich des Planers liegt. Eine Verantwortung für den Planer/Ausführer ergibt sich besonders dann, wenn es zur Beauftragung über den Einbau/Planung lüftungstechnischer Maßnahmen kommt. Für ein Lüftungskonzept mit manueller Fensterlüftung müsste die Hinweispflicht über zu trockene Luft genügen. Für die Regelung des Volumenstroms mit mehreren Sensoren kommt der Feuchte eine höhere Priorität zu, als dem CO₂-Gehalt. D.h., bei einer gegenläufigen Anforderung zur Stellgröße Volumenstrom aus dem Feuchte- und CO₂-Sensor sollte der Feuchtesensor Vorrang haben.

Für das o.g. Beispiel wird ein Raum als Schlafzimmer mit einer Innentemperatur von 16 °C berechnet. Die Daten für das Fenster sind wie im Bild 5 angegeben. Für eine Grenztemperatur von -5 °C ermittelte sich der kritischste Außenklimazustand im Jahr, welcher in der Bildunterschrift von Bild 7 aufgeführt ist. Es ergab sich für diesen Zustand eine Windgeschwindigkeit von 5,1 m/s, die jedoch aus Sicherheitsgründen auf das Minimum aus Bild 6 auf 1,5 m/s gesetzt wurde. Für eine Wasserdampfzufuhr von 23 – 7 Uhr ist eine zweimalige Fensterlüftung mit je 10 min für den Feuchteschutz ausreichend, wenn genügend Feuchtespeicherung zur Verfügung steht (blaue Linie).

Kann nur die Raumluft die Feuchte speichern, dann ergeben sich große Ausschläge im Feuchteverlauf (rote Linie), die nach oben hin durch den Sättigungsfeuchtegehalt begrenzt sind. Bei genügender Fensteröffnungsdauer kann der Feuchtegehalt nach unten hin nur den Außenluftfeuchtegehalt von 1,6 g/kg am Ende der Fensterlüftung erreichen. Dadurch erklärt sich die maximale Bandbreite für den Feuchteverlauf. Die Überschreitungszeit über dem kritischen Feuchtegehalt beträgt hier etwas über 6 h. Berücksichtigt man auch die Bauteile als Feuchtespeicher, wird der kritische Feuchtegehalt nicht überschritten.

Das Bild zeigt auch beispielhaft, wie sich der zulässige Bereich erweitert, wenn statt f_Rsi = 0,70 durch bessere Wärmedämmung ein Wert von f_Rsi = 0,95 vorliegt. In diesem Fall verringert sich die Überschreitungszeit für geringe Feuchtespeicherfähigkeit auf 4,9 Stunden. Auch für mechanische Lüftungsanlagen ist ein größerer Regelbereich von Vorteil.

Daraus ergibt sich die Anforderung, dass für die diskontinuierliche Fensterlüftung genügend Feuchtespeicher im Raum durch Bauteile (Art des Putzes, Beläge) und Möblierung vorhanden sein sollte. Außerdem müssen die Lüftungszeitpunkte am Tag dem Feuchtelastverlauf sinnvoll angepasst sein. Die Lüftung um 23 Uhr hat hier rechnerisch nur eine geringe Auswirkung.

Ein weiterer Aspekt ist die sich einstellende CO₂-Konzentration im Raum (schwarze Linie), was für den Feuchtegehalt zwar nicht von Belang ist, aber bei sehr hohen Werten ein häufigeres Stoßlüften bzw. im Schlafzimmer eine längere Kipplüftung erwarten lassen. Am Ende der Schlafenszeit um 7 Uhr ist der CO₂-Gehalt auf 9677 ppm bei der Nutzung des Raumes nach Bild 7 angestiegen. Eine Kipplüftung mit 9 cm obere Öffnungsweite während der Schlafenszeit würde mit einem Volumenstrom von 72 m³/h ausreichend sein, um einen konstanten CO₂-Gehalt von 1000 ppm aufrecht zu erhalten. Die relative Raumluftfeuchte sinkt dabei jedoch auf ca. 24 % ab, was gemäß dem o.g. Grenzkriterium zu trocken ist. Ein optimaler Zustand ist für diesen Raum nicht erreichbar. Mit einer Kippstellung von 3 cm bis 4 cm obere Öffnungsweite ergibt sich ein Volumenstrom von 30 m³/h, eine relative Raumluftfeuchte von ca. 37 % bzw. 4,1 g/kg und ein CO₂-Gehalt von 1847 ppm. Aus gesundheitlicher Sicht sind damit die Grenzen abgesteckt, in denen der Mieter eine Anpassung vornehmen kann, sofern das Fenster mehrere Kippstellungen zulässt. Das gilt auch für eine raumweise Regelung mittels mechanischer Fensteröffnung oder Lüftungsanlage.

Ein Wohnzimmer mit 20 °C Innentemperatur und 58,47 m³ Raumvolumen weist bei der Grenztemperatur von -5 °C den kritischsten Außenklimazustand im Jahr auf, der im Bild 8 angegeben ist. Hier wurde ebenfalls die Windgeschwindigkeit auf 1,5 m/s reduziert. Zur Feuchtelast für zwei Personen von 7 bis 23 Uhr addieren sich noch ganztägig 16 g/h für Pflanzen und Sonstiges. Mit dem kleinen Fenster aus Bild 5 ist eine ausreichende Fensterlüftung nicht möglich. Daher wird in diesem Beispiel das Balkonfenster mit den Abmessungen aus Bild 8 für die händische Fensteröffnung angesetzt.

Auch hier ergibt sich, dass die zweimalige Fensterlüftung für den Feuchteschutz ausreichend ist, wenn genügend Feuchtespeicher vorhanden ist und wenn der Lüftungszeitpunkt richtig gewählt wird. Um 18 Uhr erreicht der CO₂-Gehalt mit 8893 ppm sein Maximum. Es ist daher anzunehmen, dass vorher schon mehrmals gelüftet wird oder dass durch andere Ereignisse, z.B. zeitweiliges Verlassen des Raumes, die Geruchsentwicklung weniger stark ausfällt. Für den rechnerischen Nachweis, dass die Fensterlüftung zur Feuchteabfuhr ausreicht, muss man jedoch von zwei- bis dreimaliger manueller Betätigung ausgehen.

Die Tabelle 3 stellt die Über- und Unterschreitungszeiten der Grenzlinien im Bild 8 zusammen. Speichert nur die Raumluft Feuchte, übersteigt die Überschreitungszeit des kritischen Feuchtegehaltes den zulässigen Wert von 720 min. Damit dieser Grenzwert nicht überschritten wird, müsste der f_Rsi-Wert minimal 0,924 betragen, um für beide Feuchtespeicherfälle das Schimmelpilzkriterium zu erfüllen. Rechnet man eine Infiltration ein, so müsste diese einen Luftwechsel von 0,105 h^-1 aufweisen, wobei dann nur 2x5 min Fensterlüftung empfohlen wird, damit eine zu trockene Raumluft nicht lange anhält.

Die Unterschreitung der Grenzlinie für „zu trocken“ ist dem großen Volumenstrom durch das Fensteröffnen geschuldet. Das lässt sich im Winter mit sehr trockener Außenluft und manueller Fensterlüftung nicht verhindern.

Beide Feuchtespeicherfälle werden auch erfüllt, wenn ohne Verbesserung der Wärmedämmung und Einrechnung einer Infiltration das Raumvolumen doppelt so groß wäre. Die neuartigen Grundrisskonstellationen, in denen die Bereiche Wohnen/Essen/Küche/Flur im Raumluftverbund ohne Innentüren zusammengelegt sind, sind daher hinsichtlich des Feuchteschutzes von Vorteil. Das Gleiche gilt, wenn die Feuchtespeicherfähigkeit von Raumluft mit Bauteilen mindestens so groß ist, wie das zweifache Raumluftvolumen speichern kann (Faktor 2, s.u.).

Anrechnung der Fensterlüftung

Findet in dem genannten Wohnzimmer freies Wäschetrocknen statt, ist die manuelle Fensterlüftung auch mit der Feuchtespeicherung in Bauteilen nicht mehr ausreichend. Nach DIN SPEC 4108-8 wird hierfür der Raum ganztägig mit 52 g/h Wasserdampf zusätzlich belastet.

Bei einer mechanischen Lüftungsanlage stellt sich die Frage, wie die zweifache manuelle Fensterlüftung zur Dimensionierung des Volumenstroms angerechnet werden kann. Hierzu sind in Tabelle 4 einige Berechnungsvarianten aufgeführt.

Variante Erläuterung

1 Die DIN 1946-6 gibt für die freie Lüftung einen durchlaufenden (min = max) Volumenstrom von 10 m³/h an. Man entnimmt der Tabelle 4, dass diese Vorgabe für beide Feuchtespeicherfälle (Faktor 1 und 10) bei Weitem nicht ausreichend ist. Der kritische Feuchtegehalt wird ganztägig überschritten (rot markiert). Dabei ist anzumerken, dass die „Lüftung zum Feuchteschutz“ nach DIN 1946-6 [2, Tabelle 7 und 11] den Luftvolumenstrom für freies Wäschetrocknen nicht beinhaltet. Aber auch ohne Wäschetrocknen reichen 10 m³/h im 24-Stundenbetrieb für die 16stündige Belegung des Wohnzimmers nicht aus.

2 Die mittlere Wasserdampfzufuhr in den Raum beträgt 135 g/h. Nach Glg. (1) ergibt sich ein notwendiger Außenluftvolumenstrom von 20 m³/h. Für den Fall Faktor 1 ist das auch nicht ausreichend.

3 Die maximale Wasserdampfzufuhr von 168 g/h dauert 16 Stunden an. Damit der kritische Feuchtegehalt in keinem Fall 24 Stunden am Tag überschritten wird, müsste der Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung nach Glg. (1) für diese maximale Feuchtelast ausgelegt werden. Dabei ergeben sich 25 m³/h. Die Unterschreitungszeit für zu trockenen Luft ist im Fall Faktor 1 jedoch sehr hoch. Ebenso der Energiebedarf für die Lufterwärmung in beiden Fällen.

4 In dieser Variante kommt die Fensterlüftung zum Einsatz ohne zusätzlichem Volumenstrom durch eine mechanische Lüftungsanlage. Ohne Feuchtespeicherung in den Bauteilen besteht dabei die Gefahr der Schimmelpilzbildung. Der kritische Feuchtegehalt wird um 1170 min am Tag überschritten. Der Energiebedarf für die Lufterwärmung ist mit 0 Wh gekennzeichnet, da angenommen wird, dass während der Fensterlüftungszeit die Heizung abgestellt wird. Auch ein Wiederaufheizen nach der Fensterlüftung ist in der Spalte „Lufterwärmung“ nicht berücksichtigt. Ebenso geht bei dieser Betrachtung nicht ein, dass ein Abschalten einer Fußbodenheizung während der Fensterlüftung nichts an Energieeinsparung bringt.

5 Soll für die Dimensionierung einer mechanischen Lüftungsanlage die Fensterlüftung angerechnet werden, so müsste diese im Fall Faktor 1 mit 14 m³/h und im Fall Faktor 10 mit 4 m³/h ausgelegt werden. Die mechanische Lüftungsanlage läuft in diesen Varianten 24 Stunden abzüglich der Fensterlüftungszeit am Tag. Die Reduzierung des notwendigen Volumenstroms für die Lüftungsanlage geht gegenüber der Variante 3 in etwa einher mit dem Bedarf für die Lufterwärmung und beträgt im Fall Faktor 1 ca. 40 % und im Fall Faktor 10 ca. 84 %.

6 Um die Unterschreitungszeit für zu trockenen Luft zu verringern, wird das kleine Fenster zur Fensterlüftung genutzt. Erwartungsgemäß steigt dadurch der notwendige Auslegungsvolumenstrom für die Anlage und der Bedarf für die Lufterwärmung an.

7 Ab dieser Variante wird die Lüftungsanlage mittels Proportionalregler im Bereich x_tro bis x_krit raumweise geregelt. Die Regelung kann die Anlage bis auf 0 m³/h herunterfahren (s. Spalte „min“). Für den Volumenstrom in der Spalte „max“ muss die Anlage ausgelegt werden. Sobald Fensterlüftung erfolgt, schaltet die Anlage ab. Diese Variante ergibt von den zulässigen Varianten den geringsten Energiebedarf und kommt mit relativ geringen Auslegungsvolumenströmen aus.

8 Eine Verringerung der Unterschreitungszeit für zu trockenen Luft bis auf 0 min/d mit dem kleinen Fenster ist nur bei dem Fall Faktor 10 zu erzielen. Gegenüber der Variante 7 erhöht der hierfür notwendige Auslegungsvolumenstrom aber deutlich den Energiebedarf.

9 Zum Vergleich mit der Variante 3 ist hier das Simulationsergebnis mit Regelung und ohne Fensterlüftung aufgeführt. In beiden Feuchtespeicherfällen ist keine Über- oder Unterschreitungszeit vorhanden und der Raumenergiebedarf reduziert sich auf ca. 85 %.

Bild 9 enthält für die Variante 7 den täglichen Feuchteverlauf, der gerade noch ausreichend wäre.

Aus den Varianten ist zu entnehmen, dass die Anrechnung der Fensterlüftung für die Dimensionierung einer mechanischen Lüftungsanlage fallweise nur durch Simulation des Feuchteverlaufes genau bestimmbar ist. Auch bei Lüftung nur mit mechanischer Lüftungsanlage im kontinuierlichen Betrieb sowie Auslegung auf Basis einer mittleren Feuchtelast sollte der Feuchteverlauf kontrolliert werden, wie die Variante 2 zeigt.

Neben der Feuchtespeicherfähigkeit ist auch noch zu unterscheiden, ob die Lüftungsanlage raumweise geregelt wird oder ungeregelt durchläuft. In [4, Bild 11 und 12] wird gezeigt, dass man durch Reduzierung des Volumenstroms aufgrund Verringerung der Feuchtelast eine geringere Unterschreitungszeit erreichen kann.

Einschätzung der Feuchtespeicherfähigkeit eines Raumes

Die obigen Beispielrechnungen haben gezeigt, dass durch die Feuchtespeicherfähigkeit des Raumes ein weiterer Parameter für das Lüftungskonzept gegeben ist, der nicht zu vernachlässigen ist. Für die Planungspraxis sollte daher neben der Möglichkeit einer hydrothermischen Simulation, z.B. mittels WUFI Pro oder Delphin, auch eine einfache Einschätzung der Feuchtespeicherfähigkeit gegeben sein. Für die Genauigkeit einer solchen Einschätzung ist zu beachten, dass die Möblierung auch speicherfähig ist und dass der Einfluss der Möblierung nur geschätzt werden kann.

Geht man davon aus, dass der gesamten Raumumschließungsfläche der Faktor 10 zugeordnet wird, so erhält man unter Berücksichtigung von Raumflächen, die nicht feuchtespeicherfähig sind, den Faktor

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F_feu Faktor für Raumluftvolumen zur Berücksichtigung der Feuchtespeicherung in Bauteilen

A₀ Summe aller Raumflächen, die nicht feuchtespeicherfähig sind in m²

A_RU gesamte Raumumschließungsfläche in m²

Zu Raumflächen, die nicht feuchtespeicherfähig sind, zählen z.B. geflieste Flächen oder Anstriche, die diffusionsdicht sind.

Beispiel: Für ein würfelförmiges Bad mit den Kantenlängen 2,50 m, in dem nur die Decke nicht gefliest ist, ergibt sich der Faktor

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Auslegungsbeispiel

In der DIN SPEC 4108-8 Anhang H ist ein Beispiel vorhanden, welches hier in etwas abgeänderter Form mit dem Programm „VolFeu“ [12] nachgerechnet wird. Es handelt sich um eine Wohnung in einem Mehrfamilienhaus. Sie wird von drei Personen bewohnt und hat eine Nettofläche von 77,1 m². Die Änderungen gegenüber dem Normbeispiel sind im „VolFeu“-Paket genauer beschrieben.

Für die Suche nach dem ungünstigsten Außenklimazustand bei Fensterlüftung wurde eine obere Grenztemperatur von -5 °C angesetzt, da man bei höheren Außentemperaturen (im Normbeispiel 13 °C) von einer längeren (üblichen) Fensterlüftungszeit ausgehen kann. Nur dadurch ist ein Vergleich mit der gerichtlich festgelegten zumutbaren Fensterlüftungszeit sinnvoll. Das Programm ermittelt den ungünstigsten Außenklimazustand im TRY04 Potsdam (extremer Winter) für die Räume mit Fensterlüftung am 11. Januar mit – 9,7 °C und 1,7 g/kg. Als minimale Windgeschwindigkeit (worst case) ergibt sich 1,4 m/s.

Der notwendige Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung VolFL nach Glg. (1) beträgt für das Wohnzimmer 23 m³/h. Die minimal notwendige Fensteröffnungszeit 13 min/d. Für die Simulation wurde ein Zeitprofil für den Fensterbetrieb von 12:00 bis 12:10 Uhr und von 23:00 bis 23:05 Uhr, also insgesamt 15 min vorgegeben. Die Überschreitungszeit von 372 min liegt unter der zulässigen von 720 min. Für eine zulässige Unterschreitungszeit für zu trockene Luft gibt es derzeit kein Kriterium. In diesem Fall ist sie für eine minimale relative Luftfeuchte von 40 % jedoch mit 645 min/d sehr hoch und sollte zu einem Hinweis führen.

Im Vergleich zur DIN 1946-6 wären für die Lüftung zum Feuchteschutz in Wohnen, Schlafen, Kind jeweils 10 m³/h und in Bad, Küche, Abstell jeweils 8 m³/h, also insgesamt 54 m³/h für die Nutzeinheit notwendig. Der Raum Wohnen wäre demnach unterdimensioniert.

Für den innenliegenden Flur wurde angenommen, dass er an ein unbeheiztes Treppenhaus mit 16 °C grenzt. Hierfür ist nur ein geringer VolFL von 2 m³/h notwendig, für den ein Luftaustausch über Türöffnen und Personenverkehr ausreichend sein dürfte.

Für das Bad ist eine Fensterbetriebszeit von 7:50 bis 7:55 gewählt, die aber über der minimal notwendigen Fensteröffnungszeit von 4 min/d liegt. Durch die Simulation zeigt sich, dass diese einmalige Fensteröffnung nicht ausreichend ist, um die zulässige Überschreitungszeit einzuhalten. Eine grafische Darstellung des Zeitverlaufes für den abs. Feuchtegehalt ist in „VolFeu“ aufrufbar.

Fazit

Ein Lüftungskonzept mit manueller Fensterlüftung ist wegen der Vergleichsmöglichkeit mit der gerichtlich festgelegten zumutbaren Fensterlüftungszeit für einen sehr kalten Außenklimazustand zu erstellen. Dagegen ist für die Auslegung einer kontinuierlich betriebenen Lüftung über ALD oder Lüftungsanlage ein relativ warmer Außenklimazustand zu wählen. In diesem ist der notwendige Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung aufgrund des hohen Außenluftfeuchtegehaltes am höchsten. Mittels Festlegung einer Grenztemperatur, z.B. – 5 °C für die manuelle Fensterlüftung und Heizgrenztemperatur für die kontinuierliche Lüftung, sollte der ungünstigste Außenklimazustand in TRY-Daten gesucht werden. Als ungünstig gilt für die manuelle Fensterlüftung das Minimum von t_open,max – t_open,min und für die kontinuierliche Lüftung der maximale notwendige Volumenstrom . Durch die Verwendung von TRY-Daten ist auch die Untersuchung zukünftiger Außenfeuchteverhältnisse möglich.

Auf den Volumenstrom durch geöffnete Fenster hat die Windgeschwindigkeit einen großen Einfluss. Um auch hier auf der sicheren Seite zu liegen, sollte sie so gewählt werden, dass der geringste Wert im 5-Tagesmittel der TRY-Daten gesucht wird. Dies gilt auch für die Berechnung der Infiltration.

Weitere Randbedingungen für die ausreichende manuelle Fensterlüftung sind eine genügend hohe Feuchtespeicherfähigkeit der Bauteile und Einrichtungen sowie geeignete Lüftungszeitpunkte. Um eine schnelle Auslegung für Standardsituationen zu erreichen, wären hier von einer Norm vorgegebene Zeitprofile für Feuchtelast und Fensterlüftung in verschiedenen Raumnutzungen vorteilhaft.

Trotz dieser extremen Randbedingungen wird in einem Beispiel gezeigt, dass eine manuelle zwei- bis dreimalige Fensterlüftung für die Feuchteabfuhr ausreichend sein kann. Ansonsten hätten die Gerichte diesen Lüftungsbetrieb auch als unzureichend eingestuft. Ein weiteres Indiz für eine ausreichende Lüftung ohne Lüftungsanlage ist die geringe lüftungsbedingte Quote für Schimmelpilzschäden in Höhe von 5 % bis 6 % (s. [13]). Der Einbau von Lüftungsanlagen hat daran nichts geändert. Die Nachströmung für die Entlüftung fensterloser Bäder muss nicht über die Zulufträume erfolgen. Hierfür ist auch eine direkte Zuluftleitung zum Bad möglich (s. [14] und neue DIN 18017-3).

Ist die Fensterlüftung nicht ausreichend, d.h., die minimale Fensteröffnungszeit ist so hoch, dass sie nicht mehr zumutbar ist, sind lüftungstechnische Einrichtungen zu planen. Hierzu zählen auch mechanisch betriebene und geregelte Fensterlüftungen. Die Einzelraumregelung, welche mit Einzelraumgeräten oder mit Volumenstromreglern ausgestatteten zentralen Geräten möglich ist, hat den Vorteil, dass nur in den Räumen eine Lüftungsheizlast anfällt, für die auch ein Bedarf vorliegt.

Der Bedarf sollte sich in erster Linie nach der Feuchte richten, denn hier ergeben sich schon Volumenströme, die zu einer zu trockenen Luft führen können. Dieses Risiko erhöht sich, wenn für die Frischlufterneuerung ausgelegt (z.B. nach Nennlüftung) und geregelt wird. Das ursprüngliche Erfordernis für eine lüftungstechnische Maßnahme ist in der DIN 1946-6 die Einhaltung einer Lüftung zum Feuchteschutz. Dabei sollte man auch bei einer ventilatorgestützten Lüftung bleiben, wenn nicht andere Erfordernisse, wie z.B. Schallschutz, Außenluftschadstoffe oder erhöhte Nachtlüftung an heißen Sommertagen, vorliegen. In diesen Fällen sollten weitere Maßnahmen zur Verhinderung von zu trockener Luft, z.B. auch regelungstechnischer Art, in die Planung einbezogen werden.

Die Algorithmen der DIN SPEC 4108-8 Anhang H ermöglichen es, die Anforderung in der DIN 1946-6 [2, Tab. 16, Fußnote f] zu erfüllen. Danach sind Räume mit erhöhten Feuchtelasten gesondert zu behandeln.

Neben der Stoßlüftung ist auch eine länger anhaltende manuelle Kipplüftung mit Fenster zu empfehlen, die eine variable einstellbare Fugenfläche ermöglicht. Die DIN SPEC 4108-8 bietet hierfür die notwendigen Algorithmen an. Damit nicht zu lange gelüftet wird, wäre ein Alarmsystem zeitgesteuert oder mit Sensorsignalen von Vorteil.

Literatur

[1] DIN SPEC 4108-8: 2020-??: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 8: Vermeidung von Schimmelwachstum in Wohngebäuden [2] DIN 1946-6:2019-12: Raumlufttechnik – Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen an die Auslegung, Ausführung, Inbetriebnahme und Übergabe sowie Instandhaltung. [3] DIN 4108-2:2013-02: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden –Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz. Berlin: Beuth Verlag. [4] Nadler, N.: Volumenströme für die Raumluft. Kommentar zur Auslegung nach DIN 1946-6:2019. Teil 1: tab 03/2019, S. 72-78, Teil 2: tab 04/2019, S. 52-57, Bauverlag BV GmbH. [5] Nadler, N.: Normenvorschlag zur Wohnungslüftung. Lüftung zum Feuchteschutz mit Außenluft. Teil 1: tab 04/2015, S. 40-45, Teil 2: tab 05/2015, S. 44-49, Bauverlag BV GmbH. [6] DBV-Merkblatt. „Hochwertige Nutzung von Untergeschossen – Bauphysik und Raumklima“; Fassung Januar 2009. [7] Maas, A.; Höttges, K.; Klauß, S.; Stiegel, H.: Auswirkung des Einsatzes der DIN V 18599 auf die energetische Bewertung von Wohngebäuden - Reflexion der Berechnungsansätze. Abschlussbericht der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung, Aktenzeichen: SF - 10.08.18.7- 09.43 / II 3 - F20-09-1-143. [8] Nadler, N.: Neue Außenlufttemperaturen für die Heizlastberechnung. Gesundheits-Ingenieur (GI) 133 (2012) Heft 1, Seite 1 – 12. [9] Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere, extreme und zukünftige Witterungsverhältnisse, Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (BBR), Datensätze von 2011. [10] Kohonen, R.; Katajisto, K.; Heimonen, I.; Marjamäki, P.: A zone model for air room energy balance. Technical Research Center of Finnland, VTT, Espoo, 1989. Dokument des IEA-Annex 17 (AN17-891017-03). [11] Hauser, G.: Beeinflussung des Innenklimas durch Außenwände und durch Wintergärten. Bauphysik, Heft 5/1987, Verlag Ernst & Sohn. [12] www.cse-nadler.de [13] Nadler, N.: Lüftungskomponenten nach DIN 1946-6. TAB 05/2011, S. 48-57. [14] Nadler, N.: Entlüftung fensterloser Ablufträume. Diskussionsbeitrag zur Überarbeitung der DIN 18017-3. tab 7-8/2018, S. 40-45, Bauverlag BV GmbH.