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Prüfung und Qualitätssicherung für Passivhaus-Lüftungsanlagen

Einführung

bild_zertifikat_lueftungsgeraet.jpg Passivhäuser sind auf den Einsatz von hocheffizienten Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung angewiesen. Hohe Anforderungen bezüglich Wärmebereitstellungsgrad, Elektroeffizienz, Schallschutz und Raumlufthygiene werden gestellt. Damit diese Werte auch in der Praxis mit ausgewählten Produkten und sachgerechter Planung und Montage der Anlagen erreicht werden, ist jedoch eine über die bauaufsichtliche Zulassung hinausgehende Geräteprüfung anzuraten. Planer von Passivhäusern sind auf zuverlässige praxisnahe Werte für den effektiven Wärmebereitstellungsgrad angewiesen, weil dieser einen erheblichen Einfluss auf den Lüftungswärmebedarf hat. Dieser lässt sich mit der hier erläuterten Laborprüfung bestimmen.

Mit dem Zertifikat „Passivhaus geeignetes Wärmerückgewinnungsgerät“ werden vom Passivhaus Institut seit vielen Jahren die Kriterien für das Zentralgerät und die maßgeblichen Vorgaben für den Einbau in das Gesamtsystem geprüft. Die Zertifizierung stellt den entscheidenden Beitrag zur Qualitätssicherung und für die Planungssicherheit bei Passivhaus-Lüftungsanlagen dar. Alle Zertifikate und Anlagen sind immer aktuell auf der PHI-Homepage abrufbar:

Aktuelle Liste der zertifizierten Lüftungsgeräte Luftleistung bis 600m³/h
Aktuelle Liste der zertifizierten Lüftungsgeräte Luftleistung größer als 600m³/h

Weiterhin ist vom jeweiligen Hersteller ein ausführlicher Zertifizierungsbericht erhältlich. Dieser enthält die vollständigen, der Zertifizierung zu Grunde gelegten Daten einschließlich der gemessenen Schallemissionsspektren.

Im Rahmen der Zertifizierung wird auch der hierfür am Laborprüfstand bestimmte effektive Wärmebereitstellungsgrad ausgewiesen. Transmissionswärmeströme über das Gerätegehäuse sowie interne und externe Leckageverluste gehen dabei korrekt (nämlich wie beim praktischen Einsatz des Gerätes im Gebäude) in die Messung ein - denn die Geräte werden wie im praktischen Betrieb geprüft (Außen-/Fortluftseitige Balance). Die auf diese Weise bestimmten effektiven Wärmebereitstellungsgrade fallen regelmäßig geringer aus als z.B. nach dem DIBt-Reglement bestimmte Werte, ein direkter Vergleich ist aufgrund der unterschiedlichen Verfahren der Prüfung und Auswertung nicht möglich. Die methodischen Unterschiede werden nachfolgend erläutert.

Vergleich des Prüfverfahrens für die Gerätezulassung mit dem für die Passivhaus-Zertifizierung

Nach dem derzeitigen Prüf- und Rechenverfahren für die energetische Beurteilung von Lüftungsgeräten mit Wärmerückgewinnung des DIBt Berlin werden auf dem Prüfstand bei der thermodynamischen Prüfung die Außen- und Abluftvolumenströme immer so eingestellt, dass diese gleich groß sind. Die rechnerische Ermittlung des Wärmebereitstellungsgrades erfolgt dann nach folgender Gleichung:


$$\eta_{w}' = \dfrac{H_{ZU}-H_{AU}}{H*_{ZU}-H_{AU}} = \dfrac{T_{ZU}-T_{AU}}{T_{AB}-Z_{AU}}$$

mit


$$H_{ZU}* = H (\vartheta_{AB} ; \chi_{AU})$$



Der auf diesem Wege ermittelte Wärmebereitstellungsgrad kann jedoch vom Planer nicht für die Berechnung der Energiebilanz eingesetzt werden, wenn die Bilanzgrenze, wie üblich (z. B. nach EN 13790) entlang der Außenoberfläche der thermischen Gebäudehülle gezogen wird (in diesem Fall: Aufstellung des Gerätes innerhalb der wärmegedämmten Gebäudehülle, dies entspricht der Messung im Prüflabor bei ca. 21 °C).

Im Gegensatz zur derzeitigen Messung am Prüfstand nach Richtlinie der DIBt müssen die Wohnungslüftungsgeräte in der Praxis so betrieben werden, dass der Außen- und Fortluftmassenstrom (bei Aufstellung des Gerätes innerhalb der wärmegedämmten Hülle) bzw. der Zu- und Abluftmassenstrom (bei Aufstellung des Gerätes außerhalb der wärmegedämmten Hülle) möglichst gleich hoch ist. Disbalance wirkt sich in zusätzlicher In- bzw. Exfiltration aus. Die Berechnung der Lüftungswärmeverluste QL in einem Gebäude mit Wärmerückgewinnung lautet dann:


$$ Q_{L} = V_{L} \cdot (n_{Anlage} \cdot (1 - \eta_{eff})+n_{infil}) \cdot c_{Luft} \cdot G_{t} $$

mit:

  • VL: wirksames Luftvolumen
  • nAnlage: Anlagenluftwechsel
  • ninfil: Infiltrationsluftwechsel
  • cLuft: volumenspezifische Wärmekapazität der Luft
  • Gt: Gradtagzahl


Der Planer benötigt demnach als Auslegungsgröße den effektiven Wärmebereitstellungsgrad ηeff, um die Wärmebilanz seines Gebäudes aufstellen zu können. Geht man z. B. von der Innenaufstellung des Lüftungsgerätes aus, so beträgt die Lüftungswärmeverlustleistung unter der Annahme einer balancierten Anlage und ohne Infiltrationsverluste:


$$ \dot{Q}_{L} = V_{L} \cdot n_{Anlage} \cdot \rho \cdot c_{p} \cdot (\vartheta_{Fo} - \vartheta_{Au}) - P_{el} $$

mit:

  • θFo: Fortlufttemperatur
  • θAu: Außenlufttemperatur
  • Pel: Gesamte elektrische Leistungsaufnahme beider Ventilatoren inkl. Steuerung


Die Lüftungswärmeverluste ohne WRG ergeben sich als Leistung bei einer Außentemperatur θAu und Ablufttemperatur θAb. Damit erhält man für den effektiven Wärmebereitstellungsgrad im balancierten Zustand des Gerätes:


$$ \eta_{eff} = \dfrac{(\vartheta_{Ab} -\vartheta_{Fo}) + \dfrac{P_{el}}{\dot{m} \cdot c_{p}}}{\vartheta_{Ab} - \vartheta_{Au}} $$



Bei der Messung wird darauf geachtet, dass kein Kondensat im Wärmetauscher anfallen kann. Bei hochwertigen Gegenstromwärmeübertragern kann die freiwerdende Latentwärme zusätzlich für die Wärmerückgewinnung genutzt werden. Auf den über die Heizperiode gemittelten Wärmebereitstellungsgrad wirkt sich dies jedoch nur mit einer Erhöhung um ca. 0,3 %-Punkte aus (berechnet aus den Messungen im CEPHEUS-Projekt Hannover, Anlage mit Frostschutzheizregister, Frostschutzgrenztemperatur - 4 °C) und ist damit vernachlässigbar gering. Beim Einsatz von Erdreichwärmetauschern tritt praktisch überhaupt kein Kondensat auf. Die Bestimmung des sog. „trockenen Wärmebereitstellungsgrades“, also ohne Kondensatbildung gemessen, bildet demnach eine realistische Bemessungsgrundlage für die Zertifizierung als Passivhaus geeignete Komponente. Darüber hinaus ist dieser Wert auch messtechnisch wesentlich genauer zu bestimmen, weil keine Messwerte für die Feuchte eingehen, welche prinzipbedingt mit relativ hohen Messfehlern behaftet sind.

In der nachfolgenden Tabelle sind die wesentlichen Unterschiede der ausgewiesenen Werte und Prüfung nach Zulassungsprüfung gem. DIBt-Reglement bzw. Passivhaus-Zertifizierung zusammengestellt.

Zulassungsprüfung gem. DIBt-Reglement Passivhaus-Zertifizierung
Einsatzbereich Festlegung nach Herstellerangaben Nach dem Verfahren im Prüfreglement bestimmt,
damit sichergestellt wird, dass die Geräte im
Normal-Betrieb die Volumenströme auch
tatsächlich erbringen und dabei noch eine
30%-ige Anhebung bzw. Absenkung möglich ist.
Leckage intern/extern Grenzwert 5 %,
Bezug auf Mittelwert des Einsatzbereichs s.o.
Grenzwert 3 %,
Bezug auf Mittelwert des Einsatzbereichs s.o.
effektiver Wärmebereitstellungsgrad


$$ \eta_{w}'= \dfrac{\dot{H}_{Zu}-\dot{H}_{Au}}{\dot{H}*_{Zu}-\dot{H}_{Au}} $$

mit


$$ \dot{H}*_{Zu}= H (\vartheta_{AB} ; \chi_{AU}) $$


$$ \eta_{eff} = \dfrac{(\vartheta_{Ab} -\vartheta_{Fo}) + \dfrac{P_{el}}{\dot{m} \cdot c_{p}}}{\vartheta_{Ab} - \vartheta_{Au}} $$


Außen-/Fortluft in Balance, kein Kondensatanfall

elektrisches Wirkungsverhältnis aus η'w (siehe oben) bestimmt aus ηeff (siehe oben) bestimmt
Messpunkte Festlegung nach DIBt-Reglement Festlegung nach PHI-Prüfreglement
Schallschutz keine Schallleistungsmessung gem. DIN EN ISO 3743-1
bzw. EN ISO 9614-2 sowie DIN EN ISO 5136
(Okt. 2003) bzw. EN ISO 9614-2:1996
Frostschutz Frostschutzgrenztemperatur für Gerätefrostschutz Prüfung Gerätefrostschutz und Frostschutz
für evtl. nachgeschaltetes hydraulisches
Heizregister


Durchführung der Messungen für die Prüfung als Passivhaus geeignete Komponente

Die für die Zertifizierung durchzuführenden Messungen sind im PHI-Prüfreglement erläutert, die aktuelle Fassung kann jeweils am PHI angefordert werden. Die Messungen gliedern sich in folgende Abschnitte:

  1. Lüftungstechnische Prüfung
  2. Thermodynamische Prüfung
  3. Funktionssicherheitsprüfungen
  4. Schallschutzprüfung


Qualitätsanforderungen für das Zertifikat „Passivhaus geeignetes Wärmerückgewinnungsgerät“

Neben der bereits erläuterten Bestimmung des effektiven Wärmebereitstellungsgrades und der Luftdichtheit werden mit dem Zertifikat „Passivhaus geeignetes Wärmerückgewinnungsgerät“ die Kriterien für das Zentralgerät und die Maßgaben für den Einbau in das Gesamtsystem überprüft. Die einzelnen Kriterien werden im Folgenden näher erläutert.

Um unbehaglichen Kaltlufteinfall zu vermeiden, ist in Passivhäusern die minimale Zulufttemperatur auf 16,5 °C zu begrenzen. Dieses Behaglichkeitskriterium wird von hocheffizienten Geräten bei –10 °C auch ohne zusätzliche Einrichtungen wie Erdreichwärmetauscher und Zuluftnachheizung erreicht. Vom Hersteller ist zu spezifizieren, welche Mindestanforderungen für sein Gerät gelten, um unbehaglichen Kaltlufteinfall zu vermeiden.

Das Effizienz-Kriterium für die Wärmerückgewinnung wird erreicht, wenn der effektive Wärmebereitstellungsgrad des Gerätes nach dem zuvor beschriebenen Verfahren Werte über 75 % erreicht.

Am Prüfstand wird bei der im Prüfverfahren spezifizierten externen Pressung von 100 Pa und dem Betriebsvolumenstrom die gesamte elektrische Leistungsaufnahme des Gerätes inklusive Steuerung, jedoch ohne Frostschutzheizung gemessen. Der so ermittelte Wert bezogen auf geförderten Zuluftvolumenstrom muss das Kriterium an die Elektroeffizienz erfüllen [< 0,45 W/(m³/h)].

Die Dichtheitsprüfung ist vor Beginn der thermodynamischen Prüfung entsprechend den DIBt-Richtlinien sowohl für Unter- als auch Überdruck durchzuführen. Die so ermittelten Leckvolumenströme dürfen nicht größer als 3 % des mittleren Volumenstromes des Einsatzbereiches des Wohnungslüftungsgerätes sein. Der Einsatzbereich des Gerätes wird dabei nicht vom Hersteller angegeben, sondern nach dem im Prüfreglement beschriebenen Verfahren im Labor bestimmt.

Die Wärmeabgabe/Wärmeaufnahme über das Gehäuse des Gerätes wird bei der thermodynamischen Prüfung, wie bereits erläutert, für Aufstellung des Gerätes im beheizten Gebäudebereich berücksichtigt. Die Gehäusedämmung muss auch bei Aufstellung im unbeheizten Gebäudebereich für mindestens gleichwertige Begrenzung des Transmissionsleitwertes sorgen. Wärmebrücken durch die Gehäusedämmung, aber auch zwischen kalten und warmen Gerätestutzen, sind zu vermeiden.

Abgleich und Regelbarkeit in mindestens 3 Stufen ist nachzuweisen. Außen- und Fortluftmassenstrom (bei Geräteaufstellung innerhalb der thermischen Gebäudehülle) bzw. Zuluft- und Abluftmassenstrom (bei Geräteaufstellung außerhalb der thermischen Gebäudehülle) müssen bei Nennvolumenstrom ausbalanciert werden können. Die Filterstandzeit ist so zu begrenzen, dass die Disbalance maximal 10% beträgt. Notwendiger Filterwechsel ist für den Benutzer leicht erkennbar anzuzeigen. Der Nutzer muss die Möglichkeit haben, das Gerät abschalten zu können, wobei eine evtl. Standby-Leistung unter 1 Watt (elektrisch) liegen soll. Nach Stromausfall muss die Lüftungsanlage ohne Nutzereingriff automatisch wieder im Normalbetrieb oder im zuvor eingestellten Betriebszustand weiterfahren.

Die Gerätesteuerung muss ein synchronisiertes Einstellen von Zu- und Abluftventilator auf Stufe Grundlüftung (=70%), Standardlüftung (=100%) und erhöhte Lüftung (=130%) mit eindeutiger Ablesbarkeit des eingestellten Zustandes ermöglichen.

Zusätzlich zu den genannten lüftungstechnischen und thermodynamischen Prüfungen wird das Gerät schalltechnischen Prüfungen unterzogen. Dabei wird zunächst der Schallleistungspegel der Schallabstrahlung über das Gerätegehäuse gemessen. Der Schalldruckpegel im Aufstellraum ist auf 35 dB(A) (bei äquivalenten Raumabsorptionsflächen von 4 m²) zu begrenzen. Darüber hinaus wird der Schallleistungspegel an den Gerätestutzen bestimmt, um dem Planer die Dimensionierung der Schalldämpfer zu ermöglichen. Es muss eine Einbau-Anleitung gegeben werden, wie der Schallpegel in Wohnräumen unter 25 dB(A) und in Funktionsräumen unter 30 dB(A) gehalten werden kann. Die hierzu notwendigen Einrichtungen sind normalerweise bauseits vorzusehen.

Das Zentralgerät einschließlich Wärmeübertrager muss einfach zu inspizieren und zu reinigen sein. Der Filterwechsel muss vom Betreiber (kein Fachpersonal) selbst durchgeführt werden können. Diesbezügliche Beschreibung und Bezugsquellen für die Filter sind im Handbuch zu dokumentieren. Die Filterqualitäten F7 (Außenluftfilter) und G4 (Abluftfilter) sind zum Verschmutzungsschutz des Kanalnetzes und des Wärmeübertragers mindestens vorzusehen.

Durch geeignete Maßnahmen ist sicherzustellen, dass auch bei winterlichen Extremtemperaturen (-15 °C) ein Zufrieren des Wärmeübertragers ausgeschlossen werden kann. Dabei muss die reguläre Funktion des Gerätes dauernd sichergestellt sein. Eine Außenluftunterbrechungsschaltung kommt in Passivhaus geeigneten Anlagen nicht in Frage, weil durch den dabei auftretenden Gebäudeunterdruck nachströmende Kaltluft die Behaglichkeit einschränken könnte. Darüber hinaus können durch die erzwungene Infiltration die auftretenden Heizlasten unzulässig hoch werden. Die Einstellung der minimalen Frostschutzgrenztemperatur muss vom Hersteller angegeben werden und wird am Prüfstand messtechnisch überprüft. Die Grenztemperatur ist so zu bemessen, dass es gerade noch nicht zur Frostbildung am Wärmeübertrager kommen kann. Zu hohe Sicherheitsmargen führen beim Einsatz eines Frostschutzheizregisters zu unnötigem Mehrverbrauch.

Die Dokumente zur Prüfung von Lüftungsgeräten als passivhausgeeignete Komponente sind zum Download verfügbar

Siehe auch

Übersicht zu den Passipedia-Artikeln zum Thema „Zertifizierung“

nachfolgende Abschnitte

zertifizierung/passivhausgeeignete_komponenten/zertifizierung_von_lueftungsgeraeten.txt · Zuletzt geändert: 2018/12/20 12:05 von cblagojevic