Luftführungsarten im Raum

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Die Güte (thermische Behaglichkeit) einer Lüftungsanlage hängt von den Luftströmungen im Raum ab. Die Luftströmungen werden hauptsächlich von der Zuluft bestimmt. Hier müssen die Lufttemperatur, Anordnung der Zuluftauslässe, sowie die Geschwindigkeit und Richtung der Lufteinführung besonders gut geplant werden. Die aus einem Zuluftdurchlass ausströmende Luft bildet einen Strahl aus. Bei einem Abluftdurchlass und einem Überströmluftdurchlass ist das Strömungsbild anders und beeinflusst die Strömungen im Raum nicht. Selbst in Achsrichtung sind nahe dem Durchlass keine höheren Geschwindigkeiten festzustellen, da die Luft von allen Seiten gleichmässig zum Durchlass strömt.
Der Luftdurchlass, und hier besonders der Zuluftdurchlass, ist das wichtigste Glied in der Kette der Bauteile einer raumlufttechnischen Anlage (RLT), um die thermische Behaglichkeit zu erreichen. Bei der Auswahl des richtigen Luftdurchlasses ist die spezifische Raumkühllast (die Luftmenge ist höher gegenüber dem Heizbetrieb) und die Ausblashöhe bzw. Raumhöhe ausschlaggebend.
Die Lage bzw. Anordnung des Abluftdurchlasses ist für die Luftführung im Raum von untergeordneter Bedeutung. Diese Durchlässe müssen in der Regel nicht eingestellt werden. Im Gegensatz zu den Zuluftdurchlässen ist die Luftbewegung an der Abluftöffnung erst in einem Abstand von 30 bis 40 cm spürbar. Nur bei einer Schichtenströmung sollten sie im Deckenbereich angeordnet sein.
Eine brennende Kerze lässt sich schon durch einfaches Ausatmen löschen; es gelingt jedoch nicht, die Flamme durch intensives Einatmen zu löschen.
Die Luftdurchlässe, und hier besonders die Zuluftauslässe, müssen so ausgewählt werden, dass sie die Luft zug- und geräuschfrei in den Raum einbringen. Außerdem sollten sich die Durchlässe der Raumgestaltung anpassen, da in vielen Fällen eine "Lüftung" erst dann als negativ empfunden wird, wenn man sie sieht, hört und spürt. Diese Kriterien gelten nicht nur für aufwendige raumlufttechnische Anlagen, sondern auch für einfache kontrollierte Wohnungslüftungen (KWL). Und hier sind auch die Überströmluftdurchlässe einbezogen.
Mischlüftung (Verdünnungslüftung) ist die am häufigsten eingesetzte Art der Luftströmung im Raum. Die Zuluft tritt über hochinduktive Durchlässe in den Raum ein und erreicht den Auslass über gekrümmte Strömungspfade (Coanda-Effekt). Die Kontrolle der Konzentration erfolgt über das Verdünnungsprinzip.
Bei der Verdrängungslüftung tritt die Zuluft über laminare Durchlässe in den Raum ein und erreicht die Auslässe über mehr oder weniger geradlinige Strömungspfade. In der kontrollierten Zone (hinter dem Durchlass) stellen sich verhältnismässig hohe Luftgeschwindigkeiten ein, was aber wegen der kleinen Turbulenzgrade nicht unangenehm ist. So werden z. B. Verunreinigungen im Raum von der Strömung abgeführt. Die Verdrängungslüftung ist eine impulsarme Strömungsart, bei der die Raumluftströmung überwiegend durch den thermischen Auftrieb beeinflusst wird.
Die Quelllüftung (Niedrigimpulslüftung) ist im Gegensatz zur Verdrängungslüftung eine Komfortlüftung mit niedrigen Luftgeschwindigkeiten. Es besteht eine impulsarme Strömung, bei der die Raumluftströmung überwiegend durch den thermischen Auftrieb (Personen oder andere Wärmequellen) beeinflusst wird. Wenn der induzierte Luftvolumenstrom groß ist im Vergleich zum Zuluftvolumenstrom, entsteht infolge einer Rückströmung eine Strömung, die der Mischlüftung ahnlich ist.
Coanda-Effekt
Unter "Coanda-Effekt" versteht man die Eigenschaft strömender Luft oder Flüssigkeiten, die sich an ebene Flächen anlegen oder andere parallele Strahlen anziehen. Für die Raumluftströmung in RLT-Anlagen muss dieser Effekt bei der Auslegung der Zuluftöffnungen beachtet werden.
Wird eine Zuluftströmung beispielsweise in geringem Abstand zur Decke angeordnet, so kann dem sich ausbildenden Luftstrahl nur von unten ungestört Sekundärluft zuströmen. Zwischen Decke und Strahl bildet sich ein Unterdruck, der die Ablenkung des Strahls nach oben und die Anlehnung an die Decke bewirkt.
Die Ausbildung des Coanda-Effektes ist von folgenden Faktoren abhängig:
  • Form der Luftaustrittsöffnung
  • Energie des Luftstrahles (Luftgeschwindigkeit)
  • Austrittwinkel und Abstand des Luftauslasses zur Ablenkfläche
  • Temperatur der Luft

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mischlüftung (Verdünnungslüftung) ist die am häufigsten eingesetzte Art der Luftströmung im Raum. Die Zuluft tritt über hochinduktive Durchlässe in den Raum ein und erreicht den Auslass über gekrümmte Strömungspfade (Coanda-Effekt). Die Kontrolle der Konzentration erfolgt über das Verdünnungsprinzip.
Die Mischlüftung ist verhältnismäßig unempfindlich gegenüber äußere Einflüsse und kann im Heizbetrieb und Kühlbetrieb eingesetzt werden.
Bei der Mischlüftung wird die warme oder kalte Zuluft mit einer relativ hohen Geschwindigkeit dem Raum zugeführt. Die Zuluftdurchlässe (Wand- und Deckenauslass, Drallauslass, Schlitzauslass, Tellerventil, Luftdüse) müssen in der Wand oder Decke so angeordnet werden, dass die Luft außerhalb des Aufenthaltsbereichs einströmt. Durch die hohe Einblasgeschwindigkeit reißt eine große Menge an Raumluft mit, wodurch eine gute Vermischung mit der Raumluft gewährleistet ist. Außerdem reduziert sich die Strahlgeschwindigkeit bei dem Eintritt in den Aufenthaltsbereich, wodurch der Grenzwert (z. B. nach DIN 1946) eingehalten wird.


Kombidurchlässe (Serie VSD35-3-AZ) nutzen den Coanda-Effekt. Die Zuluft, die durch den oberen Schlitz eingebracht wird, streicht an der Decke entlang und dringt so tief in den Raum ein. Bei einer betonkernaktivierten Decke erhöht der Luftstrom den Effekt der Bauteiltemperierung. Die Abluft wird durch die unteren beiden Schlitze abgeführt.
Quelle: TROX GmbH

Die Zuluft im Heizbetrieb ist leichter als die Raumluft, wodurch viel Energie erforderlich ist, um die Luft in die Aufenthaltszone zu bringen. Mit zunehmender Raumhöhe und Warmluftmenge muss die Einblasgeschwindigkeit erhöht werden. Bei großer Raumhöhe ist in der Regel eine direkt nach unten ge- richtete Luftführung erforderlich.
Die Zuluft im Kühlbetrieb ist schwerer als die Raumluft, wodurch sich beim Einblasen von der Decke im Kühlbetrieb bei hohen thermischen Belastungen zu hohe Geschwindigkeitswerte im Aufenthaltsbereich ergeben. Die waagerechten Strahlen von den Zuluftdurchlässen und die senkrechten Konvektionsströme von den inneren Wärmequellen (Personen, Beleuchtung, Maschinen) bewirken im Aufenthaltsbereich eine Strömung der Luft. Die Geschwindigkeit hängt von der Ein- blasgeschwindigkeit am Durchlass und der Wärmebelastung pro Flächeneinheit (W/m2) von der Verteilung der zugeführten Luft auf die einzelnen Durchlässe und deren Strahlbild ab.
Wenn Heiz- und Kühlluft aus dem gleichen Deckendurchlass kommen, dann können die Anforderungen an Temperaturgefälle, Ventilationsleistung und Geschwindigkeit in der Aufenthaltszone nicht gleichzeitig erfüllt werden. Hier können motorisierte Durchlässe eingesetzt werden, die die Luftführung ändern können oder die Durchlässe werden für die Kühllast ausgelegt und durch senkrecht gerichtete Hilfsdüsen für Zuluft mit hohem Warmluftanteil ergänzt.
Vorteile

• Gute Regulierbarkeit
• Kühlleistung bis 60 W/m² möglich
• Grosse Auswahl von Zuluftdurchlässen
• flexible Anordnung der Durchlässe
• Problemlos mit einem Kühldeckensystem kombinierbar
• Sehr gute Ausnutzung der freien Kühlung für Heiz- und Kühlbetrieb einsetzbar
• große Temperaturunterschiede zwischen Zuluft und Raumluft durch hohe Induktion emöglich
• kleiner Temperaturgradient (annähernd gleiche Temperaturen im ganzen Raum)
• stabiles Strahlbild
• keine Einschränkung der Raumfläche
Nachteile
• Gefahr eines Kurzschlusses (Beeinträchtigung der Ventilationseffektivität [besonders im Heizfall])
• hoher Energiebedarf / hohe Leistungsaufnahme im Kühlbetrieb
• Gefahr von Zugluftbildung bei hoher Kühllast

Bei der Verdrängungslüftung tritt die Zuluft über laminare Durchlässe in den Raum ein und erreicht die Auslässe über mehr oder weniger geradlinige Strömungspfade. In der kontrollierten Zone (hinter dem Durchlass) stellen sich hohe Luftgeschwindigkeiten ein, was aber wegen der kleinen Turbulenzgrade nicht unangenehm ist. So werden z. B. Verunreinigungen im Raum von der Strömung abgeführt. Die Verdrängungslüftung ist eine impulsarme Strömungsart, bei der die Raumluftströmung überwiegend durch den thermischen Auftrieb beeinflusst wird.

Das Verdrängungsprinzip, das auf der Grundlage von Wärmequellen "arbeitet" und bei dem die Luft direkt dem Aufenthaltsbereich zugeführt wird, muss besonders genau dimensioniert werden. Die Luftdurchlässe sollten nie neben einer leistungsstarken Wärmequelle (z. B. Heizkörper) angeordnet werden. Auch eine starke Sonneneinstrahlung kann sich störend auf das System auswirken und in einigen Fällen dazu führen, dass es dann als ein Mischventilationssystem arbeitet. Große, kalte Wand- oder Fensterflächen im Raum können außerdem dazu führen, dass verunreinigte Luft in den Aufenthaltsbereich zurückströmt.
Vorteile

• hohe Ventilationseffektivität
• geringe Leistungsaufnahme im Kühlbetrieb
• niedrige Geschwindigkeiten im Aufenthalts- bzw. Arbeitsbereich, aber nicht im Nahbereich
• gut zur Kühlung hoher Räume geeignet für Heiz- und Kühlbetrieb einsetzbar
Nachteile
größere Luftmengen als bei der Mischlüftung erforderlich
• Reduzierung der Nutzfläche
• niedrige Induktion
• hoher vertikaler Temperaturgradient
• nicht zur Heizung geeignet


Auftriebsströmung und Luftgeschwindigkeiten
Luftauslass - Quelllüftung
Nahzone > 0,2 m/s
Quelle: Universität Hannover - TGA - Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne

Quelldurchlass Serie QLE
Quelle: Trox GmbH

Quelldurchlässe -TROX GmbH

Die Quelllüftung (Niedrigimpulslüftung) ist im Gegensatz zur Verdrängungslüftung eine Komfortlüftung mit niedrigen Luftgeschwindigkeiten. Es besteht eine impulsarme Strömung, bei der die Raumluftströmung überwiegend durch den thermischen Auftrieb (Personen oder andere Wärmequellen) beeinflusst wird. Wenn der induzierte Luftvolumenstrom groß ist im Vergleich zum Zuluftvolumenstrom, entsteht infolge einer Rückströmung eine Strömung, die der Mischlüftung ahnlich ist.
Das Quelllüftungsprinzip kann als auftriebsgetriebene Form der Verdrängungsströmung gesehen werden. Bei der Quellüftung strömt die Luft aus grossflächigen Auslässen turbulenzarm aus. Aufgrund von Konvektion steigt die Luft überall dort auf, wo Wärmelasten (Personen, Lampen, Geräte [ (z. B. PC]) anfallen. Auch bei kleinen Zuluftmengen kann eine hohe Luftqualität erzielt werden.
Vorteile

• Hohe thermische Behaglichkeit (Niedrige Luftgeschwindigkeiten und Turbulenzgrade im Aufenthaltsbereich)
• Wirksame Schadstoffentfernung (Verunrei- nigungsabtransportwirksamkeit e v < 1)
• Gute Ausnutzung der freien Kühlung
• Problemloser Betrieb mit variablem Zuluftvolumenstrom
• Verringerter Energiebedarf, da nur Kühlung des Aufenthaltsbereichs
• Problemlos mit einem Kühldeckensystem kombinierbar (Erhöhung der Behaglichkeit aufgrund der Strahlungskühlung)
Nachteile

• Beschränkte Kühlleistung für Räume mit hohen thermischen Lasten (Grenze liegt bei ca. 25 W/m² Kühlleistungsbedarf, weil der Temperaturgradient im Aufenthaltsbereich zu gross wird)
• Nur für Kühlung und nicht für Heizung geeignet
• Bei Kombination mit Kühldecke schlechte Ausnützung der kühlen Aussenluft

• Kühldeckenbetrieb zerstört das charakteristische Temperaturprofil und reduziert daher die Vorteile der Quellüftung bezüglich Raumqualität
• Grosse Zuluftdurchlässe
• Genutzte Räume nicht frei möblierbar

Luftverteilungssysteme - Grundlagen - Lindab
Raumströmung - Grundlagen - Universität Hannover - TGA - Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne
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Messgeräte - Lüftungstechnik
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