Luftmengen

Bei einer nach der Personenzahl ausgelegten Lüftungsanlage (30 m³/h pro Person) treten praktisch keine Klagen über schlechte Luft auf, sehr wohl aber solche über zu trockene Luft bei höheren Luftmengen.

Luftqualität wird an Hand der Abwesenheit von Belastungen der Innenraumluft bewertet. Eine Reihe der bedeutenden Innenraumlufbelastungen werden im Inneren des Aufenthaltraums freigesetzt (Gerüche, flüchtige organische Substanzen wie z.B. Alkohole, Staub, Bakterien, Radon,…). Je höher die zugeführte frische Luft von außen, desto mehr werden diese Innenraumluftbelastungen verdünnt. 30 m³/h ist etwa das 75fach des ausgeatmeten Luftvolumens; in diesem Verhältnis wird daher die von den Personen selbst kommende Innenraumluftbelastung reduziert. In einem gut projektierten Gebäude ist diese Art der Innenraumluftbelastung die entscheidende - denn alle anderen Quellen sollten so stark wie möglich reduziert sein. Eine Reduktion auf Null ist jedoch nicht möglich, zumal einige flüchte Substanzen quasi ubiquitär sind. Eine davon ist Radon - welches hauptsächlich aus dem Erdreich unter dem Gebäude kommt.

Natürlich kann man immer noch mehr Luft fördern - und kommt theoretisch im Falle unendlich hoher Luftwechselrate zur Außenluftqualität - in der Praxis wirken Strömungsgeräusche und Zugerscheinungen (abgesehen vom Energieaufwand für die Luftförderung und die Lüftungswärmeverluste) begrenzend. Wird keine Befeuchtung vorgesehen (hoher Aufwand für Wartung, Hygiene und Energie) ist primär die geringe Raumluftfeuchte limitierend (siehe Abschnitt Lüftung/Feuchte).

Prinzipiell ist es sinnvoll, wenn die Bewohner je nach Anwesenheitszeiten und Belegungsdichte die Luftmengen selbst regeln können.

• Betriebserfahrungen und Messdatenauswertungen (z.B. Auswertung der Betriebsstufenschalterstellung im Geschosswohnungsbau Kassel Marbachshöhe) haben gezeigt, dass die Anlagen trotz vorhandener Eingriffsmöglichkeit durch die Personen fast immer auf Stufe „normal“ durchlaufen.

• Auch im Einfamilienhaus erfolgt, wenn überhaupt, die Anpassung der Luftmengen nur bei längerer Abwesenheit.

Das heißt aber nicht, dass zumindest ein 3-Stufenschalter nicht sinnvoll ist (die Stoßlüftungsstufe „Partylüftung“ sollte ca. 130% der Standardlüftung betragen und nach ca. 30-45 min. selbsttätig wieder auf Stufe „Normal“ zurückfallen, die Stufe „minimal“ sollte einen Grundlüftung von ca. 70% der Standardlüftung sicherstellen).

Im ersten Passivhaus Darmstadt Kranichstein wurde bereits 1991 eine Feuchte- und CO2-gesteuerte Lüftungsanlage mit Verschiebung der Luftmengen zwischen EG und Schlafbereich im OG installiert und betrieben - mit dem Ziel, die Luftmengen bei gleichzeitiger Optimierung der Luftqualität zu reduzieren.

Das Ergebnis aus heutiger Sicht: Dies ist nicht praxisrelevant, es ist wartungsanfällig und teuer. Es ist natürlich nicht ausgeschlossen, dass mit cleveren Ideen und neuer Technik deutlich bessere Resultate erzielt werden können, bislang sind allerdings noch keine verbesserten Systeme auf dem Markt.

Zunächst wird die Kanalnetzkennlinie durch Auslegung der Kanalquerschnitte und Druckverlustberechnung inklusive aller Einbauten festgelegt.

• Passend zu dieser Kennlinie wird ein Gerät mit einer bestimmten Ventilatorkennlinie (gem. Muscheldiagramm = „Druck/Volumenstromdiagramm mit Flächen gleicher Ventilatorwirkungsgrade“ nach Möglichkeit mit höchster Effizienz im mittleren Dauerbetriebsfall) ausgewählt.

• Das Gerät muss den Stoßlüftungsvolumenstrom noch fördern können (nicht mit höchster Effizienz, weil die Laufzeiten in Stoßlüftungsstufe ja relativ gering sind), und die minimale Fördermenge von 0,3 1/h Luftwechsel muss ebenfalls erreicht werden können.

Genau hier liegt das Problem bei Überdimensionierung: auch moderne Geräte haben nur einen begrenzten Regelbereich und weisen einen bestimmten Mindestvolumenstrom auf (dieser fällt bei größeren Geräten eben höher aus). Die obere und untere Grenze sind also für die Geräteauswahl/Dimensionierung relevant, im Bereich des Dauerbetriebs sollte das Gerät nach Möglichkeit den höchsten Ventilatorwirkungsgrad haben.

Die Gerätegröße sollte somit mit Bedacht gewählt werden, damit auch noch geringe Volumenströme gefördert werden können und die Luftmengen sind nicht nur auf die Schadstoffabfuhr sondern auch auf die Feuchteabfuhr im Verhältnis zu den Feuchtequellen zu dimensionieren. Die Auslegung der Kanäle und Einbauten wird dagegen eigentlich nur durch die Kosten und den Platzbedarf begrenzt. Mit ca. 1 Pa/m Kanallänge im Normalbetrieb ist bereits ein guter Kompromiss erreicht - bei geringeren Volumenströmen wird die Anlage dann sogar noch effizienter.

Lüftungsanlagen werden sich auch künftig weiter hinsichtlich Nutzerkomfort, Effizienz und Kosten verbessern, die Anlagen sind aber bereits heute ausgereift und wesentlicher Bestandteil moderner (oder sanierter) Gebäude für Komfort und Raumluftqualität.

Die Höhe der relativen Raumluftfeuchtigkeit in Innenräumen hängt von folgenden beiden Einflussgrößen entscheidend ab:

• der Intensität der inneren Feuchtequellen (z.B. Blumen, Kochen, Trocknen, …) ,

• der Menge der zugeführten Frischluft von außen.

Der aus den inneren Feuchtequellen stammende Wasserdampf wird durch die zugeführte frische Außenluft verdünnt. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Außenluft durch Fugen, durch Fenster oder durch eine Lüftungsanlage (jedenfalls solange keine Be- oder Entfeuchtung stattfindet) hereingebracht wird. Und es spielt auch keine Rolle, ob die Luft (z.B. durch eine Wärmerückgewinnung) erwärmt wird - die Masse des im Luftstrom enthaltenen Wassers ändert sich nämlich bei allen diesen Vorgängen nicht.

Besonders stark ist dieser Verdünnungseffekt im Winter; kalte Außenluft enthält nämlich nur sehr wenig Wasserdampf (bei -5°/90% z.B. nur etwa 3 g je Kubikmeter Luft, vgl. folgende Grafik).

Die Zusammenhänge in diesem Diagramm werden hier genauer erklärt.

In kalter Luft ist nur eine geringe Wassermenge enthalten (im Beispiel: 3 g/m³) und dies sind bereits 90% der Feuchtigkeit, die Luft bei -5°C überhaupt aufnehmen kann (Sättigungsfeuchtigkeit bei -5°C). Wärmere Luft kann deutlich mehr Wasserdampf aufnehmen, bei 20°C z.B. bis zu 17,3 g/m³. Wird kalte Luft durch Lüften in den Raum gebracht und auf 20°C erwärmt, so entsprechen die darin enthalten 3 g Wasser je m³ einer relativen Feuchtigkeit von nur 17,6%.

Wird diese Luft in den Raum gebracht, wo sie letztendlich auf 20° erwärmt ist, dann beträgt ihre relative Feuchtigkeit nur noch 17,6% - solange, wie kein weiteres Wasser aus inneren Quellen der Raumluft zugeführt wird. Bei haushaltsüblichen Feuchtequellen (330 g/h - individuell verschieden) und einer „normgerechten“ Lüftung (im Beispiel 120 m³/h - es gilt hier DIN 1946) resultiert unter diesen Bedingungen eine relative Innenluftfeuchtigkeit von 33,5%. Dies ist ein in der Regel noch komfortabler Wert, wenn die Luft einigermaßen sauber (wenig staubhaltig) ist.

Bei „normaler Lüftung“ mit 120 m³/h wird die im Haus freigesetzte Feuchtigkeit so weit verdünnt, dass bei den dargestellten Außenluft- bedingungen eine relative Feuchtigkeit von etwas über 33% im Innen- raum entsteht. In der Regel ist das akzeptabel. (Luftmenge je Person 30 m³/h gemäß DIN 1946, Luftwechsel bezogen auf das Luftvolumen etwa 0,37 h-1)

Je höher die zugeführte Außenluftmenge, desto geringer wird die sich im Innenraum einstellende relative Raumluftfeuchtigkeit.

Wenn bei normgerechter Lüftung den Bewohnern die sich einstellende Luftfeuchtigkeit zu niedrig erscheint, so ist leicht Abhilfe möglich: Durch eine Verringerung der Außenluftvolumenströme steigt die relative Innenluftfeuchtigkeit an, weil die Wasserdampfquellen weniger verdünnt werden. Nimmt man im obigen Beispiel die Außenluftmenge in der kalten Zeit auf 80 m³/h zurück - was in jedem Fall noch zulässig ist und immer noch eine ausreichend gute Raumluftqualität ergibt - so steigt die Raumluftfeuchtigkeit auf ca. 41% an.

Eine Außenluftmenge von 80 m³/h entsprechend 20 m³/h je Person reicht für eine akzeptable Innenlufthygiene erfahrungsgemäß immer noch aus (vgl. Messungen in verschiedenen Passivhäusern). Mit einer solchen Außenluftmenge stellt sich die Luftfeuchtigkeit im Haus auf etwa 41% ein.

Der Luftwechsel beträgt dann nur noch etwa 0,25 h^-1 bezogen auf das ganze Haus; da das Gebäude aber dauerhaft gleichmäßig mit frischer Luft versorgt wird, ist die Luftqualität auch damit ausreichend. Geringer als etwa 0,25 h^-1 sollte der Luftwechsel allerdings nicht werden, es sei denn, niemand ist in der Wohnung und die Wohnung wird vor der nächsten „Nutzung“ mit Frischluft vorgespült (das ist aber ein Aufwand, den wir für Wohnungen nicht empfehlen). Diese Empfehlungen resultieren aus Erfahrungen mit langjährigen Messungen der Luftqualität im Passivhaus Darmstadt Kranichstein.

Niemand sollte mehr lüften, als es seinem eigenen Behaglichkeitsempfinden bzgl. der Luftfeuchtigkeit entspricht.

• Konventionelle Lüftungsplaner neigen dazu, Luftmengen von Wohnungslüftungsanlagen eher hoch zu dimensionieren; es gab Zeiten, da wurde ein 0,5-facher oder gar 0,8-facher Luftwechsel für notwendig gehalten - und zwar gerade, um die Raumluftfeuchtigkeit im Winter niedrig zu halten; dann ist nämlich die Gefahr von Tauwasserbildung und damit verbunden die Schimmelpilzgefahr an schlecht gedämmten Bauteilen gering.

• Diese beiden Gefahren bestehen im Passivhaus aber ohnehin nicht, denn wegen des guten Wärmeschutzes sind alle Innenoberflächen von Außenbauteilen so warm, dass auch bei 60% Raumluftfeuchtigkeit noch keine Tauwasserbildung auftritt. Daher kann die Außenluftmenge im Passivhaus ruhig in kalten Perioden etwas niedriger gefahren werden, insbesondere dann, wenn die Raumluftfeuchtigkeit von den Bewohnern sonst als zu gering empfunden wird. „Anhaltswerte“ für Wohnungen sind Luftwechsel der Lüftungsanlage zwischen 0,3 und 0,4-fach. Für Passivhäuser geben wir generell die Empfehlung, die Luftmengen eher an diesen unteren Werten zu orientieren. Dann bleibt die Raumluftfeuchtigkeit bei guter Luftqualität im komfortablen Bereich.
  

Abhilfe bei niedrigen Raumluftfeuchtigkeiten:

• Luftmengen geringer einstellen

• evtl. zusätzliche Feuchtequellen in die Wohnräume (z.B. Blumen)

• Wohnungen möglichst staubfrei halten: öfter mit einem guten Staubsauger mit Feinststaubfilter saugen.

Übrigens: Praktisch staubfreie Luft wird auch bei ganz geringen Feuchtigkeiten nicht als „zu trocken“ empfunden; in kalter Höhenluft fühlen wir uns wohl. Allerdings lässt sich Luft in Wohnungen mit vertretbarem Aufwand nicht staubfrei halten. Daher gibt es tatsächlich auch eine Untergrenze für die relative Raumluftfeuchtigkeit (bei ca. 30%) unterhalb der die meisten Nutzer die Luft als zu trocken empfinden. Dann helfen nur die Punkte 1. und 2. wie oben beschrieben.

Wenn die Außenluftmengen für eine noch als ausreichend „feucht“ gehaltene Innenluft zu gering werden, um eine ansonsten gute Raumluftqualität zu erhalten, so gibt es als weiterführende technische Lösung separat aufgestellte Luftbefeuchter, die jedoch regelmäßig gereinigt werden müssen. Eine gute Lösung, die auch deutlich höhere Luftmengen erlaubt, ist durch die Verwendung von Wärmeübertragern mit Feuchterückgewinnung möglich.

Radon (Rn) ist eine der gesundheitlich bedeutendsten Innenraumluftbelastungen. Rn ist ein Edelgas, das aus porösen Feststoffen, vor allem solchen im Erdreich, entweicht. Es entsteht dort durch radioaktiven Zerfall aus Radium - und es ist selbst radioaktiv; das stellt eine Gesundheitsbelastung dar, zumal das Gas mit der Atemluft eingeatmet wird. In der Atmosphäre wird Radon durch die Luftbewegung auf Werte um und unter 15 Zerfälle je Kubikmeter Außenluft in der Sekunde verdünnt (1 Zerfall je Sekunde wird in der Physik mit der Einheit 1 Bq (Becquerel) gemessen).

• Ja, Radon stellt ein Gesundheitsrisiko dar; es könnte für etwa 0,3% aller Todesfälle verantwortlich sein (bei gegenwärtiger durchschnittlicher Belastung z.B. in Deutschland).

• Damit ist dies ein deutlich höheres Risiko als das, einem Brand zum Opfer zu fallen … und daher ist es auch angemessen, etwas zur Verringerung dieses Risikos zu tun.

• Andererseits ist es ein sehr viel geringeres Risiko als das durch Zigarettenrauch (mehr als 4% aller Todesfälle) und Autofahren (>0.6%); es gibt daher auch keinen Grund, in Panik zu verfallen.

• Somit ist Radon definitiv ein Thema für die Gesundheitshygiene, es ist nicht so sehr eine Frage des persönlichen Risikos; wer sein persönliches Risiko verringern will, sollte zunächst einmal aufhören zu rauchen, das Körpergewicht reduzieren und Unfälle im Haushalt vermeiden.

98% des Radons dringt aus dem Erdreich in die Gebäude ein. Radon entsteht im Erdreich durch den radioaktiven Zerfall letztlich aus dem Uran, das in geringen Mengen im Boden vorhanden ist. Die Radonfreisetzung ist in manchen Gegenden höher (solche mit Urgestein und mit Gestein hoher Porosität); im Grunde ist Radon aber nahezu überall.

1. Dichten Sie das Gebäude gegen Erdreich ab . Und zwar unterhalb der letzten zum ständigen Aufenthalt gedachten Räume. Das geht so, wie wir es im Kapitel über die Dichtheit der Gebäudehülle beschrieben haben. Und die Gefahr durch Radon ist ein (ein bedeutender!) Grund, weshalb wir eine sehr gute Luftdichtheit der Gebäudehülle empfehlen: n₅₀ < 0,6 h^-1.
2. Verwenden Sie eine ausreichende, balancierte Wohnungslüftung (…mit frischer Außenluft-Zufuhr; 30 m³/Pers/h ist ein gutes Maß für eine angemessene Zuluftmenge, auch bzgl. der Reduzierung des Rn-Risikos)

Das ist ein (ein bedeutender!) Grund, warum wir eine balancierte Komfort-Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung empfehlen.

Das Diagramm hier zeigt Messergebnisse des Kollegen Uhlig aus einem Passivhaus, und zwar einem, das in einem bekanntermaßen stark Radon belasteten Gebiet gebaut wurde (Deutschland, Sachsen). Solange, wie die Lüftung „EINGESCHALTET“ ist (linke Hälfte des Diagramms) liegt die Radon-Aktivität im selben Bereich wie die der Außenluft - besser geht es gar nicht. Wenn aber abgeschaltet wird, dann klettert hier die Belastung in den Bereich von um 150 Bq/m³. Das ist ein Wert, wir er in üblichen Gebäuden in diesen Gegenden „normal“ ist. Für „kurze Zeit“ ist das übrigens auch kein Problem, denn das Risiko addiert sich über der Zeit auf. Es muss somit nur sichergestellt werden, dass die Lüftung „meistens“ läuft.

Eine Außenluftmenge von ca. 30 m³/h je Person reicht für die Reduktion der Radonaktivität in einem Passivhaus aus

Fazit: gute Lüftung reduziert Gesundheitsrisiken, das ist objektiv messbar und im Fall des Radons eindeutig nachgewiesen. Für andere Innenraumluftbelastungen ist der Nachweis oft schwieriger, aber im Grunde unbestritten. Eine ausreichende Wohnungslüftung gehört daher ganz sicher zu den vorbeugenden Maßnahmen des Gesundheitsschutzes. Die hier gezeigten Ergebnisse zeigen auch, dass Frischluftmengen im Bereich von 30 m³/h je Person zu guten Ergebnissen führen.

Übersicht zu den Passipedia-Artikeln zum Thema „Lüftung“

Pfluger, R.; Feist, W.; Tietjen, A.; Neher, A.: Physiological impairments of individuals at low indoor air humidity, passipedia 2013. Indoor Air Humidity