E.Vent - Effiziente, kostengünstige und wartungsfreundliche zentrale Mehrfamilienhaus-Lüftungsanlagen - Planung, Betrieb und Brandschutz

Zentrale Lüftungsanlagen bieten gerade im Mehrfamilienhaus- und Geschosswohnungsbau große Vorteile. Allerdings werden aufgrund erhöhter Kosten oder Komplexität durch erforderliche Brandschutzmaßnahmen und den Wartungsbedarf oft Lösungen realisiert, die in Effizienz, Balanceabgleich und Brandschutz bestenfalls als suboptimal bezeichnet werden können.

Ziel dieses Projektes ist es, innovative Lösungen für den Brandschutz und den kontinuierlichen Balanceabgleich bei gleichzeitiger Kostenreduktion für zentrale Lüftungsanlagen sowohl im Neubau als auch in der Sanierung zu schaffen. Planungshilfen bereits für die frühe Entwurfsphase werden entwickelt und in einem 3D-Grafik-Tool implementiert. Dabei werden Platzbedarf, Volumenströme und Druckabfall charakterisiert und Empfehlungen für den Entwurf von effizienten zentralen Lüftungsanlagen erstellt.

Auf Basis einer Recherche und Bestandsanalyse wurden die Anforderungen an den Brandschutz klar definiert. Die Einsatzmöglichkeiten unterschiedlicher Brandschutzkomponenten wie Brandschutzklappen, FLI-VE und Kaltrauchsperren wurden detailliert untersucht und bewertet. Dabei wurden auch unterschiedlich Lösungen im europäischen Raum betrachtet. Innovative Brandschutzkonzepte wurden entwickelt und auch von Sachverständigen bewertet. Diese Konzepte wurden bereits in mehreren Projekten, sowohl in Innsbruck als auch in Graz umgesetzt. Schwerpunkt bei der Entwicklung der Konzepte lag dabei auf Kosteneffizienz, geringer Druckverlust durch die eingesetzten Komponenten sowie möglichst geringer Wartungsaufwand.

Auswertungen zum Balanceabgleich in verschiedenen Objekten in Graz und Innsbruck wurden anhand von Messungen der tatsächlichen Balance in einzelnen Wohnungen und am Zentralgerät mit jeweils unterschiedlichen Volumenstromregelungskonzepten durchgeführt, beurteilt und Problemstellen gefunden. Es wurden Lösungen für den Balanceabgleich von low-tech (passiv, ohne elektrische Antriebe) bis high-tech (elektrisch/mechanisch, Optimizer) untersucht.

Für die Überprüfung des Balanceabgleichs bedarf es einer hochgenauen Volumenstrommessung, da er sich als Differenz der Absolutwerte des Zu- und Abluft bzw. des Außenluft- und Fortluftvolumenstroms ergibt. Dafür wurde im Projekt eine Messeinrichtung, genannt Riesenflowfinder, konzipiert und aufgebaut, um die präzisen Messungen überhaupt durchführen zu können. Mehrere Methoden des Balanceabgleich wurden bewertet: Automatischer Balanceabgleich durch volumenstromgesteuerte Ventilatoren, wohnungsweiser Balanceabgleich mittels variabler aktiver Volumenstromregler, und auch wohnungsweiser Balanceabgleich mittels passiver Konstantvolumenstromregler oder Volumenstrombegrenzer.

Die Messungen zeigten Disbalancen in nahezu allen Gebäuden. Die transportierten Luftmengen an verschiedenen Tagen oder Tageszeiten weichen stark voneinander ab und die Balance der Gesamtanlagen musste überprüft und nachjustiert werden, um große Abweichungen zu vermeiden.

Mögliche Synergien zwischen Brandschutz (Kaltrauchsperre) und Volumenstromregelung wurden genutzt und ein Funktionsmuster entwickelt. Eine Integration der Kaltrauchsperrenfunktion in den Volumenstromregler ist technisch umsetzbar. Dadurch ergeben sich Vorteile wie der Wegfall einer mechanischen Komponente im Lüftungssystem oder eine Energieeinsparung von mind. 10% durch geringere Druckverluste im Lüftungssystem.

Die Entwicklung des Planungstools gliederte sich in zwei Schritte: Erst wurde eine sehr einfache Version in Form eines Excel-Tools umgesetzt, in dem die groben Rahmenbedingungen sowie der Brandschutz inkludiert sind. Auf Basis dieses Tools wurde eine testweise Implementierung in einer 3D CAD Anwendung als Planungshilfe entwickelt. Darin enthalten sind die Ermittlung des notwendigen Volumenstroms inklusive der Schachtgröße, die Berechnung des Platzbedarfs für das Lüftungsgerät und ein Vorschlag des optimalen Lüftungsgeräts.

Das Excel-Tool bietet für den Anwender in einer sehr frühen Planungsphase eine Übersicht, welche Lüftungsvarianten und Brandschutzkonzepte überhaupt möglich sind. Dabei müssen noch gar nicht sämtliche Details zum Gebäude bekannt sein. Das Tool liefert eine grobe Kostenabschätzung der Investitions- und Wartungskosten des Brandschutzes sowie zum Druckverlust und der Effizienz der Lüftungsanlage. Die Implementierung der 3D CAD Anwendung als Testversion konnte umgesetzt werden. Dieses Tool erleichtert die Entscheidungsfindung beim Entwurf und ermöglicht in der Folge eine bessere Wirtschaftlichkeit und höhere Effizienz, nicht nur der Lüftungsanlage, sondern des ganzen Projekts. Eine reale Anwendung sollte durch weiterführende detaillierte Entwicklungsarbeit begleitet werden.

Fazit

In diesem Projekt konnten innovative Brandschutzkonzepte entwickelt und bereits in Projekten umgesetzt werden, die deutliche Fortschritte in Effizienz und Wirtschaftlichkeit bieten. Die Entwicklung der Kombination aus Kaltrauchsperre und Volumenstromregler bietet neue Chancen, um die Systeme noch effizienter zu gestalten. Der Balanceabgleich konnte in unterschiedlichen Projekten mittels neuer Messsysteme beurteilt und auch stark verbessert werden. Gerade bei geringen Volumenströmen bietet der Markt aber noch keine entsprechenden passiven Volumenstromregler, hier ist eine Entwicklung geeigneter Lösungen mit ausreichender Genauigkeit anzustreben. Die entwickelten Planungstools bieten gerade in der frühen Planungsphase eine starke Entscheidungshilfe, um Wirtschaftlichkeit und Effizienz der Systeme zu verbessern. Eine Weiterentwicklung zur realen Anwendung würde große Vorteile für Planer und Bauherren bieten.

Projektleitung

Universität Innsbruck, Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen EEB

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• AEE - Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC)
• J. PICHLER Gesellschaft m.b.H. (Pichler)
• Innsbruck Immobilien Gesellschaft (IIG)
• Neue Heimat Tirol (NHT)
• Gemeinnützige Alpenländische Gesellschaft für Wohnungsbau und Siedlungswesen m.b.H. (GWS)
• Alpsolar Klimadesign OG (AlpSolar)
• Passivhaus Institut – Standort Innsbruck (PHI-IBK)

Assoz. Prof. Dr. Rainer Pfluger
Technikerstrasse 13
A-6020 Innsbruck
Tel.: +43 (512) 507-63602
E-Mail: Rainer.pfluger@uibk.ac.at
Web: https://www.uibk.ac.at/bauphysik/
Web: https://www.uibk.ac.at/bauphysik/forschung/