Lüftung

Nach der Heizung, ist die Lüftung ein weiteres Thema in der Haustechnik. Lüftungs-Anlagen werden äquivalent der Heizungs-Anlagen als einfache Schemazeichnungen dargestellt.
Unter Lüftung versteht man allgemein die gezielte Ein- bzw. Ausleitung von Luft in und aus einem Raum. Die Luft wird hierbei mittels Ventilatoren über Lüftungskanäle gezielt in Bewegung gesetzt um eine Luftströmung zu erreichen. Im Prinzip wird immer dieselbe Menge an Luft in einen Raum eingebracht, wie gleichzeitig Abgesaugt wird. Von diesem Prinzip wird nur in gezielten Ausnahmen abgewichen, z.B. wenn bewusst ein Unter- oder Überdruck in dem Raum erzeugt werden soll, andere Lüftungsanlagen ebenfalls den selben Raum bedienen, oder offene Überströmungen nach Aussen existieren.
Prinzipiell besteht eine Lüftungsanlage aus 2 Komponenten, dem Luft abführenden Teil und dem Luft zuführenden Teil. Bei Bedarf kann auch ein Anteil oder Zeitweise die gesamte abgeaugte Luft wieder in den Raum zurückgeführt werden. Um hier klare Verhältnisst zu haben werden die einzelen Teile einer Lüftungsanlage Eindeutig bezeichnet. Die Luft, die von Aussen angesaugt wird, bezeichnen wir als "Aussenluft = AL", Die Luft die dem Raum zugeführt wird, wird als "Zuluft = ZL" bezeichnet. Die Luft, die aus dem Raum zurückgeführt wird, ist die "Rückluft = RL", und die jenige die nach aussen (fort-) geführt wird heist "Fortluft = FL". Oft,aber nicht immer zwangsläufig gibt es noch eine Quer-Verbindung, zwischen Fortluft und Aussenluft, mit der entweder die gesamte, oder nur ein Teil der Rückluft wieder der Zuluft zugeführt wird. Dieser Teil heist "Umluft = UL". Wenn wir eine Anlage haben, die sowohl als Aussenluft-Anlage als auch als Umluft-Anlage betrieben werden soll, so müssen wir Klappen in die entsprechenden Kanäle einbauen. Wenn die Klappe im Umluft-Kanal geschlossen ist, oder ein Umluft-Kanal gar nicht exisitert, sprechen wir von einer reinen Aussenluft-Anlage. Im Umgekehrten Fall, wenn die Umluft-Klappe geöffnet ist, und die Klappe in der Aussenluft und der Fortluft geschlossen sind, bzw. gar kein Aussen- und Fortluft-Anteil existiert sprechen wir von einer reinen Umluft-Anlage.
Da der eigentliche Sinn einer Lüftungsanlage ist, die Luft die zugeführt wird gezielt zu beeinflussen, muss diese auch aufbereitet werden. Im einfachsten Fall ist dies, diese zu erwärmen. Dazu wird in den Zuluft-Kanal ein Heizregister eingebaut, das mit warmem Wasser aus einer Wärmequelle (siehe Heizung) versorgt wird. An den Luft-Einlässen in der Aussenluft und den Luft-Auslässen der Fortluft werden praktisch immer Absperrklappen eingebaut, um eine Luftströmung zu verhindern, wenn die Anlage ausgeschaltet ist und kein Schmutz oder Sonstiges in die Kanäle gelangen kann.

Wäremrückgewinnung (WRG)

Wenn man bei Lüftungsanlagen Aussenluft zuführen will, so muss man den selben Anteil an Luft auch wieder nach aussen abführen. Das hat natürlich zur Folge, dass die Wärmeenergie, die in der Fortluft entalten ist verloren geht. Dieser Effekt ist besonders stark, wenn man möglicht einen großen Teil Aussenluft, oder gar 100% Aussenluft verwenden will. Daher ist es sinnvoll die Wärmeenergie, die in der Fortluft enthalten ist, möglicht wieder der Zuluft zuzuführen. Diese Methode nennt man Wärme-Rückgewinnung. Es gibt verschiedene Möglichkeiten dies umzusetzen.
Die klassische Art einer Wärmerückgewinnung ist indem man in die Fortluft und in die Zuluft ein Register (Wärmetauscher) einbaut und eine Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe zwischen diesen Registern in einem geschlossenen Wasserkreislauf umwälzt. Die warme Fortluft erwärmt das Wasser in diesem Kreislauf, das die Pumpe dann in das Zuluft-Register (Wärmetauscher) bringt, wo dieses dann die kalte Aussenluft vorwärmt. Damit wird zumindest ein erheblicher Teil der Wärme aus der Fortluft der Aussenluft zugeführt, ohne dass man Fremdenergie zuführen muss, wenn man mal vom elektrischen Strom für die Pumpe absieht, hier dargestell als farblich markierte Komponenten. Bei der Wärmerückgewinnung ist zumindest im Winter darauf zu achten, dass bei Aussentemperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt, das Register in der Zuluft nicht einfrieren kann. Daher wird bei diesrer Art der Wärme- (Kälte-) Rückgewinnung dem Wasser im Wärmerückgewinnungs-Kreislauf Frostschutzmittel beigemischt. Natürlich hängt der Wirkungsgrad einer solchen Wärmerückgewinnung von der Größe der beiden Wärmetauscher (Register) und der umgewälzten Wassermenge ab. Der Vorteil dieser Methode ist, dass hierbei die Rückluft- und Zuluft-, bzw. Die Fortluft- und Aussenluft-Kanäle nicht unmittelbar beieinander liegen müssen. Man muss nur das umgewälzte Wasser zu den jeweiligen Registern führen. Der Nachteil dieser Art ist allerdings dass man dem Wasser ein Frostschutzmittel beimischen muss, da die Gefahr des einfrierens im Aussenluft-Register besteht. Der Wirkungsgrad ist hierbei nicht so hoch wie bei anderen Arten der Wärmerückgewinnung, da ja 2 mal eine Wäremübertragung jeweils von der Luft zum Wasser und dann vom Wasser zu Luft erfolgen muss.
Es ist daher sinnvoll die Wärme direkt zwischen den beiden Luftströmen auszutauschen. Mit einem "Kreuzstrom-Wärmetauscher" ist dies direkt realisierbar. Der Name Kreuzstromwärmetauscher kommt daher, da die beiden Luftströme hier über Kreuz aneinander vorbei geführt werden. Die beiden Luftstöme sind hier nur durch eine Wand getrennt, die eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Dadurch ist ein guter Wärmeübergang gewährleistet. Je nach Bauform erreicht man auf diese Weise eine guten Wirkungsgrad. Es ist natürlich offensichtlich, dass bei dieser Methode die beiden Luftkanäle ZL und FL sowie AL und FL direkt beieinander liegen müssen. Diese Kreuzstrom-Wärmetauscher sind besonders robust, da sie keinerlei beweglichen Teile haben und dadurch keinen Verschschleiß.
Eine weitere Bauform einer Wärmerückgewinnung ist ein rotierender Wärmetauscher. Hier wird ein Luftdurchlässiger Körper durch Drehbewegung zwischen der Aussenluft und der Fortluft, bzw der Rückluft und der Zuluft im Kreis bewegt. Wärend ein Teil des Wärmetauschers von der Rückluft durchströmt wird, wird dieser erwärmt. diese Wärme kann er dann wenn er sich mit diesem Teil in der Aussenluft befindet wieder an die Zuluft abgeben. Diese Wäremrückgewinnung ist ebenfalls sehr wirkungsvoll, da die Wärmeübergabe direkt erfolgt. Natürlich müssen auch hierbei die Luftkanäle direkt beieinander liegen.
Der Wärmetauscher mit einem Wasserkreislauf und der Rotierende Wärmetauscher können in ihrem Wirkungsgrad beeinflusst werden, wenn man die Umwälzgeschwindigleit des Wasserkreislaufes, bzw. die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Teiles entsprechend verändert. Beim Kreuzstrom-Wärmetauscher ist dies weniger möglich, da hier die Vehältnisse konstant sind. Rotierende Wärmetauscher werden hauptsächlich in der Industrie und bei großen Anlagen eingesetzt, da hier auch ein Wartungsaufwand erforderlich ist und deine gute Dichtung am Übergang zwischen den beiden Luftkanälen erforderlich ist. Generell sollte zumindest in der Aussenluft ein Luftfilter eingesetzt sein, der eine Verschmutzung verhindert.

Luft-Aufbereitung Temperatur

Die Luftaufbereitung ist eigentlich der entscheidende Faktor für eine Lüftungsanlage. Durch sie wird die Zuluft in einen Zustand versetzt, um den zu belüftenden Raum zu beeinflussen. Die einfachste Art der Luftbehandlung ist die Erwärmung der Zuluft, um den Raum entsprechend zu erwärmen, oder zumindest die Temperatur auf dem Niveau zu halten. Mit einer reinen Umluft-Anlage, geht das natürlich am einfachsten, indem man die Luft mit einem Heizregister (Wärmetauscher) erwärmt und dem Raum wieder zuführt. In der Regel will man aber den Raum auch mit Frischluft versorgen. Hierzu muss man aber eine Anlage verwenden bei dem sich zumindest ein Teil der Zuluft (ZL) dann Aussenluft ist. Wenn aber Aussenluft (AL) zugefürt wird, muss der gleiche Anteil aus der Rückluft (RL) als Fortluft nach Aussen geleitet werden, um den Lufthaushalt ausgeglichen zu halten. Die warme Luft aus der Rückluft, die dann nach aussen geht würde dann aber viel Wärme ungenutzt nach aussen bringen, was eine Energieverschwendung darstellt. Es macht daher also Sinn, die Wärme, die sich in der Rückluft befindet wieder der Zuluft zuzuführen.
Dies kann man durch verschiedene Arten der Wärme-Rückgewinnung (WRG)machen. Das ganze funktioniert sogar im Umkehrfall, also im Sommer, wenn der Raum kälter ist als die Aussenluft. Hier kann man mit der selben Anlage auch eine Kälte-Rückgewinnung erreichen, wenngleich der Wirkungsgrad hier deutlich geringer ist, als im Heizungs-Fall. Der Grund ist der geringere Temperaturunterschied zwischen Rückluft und Aussenluft im Sommer. Die Wärme-Rückgerwinnung reicht natürlich in der Regel nicht aus um die Zuluft entsprechend aufzubereiten, wie man es für den Raum benötigt. Daher werden im Zuluft-Kanal noch weitere Luftaufbereitungs Geräte eingesetzt. In hier dargestellen Fall, befinden sich noch weitere Luftaufbereitungs-Komponenten im Zuluft-Kanal. Unmittelbar nach der Aussenluftklappe ist ein Luft-Filter im Kanal eingebaut. Dieser soll Schmutz, Staub und je nach Ausführungsart evtl. auch Allergie Stoffe zurückhalten. Grobe Sachen, wie Insekten, Vögel oder Blätter werden normalerweise von einem Einlass-Gitter, noch vor der AL-Klappe zurückgehalten, das hier nicht dargestellt ist.
Nach dem Zuluft-Ventilator ist hier ein Heiz-Register eingebaut, das für die weitere Temperierung der Zuluft sorgt, die nicht von der Wärmerückgewinnung abgedeckt werden kann. Dieses Heizregister ist eigentlich ein Wärmetauscher, der mit warmem Wasser aus einer Wärmequelle versorgt wird. Wenn das Wasser in Heizregister keinen Frostschutz beinhaltet, muss natürlich sichergestellt werden, dass entweder die Wärmerückgewinnung oder dass Heizregister selbst genügend Energie verfügbar hat, damit das Heizregister nicht einfrieren kann (Frostschutz-Funktion).
Wenn mit der Lüftungsanlage nicht nur erwärmt, sondern z.B. im Sommer gekühlt werden soll, ist natürlich auch ein Kühl-Register erforderlich. Auch dieses ist wieder ein Wärmetauscher, nur dass dieses mit kaltem Wasser versorgt wird, oder einer anderen Kälte-Quelle, wie z.B. direkt aus einer Wärmepumpe.
Wenn die Luftaufbereitung nicht nur eine Erwärmung oder Kühlung beinhaltet, sonder auch eine gezielte Feuchte-Behandung, spricht man auch von einer Klima-Anlage.

Luft-Aufbereitung Temperatur und Feuchte

Eine Lüftungsanlage, die bei der Luftaufbereitung nicht nur die Temperatur, sondern auch die Feuchte gezielt beeinflusst, nennt man auch Klimaanlage.
Zu den Komponenten einer einfachen Lüftungsanlage, die praktisch immer eine Lufteritzung und manchmal auch eine Luftkühlung beinhaltet, kommt hier noch eine Luftbefeuchtung hinzu.
Zusätzlich zu dem Heiz- und Kühlregister, hat eine Voll-Klimaanlage daher noch einen Luftbefeuchter und ein Nachheizregister. Die reine Heiz- und Kühlfunktion ist zunächst identich wie in einer Lüftungsanlage.
Für die Luftbefeuchtung ist nach dem Kühlregister noch ein Luftbefeuchter eingebaut. Es gibt Sprüh- und Dampfbefeuchter. Ein Sprühbefeuchter sprüht Wasser in den Luftkanal, um dadurch die Luft mit Wasser zu befeuchten. Bei diesem Vorgang wird ein erheblicher Anteil des versprühten Wassers in Dampfform von der Luft aufgenommen. Das restliche flüssige Wasser wir mit sogenannten Prallplatten aufgefangen und abgeleitet. Bei diesem Verfahren wir keine Energie der Luft zugeführt, sonndern lediglich Wasser. Ein weiteres Befeuchtungs-Verfahren ist ein Dampfbefeuchter. Hier wird Wasser in Dampf-Form in den Lüftungskanal eingebracht. Bei diesem Verfahren ist eine stärkere Luftbefeuchtung möglich, als beim Sprüh-Befeuchter, da das Wasser bereits in Dampf-Form eingeleitet wird. Bei einem Dampfbefeuchter, wird also der Luft nicht nur Wasser, sondern auch Energie zugeführt, denn der eingeleitete Wasserdampf hat einen höheren Energieinhalt (Enthalpie) als die vorhandene Luft an dieser Stelle. Dampfbefeuchter werden allerdings nur dann eingesetzt, wenn man eine sehr starke Befeuchtung erreichen will und Wasserdampf verfügbar ist.
Luftentfeuchter funktionieren eigentlich nur indem man das Wasser in der Luft bindet. Dies wird in Luft-Trocknungsanlagen oft mit Kristallen (spezielle Salz-Kristalle) gemacht, die Wasser bis zu eine gewissen Sättigung bindet. Diese Kristalle müssen aber anschliessend wieder Entwässert werden, was man durch starkes erhitzen dieser Kristalle erreicht. Sie geben das Wasser dann wieder in Dampfform ab. Dieses Verfahren ist in Klimaanlagen aber nicht praktikabel, da viel Energie zum Austrocknen der Kristalle erforderlich ist und diese Trocknung nicht im Lüftungskanal erfolgen kann, denn sonst ist das Wasser ja wieder in dieser Luft enthalten. Man beschreiter daher beim Entfeuchten in Klimaanlagen einen anderen Weg. Man kühlt die Luft so weit ab, biss man die Kondensationsgrenze der Luft unterschreitet. Dadurch kondensiert das Wasser in der Luft und scheidet in flüssiger Form (Tröpfchenbildung) aus. Auf diese Weise wird der absolute Wassergehalt verringet, und man muss die Luft danach in einem nachgeschalteten Heizregister (Nacherhitzer) nur wieder auf die gewünschte Temperatur anheben. Auf diese Weise kann man die Luftfeuchte verringern. Allerdings ist auch dieses Verfahren Energieaufwendig, denn man muss die Luft erst kühlen und anschliessend wieder erhitzen. Daher ist in Klimaanlagen, die auch der Entfeuchtung dienen ein zweites Heizregister vorhanden, ein Vor-Erhitzer und ein Nach-Erhitzer. Ausserdem braucht man nach dem Kühlregister einen Trofenabscheider (Prallblech mit Wasserableitung, wie in einem Befeuchter auch) um das Kondensat-Wasser, das man der Luft entzogen hat, abzuleiten. Wenn ein Befeuchter bereits vorhanden ist, kann dieser die Wasser-Ableitung natürlich auch übernehmen. Dieses Verfahren ist im Artikel: Luft-Aufbereitung erklärt und beschrieben.

Die Zusammenhänjge und die Funktion einer Lüftungs-, bzw. Klimaanlage kann man sehr anschaulich an den Luftzuständen und der Luftaufbereitung erkennen.
Daher habe ich diese Zusammenhänge explizit in den Menüpunkten Luftzustände und Luftaufbereitung zusammengefass, die man im zusäzlichen Menü unter Funktionen und Begriffe findet.