Durch Vernebelung sichtbar machen

Im Jahr 2007 wurde in die Energieeinsparverordnung (EnEV) mit § 12 die Energetische Inspektion von Klimaanlagen (EnInK) in Deutschland rechtsverbindlich eingeführt (siehe Info-Kasten auf Seite 37). Sie umfasst Maßnahmen zur Prüfung von Komponenten, die den Wirkungsgrad der Klimaanlage beeinflussen. Dazu gehört bei einer RLT-Anlage neben dem Raumlufttechnischen System (RLT-System – häufig als RLT-Gerät bezeichnet) auch das Luftleitungssystem mit seiner Undichtheit. Dieser Beitrag be-fasst sich mit der Undichtheit von Luftleitungssystemen unter dem Gesichtspunkt von Energieeffizienz, Luftqualität und Lufthygiene. Auf die Undichtheit von RLT-Systemen wird hier nicht eingegangen.

Klassifizierung der Undichtheit von Luftleitungen

Im Gegensatz zu wasser- oder gasführenden Medienleitungen dürfen Luftleitungen von RLT-Anlagen nach den Empfehlungen der technischen Regelwerke eine Undichtheit aufweisen. Ausgenommen sind dabei RLT-Anlagen, bei denen von der geförderten Luft ein Gefährdungspotenzial für die Gesundheit des Menschen ausgeht. Die Höhe der Undichtheit wird bei den rechteckigen und runden Luftleitungen in die Klassen A bis D unterteilt. Die Klassifizierung und Dichtheitsprüfung von Luftleitungen ist in DIN EN 1507  (Juli  2006) für rechteckige und inDIN EN 12237  (Juli  2003) für runde be-schrieben (Tabelle 1 und 2). Sie gelten für RLT-Anlagen, die sowohl im Überdruck als auch im Unterdruck betrieben werden. Nach DIN EN 13779 (September 2009) gilt diese Klassifizierung auch für die weiteren Bauteile im Luftleitungssystem.

Weil der Luftleckagevolumenstrom (Bild 1) ein Parameter für die Auslegung des Ventilators ist, sollte bereits in der Planungsphase die Luftdichtheitsklasse zwischen Planer und Betreiber vereinbart werden. Je niedriger die Luftdichtheitsklasse gewählt wird, desto geringer sind die Investitionskosten für das Luftleitungssystem, aber umso höher sind die Betriebskosten für die elektrische Antriebsenergie des Ventilators. Wurde keine Vereinbarung getroffen und sind keine besonderen Anforderungen an das Luftleitungssystem gestellt, sollte als Mindestanforderung die Luftdichtheitsklasse B angenommen werden.

Berechnung des anteiligen Luftvolumenstromes in der Luftleitung durch die Leitungsleckage

Der anteilige Luftvolumenstrom in der Luftleitung durch Ex- und Infiltration (s. Info-Kasten auf Seite 38) wird nach DIN EN 15242(September 2007) berechnet (Gleichung 1). Dieser muss zusätzlich zum erforderlichen Luftvolumenstrom, der für die Aufrechterhaltung der Raumluftqualität nach den Empfehlungen in den technischen Regelwerken zu vereinbaren ist, berücksichtigt werden. Weiterhin müssen die anlagenspezifischen Volumenstromanteile durch die Leckage der Luftbehandlungskomponenten des RLT-Systems in Strömungsrichtung nach dem Zuluftventilator, wie Dampfbefeuchtung und vor dem Abluftventilator wie Wärmerückgewinnung (WRG), in die Auslegung des Ventilatorsystems einfließen. Auf diese anlagenspezifischen Volumenstromanteile wird in diesem Beitrag nicht weiter eingegangen.

Gleichung 1:

Pa

(siehe Spalte  2 in Tabelle  1 für rechteckige und in Tabelle  2 für runde Luftleitungen)

Zuluftleitungen gleich dem Mittelwert aus dem Differenzdruck am Auslass des RLT-Systems und direkt vor dem Luftauslass; für Abluftleitungen gleich dem Mittelwert aus dem Differenzdruck direkt nach dem Lufteinlass und vor dem Einlass des RLT-Systems.

Berechnung des anteiligen Luftvolumenstromes durch die Leitungsleckage im Zuluftleitungssystem einer RLT-Anlage

Im Zuluftleitungssystem wird für die Raumluftqualität im Auslegungsfall 3 720 m3/h aufbereitete Luft gefördert. Der betrachtete Luftleitungsabschnitt ist 12 m lang. Seine Oberfläche wurde nach DIN EN 14239 (April 2004) mit 85,6 m2 ermittelt. Der Auslegungsdifferenzdruck in dem Luftleitungsabschnitt zur umgebenden Luft beträgt 162 Pa.

0,65

RLT-Anlagenbetrieb und Energieeffizienz

Mit DIN SPEC 15240 (Oktober 2013), die den Titel Lüftung von Gebäuden – Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – EnergetischeInspektion von Klimaanlagen“ trägt und im Jahr 2013 veröffentlich wurde, wird ein Verfahren für die Durchführung der Energetischen Inspektion von Klimaanlagen (EnInK) nach § 12 der geltenden EnEV empfohlen. Nach diesem Verfahren wird für das Luftleitungssystem eine visuelle Inspektion auf offensichtliche Leckagen“ durchgeführt. Die messtechnische Überprüfung der Undichtheit ist eine optionale Maßnahme und in Abhängigkeit des Ergebnisses aus der visuellen In-spektion für die Ausarbeitung von Vorschlägen zur Energieoptimierung durchzuführen.

In Anlehnung an DIN EN 15242 (September 2007), (siehe auch Tabelle 1 und Tabelle 2), werden für die Bewertung vier Luftdichtheitsklassen vorgegeben (Tabelle 4) und der Energiekennwert für RLT-Anlagen über einen Leckagefaktor je Bewertungsklasse korrigiert. In der Standardklasse (der niedrigsten Klasse) entspricht das einem Zuschlag von 15 Prozent auf den erforderlichen Luftvolumenstrom zur Aufrechterhaltung der Raumluftqualität. Der Energieverbrauch des Ventilatorsystems erhöht sich entsprechend dem Volumenstromanteil durch die Undichtheit des Luftleitungssystems in der Standardklasse nach Gleichung 2 und 3 um 52 Prozent.

Gleichung 2:

P [W]Leistungsaufnahme des Ventilatorsystems

Indize 1Zustand ohne Berücksichtigung der Undichtheit des Luftleitungssystems

Indize 2Zustand mit Berücksichtigung der Undichtheit des Luftleitungssystems

Gleichung 3:

Die Leistungsaufnahme aufgrund der Undichtheit des Luftleitungssystems ergibt sich damit für die Standardklasse zu:

RLT-Anlagenbetrieb und Luftqualität

Grundsätzlich wird für den RLT-Anlagenbetrieb gefordert, dass die Zuluftqualität im Vergleich zur Außenluft (engl.: supply air, SUP) durch die RLT-Anlage nicht beeinträchtigt werden darf, damit die vereinbarte Raumluftqualität gewährleistet werden kann. Aufgrund einer Undichtheit des Luftleitungssystems strömt jedoch bei der Infiltration unaufbereitete Luft aus der Umgebung in die Zuluftleitung und kann dadurch zu einer unerwünschten Änderung der Zuluftqualität führen. Für den Fall der Exfiltration kann durch Emission von Stoffen wie CO2 und VOC aus dem Raum, belastete Abluft (engl.: extract air, ETA) aus der Luftleitung in die Umgebung ausströmen.

Die Raumluftqualität wird im Wesentlichen über die Staubbelastung, die CO2-Konzentration und die flüchtigen organischen Verbindungen (engl.: volatile organic compound, VOC) beschrieben. Die Verminderung der Staubbelastung erfolgt über die technische Luftaufbereitung durch Filterung und die der CO2-Konzentration (Tabelle 5) sowie der VOCs durch die Größe des Außenluftvolumenstromes. Für die technische Aufbereitung werden in DIN EN 13779 (September 2007) Luftfilterqualitäten in Abhängigkeit der Außen- und Raumluftqualität empfohlen (Tabelle 6).

Neben den Empfehlungen für die CO2-Konzentration in den technischen Regelwerken ist auch die Arbeitsstättenrichtlinie (ASR) 3.6 (Januar 2012) als gesetzliches Regelwerk zu beachten. In der gültigen Fassung werden Maßnahmen beim Überschreiten einer CO2-Konzentration in der Raumluft von 1 000 ppm bzw. 1 000 ml/m3 gefordert. Die CO2-Konzentration der Außenluft hat auf die Größe des angegebenen Grenzwertes keinen Einfluss.

RLT-Anlagenbetrieb und Lufthygiene

Um eine gesundheitliche Gefährdung des Menschen zu vermeiden, darf der Lufthygienezustand durch die Luftbehandlung und die Luftförderung in einer RLT-Anlage nicht unter den der Außenluft absinken. Eine wesentliche Funktion, um die mikrobielle Besiedelung und Vermehrung von Mikroorganismen innerhalb der RLT-Anlage zu mininieren, übernimmt dabei das Luftfiltersystem. Es scheidet Partikel aus der Außenluft ab, die sonst zu organischen Ablagerungen führen und in Verbindung mit den Mi-kroorganismen in der geförderten feuchten Luft bei Taupunktunterschreitung mit dem anfallenden Kondensat im Luftleitungssystem einen Biofilm bilden können. Für Mi-kroorganismen wie Legionellen stellt dieser Biofilm die Nahrungsgrundlage dar.

Bei Infiltration von Umgebungsluft in das Luftleitungssystem und Exfiltration geförderter Luft aus dem Luftleitungssystem sind hinsichtlich der Feuchtebeladung dieser vagabundieren“ Leckluftvolumenströme folgende Szenarien möglich:

bei Infiltration

pD, LEA < pD, Luftltg., die Infiltrationsluft ist Feuchtesenke

pD, LEA > p D, Luftltg.,die Infiltrationsluft ist Feuchtequelle

bei Exfiltration

pD, LEA < pD, a,die Exfiltrationsluft ist Feuchtesenke

pD, LEA < pD, a,die Exfiltrationsluft ist Feuchtequelle

pD, LEA  [Pa] Wasserdampfpartialdruck der Leckluft (engl.: leakage air, LEA)

pD, a [Pa] Wasserdampfpartialdruck der Atmosphäre (Umgebungsluft, engl.: ambient air)

pD, Luftltg. [Pa] Wasserdampfpartialdruck der behandelten Luft in der Luftleitung

Ist die Infiltrationsluft eine Feuchtequelle gegenüber der Zuluft und der Luftleckagevolumenstrom groß, dann steigt der Feuchtegehalt bei der Mischung der Luftvolumenströme in der Luftleitung an und der Taupunkt kann sich in einen kritischen Bereich verschieben, sodass es zu Kondensatanfall kommen kann. Wenn sie eine Feuchtesenke ist, dann sinkt der Feuchtegehalt nach Mischung und die Behaglichkeit im Raum bzw. in der Zone kann abnehmen.

Für den Fall, dass die Exfiltrationsluft eine Feuchtequelle ist, kann es in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur, der die Umgebungsluft abgrenzenden Bauteile und der Größe des Luftleckagevolumenstroms zur Taupunktunterschreitung und damit zu Kondensatanfall kommen. Sofern dieser Zustand häufiger vorkommt, kann es auf diesen Bauteiloberflächen zur mikrobiellen Besiedelung und bei Anwesenheit von Personen zu einer Gefährdung ihrer Gesundheit kommen.

Prüfung des Luftleitungssystems auf Undichtheit

Die Prüfung eines Luftleitungssystems auf Undichtheit (Bild 2) erfolgt mit einem regelbaren Ventilatorsystem, mit dem ein Prüfdruck über eine Messstrecke aufgebaut werden kann. Der Druck in der Luftleitung und der geförderte Luftvolumenstrom werden mit kalibrierten Messgeräten gemessen.

Das Luftleitungssystem oder der zu prüfende Luftleitungsabschnitt ist über ein Zeitintervall von fünf Minuten mit einem Prüfdruck (statischer Druck im Luftleitungssystem oder -abschnitt), der oberhalb des Auslegungsbetriebsdrucks liegt (Ptest  >  Pdesign), zu prüfen. Währenddessen darf der Prüfdruck höchstens um ±5 Prozent vom festgelegten Wert abweichen.

Der gemessene Luftvolumenstrom (qv, measured), der durch die Leitungsleckage verursacht wird, muss anschließend mit dem maximal zulässigen Luftvolumenstrom der vereinbarten Luftdichtheitsklasse verglichen werden. Sofern bei der Prüfung nicht die Referenzbedingungen nach DIN EN 1507 (Juli 2006) oder DIN EN 12237 (April 2003) vorherrschen, was häufig der Fall ist, muss der gemessene Wert mit Gleichung 4 nach DIN EN 12237 (April 2003) korrigiert werden.

Gleichung 4:

qv [m3/s]Luftvolumenstrom, durch Leitungsleckage verursacht

qv, measured [m3/s]gemessener Luftvolumenstrom, durch Leitungsleckage verursacht

t [°C]Lufttemperatur während der Prüfung

pa [Pa]atmosphärischer Druck während der Prüfung (barometrischer Druck der Umgebungsluft)

Die Prüfung kann während der Montage, unmittelbar oder zusätzlich nach Inbetriebnahme oder auch im Bestand durchgeführt werden. Bei großen und komplexen Luftleitungssystemen müssen die Prüfungen abschnittsweise durchgeführt und der zu prüfende Abschnitt vor Beginn der Prüfung gegenüber dem übrigen System abgedichtet werden. Wird eine unzulässige Undichtheit festgestellt, muss das Luftleitungssystem (bzw. der Luftleitungsabschnitt) mit Prüfnebel beaufschlagt und durch Inspektion die Leckagestelle festgestellt werden. Deshalb muss als Voraussetzung für die Durchführung der Prüfung das Luftleitungssystem frei zugänglich sein.

Bei neu montierten Luftleitungen kann für eine orientierende Prüfung zur Bestimmung der Undichtheit ein repräsentativer Luftleitungsabschnitt hinsichtlich der Abmessungen und der Formstücke gewählt werden. Entspricht die Undichtheit des geprüften Luftleitungsabschnitts der vereinbarten Luftdichtheitsklasse, kann die Prüfung des Luftleitungssystems auf weitere repräsentative Luftleitungsabschnitte reduziert bleiben. Für den Fall, dass die vereinbarte Luftdichtheitsklasse nicht erreicht wird und ein systematischer Fehler bei der Herstellung oder der Montage zu vermuten ist, ist es ggf. erforderlich, das gesamte Luftleitungssystem auf Dichtheit zu prüfen.

Fazit

Luftleitungssysteme mit einer höheren Dichtheitsklasse ermöglichen energieeffizientere Gebäude und die Einhaltung der Anforderung in gesetzlichen Regelwerken, wie EnEG oder EnEV. Für Luftleitungsanlagen sowohl im Bestand als auch bei der Errichtung ist eine Prüfung auf Undichtheit nur dann erfolgreich im Abschluss (Verringerung der Undichtheit bzw. Erreichung der vereinbarten Dichtheitsklasse durch Nachbesserungsmaßnahmen), wenn die Leckagestellen inspiziert und durch Vernebelung sichtbar gemacht werden können. Obwohl durch undichte Luftleitungen große Luftvolumenströme vagabundieren, ist es häufig unwirtschaftlich, für die Inspektion und Nachbesserung geschlossene oder offene abgehängte Decken und/oder Versorgungsschächte zu öffnen und die ggf. vorhandene Dämmung der Luftleitungen zu entfernen. Stehen der Wirtschaftlichkeit von Prüfung auf Undichtheit und Nachbesserungsmaßnahmen unter diesen Gesichtspunkten Anforderungen für die Lufthygiene entgegen, so müssen sie trotzdem ausgeführt werden, weil die Lufthygiene den höheren Stellenwert hat.

DFLW plant Lehrgang in fünf Modulen

Der Deutsche Fachverband für Luft- und Wasserhygiene e. V. (DFLW), Berlin, plant, das Thema eines energieeffizienten und hygienischen RLT-Anlagenbetriebs künftigin sein umfassendes Schulungsangebot aufzunehmen. Aktuell arbeitet ein Ausschuss des Verbands an der Entwicklung eines Lehrgangs, der aus fünf Modulen bestehen soll. Die Arbeitsfelder sind:

TGA-Fachkundiger für Klimamesstechnik

TGA-Fachkundiger für Hygiene in der Lüftungs- und Klimatechnik

TGA-Fachkundiger für die energetische Inspektion von Klimaanlagen

TGA-Fachkundiger für Elektrotechnik

TGA-Fachkundiger für MSR-Technik und Gebäudeautomation

Jedes der fünf Module soll dabei eine eigenständige Weiterqualifizierung darstellen, für dessen Abschluss eine schriftliche Prüfung angeboten sowie eine entsprechende Teilnahmebescheinigung ausgestellt werden soll.

Um den Titel TGA-Sachkundiger für Energieeffizienz und Hygiene in der Lüftungs- und Klimatechnik“ zu erlangen, ist der erfolgreiche Abschluss einer schriftlichen Gesamtprüfung über alle fünf Lehrgangsmodule erforderlich, so die Planung des Ausschusses. Dabei sollen bereits vorhandene Weiterqualifizierungen mit Ab-schlussprüfungen bei anderen Institutionen nach Prüfung auf Gleichwertigkeit anerkannt werden können.

Der DFLW e. V. will die fünf Lehrgangmodule als Gesamtlehrgang frühestens ab Oktober 2015 anbieten. Nähere Informationen dazu unter: www.dflw.info

Richtlinie, Norm, Vorschrift, Verordnung oder Gesetz

Quelle: Rechtsanwälte Dr. Dimanski, Kalkbrenner, Schermaul (2012): Regelwerksänderungen während der Ausführungsphase. In: SBZ, Jg. 20 (Oktober 2012)

… eine Kombination der Bauteile, die für eine Form der Raumluftbehandlung erforderlich sind, durch die die Temperatur geregelt wird oder gesenkt werden kann …“

Quelle: Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

Luftvolumenstrom, der aus dem Luftleitungssystem aufgrund von Undichtheiten der Luftleitungsbauteile und ihrer Verbindungen beim Betrieb von Raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen) im Überdruck in die Umgebung strömt.

Infiltration

Luftvolumenstrom, der aus der Umgebung aufgrund von Undichtheiten der Luftleitungsbauteile und ihrer Verbindungen beim Betrieb von Raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen) im Unterdruck in das Luftleitungssystem strömt.

Quelle: DIN EN 13779 (September 2007): Lüftung von Nichtwohngebäuden –  Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme

Vorstandsmitglied desDFLW e. V., Berlin

Literatur

DIN EN 779 (Oktober 2012) Partikel-Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik – Bestimmung der Filterleistung. Berlin: Beuth Verlag GmbH

DIN EN 1507 (Juli 2006) Lüftung von Gebäuden – Rechteckige Luftleitungen aus Blech – Anforderungen an Festigkeit und Dichtheit. Berlin: Beuth Verlag GmbH

DIN EN 12237 (Juli 2003) Lüftung von Gebäuden – Luftleitungen – Festigkeit und Dichtheit von Luftleitungen mit rundem Querschnitt aus Blech. Berlin: Beuth Verlag GmbH

DIN EN 13779 (September 2007) Lüftung von Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme. Berlin: Beuth Verlag GmbH

DIN EN 14239 (April 2004) Lüftung von Gebäuden – Luftleitungen – Messung von Luftleitungsoberflächen. Berlin: Beuth Verlag GmbH

DIN SPEC 15240 (Oktober 2013) Lüftung von Gebäuden – Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Energetische Inspektion von Klimaanlagen. Berlin: Beuth Verlag GmbH

DIN EN 15242 (September 2007) Lüftung von Gebäuden – Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Luftvolumenströme in Gebäuden einschließlich Infiltration. Berlin: Beuth Verlag GmbH

E DIN EN 16798-3 (Januar  2015) Energieeffizienz von Gebäuden – Teil  3: Lüftung von Nichtwohngebäuden – Anforderungen an die Leistung von Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsystemen. Berlin: Beuth Verlag GmbH