Pauschal oder projektbezogen? – Teil 1

Der u.a. hier behandelte Kritikpunkt in der DIN 1946-6 richtet sich hauptsächlich gegen die Tabelle 5 der Norm, bei der der Gesamt-Außenluftvolumenstrom nur in Abhängigkeit der Wohnfläche und bei der Lüftung zum Feuchteschutz zusätzlich in pauschaler Abhängigkeit vom Wärmeschutz zu ermitteln ist. Diese Tabelle wird nicht nur für die Auslegung sondern auch für die Feststellung der Notwendigkeit einer lüftungstechnischen Maßnahme benutzt und zieht damit eine Investitionsentscheidung nach sich. Es wird zwar eine Veränderung der Luftvolumenströme für die nicht planmäßige Personenzahl je Nutzungsfläche zugelassen, jedoch ist jene nicht explizit angegeben. Nur wenn sie unterschritten wird, ist eine Verringerung der Volumenströme zulässig. Der Planer weiß daher nicht, für wieviel Personen in der jeweiligen Nutzungseinheit die Tabelle gilt.

Nach Auskunft eines Fachanwaltes für Baurecht (RA Herrig, Berlin) löst die Anwendung der Mindestwerte der Gesamt-Außenluftvolumenströme für Nutzungseinheiten nach Tabelle 5 eine Bedenken- und Hinweispflicht des Planers aus, da hier erkennbar pauschalierte Werte angesetzt werden und keine ausreichende Bedarfsermittlung vorliegt. Es wird eine „funktionstaugliche Anlage“ geschuldet. Bei den Juristen schließt Funktionstauglichkeit auch Wirtschaftlichkeit ein. D.h., dass Überdimensionierungen nicht im Rechtssinn funktionstauglich sind. Die Anlage könnte auch unterdimensioniert sein, wenn mehr Personen als in der Tabelle 5 angenommen wohnen.

Genauigkeitsanforderung

In der Neuausgabe der DIN EN 12599 [2] wird in Tabelle 3 die Messunsicherheit für die Luftvolumenstrommessung bei der Übergabe raumlufttechnischer Anlagen je Einzelraum von ± 20 % auf ± 15 % und je Anlage von ± 15 % auf ± 10 % herabgesetzt. D.h., der Auslegungswert sollte im Bereich der Messunsicherheit liegen, ansonsten entsteht hier eine Diskrepanz. Auch nach DIN 18017-3 [3] Abschnitt 4.1.3 dürfen sich die Abluftvolumenströme gegenüber den planmäßigen Volumenströmen durch Wind und thermischen Auftrieb um nicht mehr als ± 15 % ändern.

Dementsprechend sollte die angestrebte Genauigkeit in normativen Angaben im Bereich von ± 15 % liegen. Bei beispielsweise 10 m³/h je Zuluftraum im Neubau müsste daher die Genauigkeit 1 bis 2 m³/h betragen!

Ergebnisse eines Forschungsprojektes

Die Grundlage des Berechnungsverfahrens für die Lüftung zum Feuchteschutz nach DIN 1946-6 bildet der Forschungsbericht [4]. Dort wurde der mit einem instationären Verfahren ermittelte notwendige Luftvolumenstrom für Räume mit unterschiedlicher Nutzung in einem Ein- und Mehrfamilienhaus angegeben. Tabelle 1 enthält die Ergebnisse dieses Forschungsberichtes in Kurzform mit den verwendeten Annahmen zur Raumtemperatur, Feuchtelast und Wärmeschutz.

Die Belegungsfläche je Person lag nach dem Statistischen Bundesamt im Jahr 2013 bei ca. 40 bis über 50 m²/Person mit steigender Tendenz [6]. Das entspricht einem Unterschied von ca. ± 14 %. Bei unbekannter Personenzahl liegt dieser mögliche Bereich schon nahe an der o.g. Genauigkeitsanforderung. Die in der Tabelle 1 aufgeführten Belegungsflächen stellen im Gegensatz dazu sehr geringe Werte dar. Im Schlaf- und Kinderzimmer müssten zwei Personen auf jeweils 12 m² wohnen. Die Annahme einer geringen Belegungsfläche führt zu hohen Feuchtelasten und damit zu hohen Volumenströmen.

Gemäß DIN-Fachbericht 4108-8 [7, Bild 2] stellt die Feuchteabgabe durch Personen und Wäschetrocknen i.d.R. die höchste Feuchtelast dar. Wäschetrocknen wurde zwar im Forschungsprojekt mit untersucht, es ist aber anzunehmen, dass die Volumenströme in Tabelle 1 ohne Wäschetrocknen gelten.

Tabelle 2 stellt die Endergebnisse aus dem Forschungsbericht [4] zusammen. Zum Vergleich enthält die Tabelle auch die aus diesen Endergebnissen abgeleiteten Werte, welche in die DIN 1946-6 übernommen wurden. Für Neubau wurde der Begriff „Wärmeschutz hoch“ und für Sanierung der Begriff „Wärmeschutz gering“ eingeführt.

Die Spalten für die abstrahierten Werte gibt der Forschungsbericht als Endergebnis an. Sie unterscheiden sich jedoch zu den Werten aus der Tabelle 1 zum Teil erheblich, wie der Vergleich mit den Mittelwerten für MFH und EFH zeigt. Die Abweichungen der Werte aus der DIN 1946-6 von den Mittelwerten liegen bei -8 % bis +72 %.

Einfluss von f_Rsi auf die Lüftung zum Feuchteschutz

Die Tabelle 1 gibt auch das zugrunde gelegte Wärmeschutzniveau der Wärmebrücke durch den sog. Temperaturfaktor f_Rsi an. Dieser dient unter stationären Verhältnissen zur Ermittlung der niedrigsten inneren Oberflächentemperatur im Raum, für welche die notwendige Lüftung ausgelegt wird. Für planparallele Bauteile errechnet sich f_Rsi aus

f_Rsi = 1 - ⇥(1)

R_si Wärmeübergangswiderstand innen in m² K/W

R_T Wärmedurchgangswiderstand in m² K/W

Für Wärmebrücken ist der Wert einem Wärmebrückenkatalog oder einer Wärmebrückensoftware zu entnehmen. In Neubauten wird heute ein Wert von mindestens 0,70 vorgeschrieben. Bei Altbauten kann dieser Wert deutlich unterschritten werden. Daher wurde für die Untersuchung ein Wert von 0,59 angenommen.

Bild 1 zeigt, wie sich der Wärmeschutz von Wärmebrücken auf den notwendigen Volumenstrom zum Feuchteschutz VolFL auswirkt. Hierzu wurde der Volumenstrom auf die Feuchtelast bezogen. Dadurch wird eine ausreichende Unabhängigkeit von der Feuchtelast erreicht.

Das Bild belegt, dass mit fallender Innentemperatur mehr Volumenstrom benötigt wird. Der Unterschied ist umso größer, je feuchter die Außenluft ist. Je größer der f_Rsi-Wert ist, desto weniger Volumenstrom muss sichergestellt werden. Die Kurven flachen aber ab, woraus man folgern kann, dass sich bei hohem f_Rsi-Niveau (Neubau) eine Änderung oder fehlerhafte Ermittlung weniger stark auswirken würde, als bei niedrigem Niveau (Altbau). Bei Altbauten muss daher die Ermittlung von f_Rsi genauer sein. Für den Sanierungsfall, z.B. bei Einbau neuer, dichter Fenster, ergibt sich hier ein Optimierungspotenzial zwischen besserer Wärmdämmung der Wärmebrücken und geringerem Volumenstrom für die Feuchteschutzlüftung.

Beispiel aus Bild 1: Bei der Raumtemperatur 20 °C und dem empfohlenen Außenklimazustand für die Auslegung (13 °C/7 g/kg, s. [6]) beträgt der Unterschied im Volumenstrom für f_Rsi = 0,59 bis 0,72 ca. 17 %. Die hiermit erzielten Einsparungen in den Investitions- und Betriebskosten müssen den zusätzlichen Kosten für den besseren Wärmeschutz an der Wärmebrücke gegenübergestellt werden. Anzumerken ist, dass die Einsparungen durch besseren Wärmeschutz nach Tabelle 2 noch höher ausfallen.

 

Feuchtelasten entsprechend der Raumnutzung

Für Räume mit mehreren Nutzungen im Raumluftverbund, z.B. Wohnen/Essen/Küche/Flur, ist das Berechnungsschema der DIN 1946-6 nicht geeignet. Geht man von den instationär ermittelten Volumenströmen der Tabelle 1 für einzelne Räume aus, so sind diese nicht auf einen Raum im Raumluftverbund übertragbar. Die Sorptionsflächen der einzelnen Räume werden größer sein, als die Sorptionsfläche des Raumes im Raumluftverbund.

Eine angepasste Aufteilung der Zuluftvolumenströme mit dem Faktor f_R,zu nach DIN 1946-6 Tabelle 14 ist kaum möglich, da nur für Wohn- und Esszimmer eine Angabe enthalten ist und eine flächengewichtete Mittelung den zulässigen Bereich von ± 0,5 überschreiten könnte. Außerdem fehlt eine Angabe zur Küche als Zuluftraum bzw. wie zu verfahren ist, wenn Zu- und Abluftraum im Raumluftverbund stehen.

Für den Flur, der auch eine Außenwand haben kann oder an ein kaltes Treppenhaus grenzt, ist auch keine Aussage vorhanden. Im Altbau hat nach DIN 4108-2 [8] der Wärmedurchlasswiderstand der Wand zum Treppenhaus einen Mindestwert von 0,25 m² K/W. Nimmt man nach DIN FB 4108-8 einen freistehenden Schrank vor der Wand an, so muss für den Bereich zwischen Wand und Schrank ein äquivalenter Wärmeübergangswiderstand von 0,50 m² K/W angesetzt werden. Damit ergibt sich für den f_Rsi-Wert = 1 – 0,50/(0,13 + 0,25 + 0,50) = 0,43. Gemäß Bild 1 (strichpunktierte Beispiellinie) beträgt der Unterschied im Volumenstrom für f_Rsi = 0,43 bis 0,59 ca. 33 %. D.h., der Volumenstrom müsste gegenüber der Annahme von 0,59 für den Altbau (s. o.) um 33 % erhöht werden. Der Flur hat zwar wenig Feuchtequellen, jedoch ist zu beachten, dass bei einer Abluftführung über den Flur die zuströmende Luft aus den Zulufträumen feuchtebelastet ist. Sind wenige Zulufträume mit Zugang zum Flur vorhanden und/oder ist der Feuchteeintrag entsprechend groß, könnte die Lüftung zum Feuchteschutz unterdimensioniert sein. Je nach Lüftungssystem muss der Flur auch nicht unbedingt ein Überströmraum sein.

Individuelle Feuchtelasten, welche von der Tabelle 1 abweichen, wie z.B. ein Gasherd in der Küche, Wohnheim/Hotel ohne Kochen, Baufeuchte, Kriechboden usw., können nicht berücksichtigt werden. Wäschetrocknen ist für die Berechnung missverständlich formuliert.

Bei einer Berechnung ausgehend von der Feuchtelast in jedem Raum würden diese Probleme nicht auftreten. Dabei könnten auch unterschiedliche f_Rsi-Werte der Wärmebrücken, z.B. für Räume, die eine Außenwandecke haben gegenüber Räume ohne Außenwandecke, berücksichtigt werden. Somit würde eine bedarfsorientierte Lüftung für die einzelnen Räume einer Nutzungseinheit ermittelt werden, was auch hilfreich wäre, wenn nicht alle Räume eine lüftungstechnische Maßnahme erhalten sollen.

Lüftung zum Feuchteschutz nach Wohnfläche

Mit den Werten aus Tabelle 2 hätte man die Möglichkeit, raumweise Volumenströme zuzuordnen. Stattdessen enthält die DIN 1946-6 eine weitere Tabelle 5, welche Volumenstromangaben für den Feuchteschutz für die gesamte Nutzungseinheit in Abhängigkeit der Wohnfläche enthält. Die Werte aus Tabelle 2 sollen nach DIN auch nur bei der freien Lüftung in Ansatz gebracht werden, obwohl es egal sein müsste, woher die erforderliche Luftmenge kommt.

Die Tabelle 2 zeigt, dass sich die Volumenströme für Küche und Bad von den übrigen Räumen unterscheiden. Einem Gesamtvolumenstrom für die Nutzungseinheit müsste daher eine bestimmte Konstellation der Raumzuordnung zugrunde liegen. Größere Nutzungseinheiten können z.B. zwei Bäder oder auch zwei Küchen beinhalten. Je nach Annahme, wieviel Bäder und Küchen die Nutzungseinheit enthält, würde sich der Gesamtvolumenstrom unterscheiden. Da die Zusammensetzung der Nutzungseinheit in der Tabelle 5 der Norm dem Planer nicht bekannt ist, kann er auch nicht beurteilen, ob sein Projekt auf die Normangabe zutrifft.

Die Tabelle 5 der DIN 1946-6 enthält für die Lüftung zum Feuchteschutz noch eine Abhängigkeit vom Wärmeschutz. Diese wird ausgedrückt durch einen Faktor f_WS, welcher mit der Nennlüftung multipliziert wird. Für den Fall „Wärmeschutz hoch“ beträgt der Volumenstrom für die Lüftung zum Feuchteschutz 0,3 * Nennlüftung. Die ventilatorgestützte Lüftung darf nach Norm nur für die Nennlüftung ausgelegt werden (Auslegungsfaktor = 1,0). Setzt man hierfür dennoch einen Auslegungsfaktor an, der wertmäßig dem Faktor f_WS entspricht, wird die ventilatorgestützten Lüftung nach der Lüftungsstufe „Lüftung zum Feuchteschutz“ ausgelegt. Man erhält damit einen Vergleich zwischen den Auslegungswerten der freien Lüftung und der ventilatorgestützten Lüftung. Tabelle 3 enthält beispielhaft für eine Nutzungseinheit diesen Vergleich. Dabei wird die Infiltration vernachlässigt, damit nur Bedarfswerte verglichen werden.

Für die Zulufträume ergäben sich erhebliche Unterschreitungen der raumweisen Volumenströme gegenüber der freien Lüftung. Da bei der ventilatorgestützten Lüftung auch die geforderten Abluftvolumenströme berücksichtigt werden, ergäben sich hier Überschreitungen gegenüber der freien Lüftung. Insgesamt würde die Nutzungseinheit mit ventilatorgestützter Lüftung um 11 m³/h bzw. 17 % geringer ausgelegt werden, als die freie Lüftung.

Das bedeutet, dass sich die zwei Grundlagen für die Berechnung der Lüftung zum Feuchteschutz prinzipiell unterscheiden und zu abweichenden Ergebnissen führen. Die eine Berechnungsmethode basiert auf instationäre Simulationen im Rahmen eines vom Bund geförderten Forschungsprojektes, die Andere auf der Annahme, dass die Lüftung zum Feuchteschutz in einer Nutzungseinheit mit einem konstanten Faktor proportional zur Nennlüftung ist. Die Nennlüftung ist jedoch nur für die Frischluftversorgung zuständig, welche allein durch die Personenzahl bestimmt wird. D.h., andere Feuchtelasten, wie z.B. durch Pflanzen, Reinigungs- und Kochvorgänge, können in der Tabelle 5 der DIN 1946-6 nicht enthalten sein, weil diese nicht proportional zur Personenzahl sind. Ansonsten wäre das Verhältnis zwischen Lüftung zum Feuchteschutz bei einem bestimmten Wärmeschutz und der Nennlüftung in der Tabelle 5 nicht konstant über alle Wohnflächen.

Wenn Wäschetrocknen berücksichtigt wird, kann die Feuchteschutzlüftung sogar größer sein, als die Nennlüftung. Das zeigt auch, dass bei hohen Feuchtelasten, die nicht immer vorhanden sind, eine feuchtegeregelte Lüftung notwendig ist, wenn man den Energieverbrauch für die Erwärmung der Außenluft nicht unnötig erhöhen will. Um hierfür eine planerische Entscheidung zu treffen, muss man aber Art und Andauer der Feuchtelast in jedem Raum kennen.

Infiltration

Um einen Auslegungsvolumenstrom für lüftungstechnische Maßnahmen (LtM) zu erhalten, wird nach DIN 1946-6 vom Gesamt-Außenluftvolumenstrom der Nutzungseinheit der Außenluftvolumenstrom aufgrund der Infiltration in die Nutzungseinheit (NE) abgezogen. Zumutbare Fensterlüftung wird in diesem Abzugsverfahren nicht berücksichtigt.

q_v,LtM = q_v,ges - q_v,Inf⇥(2)

q_v,LtM Außenluftvolumenstrom für lüftungstechnische Maßnahmen in der NE in m³/h

q_v,ges Gesamt-Außenluftvolumenstrom in die NE in m³/h

q_v,Inf Außenluftvolumenstrom durch Infiltration in die NE in m³/h

Der so erhaltene Wert für die Nutzungseinheit wird nach Volumenstromverhältnissen, welche sich aus dem Bedarf ergeben oder bei der ventilatorgestützten Lüftung für die Zulufträume über den Faktor f_R,zu auf die einzelnen Räume der Nutzungseinheit verteilt.

q_v,LtM,R = f_V,R . (q_V,ges - q_V,Inf) = f_V,R . q_V,ges - f_V,R . q_V,Inf⇥(3)

q_v,LtM,R Außenluftvolumenstrom für lüftungstechnische Maßnahmen im Raum in m³/h

f_v,R Allgemeiner Verteilungsfaktor auf die Räume einer NE nach DIN 1946-6

Damit verteilt man auch automatisch den Außenluftvolumenstrom durch die Infiltration auf die einzelnen Räume. Wie aus Glg. (3) ersichtlich, erfolgt dies mit dem gleichen Verteilungsfaktor wie für den Gesamt-Außenluftvolumenstrom. Dieser Verteilungsmechanismus der Infiltration ist fernab jeder physikalischen Gegebenheit.

Die am häufigsten auftretende Quelle der Infiltration im Wohnungsbau sind die Fensterfugen. Räume mit vielen Fenstern oder auch anderen Öffnungen und Gebäudefugen müssten i.d.R. einen höheren Infiltrationsanteil bekommen, als andere Räume.

Eine sinnvolle Verteilung der Infiltration wäre z.B.

q_v,Inf,R =                   . q_v,Inf = f_v,Inf,R . q_v,Inf⇥(4)

q_v,Inf,R Infiltration in den Raum in m³/h

f_v,Inf,R Verteilungsfaktor für die Infiltration in die NE auf einen Raum

Bei der raumweisen Ermittlung des Volumenstrombedarfs muss dieses Ergebnis, zuzüglich einer zumutbaren Fensteröffnung, für die Auslegung lüftungstechnischer Maßnahmen abgezogen werden. Glg. (3) erhält damit die Form

q_v,LtM,R = f_v,R . q_v,ges - f_v,Inf,R . q_v,Inf - q_v,FE,R⇥(5)

q_v,FE,R Außenluftvolumenstrom durch zumutbare Fensterlüftung im Raum in m³/h

Für spezielle Durchlässigkeiten könnte diese Gleichung noch erweitert werden, wobei diese nur für den betreffenden Raum in Ansatz zu bringen wäre. Weiterhin muss noch berücksichtigt werden, dass während der Fensterlüftung aufgrund des Druckausgleichs die Infiltration nicht vorhanden ist.

 

Der Beitrag wird in der kommenden Ausgabe fortgesetzt.

Literatur

[1] DIN 1946-6:2009-05: Raumlufttechnik - Teil 6: Lüftung von Wohnungen – Allgemeine Anforderungen, Anforderungen zur Bemessung, Ausführung und Kennzeichnung, Übergabe/Übernahme (Abnahme) und Instandhaltung. Berlin: Beuth Verlag. [2] DIN EN 12599:2013-01: Lüftung von Gebäuden – Prüf- und Messverfahren für die Übergabe raumlufttechnischer Anlagen. Berlin: Beuth Verlag. [3] DIN 18017-3:2009-09: Lüftung von Bädern und Toilettenräumen ohne Außenfenster – Teil 3: Lüftung mit Ventilatoren [4] Richter, W., Hartmann, T., Kremonke, A., Reichel, D.: Gewährleistung einer guten Raumluftqualität bei weiterer Senkung der Lüftungswärmeverluste. Endbericht zum Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, Heft 105, 2001. [5] Hauser, G.; Stiegel, H.: Wärmebrücken-Atlas für den Mauerwerksbau; Bauverlag Wiesbaden, 1990, 2. durchgesehene Auflage 1993 [6] Nadler, N.: Normenvorschlag zur Wohnungslüftung. Lüftung zum Feuchteschutz mit Außenluft. Gütersloh: Bauverlag. Teil 1: tab 04/2015, S. 40-45, Teil 2: TAB 05/2015, S. 44-49. [7] DIN-Fachbericht 4108-8:2010-09: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden –Teil 8: Vermeidung von Schimmelwachstum in Wohngebäuden. Berlin: Beuth Verlag. [8] DIN 4108-2:2013-02: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden –Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz. Berlin: Beuth Verlag