Heizungsanlagen, Lüftungsanlagen und Klimaanlagen

Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen in gut gedämmten Gebäuden

Energieeffiziente Gebäude benötigen nur wenig Energie für die Aufheizung von Räumen. Dies kann über eine Lüftungsanlage erfolgen. In einem Passivhaus werden z. B. für die Aufheizung von Räumen 10 – 15 W/m2 benötigt, was 1,0 – 1,5 kW des gesamten
Energiebedarfs pro 100 m2 der betroffenen Fläche entspricht. Es ist keine traditionelle Heizungsanlage mit Radiatoren oder Fußbodenheizung erforderlich. Die Wärmeversorgung erfolgt über die Lüftung.

 

Es gibt zwei grundsätzliche Alternativen:
  • Die Zuluft kann zentral sofort erwärmt werden, nachdem diese aus der Lüftungsanlage ausgestoßen wird.
  • Die Erwärmung erfolgt für jeden Raum getrennt in Lüftungskanälen.

 

Bei der ersten Alternative wird für jeden Raum die Luft mit der gleichen Temperatur erwärmt. In der zweiten Alternative kann die Lufttemperatur für jeden Raum individuell angepasst werden.
Bei energieeffizienten Gebäuden, deren Gebäudehülle sehr gut gedämmt ist, kann mit niedrigen Raumtemperaturen ein hoher thermischer Komfort erzielt werden. Die ideale Raumtemperatur beträgt in der Planungsphase allgemein 20 – 21° C.

Eine Fußbodenheizung ist in Badezimmern sinnvoll, da sie angenehm ist und den Boden schnell trocknen lässt. Die Bodentemperatur muss jedoch niedriger bleiben als bei normalen Fußbodenheizungen, um eine Überhitzung zu vermeiden. Die Bodentemperatur sollte nur
1 – 3° C über der Lufttemperatur liegen. In anderen Räumen sollten große Bereiche mit Fußbodenheizung vermieden werden.

Die vertikalen Temperaturunterschiede in den Räumen müssen zwischen 0,1 m und 1,1 m (d.h. zwischen dem Fußgelenk und dem Nacken) unter 2° C liegen.

In einem Passivhaus ist die passive Solarheizung Bestandteil des Heizsystems. Aufgrund der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung und der internen Wärme- bzw. Kältelasten schwankt die Temperatur von Raum zu Raum. Daher werden für jeden einzelnen Raum individuelle Raumtemperaturregler empfohlen. Verglichen mit normalen Häusern ist die Heizperiode eines Passivhauses kurz. Die Sonneneinstrahlung kann bereits zu Beginn des Frühjahrs zu einer Überhitzung führen. Daher ist es sinnvoll, den Wärmeeinfall zu umgehen, um so einen Kühlenergiebedarf zu vermeiden.

In der Planung ist eine Kühllösung mit passiven Möglichkeiten zu entwickeln. Dies umfasst die Abschattung von Fenstern, die Kühlung mit Nachlüftung und eine effiziente Lüftung am Tag (siehe Abbildung). Der Luftaustausch für die Lüftung kann auf der Nordseite des Hauses erfolgen. Um Frischluft im Winter vorzuwärmen und im Sommer abzukühlen, kann eine Erdwärmeanlage eingesetzt werden. Durch das Vorwärmen der Frischluft im Winter verringert sich das Risiko, dass sich die Warmluft in der Lüftung abkühlt und der Auslastungsgrad verbessert sich.
Fenster mit Sonnenschutz und Abschattungen an den Fenstern sind die effizientesten passiven Methoden.


Reduzierung der Kühlung


Bei der Auswahl von Kachelöfen bzw. Kaminen ist deren Größe zu beachten. Da ein Passivhaus nur wenig Heizenergie benötigt, sollte auch der Kamin keine allzu große Wärme abgeben. Die Wärmereserve und die freigesetzte Wärmeenergie eines Kamins sind direkt mit der Masse des Kamins vergleichbar.

Lüftungsleistung und Wärmerückgewinnung
Die Bauvorschriften fordern normalerweise eine Mindest-Lüftungsleistung im Bereich
von 10 – 15 l/s pro Person, was bei Bürogebäuden mit normaler Personendichte ca. 1 l/s pro m2
und 0,5 Luftwechsel pro Stunde in den Räumen von Wohnhäusern entspricht.

Beispiel für die Lüftungsleistung für Büros in Abhängigkeit von der Schadstoffbelastung in drei Kategorien (CEN 1752)

Kategorie  Nur Bewohner Schadstoffarme Stoffe Schadstoffreiche Stoffe
   l/sm2  l/sm2 l/sm2 
 A 1.0 2.0  3.0 
 B 0.7  1.4  2.1 
 C 0.4  0.8  1.2 


Bei der Planung der Lüftungsleistung kann die Kohlendioxidkonzentration als Ersatz für die Lüftungsleistung verwendet werden. Jedoch ist dies für die Messung der Lüftung zweifelhaft, da die Kohlendioxidkonzentration in Gebäuden aufgrund der schwankenden Nutzung, Lüftungsleistung und Außenluftkonzentration selten konstant ist. Konstante Werte der Kohlendioxidkonzentration können aus der CO2-Bildung aus 0,00567 l/s pro Person in Bürogebäuden berechnet werden.

Die Energiedichte eines Abluftstromes ist hoch und die Wärmerückgewinnung ist eine wirtschaftliche Möglichkeit, die Energie- und Betriebskosten der Lüftungsanlage zu senken. Die Wärmerückgewinnung kann bei hohen Luftströmen und niedrigen Außentemperaturen gut realisiert werden. Grenzwerte können für die Mindesteffizienz der Wärmerückgewinnung und für die Größe der Luftaufbereitungsanlage festgelegt werden, in der die Wärmerückgewinnung erfolgt. Aktuell wird in den Bauverordnungen ein Jahreswirkungsgrad von 30 – 40% vorgeschrieben. Ein Passivhaus muss einen Jahreswirkungsgrad von mindestens 75% erreichen. Unter Berücksichtigung der Wärmeverluste können moderne Wärmetauscher eine Wiedergewinnung von bis zu 90% erreichen. In kalten Regionen ist jedoch der Wirkungsgrad niedriger, da Vereisungen am Wärmetauscher abgetaut werden müssen.

Frisch angesaugte Luft kann vorgewärmt werden, bevor sie in den Warmluftstrom eingespeist wird, um ein Einfrieren des Wärmetauschers zu verhindern. Mit einem Erdwärmetauscher zum Vorwärmen der Zuluft muss weniger oder gar nichts abgetaut werden. In kalten Regionen wird kein Erdreich-Wärmetauscher empfohlen, da dort Feuchtigkeit kondensieren kann und hygienische Probleme auftreten können. Eine Anlage mit Erdschleife und Wärmetauscher für das Vorwärmen der Zuluft wurde in einem Paroc Passivhaus-Pilotprojekt erfolgreich getestet.

Um die Erdwärme bzw. -kälte zu nutzen, muss eine Flüssigkeit in einem Erdrohr zirkulieren. In diesem Fall besteht die Anlage aus einem Wärmetauscher, einer Pumpe und einem Bohrloch bzw. einem Erdrohr. Die Länge des Rohres bzw. die Tiefe des Bohrloches ist vom Energiebedarf für das Vorwärmen bzw. das Kühlen abhängig. Ein unterirdisch horizontal verlaufendes Rohr erzeugt 10 – 20 W/m Heizenergie.

Dämmung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen

In den heutigen luftdichten Niedrigenergiegebäuden werden Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen immer wichtiger. Die erwärmte und abgekühlte Luft und das erwärmte und abgekühlte Wasser müssen ihre Temperatur halten, bis sie das gewünschte Ziel erreicht haben. Unerwünschte Wärmeverluste müssen durch Lüftung ausgeglichen werden, wofür zusätzlich Energie benötigt wird.

 

Es ist daher wichtig, nicht nur auf die Endtemperatur, sondern auch auf die Wärmeverluste zu achten. Auch wenn sich die Endtemperatur nur geringfügig verändert, ist der Wärmeverlust doch erheblich.


Berechnungsbeispiel:
Temperatur und Wärmeverlust in einem Lüftungskanal

Abmessungen: 315 mm 
Länge: 30 mm 
Lufttemperatur: 20°C 
Luftgeschwindigkeit: 3 m/s
Umgebungstemperatur: 6°C 

Dämmdicke Wärmeverlust W Endtemperatur °C
Nicht gedämmt 2607  12.9 
80 mm 226  19.3 
150 mm  143  19.5 

Rohrleitungen sind integraler Bestandteil von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen und müssen gedämmt werden, um den Energieverbrauch und die Betriebskosten zu senken. Die Wärmedämmung ist erforderlich, damit die Temperatur des Wassers in den Rohrleitungen innerhalb der zulässigen Grenzwerte bleibt.

Berechnungsbeispiel: Wärmeverlust in einer Warmwasserleitung

Abmessung der Rohrleitung: 22 mm 
Wassertemperatur: 55°C 
Umgebungstemperatur: 20°C 

 

Dämmung λ value
W/m°C 
Dämmdicke Wärmeverlust W/m  Wärmeverlust, kWh /m, Jahr 
Nicht gedämmt  - 0 mm  40 350 
Paroc Rohrschale  0.035 20 mm   6.0 52
Paroc Rohrschale  0.035 40 mm  4.5 39
Paroc Rohrschale  0.035 60 mm  3.8 33


Auch für Kaltleitungen wird eine ausreichende Dämmung benötigt, um sowohl eine Kondensation zu verhindern, als auch die Kosten zu senken. Generell ist es dreimal teurer, die Temperatur um ein Grad zu senken, als die Temperatur um ein Grad zu erhöhen.

Auch gesundheitliche Aspekte machen es erforderlich, die Temperatur auf einem entsprechenden Niveau zu halten. Wenn die Temperatur des Warmwassers zu stark abfällt, besteht ein erhöhtes Risiko für die Ausbreitung von Krankheiten (z. B. Pontiac-Fieber oder Legionärskrankheit). Bakterien gedeihen bei Temperaturen zwischen 25 °C und 45 °C, wobei das größte Wachstum bei 35 °C eintritt.

Verwenden Sie das Berechnungsprogramm von Paroc (Link), um den Dämmbedarf für Ihr Projekt zu ermitteln.