Fensterintegrierte Lüftung

Im Projekt EnStadt:Pfaff wurden im Alten Verwaltungsgebäude neue Fenster eingebaut, die in die Fensterstürze Lüftungsgeräte integriert haben, die die Räume aktiv belüften.

Solche dezentralen Geräte sind heute zwar ausgereift und marktverfügbar, doch deren Regelung der war bislang wenig flexibel und nicht auf den Nutzer angepasst.
Im Rahmen von EnStadt:Pfaff wurde daher eine nutzerorientierte Regelung untersucht und prototypisch getestet.

Bei der sogenannten "Prioritäts-Regelung" haben Nutzerinnen und Nutzer die Wahl zwischen drei verschiedenen Prioritäten für einen optimalen Lüftungsbetriebs:

• Maximale Luftqualität (geringe CO₂ Konzentration)

• Geringe Geräuschentwicklung (minimale Drehzahl)

• Optimaler Feuchteschutz

Hierzu wurde eine Steuerungsplatine entwickelt, die die vorhandene Regelung ersetzen kann.

Perspektivisch ergeben sich hier Synergien mit der Datenerfassung über Sensoren (Temperatur, Feuchte, CO₂, Präsenz) aus „smart home“ Anwendungen. Den marktverfügbaren Geräte fehlen jedoch häufig noch entsprechende Schnittstellen.

Eine mechanische Lüftung gewährleistet bei richtiger Einstellung die optimale Luftwechselrate und ausreichende Frischluftzufuhr. Je nach baulicher Ausführung können zusätzlich die in der Abluft enthaltene Wärme zurückgewonnen und damit die Wärmeverluste weiter deutlich reduziert werden. Typische Lüftungsanlagen bedeuten allerdings immer auch einen zusätzlichen Aufwand mit Verlegung von Kanälen und Schächten für die Luftführung.

Pendellüfter als Lösung

Eine einfache Art von Lüftungsgeräten, die ohne das Verlegen von Luftkanälen auskommt, sind so genannte Pendellüfter. Diese werden paarweise in die Außenwand eingebaut und saugen in einer ersten Phase die frische Außenluft in den Raum ein und blasen in einer zweiten Phase die verbrauchte Innenluft nach draußen.

Diese Geräte werden wegen ihrer einfachen Integrierbarkeit bei der Gebäudesanierung zunehmend eingesetzt. Damit können die Raumluftqualität verbessert und Lüftungswärmeverluste reduziert werden. Der Einbau bedeutet aber immer eine weitere Durchdringung der Außenhülle und damit eine Schwächung der Dämmung.

Durch die Integration der Lüftungsgeräte in den Fensterrahmen können verschiedene Probleme vermieden bzw. reduziert werden. Durch die vorgefertigten Bauteile (Fenster inklusive Lüfter), werden Bauabläufe vereinfacht und beschleunigt. Weiter können sie auch gestalterische, konstruktive, bauphysikalische, funktionale und organisatorische Herausforderungen auf der Baustelle vermieden werden.

Fast 40% des Energieverbrauchs in Deutschland entfallen auf den Gebäudesektor. 

Während im Bereich des Neubaus der Wärmebedarf durch die Einführung der ersten Wärmeschutzverordnung (WSchutzVO) im Jahr 1977 und ihrer Weiterentwicklung zur Energieeinsparverordnung (EnEV) im Jahr 2002 sowie zum Gebäudeenergiegesetz (GEG) im Jahr 2020 kontinuierlich abnimmt, sinkt der Energieverbrauch im Gebäudebestand nur langsam.

Dies liegt sowohl daran, dass sowohl die Sanierungsrate als auch die Sanierungstiefe zu gering ist.

Wohngebäude der Baujahre zwischen 1949 und 1979, die mehr als ein Drittel des gesamten Gebäudebestands ausmachen, weisen den höchsten Energiebedarf auf. Für die Erreichung der Klimaschutzziele ist also die energetische Sanierung dieser Bestandsgebäude entscheidend.

Ziel der energetischen Ertüchtigung der Gebäudehülle ist es, den Wärmestrom durch die Außenbauteile (Wand, Fenster, Dach, Boden) zu reduzieren – und damit im Winter Wärmeverluste zu minimieren. Dies umfasst auch die Verbesserung der Luftdichtigkeit der Gebäudehülle, um das unkontrollierte Entweichen der warmen Innenluft nach außen durch Ritzen und sonstige Undichtigkeiten zu verhindern.

Gleichzeitig muss ein ausreichender Luftwechsel mit Außenluft sichergestellt werden, um Schadstoffe, Feuchte und Gerüche aus dem Gebäudeinneren abzutransportieren und den Nutzern ausreichend Frischluft zur Verfügung zu stellen. Diesen Luftwechsel manuell durch regelmäßige Fensteröffnung der Nutzer zu realisieren ist kaum praktikabel und führt entweder zu hohen Luftwechseln und damit erhöhten Wärmeverlusten oder zu geringem Luftaustausch mit Einbußen der Raumluftqualität.

• Bauteilintegrierte Lüftungsgeräte sind marktverfügbare Produkte, die sich in Details der technischen Umsetzung unterscheiden, z.B. in Bezug auf die Luftführung und den maximalen Volumenstrom. Die Regelung der Lüftungsventilatoren erfolgt üblicherweise nur in festen Stufen durch die Nutzer. Für die Ansteuerung der Lüfter wurden deshalb in EnStadt:Pfaff neue Konzepte entwickelt und getestet. Die wichtigsten Zielsetzungen sind dabei die Energieeffizienz, der hygrothermische Komfort und die Raumluftqualität. Die Energieeffizienz wird durch die Wärmerückgewinnungseffizienz des Lüftungssystems und den Stromverbrauch des Ventilators bestimmt.

• Für die Performance-Bewertung von Wohnungslüftungssystemen wurden Kriterien definiert hinsichtlich Komfort und Raumluftqualität auf der Grundlage von Akzeptanzgrenzen für die relative Luftfeuchtigkeit und/oder die CO₂-Konzentration. Daneben wurden auch andere Anforderungen wie niedrige Betriebsgeräusche, gute Nutzerfreundlichkeit und Berücksichtigung von äußeren Einflüssen wie Wetter und Gebäudeeigenschaften untersucht.

• Versuche mit Prototypen für eine "Prioritäts-Regelung", bei der die Nutzer die Wahl zwischen verschiedenen Zielvorgaben hat, zeigen, dass durch eine nutzerorientierte Regelung ein gutes Niveau für alle drei Zielgrößen (Energieeffizienz, hygrothermischer Komfort und Luftqualität) erreicht werden kann. Eine Demonstration der weiterentwickelten Steuerung in der Alten Verwaltung war jedoch aus technischen Gründen in der Projektlaufzeit nicht möglich.