Ermittlung der Auswirkungen auf die Luftqualität

03-24-2014 | HLK-Anlagen

Überprüfung der Effektivität der Wohnungslüftung in Tyler, Texas

HLK-Techniker haben die Möglichkeit, die Klimaanlagenkosten für Ihre Kunden zu senken und die Luftqualität zu verbessern – dazu sind nur ein paar schnelle Messungen beim nächsten Kundendiensteinsatz erforderlich.

Wäre es nicht großartig, eine unnötige übermäßige Lüftung in Wohngebäuden zu eliminieren, und damit die gleiche oder eine bessere Luftqualität in Innenräumen und mehr Komfort zu niedrigeren Kosten zu ermöglichen?

Das Team von Armin Rudd und Daniel Bergey von der Building Science Corporationhat sich in Partnerschaft mit der University of Texas und dem TxAIRE Institutedaran gemacht, Tests in zwei Einfamilienhäusern durchzuführen, die von der University of Texas at Tylergenau gemessen werden. (Die Bilder in diesem Artikel sind ihrer Studie entnommen.)

Die als Labor genutzten Zwillingshäuser in Tyler boten eine einzigartige Gelegenheit für einen direkten Vergleich nahezu identischer Häuser. Der Unterschied: Haus 1 hat ein belüftetes Dachgeschoss, Haus 2 hat eine unbelüftete Dachkonstruktion.

Bei diesem Test wurden die zwei Häuser im Hinblick auf den Energieverbrauch und auf die Luftqualität insgesamt verglichen. Hier sind die Ergebnisse.

Die ASHRAE-Norm

ASHRAE-Norm 62.2-2010 kann als der derzeitige Komfortstandard für die Gestaltung und den Betrieb von Entlüftungssystemen in Wohngebäuden betrachtet werden. Dennoch weist diese Norm beträchtliche Technologielücken auf. Die ASHRAE-Norm 62.2 geht von der Annahme aus, dass das gesamte Haus eine einzige, gut durchmischte Zone ist und dass es keine Unterschiede zwischen verschiedenen Lüftungssystemen für das ganze Gebäude im Hinblick auf eine wirksame Belüftung gibt. Zur Unterstützung dieser Annahme muss die Belüftungsrate hoch genug sein, um auch das System mit dem schlechtesten Wirkungsgrad, also das mit einem einzigen Lüftungskanal, einzuschließen.

Durch den Einsatz hochleistungsfähiger Systeme, die Außenluft aus einer bekannten Frischluftquelle beziehen und diese Luft dann in vollem Umfang in die Atemzone der Bewohner (einschließlich Schlafzimmer, wo sich die Bewohner am längsten kontinuierlich aufhalten) verteilen, müsste eine Optimierung der Belüftungsrate möglich sein, um die Probleme einer übermäßigen Lüftung zu vermeiden.

Eine übermäßige Lüftung verbraucht unnötig Energie und erhöht das Risiko von Beschwerden über Mängel bei Komfort und der Luftqualität in Innenräumen, die durch eine erhöhte Raumfeuchte in einem feucht-warmen Klima bedingt sind.

Leistungsfähigere Lüftungssysteme können eine unnötige übermäßige Lüftung beseitigen und damit die gleiche oder eine bessere Luftqualität in Innenräumen und mehr Komfort zu niedrigeren Kosten ermöglichen.

Ergebnisse des Hausvergleichs

In Haus 1 zeigte ein CFIS-Lüftungssystem mit zentraler Luftzufuhr, mit integriertem Lüfter und zentraler Abluftführung, die beste Gleichmäßigkeit der Luftaustauschrate in der Zone. Ein Drittel der Außenluft für das Entlüftungssystem in Haus 1 kam aus dem Dachgeschoss. Die Abluftführung wies die höchsten Partikelzahlen auf, das CFIS-System wies dank Luftfilterung die geringsten Partikelzahlen auf.

PFT-Analyse

Die Tests ergaben, dass eine Abluftanlage mit einem einzigen Lüftungskanal einer Be- und Entlüftungsstrategie für das gesamte Haus unterlegen war. Sie war deshalb unterlegen, weil die Außenluft nicht direkt aus der äußeren Umgebung stammte (ein großer Teil kam aus dem Dachgeschoss), die Belüftungsluft wurde nicht verteilt und eine Luftfilterung war nicht vorgesehen.

Ein zentrales System zur Luftumwälzung/-durchmischung kann zu einer Verbesserung der Entlüftungsanlage mittels Verteilung und Filterung beitragen. Im Gegensatz dazu zeigten die balancierten Zu- und Abluftanlagen, dass die Zuführung von Außenluft von einer bekannten Stelle aus dem Freien sowie das Filtern und die Verteilung dieser Luft deutliche Vorteile bringt.

In Haus 1 (belüftetes Dachgeschoss) senkten alle Lüftungssysteme die Formaldehyd-Konzentration unter den Innenraum-Basiswert, der etwa 20 Mal höher als außen zu erwarten lag. Eine rein abluftgeführte Belüftung konnte die Formaldehyd-Konzentration im Innenraum am wenigsten senken, bessere Erfolge zeigen eine Belüftung mit Umwälzung, dann ein CFIS-System (zentrale Luftzufuhr mit integriertem Lüfter) und dann ein ERV-System (Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung). Im Allgemeinen erreichten in beiden Häusern die CFIS- und ERV-Systeme eine Senkung der Formaldehyd-Konzentration von 60 bis 70 Prozent über die Abluft.

HCHO-Analyse

Durchführung der Partikel-Probenahme aus der Umgebungsluft

In dem quasi-stationären 12-Stunden-Zustand jedes FCKW-Tracer-Testzeitraums wurde eine Probenahme von Feinstaubpartikeln in der Luft in der Hauptzone (Gemeinschaftsräume) und in der Schlafzimmerzone jedes Hauses durchgeführt. Bei einigen Tests erfolgte eine zusätzliche Partikel-Probenahme im Außenbereich sowie in den Garagen und im Dachgeschoss. Die Partikel wurden bezüglich sechs Partikelgrößen überwacht (0,3, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0, 10,0 Mikrometer), mit einem Partikelzähler Fluke 985.

Der Partikelzähler hat eine Zähleffizienz von 50 % bei 0,3 µm und von 100 % bei Partikeln > 0,45 µm. Die Fließgeschwindigkeit liegt bei 2,83 l/min. Das Messgerät wurde zur Durchführung von 48 Zyklen von 15-Minuten-Proben während der zweiten 12-Stunden-Periode jedes Tests programmiert, sodass ein Probenvolumen von 42,45 l in jedem Zyklus gesammelt wurde. Die Daten wurden elektronisch erfasst und zur Analyse in ein Arbeitsblatt importiert. Nur die letzten 21 15-Minuten-Partikelzählungszyklen (Zyklus 20 bis 40) oder die letzten 5,25 Stunden vor dem erneuten Betreten des Hauses durch die Forscher wurden für die Analyse herangezogen. Damit wurde das Ziel verfolgt, die Daten zu untersuchen, die dem quasi-stationären Zustand am besten entsprachen, und die Partikellast zu isolieren, die auf den Betrieb der verschiedenen Lüftungssysteme durch die Interaktion eines Bewohners (Forschers) zurückgeht. Die Interaktion der Bewohner kann signifikant sein, insbesondere bei größeren Partikelgrößen.

Partikelzähleranalyse

Gewonnene Erkenntnisse

  • Im Vergleich mit den Abluftanlagen zeigen die CFIS- und ERV-Systeme eine bessere Verteilung der Belüftungsluft und geringere Konzentrationen von Partikeln, Formaldehyd und anderen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC).
  • Die prozentuale Verbesserung durch die Systeme wurde auf der Basis von vier Systemfaktorkategorien geschätzt: Ausgleich, Verteilung, Quelle der Außenluft und Umwälzungsfilterung.
  • Die empfohlenen Systemfaktoren können angewendet werden, um die Luftvolumenströme des Gebläses bezogen auf die ASHRAE-Norm 62.2-2010 zu reduzieren, um so Energie zu sparen und das Risiko der Feuchteregulierung in feuchtem Klima zu reduzieren.
  • Die Prognose für die Energieeinsparung bei der HLK-Anlage liegt bei 8 bis 10 Prozent oder 50 $ bis 75 $ pro Jahr.

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