Opimized Integration of Ventilation with Heat Recovery in Residential Buildings through the Implementation of innovative Air Distribution Strategies and Pre-Fabricated Components
Bearbeiterin: Elisabeth Sibille
Betreuer: Wolfgang Feist
Lüftung mit Wärmerückgewinnung ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen und gleichzeitig die Erreichung von modernen Komfortanforderungen in Wohngebäuden. Die Integration ist in der Regel jedoch immer noch mit hohen Kosten verbunden, welche meistens für einen Investor abschreckend wirken. Einfache Installationen, Vorfertigung und zuverlässige Planungshilfen sind daher notwendig. Vor diesem Hintergrund sind in dieser Arbeit vereinfachte Luftverteilungskonzepte für den Wohnbau untersucht und weiterentwickelt.
Insbesondere ist das Konzept der erweiterten Kaskadenlüftung im ersten Teil dieser Arbeit analysiert, bei dem auf das Zuluftventil im Wohnraum verzichtet wird. Durch die damit verbundene Reduktion des Gesamtvolumenstroms führt dieses Konzept zu einer deutlichen Verringerung der Betriebskosten (ca. 25 %) und zu einem besseren Raumklima im Winter. Eine systematische, simulationsbasierende Analyse dieses Konzepts für verschiedene Arten von Grundriss-Konfigurationen zeigt, dass die meisten der üblichen Konfigurationen für erweiterte Kaskadenlüftung geeignet sind. Aus den Ergebnissen entstand ein freizugängliches interaktives Online-Tool, um Lüftungsplanern die Verwendung dieses Konzeptes zu erleichtern.
Der zweite Teil dieser Arbeit untersucht ein „kanalfreies“ Zuluftnetz mit aktiven Überströmern. Diese Strategie ist bei Sanierungen besonders attraktiv, wobei bisher klare Dimensionierungsregeln für eine korrekte Planung noch gefehlt haben. Daher sind mit Hilfe von Simulationen die Luftvolumenströme definiert, die zur Erreichung eines optimalen
Raumklimas zu planen sind. Die Simulationsmodelle sind anschließend mit Messdaten validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit den derzeit erhältlichen Produkten (aktive Überströmer bei 70 m³/h) ein Gesamtvolumenstrom von 80 m³/h für eine Drei-Zimmer Wohnung empfohlen ist. Das Konzept mit aktivem Überströmer stellt sich als vertretbare Alternative zur Kaskadenlüftung dar, obwohl es mehr elektrische Energie benötigt (bis zu 30 % mehr Verbrauch). Dennoch ist diese Strategie äußerst vielversprechend für eine luftbasierte Verteilung von Heiz- und Kühllasten in der Wohnung. Die Produktentwicklung sollte sich daher auf die Erhöhung des Volumenstroms (Zielwert 150 m³/h) bei gleichzeitiger Reduzierung der Schallemissionen und der Erleichterung der Integration in bestehende Konstruktionen fokussieren.
Neben der Luftverteilung ist die Integration des Lüftungsgeräts auch ein entscheidender Faktor zur Senkung der Kosten. Diese Arbeit untersucht daher im dritten Teil auch die Machbarkeit der Integration der Außen- und Fortluftleitungen mit Frostschutzeinrichtung in einem vorgefertigten koaxialen Rohr für Wohnungs-Zentralgeräte. Die Ergebnisse von Messungen an Prototypen und Simulationen bestätigen die Praktikabilität dieses Konzepts. Die Durchführbarkeit der Verwendung von Heat-Pipes als Alternative zum klassischen Vorheizen mit Strom wird ebenfalls bestätigt.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sowie die beobachtete Kostenentwicklung von Wohnraumlüftung in den letzten Jahren zeigen, dass die Zukunft der Lüftung im Wohnbau in der Entwicklung weiterer vereinfachter Lösungen sowie Planungsleitfäden hierfür liegt. Wenn die Tendenz weitergeht, können Investitionskosten von 2.000 € pro Wohnung bis zum Jahr 2020 erwartet werden.