Energetische Bewertung der dezentralen kontrollierten Wohnraumlüftung in alternierender Betriebsweise

Beschreibung

Alternierende Wohnungslüftungsgeräte (WLG) gehören zu den dezentralen Lüftungsgeräten, welche sich ohne großen Aufwand und kostengünstig in Räume von Bestandsgebäuden nachrüsten lassen. Die Besonderheit ist ihre alternierende Betriebsweise und die gleichzeitige Gegebenheit einer Wärmerückgewinnung. In dem gemeinsamen Forschungsvorhaben der RWTH Aachen, dem ITG Dresden sowie der Forschungsgesellschaft HLK Stuttgart sollen diese Lüftungsgeräte genauer untersucht werden. Die RWTH Aachen konzentrierte sich dabei auf die Raumluftströmungen in exemplarischen Wohnungen anhand von numerischen Strömungssimulationen. Das ITG Dresden sollte die im Vorhaben erarbeiteten Ergebnisse und Empfehlungen des Gesamtvorhabens in Vorschläge für eine normative Umsetzung bringen. Die messtechnischen Untersuchungen der alternierenden WLG werden von der FG HLK durchgeführt. Dabei werden Verfahren entwickelt, die es zukünftig erlauben, die Qualität dieser instationär betriebenen Geräte miteinander zu vergleichen. Darunter fällt eine einfache Methode für eine exakte zeitliche Volumenstrommessung, als auch ein thermisches Messverfahren, welches eine akzeptable Genauigkeit garantiert. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens der RWTH Aachen, dem ITG Dresden sowie der Forschungsgesellschaft HLK Stuttgart ist hierfür ein Messverfahren entstanden, welches die bisher angedachte nicht ausreichend präzise Staudruckmessung ablösen kann.

Die Kenntnis über den genauen zeitlichen Volumenstromverlauf ist vor allem während der instationären An- und Abfahrrampen der Ventilatoren wichtig, um präzise Aussagen über den effektiven Luftwechsel und die Wirksamkeit der WRG und damit die Gerätequalität treffen zu können. Bei dem Verfahren wird die ausschiebende bzw. ansaugende Geräteseite luftundurchlässig abgedeckt, wodurch im Ventilatorbetrieb zwar kein Volumen gefördert werden kann, sich dadurch aber ein statischer Differenzdruck einstellt, welcher genau mit dem sonst frei ausblasenden Volumenstrom des Gerätes korreliert. Dieser Zusammenhang lässt sich mit den Achsenschnittpunkten der Ventilator-Kennlinie exakt bestimmen. Diese Kennwerte sind insbesondere Voraussetzung für die korrekte luftseitige Dimensionierung sowie die zuverlässige Messung der thermodynamischen Kennwerte. Der Einsatz der Methode wurde an drei Prüflingen demonstriert. Wird die beschriebene Kennfeldanalyse bei allen stationären (nicht alternierenden) Ventilatorstufen durchgeführt, so kann bei jedem Gerät ein genauer Zusammenhang zwischen Nulldruckfördervolumen (frei ausschiebender Betrieb) und Nullvolumendruck (Druck, der sich bei Volumenstromstillstand einstellt) bei allen Leistungsstufen bestimmt werden. Die besagten Werte aller Stufen lassen sich auch durch eine approximierte Wurzelfunktion beschreiben.

Zur Messung der thermodynamischen zu- und fortluftseitigen Kennwerte wurden das direkte Verfahren und das Spülluftverfahren näher untersucht. Das direkte Verfahren wird in der EN 13141-8 beschrieben. Hier wird versucht, die mittlere Austrittstemperatur der Zuluft zu messen, indem schnell reagierende Temperaturfühler direkt am Luftaustritt platziert werden. Bei dem vom DIBt durchgeführten Ringversuch lag die Vergleichsunsicherheit bei diesem Verfahren bei ca. 3,7%. Für das direkte Verfahren wurde die Berechnung des Unsicherheitsbeitrages aufgrund der gerätespezifischen Inhomogenität der Austrittsverhältnisse durchgeführt. Diese basiert auf der Auswertung der Streuung von mindestens fünf Temperaturfühlern. Die Vergleichsmessungen mit drei Geräten zeigen, dass die zusätzliche Messunsicherheit unter optimalen Bedingungen unter 3% gehalten wird. Bei der Vergleichsmessung lag der Unsicherheitsbeitrag bei maximal 11%.

Für die Zulassungsprüfung nach DIBt findet ein indirektes Verfahren Anwendung, das als Spülluftverfahren bezeichnet wird. Hierbei wird das mittlere zuluftseitige Temperaturniveau sowie die Feuchterückgewinnung durch eine Vergleichsmessung der Ein- und Austrittstemperaturen in einem Bilanzraum (Spülluftkammern) einmal im Lüftungsbetrieb ohne Wärmerückgewinnung und einmal im instationären Betrieb mit Wärmerückgewinnung bestimmt. Bei dem vom DIBt initiierten Ringversuch lag die Vergleichsunsicherheit für dieses Verfahren bei 2,1%. Für das Spülluftverfahren wurden Randbedingungen zur Dimensionierung der Spülluftkammern abgeschätzt. Bei den Vergleichsmessungen wurde insbesondere der Einfluss des Spülluftstroms näher betrachtet. Die Ergebnisse des Spülluftverfahrens liefern im Vergleich zum direkten Verfahren niedrigere Ergebnisse. Die geringsten Abweichungen ergaben sich bei einem Spülluftstromverhältnis kleiner 1,5 und gerechnetem stationärem Zustand. Die mittleren Abweichungen zwischen Spülluftmethode und direkter Methode liegen hier bei den Vergleichsmessungen bei 6% auf der Zuluftseite und 10% auf der Fortluftseite.