Bei instationären Raumströmungen wird die Luft diskontinuierlich in den Raum eingebracht bzw. hinausgefördert. Dies bedeutet, dass die Luftmenge an allen Zu- und Abluftdurchlässen im Raum zyklisch, also periodisch instationär, variiert. In der Praxis kann das bei zentraler Lüftung durch eine einfache Volumenstromregelung oder die Umschaltung von Luftwegen innerhalb des Kanalnetzes umgesetzt werden.
Nur eine Fassadenöffnung notwendig
Bei dem dezentralen, instationären Lüftungsgerät FVPpulse der LTG Aktiengesellschaft erfolgt die Strömungsumkehr zwischen dem Ein- und Ausatmen nicht durch Richtungsumkehr am Ventilator. Es bedarf vielmehr eines ausgeklügelten Klappenmechanismus, um diese Funktion mit hoher Schaltfrequenz, kurzer Schaltdauer und geringem Energieaufwand umzusetzen. Beim Fassadenlüftungsgerät FVPpulse von LTG ist dies gelungen: Auf nur einem Luftweg kann es zyklisch sowohl Zu- als auch Abluft führen.
Auf diese Weise benötigt man nur eine Fassadenöffnung. Dadurch lässt sich das Gerät erheblich einfacher integrieren als herkömmliche Lüftungsgeräte und beeinflusst die Architektur nur minimal. Zudem werden durch die geringere Anzahl benötigter Komponenten sowohl Investitions- als auch Wartungs- und Instandhaltungskosten reduziert sowie das Ausfallrisiko vermindert.
Das dezentrale Lüftungsgerät mit instationärer Raumluftströmung setzt das Umschalten der Luftwege mittels einer geräteinternen Klappenbaugruppe um, die vier Luftwege parallel ansteuert (Bild 1). Auf diese Weise ist es möglich, einen EC-Ventilator mit hohem Wirkungsgrad einzusetzen, bei dem die Schallemissionen durch die konstante Drehzahl auf einem gleichbleibend niedrigem Niveau gehalten werden.
Instationärer Betrieb und Wärmerückgewinnung
Die instationäre Betriebsweise eines Lüftungsgerätes schafft darüber hinaus die Möglichkeit, eine energetisch hocheffiziente regenerative Wärmerückgewinnung zu integrieren. Dabei werden die Stoffströme nicht räumlich, wie beim Einsatz eines Rekuperators, sondern zeitlich voneinander getrennt. Der Regenerator dient als Wärmespeicher und wird alternierend be- und entladen. Wesentlich bei der Dimensionierung des Regenerators ist, dass Wärmespeichervermögen, Wärmeübergangskoeffizient und Temperaturleitfähigkeit bei begrenztem Volumen maximiert werden, ohne den Druckverlust und die damit einhergehenden Schallemissionen des Ventilators zu erhöhen.
Thermischer Komfort und Schallpegel
Einer der spannendsten Aspekte der instationären Raumklimatisierung ist der thermische Komfort durch transiente Luftströmungen im Raum bei einem gleichzeitig niedrigen Schallpegel. Ein Beispiel: Um einen mittleren Volumenstrom von 120 m³/h je Luftweg zu fördern, der für ein 3-Achs-Büro typisch ist, muss dieser bei wechselweiser Durchströmung je Luftrichtung als Momentanwert 240 m³/h betragen. Der dadurch entstehende Schallleistungspegel darf dabei 45 dB(A) nicht übersteigen, um gegenüber herkömmlichen Lüftungssystemen wettbewerbsfähig zu sein und gesetzliche sowie nutzerseitige Anforderungen zu erfüllen. Hierbei hat das Konzept des Gerätemodells FVPpulse den Vorteil, dass durch die Einsparung eines Luftweges Bauraum gewonnen wird. Er wird dazu genutzt, um sowohl Schalldämpfer als auch Druckverlust erzeugende Komponenten wie F7-Filter und Wärmerückgewinner zu vergrößern.
Ein hoher thermischer Komfort wird durch die hochinduktive instationäre Lufteinbringung realisiert: Durch die impulshafte Zulufteinbringung bauen sich Temperaturunterschiede rasch ab und der vertikale Temperaturgradient ist in der Aufenthaltszone geringer. Anstelle eines für die Quellluft typisch niedrigen Frischluftsees wird ein größeres Luftvolumen mit kühler und frischer Luft versorgt. Diese frische, gekühlte Zuluft wird impulsarm in die Raumtiefe eingebracht. Daher bleiben die Luftgeschwindigkeiten auch im Nahfeld der Fassade auf einem niedrigen Niveau, wie die Auswertung des Zugluftrisikos zeigt (Bild 2).
Innovative instationäre Lüftungskonzepte
Instationäre Lüftungssysteme, die den Volumenstrom zyklisch variieren, verursachen naturgemäß Druckschwankungen im Raum, wenn temporär unterschiedlich hohe Volumenströme zu- und abgeführt werden. Diese Druckschwankungen können verhindert werden, indem innerhalb eines Raumes mehrere antizyklisch arbeitende Geräte installiert werden. Besser ist es aber, wenn die Druckschwankungen genutzt werden, um die Frischluft mittels schallgedämpfter Überströmelemente in der Flurwand im gesamten Gebäude zu verteilen. Auf diese Weise können dezentral erstmals auch Innenzonen belüftet werden.
Durch die instationäre Betriebsweise bzw. eine mögliche Umschaltung des Gerätes zwischen Zu- und Abluftbetrieb sowie mithilfe einer intelligenten Gebäudeleittechnik sind viele innovative Lüftungskonzepte realisierbar. Beispielsweise lassen sich während der Nachtstunden auch die innen liegenden Räume mit kühler Nachtluft durchströmen und damit auskühlen. Dies geschieht mittels Querlüftung mit bis zu vierfachem Luftwechsel, wenn auf einer Gebäudeseite alle Geräte im Zuluftbetrieb und auf der anderen Seite im Abluftbetrieb arbeiten. Dabei werden, im Gegensatz zu einer Fensterlüftung, auch Innenzonen gekühlt. Zudem erhöht diese Konfiguration den Wetter-, Insekten- und Einbruchsschutz.
Eine Bedarfslüftung kann bei raumweise eingesetzten, instationär betriebenen Geräten ebenfalls einfach umgesetzt werden. Die zyklische Atemfunktion kann zum Beispiel über einen CO2-Sensor freigeschaltet werden, der die Raumluftqualität detektiert. Dadurch erhält ein Raum nur die wirklich benötigte Luftmenge und Energie- sowie Luftförderkosten werden auf ein Minimum verringert.
Die hybride Lüftung, eine Kombination aus maschineller Lüftung und Fensterlüftung, kommt vor allem an heißen Sommertagen zum Tragen, wenn besonders hohe Kühlleistungen benötigt werden. Typischerweise ist gleichzeitig die Wärmerückgewinnung durch kleine Temperaturdifferenzen zwischen Raumtemperatur und Außentemperatur energetisch ineffizient. In diesemFall kann die alternierende Atemfunktion abgeschaltet werden und bei gekipptem Fenster die Abluft über die Fassade entweichen. Bei gleicher Strömungsakustik werden so der Zuluftvolumenstrom und die Kühlleistung nahezu verdoppelt. -
Dipl.-Ing. Ralf Wagner, Dipl.-Ing. (FH) Florian Kenner, Dipl.-Ing. Inga Eggers,
(von links) Vorstand Technik, Entwicklungsingenieur Raumlufttechnik und Entwicklungsingenieurin Raumlufttechnik bei der LTG Aktiengesellschaft, Stuttgart
