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SpringerWienNewYork
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Baukonstruktionen Band 16 Herausgegeben von Anton Pech
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Anton Pech Klaus Jens Lüftung und Sanitär
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Dipl.-Ing. Dr. techn. Anton Pech Dipl.-Ing. Klaus Jens Wien, Österreich
Der Abdruck der zitierten ÖNORMen erfolgt mit Genehmigung des Österreichischen Normungsinstitutes, Heinestraße 38, 1020 Wien. Benutzungshinweis: ON Österreichisches Normungsinstitut, Heinestraße 38, 1020 Wien, Tel. ++43-1-21300-805, Fax ++43-1-21300-818, E-mail:
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Mit zahlreichen (teilweise farbigen) Abbildungen
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ISSN 1614-1288
ISBN-10 3-211-25252-5 SpringerWienNewYork ISBN-13 978-3-211-25252-9 SpringerWienNewYork
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VORWORT ZUR 1. AUFLAGE Die Fachbuchreihe Baukonstruktionen mit ihren 17 Basisbänden stellt eine Zusammenfassung des derzeitigen technischen Wissens bei der Errichtung von Bauwerken des Hochbaues dar. Es wird versucht, mit einfachen Zusammenhängen oft komplexe Bereiche des Bauwesens zu erläutern und mit zahlreichen Plänen, Skizzen und Bildern zu veranschaulichen. Der vorliegende Band “Lüftung und Sanitär” aus dem Fachbereich der technischen Gebäudeausrüstung soll zur angemessenen und zeitgerechten Berücksichtigung von Lüftungs- und Klimaanlagen sowie von Sanitärinstallationen bei der Gebäudeplanung beitragen. Beschreibungen von Anlagenkomponenten und deren Funktionsweisen erleichtern das Verständnis für die Vielfalt von Kombinationsmöglichkeiten und bieten Hinweise zur angemessenen Berücksichtigung baulicher Vorkehrungen. Für die Raumlüftung werden vielfältige technische Möglichkeiten aufgezeigt und Entscheidungshilfen für den Einsatz von Wärmerückgewinnungsanlagen angeboten. Die nach den Bestimmungen von ENNormen erforderlichen Rechenwerte zur Grobbemessung von Lüftungs-, Klima- und Entwässerungsanlagen sind auszugsweise angeführt.
VII
Fachbuchreihe BAUKONSTRUKTION Band
1:
Bauphysik
Band
2:
Tragwerke
Band
3:
Gründungen
Band
4:
Wände
Band
5:
Decken
Band
6:
Keller
Band
7:
Dachstühle
Band
8:
Steildach
Band
9:
Flachdach
Band 10:
Treppen / Stiegen
Band 11:
Fenster
Band 12:
Türen und Tore
Band 13:
Fassaden
Band 14:
Fußböden
Band 15:
Heizung und Kühlung
Band 16:
Lüftung und Sanitär 䊳 䊳 䊳 䊳 䊳 䊳 䊳 䊳
Band 17:
EN
Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik Lüftungs- und Klimaanlagen Wärmerückgewinnung Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen Definitionen zur Sanitärtechnik Wasserversorgung Entwässerung Planung von Sanitäranlagen
Elektro- und Regeltechnik
IX
INHALTSVERZEICHNIS 160.1 Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.1 Geschichtliches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.2 Luftbestandteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.3 Luftbedarf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.4 Behaglichkeitskriterien für Luftzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.5 Luftzustandsänderung – Psychrometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.6 Natürliche Lüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.7 Mechanische Lüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.8 Luftführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.9 Schalltechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.1.10 Schwingungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2 Lüftungs- und Klimaanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.1 Bezeichnungen und Sinnbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.2 Lüftungsklappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.2.1 Absperrklappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.2.2 Regulierklappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.2.3 Volumenstromregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.2.4 Brandschutzklappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.3 Luftfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.3.1 Partikelfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.3.2 Sorptionsfilter (Aktivkohlefilter) . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.3.3 Reinraumtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.3.4 Lamellenrohr-Wärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . 160.2.4 Luftbefeuchter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.4.1 Zerstäubungsbefeuchter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.4.2 Kontaktbefeuchter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.4.3 Dampfbefeuchter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5 Ventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.1 Radialventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.2 Axialventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.3 Antriebsleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.4 Drehzahländerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.5 Leitungsnetzkennlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.6 Ventilatorkennlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.7 Betriebspunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.5.8 Körperschalldämmung und Schwingungsisolierung 160.2.5.9 Schallleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.6 Schalldämpfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.7 Luftleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.7.1 Mindestanforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.7.2 Anforderungen an die Luftdichtheit . . . . . . . . . . . . . 160.2.7.3 Zugänglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.7.4 Luftwiderstand gerader Luftleitungen . . . . . . . . . . . 160.2.7.5 Luftwiderstand von Formstücken . . . . . . . . . . . . . . 160.2.8 Luftdurchlässe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.8.1 Wetterschutzgitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.8.2 Wandluftdurchlässe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.8.3 Deckenluftdurchlässe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 1 1 3 6 8 16 17 19 23 32 35 35 37 37 37 38 38 39 39 40 41 42 44 44 45 46 46 46 46 47 48 48 48 48 49 49 50 51 52 53 54 55 56 58 58 58 59
X
160.3
160.4
160.5
160.6
160.7
160.8
Inhaltsverzeichnis
160.2.8.4 Schlitzluftdurchlässe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.8.5 Bodenluftdurchlässe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.2.8.6 Quellluftauslässe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wärmerückgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.3.1 Plattenwärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.3.2 Wärmerohr-Wärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.3.3 Kreislaufverbund-Wärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.3.4 Rotations-Wärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.3.5 Wärmepumpeneinsatz zur Wärmerückgewinnung . . . . . . . . . 160.3.6 Erdwärmeaustauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.4.1 Luftmengenbemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.4.2 Luftverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.4.3 Druckverlustermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.4.4 Luftzustandsänderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.4.5 Antriebsleistungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.4.6 Schall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.4.7 Technikräume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Begriffsbestimmungen zur Sanitärtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.5.1 Trinkwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.5.2 Nutzwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.5.3 Löschwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.5.4 Schmutzwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.5.5 Regenwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wasserversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.6.1 Bezeichnungen und Sinnbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.6.2 Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.6.3 Armaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.6.4 Wassererwärmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.6.5 Wasseraufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.6.6 Wasserbevorratung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.6.7 Löschwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwässerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.1 Bezeichnungen und Sinnbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.2 Trenn- und Mischsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.3 Rohrleitungsführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.4 Putzstücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.5 Rohrleitungszubehör . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.5.1 Rohrverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.5.2 Geruchsverschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.5.3 Bodenwasserabläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.5.4 Montageelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.6 Abwasserhebeanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.7.7 Abscheideranlage für Leichtflüssigkeiten Fette . . . . . . . . . . . . Planung von Sanitäranlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.8.1 Rohrleitungsschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.8.2 Trink- und Nutzwasserleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.8.3 Wassererwärmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.8.4 Schmutzwasserleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160.8.5 Lüftungsleitungen in Entwässerungsanlagen . . . . . . . . . . . . . 160.8.6 Bemessung von Regenwasserleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . .
59 60 60 69 69 70 71 72 74 75 77 78 78 81 84 86 87 88 95 95 95 95 96 98 99 99 101 103 106 109 112 112 121 121 121 122 128 130 130 131 132 133 133 134 137 137 138 140 142 148 149
XI
Inhaltsverzeichnis
160.8.7 160.8.8
Putzschächte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Löschwasserversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
151 152
Quellennachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
155
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
157
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
162
1
160.1 GRUNDLAGEN DER LÜFTUNGS- UND KLIMATECHNIK 160.1.1 GESCHICHTLICHES Lüftungstechnische Vorkehrungen werden bei jedem Bauwerk mit Aufenthaltsräumen erforderlich, die durch luftdichte Raumumschließungsflächen von der Außenluft abgeschlossen sind. Als unentbehrliche Funktionselemente von Bauwerken haben sich diese gemeinsam mit zahlreichen Verfahren zur Gestaltung von Bauwerkshüllen historisch entwickelt. Eine intensive Bearbeitung dieses Fachgebietes auf wissenschaftlicher Grundlage ergab sich mit der Berufung des erfolgreichen Unternehmers Hermann Rietschel (1847–1914) als Ordinarius am ersten ordentlichen Lehrstuhl im Fach Heizung und Lüftung an der Königlichen Technischen Hochschule Berlin im Jahr 1885. Zu dieser Zeit war Rietschel unter anderem als Gutachter und Berater zur Beurteilung der Entwürfe für die Heizungs- und Lüftungsanlagen des neuen Reichstagsgebäudes in Berlin tätig. Mit dem von ihm herausgegebenen Leitfaden zum Berechnen und Entwerfen von Lüftungs- und Heizungsanlagen wurde er weit über die Grenzen Deutschlands hinaus bekannt [8]. 1896 erfolgte die Berufung von Richard Mollier (1863–1935) an die Universität Göttingen als Professor für angewandte Physik und Maschinenlehre, 1897 nahm Mollier einen Ruf nach Dresden an. Seine ab dem Jahr 1904 in der VDI-Zeitschrift veröffentlichten „Neuen Diagramme für Wasserdampf“ wurden in Fach- und Handbücher übernommen und somit Allgemeingut der Ingenieure in der ganzen Welt. Im Jahr 1906 gelang dem damals 28-jährigen amerikanischen Elektroingenieur Willis Haviland Carrier (1876–1950) mit einem von ihm konzipierten „Luftaufbereitungsapparat“ unter anderem die geregelte Luftentfeuchtung für eine Druckereihalle der „Sackett-Wilhelms Lithographing and Publishing Company“, wodurch in diesem Druckereibetrieb der Ausschuss erheblich verringert werden konnte. Diese erste industriell hergestellte Klimaanlage ermöglichte ganzjährig eine konstante Luftfeuchtigkeit von 55% relativer Luftfeuchtigkeit bei Begrenzung der Raumlufttemperaturen auf minimal +21° C im Winter und auf maximal +25° C im Sommer. Sie begrenzte die Lufttemperatur, regelte die Luftfeuchtigkeit, steuerte die Lufterneuerung und reinigte die Luft. 1907 wurde die Carrier Air Conditioning Company of America gegründet. Willis Carrier konzipierte Typenkataloge, arbeitete an einem klimatechnischen Handbuch, automatisierte eine „Taupunktregelung“ und präzisierte die Kühllastberechnung, wobei Klimaanlagen zunächst in Industriebetrieben zum Einsatz kamen. Neben seiner erfolgreichen unternehmerischen Tätigkeit hat Carrier auch durch Veröffentlichung seiner „psychrometrischen Formeln“ im Jahr 1911 zur Entwicklung der Klimatechnik wesentlich beigetragen. 1926 wurde von seinem Unternehmen das erste Bürogebäude klimatisiert, 1928 das erste Hochhaus. Ab 1930 kamen Klimaanlagen bereits in Autobussen, Bahnen und Schiffen zum Einsatz [7].
160.1.2 LUFTBESTANDTEILE Trockene Luft besteht aus einem Gemisch verschiedener permanenter Gase, deren Zusammensetzung sich an der Erdoberfläche örtlich und zeitlich nur geringfügig verändert und folgenden Kennwerten entspricht:
2
Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Tabelle 160.1-01: Zusammensetzung unbelasteter Außenluft [ Vol. % ]1)
Gas Sauerstoff Stickstoff Argon Kohlendioxid Wasserstoff 1)
[ ppm ]2)
20,93 78,10 0,93 0,03 0,01
O2 N2 Ar CO2 H2
209300 781000 9300 300 100
Volumsprozent (1 Vol. % = 10000 ppm); 2) Part per million (1 ppm = 1/106)
Bis zu einem Volumsanteil von maximal 4% kann Luft auch noch Wasserdampf in unterschiedlicher Menge beinhalten [6]. In Abhängigkeit von der Umgebung, Jahreszeit und Witterung kann Luft darüber hinaus auch noch zahlreiche Gase, Dämpfe und Partikel in geringen Mengen enthalten. Manche dieser Stoffe können bei Überschreitung bestimmter Einwirkzeiten und verhältnismäßig geringer Konzentrationswerte Menschen, Tiere und Pflanzen schädigen und werden als Luftschadstoffe bezeichnet. Zum Schutz der menschlichen Gesundheit wurden deshalb beispielsweise durch ein österreichisches Immissionsschutzgesetz folgende Grenzwerte für besondere Luftschadstoffe festgelegt: Tabelle 160.1-02: Immissionsgrenzwerte für die menschliche Gesundheit [17] Luftschadstoff
HMW
Schwefeldioxid Kohlendioxid Stickstoffoxid Partikel Blei in PM10 Benzol
SO2 CO NO2 PM10 Pb C6H6
Immissionsgrenzwerte [ mg/m3Luft ] MW8 TMW JMW
0,20
0,12 10
0,20 0,05
0,0400 0,0005 0,0050
HMW Halbstundenmittelwert; MW8 Achtstundenmittelwert (gleitende Auswertung, halbstündige Schrittfolge); TMW Tagesmittelwert; JMW Jahresmittelwert; PM10 Partikel mit mittlerem Partikeldurchmesser von 10 mm (Feinstaub)
Als Staub werden alle in der Luft fein verteilten Feststoffe beliebiger Form, Struktur und Dichte bezeichnet. In Abhängigkeit von den Teilchengrößen unterscheidet man folgende Staubarten: Tabelle 160.1-03: Staubarten [6] Staubbezeichnung
Teilchengröße [ mm ]
Grobstaub Feinstaub Feinststaub
> 10 1–10 <1
Der Gehalt an Staubteilchen in der atmosphärischen Luft verändert sich in Abhängigkeit von Wind, Regen, Tages- und Jahreszeit. In Städten ist er höher als auf dem Lande. Der in normaler Luft enthaltene Grobstaub beeinträchtigt die Atmung, verursacht jedoch keine gesundheitlichen Schädigungen, weil er durch die Schleimhäute in den Atmungswegen weitgehend zurückgehalten wird. Gewerblicher Staub hingegen kann gefährlich werden, wie beispielsweise in steinverarbeitenden Betrieben (Silikose) oder bei Asbestverarbeitung (Asbestose). Feinstaub ist stets gesundheitsschädlich, da er in die menschliche Lunge eindringt und dort abgelagert wird. Eine gefährliche Emissionsquelle derartigen Feinstaubes besteht in der Rußemission von Dieselmotoren, die nicht mit Partikelfiltern ausgerüstet sind.
Luftbedarf
3
Keime sind pflanzliche oder tierische Kleinlebewesen in kugelförmiger, zylindrischer, spiral- oder fadenförmiger Gestalt (bis 1 µm Dicke und 5 µm Länge), die sich durch Teilung unter bestimmten Umgebungsbedingungen rasch vermehren können (z.B. Spaltpilze). Keime haften vorwiegend an Staubteilchen > 2 µm. Mit der Zunahme des Staubgehaltes der Luft nimmt deshalb auch der Keimgehalt der Luft zu. Krankheitserregend ist nur ein geringer Teil der Keime. Blütenstaub und Pollen können bei dafür empfindlichen Menschen Allergien auslösen.
160.1.3 LUFTBEDARF Der menschliche Körper kann der eingeatmeten Luft Sauerstoff entziehen und diesen zur Oxidation (Verbrennung) von Nahrungsmitteln einsetzen, die ihm als Energieträger dienen. Bei dem Oxidationsprozess wird der Energieträger unter Freisetzung von Energie für vielfältige Lebensfunktionen umgewandelt. Als Umwandlungsprodukte entstehen dabei Wasser und Kohlendioxid. Langfristig betrachtet wird sowohl die Masse der vom Körper aufgenommenen Nahrungsmittel und des Sauerstoffes als auch der mit den Nahrungsmitteln aufgenommene Energieinhalt wieder in umgewandelter Form an die Umgebung abgegeben. Abbildung 160.1-01: Energieumsatz eines erwachsenen Menschen
Ein Luftvolumenstrom von 0,36 m3/h (= 0,1 Liter/Sekunde) enthält bereits den Sauerstoffbedarf eines erwachsenen Menschen [6] ohne körperliche Tätigkeit, bei Extrembelastung kann dieser Wert auf bis zu 9 m3/h steigen. Die von Menschen ausgeatmete Luft enthält im Mittel [6] etwa 17 Vol.% O2 und 4 Vol.% CO2. Untersuchungen über den menschlichen Luftbedarf wurden erstmals vom Münchner Professor Max Josef von Pettenkofer (1818–1901) auf naturwissenschaftlich-experimenteller Grundlage durchgeführt. Aus der Erfahrung eines weitgehend gleichförmigen Verlaufes von CO2-Konzentration und Geruchsintensität in Aufenthaltsräumen hat Pettenkofer für gasförmige Luftverunreinigungen den CO2Gehalt der Luft als Indikator eingeführt und als brauchbares Kriterium für gute Raumluft eine CO2-Konzentration von 0,1 Vol.% bzw. 1000 ppm CO2 vorgeschlagen. Dieser seit dem Jahr 1870 als „Pettenkofer-Zahl“ bekannte Wert wird seither weitgehend als Luftgüteindikator anerkannt.
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Tabelle 160.1-04: Kennwerte für den CO2-Gehalt der Luft Beschreibung Konzentration der ausgeatmeten Atemluft von Menschen MAK-Wert (maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration) Pettenkofer-Zahl als Luftqualitätsindikator Konzentration schadstoffreicher Außenluft (z.B.: Großstadt) Konzentration schadstoffarmer Außenluft
CO2 [ Vol. % ]
[ ppm ]
5,00 0,50 0,10 0,05 0,04
50000 5000 1000 500 350
Die CO2-Konzentration von Raumluft kann man auf einfache Weise durch Zuführung unbelasteter Außenluft vermindern. Die für Aufenthaltsräume erforderliche stündliche Außenluftmenge ist vom Aktivitätsgrad und vom Verhalten der Raumbenutzer (z.B. Raucher) abhängig. Je nach Kategorie der Raumluftqualität liegen die genormten Richtwerte [80] der personenbezogenen Außenluftvolumenströme für Aufenthaltsräume ohne Raucherlaubnis im Bereich von Mindest-Außenluftvolumenstrom = 18 bis 72 m3/h je Person. Für Räume mit Raucherlaubnis wird empfohlen, den Mindest-Außenluftvolumenstrom wesentlich zu erhöhen, da in Vergleich zu einem Nichtraucher ein mehr als 6-facher Mindest-Außenluftvolumenstrom erforderlich ist, um annähernd gleiche Verhältnisse zu erreichen [99]. Für das Verhältnis der einem Raum stündlich zugeführten Außenluftmenge zu seinem Volumen hat sich der Begriff „Luftwechsel“ (nL) mit der Dimension [h–1] eingebürgert. Erfahrungsgemäß ergeben sich auch bei geschlossenen Fenstern und Türen in Aufenthaltsräumen Luftwechsel in der Größenordnung von nL = 0,3 bis 0,6 h–1 bei Winddruck auf die Gebäudehülle auf Grund von Luftundichtheiten der Raumumschließungsflächen oder durch thermische Auftriebskräfte im Gebäude. Nutzerbeschwerden, die auf unzureichende Raumlüftung zurückzuführen sind, werden in der Fachliteratur als „Thight Building Syndrom“ gekennzeichnet. Bei Außenluftwechseln von nL > 0,5 h–1 sind derartige Beschwerden kaum zu erwarten [6]. Eine Bewertung der Raumluftqualität betrifft nicht nur Verunreinigungen, welche die Gesundheit des Menschen beeinträchtigen, sondern auch solche, die lediglich als unbehaglich, unangenehm oder irritierend empfunden werden. Luftqualität wird von Menschen sowohl durch einen „Geruchssinn“ als auch durch einen „chemischen Sinn“ wahrgenommen [6]. Abbildung 160.1-02: Die menschliche Nase
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Luftbedarf
Der Geruchssinn befindet sich in der Nasenhöhle und ist empfindlich gegenüber einer großen Zahl von Geruchsstoffen. Der chemische Sinn wird durch freie Nervenenden vermittelt, die sich in den Schleimhäuten von Auge, Nase, Mund und Rachen befinden, und ist für eine ähnlich große Zahl von Reizstoffen empfindlich. Es ist immer die Kombination dieser beiden Sinne, die den Menschen die Luft als frisch und angenehm oder abgestanden und muffig empfinden lässt, möglicherweise mit Reizwirkungen auf die Schleimhäute. Eine herausragende Eigenschaft der menschlichen Nase ist dabei ihre extrem hohe Empfindlichkeit für niedrige Konzentrationen chemischer Substanzen, verglichen mit der Empfindlichkeit physikalischer Messgeräte. Durch zu geringe Außenluftwechsel können sich überhöhte Konzentrationen verschiedener Luftschadstoffe ergeben. Manche dieser Schadstoffe lösen bei dafür empfindlichen Personen Allergien aus. Bei einer Beurteilung der Raumluftqualität sind folgende Belastungsfaktoren besonders zu beachten: • • • • •
unangenehme Gerüche, hohe Luftfeuchtigkeit, hoher CO2-Gehalt, hoher Staubgehalt (Partikel), bedenklicher Gehalt an „VOC“-Substanzen.
Unter den Begriffen „VOC“ („Volatile Organic Compounds“) werden flüchtige organische Verbindungen und unter „MVOC“ („Microbial Volatile Organic Compounds“) Aerosolkomponenten mikrobiologischer Herkunft mit akuten und chronischen Wirkungen verstanden. Für zahlreiche Substanzen dieser Art gilt, dass ihre Wirkungen im Aerosol noch weitgehend unaufgeklärt sind. Im Gegensatz zu toxischen (vergiftenden) Belastungen betreffen allergene Belastungen nur entsprechend sensibilisierte Menschen. In der Raumluft können folgende Substanzen Allergien auslösen: • • • •
Pollen, Schimmelpilzsporen, Ausscheidungen von Staubmilben, Ausscheidungen von Haustieren.
Für Raumluftqualitäten werden in ÖNORM EN 13779 [80] vier Kategorien (RAL) beschrieben und personenbezogene Außenluftvolumenströme angeführt, bei deren Einhaltung mit einem Erreichen der entsprechenden Raumluftkategorie in Aufenthaltsräumen gerechnet werden kann. Tabelle 160.1-05: Personenbezogene Außenluftvolumenströme – ÖNORM 13779 [80] Raumluftqualität Klassifikation CO2-Konzentration [ ppm CO2 ]
Außenluftvolumenstrom je Person Nichtraucherbereich Raucherbereich [ m3/(h·Pers) ] [ m3/(h·Pers) ]
Kategorie
Beschreibung
üblicher Bereich
Standardwert
üblicher Bereich
Standardwert
üblicher Bereich
Standardwert
RAL 1
spezielle Raumluftqualität
< 400
350
> 54
72
> 108
144
RAL 2
hohe Raumluftqualität
400–600
500
36–54
45
72–108
90
RAL 3
mittlere Raumluftqualität
600–1000
800
22–36
29
43–72
58
RAL 4
niedrige Raumluftqualität
> 1000
1200
< 22
18
< 43
36
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Für die Bemessung von Lüftungsanlagen werden üblicherweise Situationen angenommen, bei welchen sich besonders viele Personen gleichzeitig in den zu lüftenden Räumen aufhalten. Für eine angemessene Einschätzung dieser Situationen werden in ÖNORM EN 13779 folgende Auslegungskriterien angeführt: Tabelle 160.1-06: Auslegungskriterien für die Netto-Bodenfläche je Person Nutzungsart
Bodenfläche1) je Person [ m2/Pers ] üblicher Bereich Standardwert
Großraumbüro Einzel- und Gruppenbüro Sitzungsraum Kaufhaus Klassenraum Krankenhausstation Hotelzimmer Restaurant
7 8 2 3 2 5 5 1
1)
bis bis bis bis bis bis bis bis
20 12 5 8 5 15 20 5
12,0 10,0 3,0 4,0 2,5 10,0 10,0 1,5
Nettobodenfläche je Raum
Eine akzeptable Luftqualität lässt sich in Aufenthaltsräumen durch Lufterneuerung in Abhängigkeit von der Anzahl jeweils anwesender Personen erreichen. Bei wesentlicher Unterschreitung der in Tabelle 160.1-05 angeführten personenbezogenen Außenluftvolumenströme können sich Beschwerden ergeben, wobei zunächst über Müdigkeit, Konzentrationsschwäche und Kopfschmerzen geklagt wird. Durch Überschreitung dieser personenbezogenen Außenluftvolumenströme ergibt sich keine weitere Verbesserung der Raumluftqualität. Während der Heiz- und Kühlperioden ist für die Luftaufbereitung bei übertriebener Lufterneuerung mit erheblichem Energiebedarf zu rechnen, dem keinerlei Nutzen gegenübersteht. Lüftungsanlagen sollten deshalb möglichst selbsttätig bedarfsabhängig betrieben werden. Mit intelligenten Anlagensteuerungen kann man sowohl die Lüftung unbenutzter Aufenthaltsräume als auch die Lüftung von schwach besetzten Aufenthaltsräumen an den jeweiligen Lufterneuerungsbedarf anpassen und damit übermäßigen und nutzlosen Lüftungsbetrieb vermeiden.
160.1.4 BEHAGLICHKEITSKRITERIEN FÜR LUFTZUSTÄNDE Innerhalb von Aufenthaltsräumen wird nach den Bestimmungen der ÖNORM EN 13779 [80] jener Bereich als „Aufenthaltsbereich“ definiert, in dem alle Anforderungen an das Raumklima zu erfüllen sind. Das bedeutet, dass in diesem Bereich alle in dieser Norm angeführten Behaglichkeitskriterien zu erfüllen sind. Die Festlegung eines Aufenthaltsbereiches wurde erforderlich, weil es in unmittelbarer Nähe der Raumumschließungsflächen kaum möglich ist, alle diese Behaglichkeitskriterien zu erfüllen. Bei einer bestimmten Bekleidung, Aktivität und Luftgeschwindigkeit wird das thermische Behaglichkeitsempfinden von der so genannten „operativen Temperatur“ beeinflusst. Mit dieser „operativen Temperatur“ wird nicht nur der Einfluss der Raumlufttemperatur, sondern auch jener von Raumumschließungsflächen auf das menschliche Behaglichkeitsempfinden berücksichtigt. In den meisten Anwendungsfällen mit geringer Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich (< 0,2 m/s) und bei geringen Unterschieden zwischen Raumlufttemperatur und mittlerer Strahlungstemperatur (< 4 K) lässt sich die „operative Temperatur “ nach folgender Gleichung ermitteln:
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Behaglichkeitskriterien für Luftzustände
(160.1-01) θo θa θr
operative Temperatur Raumlufttemperatur bzw. lokale Lufttemperatur mittlere Strahlungstemperatur aller Oberflächen im betrachteten Raum (Wände, Fußboden, Decke, Fenster, Heizkörper, …)
[°C] [°C] [°C]
Tabelle 160.1-07: Definition des Aufenthaltsbereiches Abstand von folgenden Innenflächen Fußboden (untere Begrenzung) Fußboden (obere Begrenzung) Außenfenster und -türen Heiz- und/oder Klimageräte Außenwand Innenwand Türen, Durchgangsbereiche
üblicher Bereich [ m ] A B C D E F G
0,00 bis 0,20 1,30 bis 2,00 0,50 bis 1,50 0,15 bis 0,75 0,15 bis 0,75 0,15 bis 0,75 besondere Vereinbarung
Standardwert [ m ] 0,05 1,80 1,00 1,00 0,50 0,50
Für Bürogebäude werden in ÖNORM EN 13779 [80] und ÖNORM H 6000-3 [99] beispielsweise folgende operative Temperaturen für den Fall angeführt, dass keine anderen Vereinbarungen getroffen wurden: Tabelle 160.1-08: Operative Temperatur für Bürogebäude [80][99] Bedingungen
operative Temperatur θo üblicher Bereich [ ° C ] Standardwert [ ° C ]
Winterbetrieb mit Heizung Sommerbetrieb mit Kühlung 1) 2)
19 23
bis bis
24 26
211) 262)
Bei Auslegungsbedingungen im Winter: Mindesttemperatur am Tag Bei Auslegungsbedingungen im Sommer: Höchsttemperatur am Tag
Weitere Angaben zur operativen Temperatur sind den ÖNORMEN EN ISO 7726 [84] und EN ISO 7730 [85] zu entnehmen. Für das thermische Behaglichkeitsempfinden werden in der ÖNORM H 6000-3 [99] folgende Grenzwerte für die relative Luftfeuchtigkeit angegeben: Tabelle 160.1-09: Behaglichkeitsgrenzen für Luftfeuchtigkeit [99] Luftfeuchtigkeitsart relative Luftfeuchtigkeit (r.F.) absolute Luftfeuchtigkeit (a.F.)
unterer Grenzwert [%] [ g/kg ]
35 6,5
oberer Grenzwert 65 11,5
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Die Einhaltung der unteren Grenze von 30% relativer Luftfeuchtigkeit wird empfohlen, um trockene Augen und Schleimhautreizungen zu vermeiden. Die mit 70% r.F. festgelegte obere Behaglichkeitsgrenze hat Einfluss auf die Wärmeabgabe des menschlichen Körpers über Verdunstung und dient der Vermeidung von schwülebedingtem Hitzestau. Innerhalb der angeführten Grenzen hat die Raumluftfeuchtigkeit keine Auswirkungen auf das Behaglichkeitsempfinden. Als Behaglichkeitskriterium werden in ÖNORM EN 13779 [80] für die lokale Luftgeschwindigkeit folgende Auslegungswerte angeführt, die im Aufenthaltsbereich nicht überschritten werden dürfen: Tabelle 160.1-10: Auslegungswerte für die lokale Luftgeschwindigkeit lokale Lufttemperatur θa [°C] 20 21 22 24 26
lokale Luftgeschwindigkeit1) ν üblicher Bereich2) [ m/s ] Standardwert3) [ m/s ] 0,10 0,10 0,11 0,13 0,15
bis bis bis bis bis
0,16 0,17 0,18 0,21 0,25
0,13 0,14 0,15 0,17 0,20
1)
Mittelwerte bei einer Messung über 3 Minuten nach EN 13182 [77]; 2) Zugluftrisiko DR = 10% bis 20% nach EN ISO 7730 [85]; 3) Zugluftrisiko DR = 15% nach EN ISO 7730 [85]. Bei individueller Luftvolumenstromregelung oder zeitlich begrenzter Intensivlüftung sind höhere Werte zulässig.
160.1.5 LUFTZUSTANDSÄNDERUNG – PSYCHROMETRIE Mit Luftfeuchtigkeit wird das in der Luft enthaltene Wasser bezeichnet. In dampfförmigem Zustand ist Wasser in Form kleiner Wassertröpfchen bis etwa 100 µm Durchmesser als Nebel sichtbar. In gasförmigem Zustand ist das in der Luft enthaltene Wasser unsichtbar. Dem Verständnis für die unterschiedliche Wasseraufnahmefähigkeit der Luft möge folgendes fiktive Experiment dienen:
Versuchsanordnung Das erdachte Experiment soll bei einem während der Versuchdauer unveränderten Luftdruck von etwa 100 kPa durchgeführt werden. In einem auf einer Waage aufgestellten transparenten Luftbehälter (mit einem Volumen von ca. 0,85 m3) wird 1 kg trockene Luft eingeschlossen. Die Lufttemperatur im Behälter kann an einem Thermometer abgelesen werden. Der Luftbehälter ist mit einer Sprühvorrichtung ausgerüstet, über welche in den Luftraum Wasser als feiner Nebel versprüht werden kann. Das versprühte Wasser wird einem Wasserbehälter entnommen, der ebenfalls auf einer Waage angeordnet ist.
Versuch 1 Vor dem Versuch haben sowohl das Wasser als auch die Luft eine Temperatur von +20° C. In einem angenommenen ersten Versuchsdurchgang werden 2 g Wasser in den Luftraum versprüht. Weil zwischen dem Luftbehälter und dessen Umgebung kein Wärmeaustausch erfolgt, wird dieser Vorgang als „adiabatische Luftbefeuchtung“ bezeichnet. Als Versuchsergebnis kann an den beiden Waagen daraufhin abgelesen werden, dass das Gewicht des Wasserbehälters um 2 g abgenommen und jenes des Luftbehälters um 2 g zugenommen hat. Das in den Luftbehälter versprühte Wasser ist dort nicht mehr sichtbar. Die Luft im Luftbehälter hat sich bei dem Sprühvorgang von +20° C auf +15° C abgekühlt. Für den Luftzustand im Luftbehälter wird das Versuchsergebnis in nachstehendem Diagramm mit Lufttemperatur in ° C als Abszisse und absoluter Luftfeuchtigkeit in Gramm Wasserdampf je kg Luft als Ordinate eingetragen.
Luftzustandsänderung – Psychrometrie
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Abbildung 160.1-03: Luftbefeuchtung
Versuch 2 In einem angenommenen zweiten Versuchsdurchgang werden abermals 2 g Wasser in den Luftraum versprüht. Im Luftbehälter sinkt die Lufttemperatur daraufhin von +15° C auf +10° C ab. Das in den Luftbehälter versprühte Wasser bleibt ebenfalls unsichtbar.
Versuch 3 Nachdem abermals 2 g Wasser in den Luftraum versprüht worden sind, sinkt die Lufttemperatur im Luftbehälter von +10° C auf +5,5° C ab, und es wird im Gegensatz zu bisherigen Versuchsdurchgängen plötzlich eine geringe Menge des versprühten Wassers im Luftbehälter sichtbar. Jene Temperatur, bei der sich Wasser an der Behälterwand als sichtbarer Niederschlag zu bilden beginnt, wird in der Folge als „Taupunkttemperatur“ bezeichnet. Bei weiterer Befeuchtung bildet das in den Luftbehälter versprühte Wasser sichtbare Wasserlacken, und die Lufttemperatur im Behälter sinkt nach dem Versprühen von Wasser nicht mehr weiter ab.
Versuch 4 Die Versuchsreihe wird wiederholt, wobei mit trockener Luft von +30° C im Luftbehälter begonnen wird, Wasser zu versprühen. Als Versuchsergebnis wird beobachtet, dass sich die Luft zunächst bei Zufuhr von 2 g Wasser jeweils 5 K abkühlt. Nach Abkühlung auf +10° C bildet das versprühte Wasser sichtbare Wasserlacken, und die Lufttemperatur sinkt durch Wasserzufuhr in den Luftbehälter nicht weiter ab.
Versuch 5 Durch systematische Wiederholung der durchgeführten Versuchsreihen mit unterschiedlichen Ausgangstemperaturen für trockene Luft lässt sich eine Grenzkurve für jene Luftzustände ermitteln, bei welchen die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasser erschöpft ist. Diese Grenzkurve ist vom jeweiligen Luftdruck abhängig und wird als Sättigungskurve feuchter Luft bezeichnet.
10
Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Abbildung 160.1-04: Sättigungskurve
Mit der Definition, dass alle Luftzustände auf der Sättigungskurve einer relativen Luftfeuchtigkeit „ϕ“ von 100% r.F. entsprechen und dass trockener Luft eine relative Luftfeuchtigkeit von 0% r.F. entspricht, kann unterhalb der Sättigungskurve allen Luftzuständen eine relative Luftfeuchtigkeit „ϕ“ zugeordnet werden, die einen Hinweis auf die verbleibende Wasserdampfaufnahmefähigkeit des betreffenden Luftzustandes bzw. auf den Abstand zur Sättigungskurve im oben abgebildeten Luftzustandsdiagramm vermittelt. Die Dichte „ρ“ feuchter Luft entspricht dem Verhältnis von Masse (in kg) und Volumen (in m3). Da sich bei dem gedachten Versuch das Volumen des Luftbehälters nicht ändert, könnte die Dichte unterschiedlicher Wasserdampf-Luftgemische durch Gewichtsbestimmung ermittelt werden. Eingetragen in das Luftzustandsdiagramm würden sich bei Luftdruck von 100 kPa folgende Linien gleicher Dichte feuchter Luft „ρ“ ergeben: Abbildung 160.1-05: Dichte feuchter Luft
11
Luftzustandsänderung – Psychrometrie
Mit Abb. 160.1-05 wird die Erfahrung bestätigt, dass bei zunehmender Temperatur die Luftdichte abnimmt und dass deshalb warme Luft in der Umgebung kühlerer Luftmassen aufsteigt. Beachtenswert sind in der Abbildung die Neigungsrichtungen der Linien gleicher Luftdichte, die anzeigen, dass bei gleicher Temperatur Luft mit höherem absolutem Wassergehalt leichter sein muss als Luft mit geringerem absolutem Wassergehalt. Feuchte Luft ist demnach geringfügig leichter als trockene Luft und steigt deshalb in der Umgebung trockenerer Luftmassen auf. Diesem Umstand ist es zu verdanken, dass verdunstetes Wasser aufsteigen und in weiterer Folge Wolken bilden kann. Um Wasser vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand überzuführen, muss dem Wasser Wärme zugeführt werden. Jene Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 kg Wasser zu verdampfen, wird „spezifische Verdampfungswärme“ r0 bezeichnet und hat einen gemessenen Wert von 0,695 Wh/g (entspricht 2501 kJ/kg).
(160.1-02) QV mL x r0
erforderliche Wärmeenergie für die Verdampfung von Wasser Luftmenge Wasserdampfanteil in g Wasser je kg Luft spez. Verdampfungswärme von Wasser = 695 (am Tripelpunkt von Wasser bei 273,16 K und 612 Pa)
[Wh] [kg] [g/kg] [Wh/kg]
Bei den durchgeführten Versuchsreihen musste demnach zur Verdampfung von jeweils 2 g Wasser folgende Wärmemenge aufgewendet werden: QV = 1 [kg] · 2/1000 [g/g] · 695 [Wh/kg] = 1,39 [Wh]. Dem Luftbehälter wurde bei den beschriebenen Versuchsreihen weder Wärme zugeführt noch entzogen. Die zur Verdampfung des versprühten Wassers erforderliche Verdampfungswärme musste trotzdem irgendwie aufgebracht werden – offensichtlich wurde sie dem Wärmeinhalt der Umgebungsluft entzogen, weil nach erfolgter Wasserverdampfung eine Luftabkühlung feststellbar war. Bei Temperaturveränderung von Luft um ∆θ ändert sich der Wärmeinhalt QL nach folgender Gleichung:
(160.1-03) ∆QL cPL ∆Θ
Veränderung des Wärmeinhaltes der Luft spezifische Wärme (bei konstantem Druck von Luft = 0,279) Temperaturveränderung (z.B.: Luftabkühlung)
[Wh] [Wh/(kg·K)] [K]
Bei den durchgeführten Versuchsreihen entspricht die bei Verdampfung von 2 g Wasser mit jeweils 5 K festgestellte Luftabkühlung folgender, der Luft entzogenen Wärmemenge: ∆QL = 1 [kg] · 0,279 [Wh/(kg·K)] · 5 [K] = 1,39 [Wh]. Dieser Rechenwert für den Wärmeentzug der Luft stimmt gut mit dem zuvor ermittelten Rechenwert für den Verdampfungswärmebedarf von 2 g Wasser überein. In thermodynamischer Ausdrucksweise werden Luftzustandsänderungen „adiabatisch“ genannt, wenn mit der Umgebung der betrachteten Luftmasse kein Wärmeaus-
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
tausch erfolgt. Der Wärmeinhalt einer Luftmasse wird als „Enthalpie“ h bezeichnet. Bei Luftzustandsänderungen setzt sich die Enthalpiedifferenz ∆h aus folgenden Komponenten zusammen: • • •
Temperaturveränderung der Luft um ∆θ, Veränderung des Wasserdampfgehaltes um ∆x, Temperaturveränderung des Wasserdampfes in der Luft um ∆θ.
Im Luftzustandsdiagramm verlaufen die Linien gleich bleibender Enthalpie h eines Wasserdampf-Luftgemisches in jener Richtung, die für adiabatische Luftbefeuchtung beschrieben wurde. Abbildung 160.1-06: Enthalpie feuchter Luft
Wenn Luftzustandsänderungen bei unveränderter Enthalpie h (entlang von Linien gleicher Enthalpie) erfolgen, dann muss der Luft dafür weder Wärme zugeführt noch Wärme entzogen werden. Für die Anfangs- und Endzustände von Luftzustandsänderung können die Enthalpiewerte in Wh je kg Luft im Luftzustandsdiagramm auf einem Randmaßstab abgelesen werden. Wenn Enthalpielinien im Verlauf von Luftzustandsänderungen geschnitten werden, dann wird ein Energieeinsatz erforderlich, der meistens mit Kosten für Energieträger verbunden ist. Die auf 1 kg Luft bezogenen Enthalpiedifferenzen ergeben sich für Zustandsänderungen feuchter Luft nach folgender Gleichung: (160.1-04) ∆h cPD
Veränderung des Wärmeinhaltes der Enthalpie spezifische Wärme bei konstantem Druck von Wasserdampf = 517
[Wh/kg] [Wh/(kg·K)]
Luftzustandsänderung – Psychrometrie
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Luftzustandsänderungen werden beispielsweise dort erforderlich, wo Luftmengen in Aufenthaltsräumen erneuert werden müssen und Außenluftzustände nicht dem Behaglichkeitsbereich für Personen entsprechen. Dieser Bereich liegt gemäß ÖNORM H6000-3 [99] zwischen +20° C und +26° C sowie zwischen 35% r.F. und 65% r.F. und 6,5 g/kg a.F. und 11,5 g/kg a.F. Im folgenden Luftzustandsdiagramm ist er als „Zielfläche“ dargestellt. Die Grenzkurven von Häufigkeitsverteilungen der in einer bestimmten Region auftretenden Außenluftzustände sind in dem Luftzustandsdiagramm als birnenförmige „Startflächen“ für klimatechnische Strategien dargestellt. Abbildung 160.1-07: Behaglichkeitsbereich und Außenluftzustände
Wenn Außenluftzustände mit dem Behaglichkeitsbereich übereinstimmen, dann sind normalerweise keine klimatechnischen Maßnahmen zur Luftzustandsänderung erforderlich. Wenn allerdings „Start- und Zielflächen“ nicht übereinstimmen, stehen zur Luftzustandsänderung folgende klimatechnische Maßnahmen zur Verfügung:
Erwärmung und Befeuchtung Wenn ein Luftvolumenstrom über einen Lufterhitzer geleitet wird, dann kommt es zu einer Lufterwärmung, die im Luftzustandsdiagramm (Abb. 160.1-08) als Luftzustandsänderung von Zustand „A“ (bei –12° C) zu Zustand „B“ (bei +40° C) dargestellt ist. Weil der Wasserdampfgehalt der Luft bei dieser Zustandsänderung unverändert bleibt, verläuft die Luftzustandsänderung auf einer Linie gleich bleibender absoluter Luftfeuchtigkeit (von 1 g/kg a.F.). Der mit „B“ gekennzeichnete Luftzustand liegt mit +40° C und 3% r.F. nicht im Behaglichkeitsbereich (gemäß Tabelle 160.1-08 und 160.1-09). Wenn ein Luftvolumenstrom über einen (adiabatischen) Luftbefeuchter Wasser zugeführt wird, das wie in Abb. 160.1-08 dargestellt weder erwärmt noch gekühlt wird, dann kommt es zu einer Luftbefeuchtung, die im Luftzustandsdiagramm als Luftzustandsänderung von Zustand „B“ (bei +40° C und 1 g/kg a.F.) zu Zustand „C“ (bei +22° C und 8 g/kg a.F.) dargestellt ist. Weil der Wärmeinhalt der Luft bei dieser Zustandsänderung unverändert bleibt, verläuft die Luftzustandsänderung auf einer Linie gleich bleibender Enthalpie (von 12 Wh/kg).
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Abbildung 160.1-08: Lufterwärmung und Befeuchtung
Kühlung und Entfeuchtung Wenn ein Luftvolumenstrom über einen Luftkühler geleitet wird, kommt es zu einer Luftabkühlung, die im Luftzustandsdiagramm (Abb. 160.1-09) als Luftzustandsänderung von Zustand „D“ (bei +28° C, 14 g/kg a.F.) zu Zustand „E“ (bei +19° C, 14 g/kg a.F.) dargestellt ist. Weil der Wasserdampfgehalt der Luft bei dieser Zustandsänderung unverändert bleibt, verläuft die Luftzustandsänderung auf einer Linie gleich bleibender absoluter Luftfeuchtigkeit (von 14 g/kg a.F.). Abbildung 160.1-09: Luftkühlung und Entfeuchtung
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Luftzustandsänderung – Psychrometrie
Bei dem Abkühlungsvorgang wurde mit Luftzustand „E“ die Sättigungslinie des Luftzustandsdiagramms (100% r.F.) erreicht – der so genannte „Taupunkt“ –, bei dem die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf erschöpft ist. Wenn die Luft darüber hinaus beispielsweise bis zu Luftzustand „F“ weiter gekühlt wird, dann kondensiert ein Teil des zuvor noch in der Luft enthaltenen Wasserdampfes zu Wasser, das sich an den kalten Kühlflächen niederschlägt und über eine unter dem Kühler angeordnete Wasserauffangwanne abgeleitet werden kann. Die bei dem Kühlungs- und Entfeuchtungsvorgang bei der Luftzustandsänderung von „E“ auf „F“ der Luft entzogene Wassermenge ergibt sich als Differenz der absoluten Luftfeuchtigkeitswerte mit 4 Gramm Wasser je Kilogramm Luft (14 – 10 = 4 g/kg a.F.). Der mit „F“ gekennzeichnete Luftzustand liegt mit +14° C und 100% r.F. allerdings nicht im Behaglichkeitsbereich (gemäß Tabelle 160.1-08 und Tabelle 160.1-09). Um im Aufenthaltsbereich akzeptable Luftverhältnisse zu erreichen, müsste die entfeuchtete Luft eventuell auf einen Zustand „G“ mit einer empfehlenswerten Mindestzulufttemperatur von +19° C nachgewärmt werden. Weil der Wasserdampfgehalt der Luft bei dieser Zustandsänderung unverändert bleibt, verläuft die Luftzustandsänderung auf einer Linie gleich bleibender absoluter Luftfeuchtigkeit (von 10 g/ kg a.F.).
Ermittlung der Übertragungsleistung von Wärmeaustauschern Bei der Kühlleistung von Wärmeaustauschern unterscheidet man einen „sensiblen“ und einen „latenten“ Leistungsanteil, deren Summe die Gesamtkühlleistung ergibt. Als „sensible Kühlleistung“ wird dabei jener Kühlleistungsanteil bezeichnet, der nur zur Veränderung der Lufttemperatur aufzubringen ist. Als „latente Kühlleistung“ bezeichnet man jenen Kühlleistungsanteil, der zur Veränderung der absoluten Luftfeuchtigkeit aufgewendet werden muss. Für eine der Luftkühlerauslegung zugrunde gelegte Luftzustandsänderung lässt sich bei Kenntnis der damit verbundenen Enthalpiedifferenz ∆h die erforderliche Gesamtkühlleistung nach folgender Gleichung ermitteln:
(160.1-05) PK Ps Px VL ρL ∆h
Gesamtkühlleistung sensible Kühlleistung latente Kühlleistung Luftvolumenstrom Dichte der Luft (bezogen auf Austrittszustand) Enthalpiedifferenz (aus Luftzustandsdiagramm)
[W] [W] [W] [m3/h] [kg/m3] [Wh/kg]
Ein Luftkühler für die in Abb. 160.1-09 dargestellte Luftzustandsänderung eines Luftvolumenstromes von beispielsweise 2900 m3/h (Standardwert für 100 Personen gemäß Tabelle 160.1-10 für Luftgüte-Kategorie RAL3) ist demnach für folgende Gesamtkühlleistung auszulegen: PK = 2900 [m3/h] · 1,20 [kg/m3] · (18-11) [Wh/kg] = 24360 [W] = 24,4 [kW]. (160.1-06) Ps ∆Θ
sensible Wärmetauscherleistung Lufttemperaturveränderung durch Wärmetauscher
[W] [K]
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Für die in Abb. 160.1-09 dargestellte Luftabkühlung von +29° C auf +14° C ergibt sich demnach folgende sensible Kühlleistung Ps: Ps = 2900 [m3/h] · 1,17 [kg/m3] · 0,279 [Wh/(kg · K)] · (29-14) [K] = 14200 [W] = 14,2 [kW]. Für die in dieser Abbildung dargestellte Luftentfeuchtung von 14 g/kg a.F. auf 10 g/kg a.F. ist damit folgende latente Kühlleistung Px aufzubringen: Px = PK – Ps = (24,4 – 14,2) [kW] = 10,2 [kW]. Der in Abb. 160.1-09 dargestellte Lufterhitzer für eine Luftnachwärmung von +14° C auf +19° C ist für folgende (sensible) Heizleistung PH auszulegen: PH = 2900 [m3/h] · 1,20 [kg/m3] · 0,279 [Wh/(kg · K)] · (19-14) [K] = 4855 [W] = 4,9 [kW].
160.1.6 NATÜRLICHE LÜFTUNG Bei der „freien“ oder „natürlichen Lüftung“ erfolgt die Lufterneuerung ohne Einsatz von Ventilatoren durch thermische Auftriebswirkungen oder Windeinwirkung über Undichtheiten der Gebäudehülle wie Fugen, Fenster, Schächte, Dachaufsätze und dergleichen. Außen liegende Räume mit Fenstern werden sowohl über die Luftundichtheiten von Fensterfugen als auch durch periodisches Öffnen und Schließen von Fenstern „frei gelüftet“. Die Lufterneuerung wird bei dieser Lüftungsmethode von Witterungsbedingungen und durch das Nutzerverhalten stark beeinflusst. Wenn die Luft im Freien kälter ist als die Raumluft, dann strömt Außenluft im unteren Bereich geöffneter Fenster ein und Raumluft im oberen Bereich von Fensteröffnungen ab. Dabei sind im Heizbetrieb auch dann Zugerscheinungen unvermeidbar, wenn unterhalb der Fenster Heizkörper angeordnet sind. Abbildung 160.1-10: Luftströme bei Fensterlüftung
DREHFLÜGEL
SCHWINGFLÜGEL
KIPPFLÜGEL
OBERLICHTKIPPFLÜGEL
Die Lufterneuerung in Räumen wird mit einer Luftwechselrate nL in [h–1] gekennzeichnet, die dem Verhältnis der stündlich erneuerten Luftmenge zum Raumvolumen entspricht. Eine Wärmerückgewinnung aus der Abluft ist bei der Fensterlüftung nicht möglich. Wegen des unterschiedlichen Nutzerverhaltens ergeben sich bei Fensterlüftung Luftwechselraten in einem weiten Streubereich von ~2 Zehnerpotenzen. Luftwechselraten bei Fensterlüftung nL ≈ 0,2 bis 20 [h–1]. Wegen des großen Einflusses des Nutzerverhaltens auf den Lüftungswärmebedarf wird beispielsweise zur energetischen Beurteilung von Gebäuden [20] ein vergleichbares Nutzerverhalten angenommen, dem folgende Luftwechselraten entsprechen:
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Mechanische Lüftung Tabelle 160.1-11: Luftwechselraten Gebäudekategorie
Luftwechselrate nL [ 1/h ]
Bestandsgebäude ohne Nachweis der Luftdichte Neubauten mit normgemäß eingebauten Fenstern und Türen
0,5 0,4
Innen liegende fensterlose Räume müssen grundsätzlich gelüftet werden können. Dazu werden bei natürlicher „Schachtlüftung“ Auftriebskräfte in Lüftungsschächten genutzt. Die Zuluft strömt dabei aus dem Freien über Luftundichtheiten der Gebäudehülle und von Innentüren in die innen liegenden zu lüftenden Räume. Jeder dieser Räume ist mit einem eigenen Lüftungsschacht mit dem Freien verbunden, über welchen die Abluft vorwiegend durch thermische Auftriebswirkung ins Freie gelangt. Durch „Lüftungsaufsätze“, welche bei Windanfall den Auftrieb im Entlüftungsschacht erhöhen, lässt sich die Wirkung von Schachtlüftungen zeitweise verbessern. Bei Temperaturgleichheit von Innenluft und Außenluft und bei Windstille wird diese natürliche Schachtlüftung wirkungslos. Abbildung 160.1-11: Einzelschachtlüftung
NATÜRLICHE SCHACHTLÜFTUNG
MECHANISCHE SCHACHTLÜFTUNG MIT EINZELLÜFTERN
160.1.7 MECHANISCHE LÜFTUNG Bei „mechanischer “ oder „kontrollierter Lüftung“ kommen für die Lufterneuerung Ventilatoren zum Einsatz. Bei der mechanischen Lüftung innen liegender Nebenräume besteht wie bei natürlicher Schachtlüftung ebenfalls die Möglichkeit, Zuluft aus Nebenräumen über Undichtheiten von Innentüren in die zu lüftenden Räume nachströmen zu lassen. Bei der mechanischen Schachtlüftung mit Einzellüftern ist jeder zu lüftende Innenraum mit einem Entlüftungsventilator ausgerüstet. Die Raumlüftung lässt sich bedarfsabhängig steuern, wenn die Ventilatoren über Bewegungsmelder oder über Lichtschalter der innen liegenden Räume ein- und ausgeschaltet werden. Mit der Anordnung von Einzelschächten für jeden innen liegenden Raum ergibt sich besonders bei mehrgeschoßigen Gebäuden ein erheblicher Raum- und Investitionsbedarf, den man mit gemeinsamen Sammelschächten für mehrere innen liegende Räume vermindern kann. Dabei dürfen weder Gerüche noch Geräusche in andere Nutzungsbereiche übertragen werden. Zur Erfüllung dieser Anforderung kann bei-
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
spielsweise am Ende eines für alle Nutzungsbereiche gemeinsamen Abluft-Sammelschachtes ein zentraler Abluftventilator angeordnet werden. Zur Sicherstellung der Lüftungsfunktion sollte der zentrale Abluftventilator ständig betrieben werden. Eine bedarfsabhängige Lüftung lässt sich allerdings bei Dauerlauf eines zentralen Abluftventilators nicht verwirklichen. Abbildung 160.1-12: Mechanische Sammelschachtlüftung
ZENTRALLÜFTER
EINZELLÜFTER
Wenn Abluft aus jedem zu lüftenden innen liegenden Raum bedarfsabhängig über Einzellüfter in einen gemeinsamen Sammelschacht gefördert wird, dann könnte Abluft nicht nur über Dach ins Freie, sondern auch in andere Nutzungsbereiche gefördert werden, falls dort Einzellüfter nicht in Betrieb sind. Um diese Situation zu vermeiden, wird bei jedem Einzellüfter eine zuverlässig wirkende Rückschlagklappe angeordnet, die auch bei Stillstand des Einzellüfters ein Eindringen von Abluft aus fremden Nutzungsbereichen verhindert. Um verschmutzungsbedingte Funktionsstörungen dieser Rückschlagklappe zu vermeiden, empfiehlt sich eine Reinigung der Abluft durch Anordnung eines Luftfilters am Abluftdurchlass. Wenn die erforderliche Zuluftmenge nicht mehr über Undichtheiten der Gebäudehülle in ein Gebäude gelangen kann, wird zusätzlich zu den beschriebenen mechanischen Abluftanlagen auch der Einsatz mechanischer Zuluftanlagen mit Zuluftventilatoren erforderlich. Der mit diesen Ventilatoren erzeugte Luftdruck ermöglicht die Förderung von Luftvolumenströmen aus dem Freien über Luftaufbereitungsanlagen, Luftleitungen und Zuluftdurchlässe in die zu lüftenden Räume. In diesen Räumen wird die Luft sodann von Abluftdurchlässen erfasst, über Luftleitungen gesammelt und von Abluftventilatoren wieder ins Freie gefördert. In begrenztem Ausmaß sind die Luftdruckverhältnisse in mechanisch gelüfteten Raumgruppen durch geeignete Luftmengeneinstellung beeinflussbar. Bei Lüftungsbetrieb ermöglicht das einen geringen ständigen Luftstrom von Hochdruckzonen zu Niederdruckzonen. Hochdruckzonen werden grundsätzlich jene Räume zugeordnet, die dem ständigen Aufenthalt von Personen dienen (Wohn- und Schlafzimmer, Büroräume usw.), während man Räume mit Geruchsbelastungen (Raucherzonen, Küchen, Sanitärräume usw.) möglichst in Niederdruckzonen anordnet. Im Gegensatz zur natürlichen Fensterlüftung bietet eine mechanische Lüftung die Möglichkeiten, Zuluft mit Luftfiltern zu reinigen, den Energieinhalt der Abluft für die
Luftführung
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Vorwärmung der Zuluft mit Wärmerückgewinnungsanlagen in der Heizperiode zu nutzen und die Lufterneuerung bedarfsabhängig zu automatisieren. Für eine „kontrollierte Wohnraumlüftung“ wurden in ÖNORM H 6038 Planungs-, Prüf- und Betriebsgrundsätze [103] festgelegt. Abbildung 160.1-13: Kontrollierte Wohnraumlüftung
160.1.8 LUFTFÜHRUNG Die Einbringung von Zuluft in die zu lüftenden Räume erfolgt über Zuluftdurchlässe. Diese können in vielfältigen Bauformen aus Stahl, Aluminium oder Kunststoffen bestehen und unterschiedliche Funktionsmerkmale aufweisen. Die Bemessung und Anordnung von Zuluftdurchlässen erfordert große Sorgfalt, um Kurzschlussströmungen, Zugerscheinungen oder Geräuschbildung zu vermeiden. Wenn die Zulufttemperatur über der Raumlufttemperatur liegt, hat die eingebrachte Luft wegen ihrer geringeren Dichte zunächst die Tendenz aufzusteigen. Bei Zulufttemperatur unterhalb der Raumlufttemperatur tendiert die Zuluft wegen ihrer höheren Dichte zum Absinken. Wenn die eingebrachte Zuluft die gleiche Temperatur wie die Raumluft aufweist, dann wirken sich Dichteunterschiede auf die Strömungsrichtung nicht aus. Dieser Fall wird als „isotherme Luftströmung“ bezeichnet, und den weiteren Ausführungen zugrunde gelegt. Wenn Primärluft (Zuluft) als Luftstrahl über einen Luftdurchlass in einen Raum eintritt, in dem er sich ungehindert ausbreiten kann, dann breitet er sich unabhängig von der Luftgeschwindigkeit in einem Ausbreitungswinkel von 23 bis 24° allseitig aus. Die Anfangsgeschwindigkeit der Primärluft bleibt dabei nur in einer kegelförmigen Kernzone erhalten. Vom Ende der Kernzone an vermindert sich die axiale Luftgeschwindigkeit in etwa umgekehrt proportionalem Verhältnis zur Entfernung vom Luftdurchlass. Um die Kernzone herum bildet sich eine Mischzone aus, in der Sekundärluft (Raumluft) durch Induktionswirkung angesaugt und in stark wirbelnder Bewegung mit Primärluft vermischt wird. Mit zunehmender Eindringtiefe des Luftstrahles in den Raum nimmt der vom Primärluftstrahl in Bewegung gesetzte Luftvolumenstrom zu, und die Luftgeschwindigkeit nimmt ab.
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Abbildung 160.1-14: Luftströmung bei ungehinderter Strahlausbreitung
Da sich in geschlossenen Räumen eine ungehinderte Strahlausbreitung kaum verwirklichen lässt, ist dort mit strömungstechnischen Besonderheiten zu rechnen, wie beispielsweise mit dem so genannten „Coanda-Effekt “: Werden Luftstrahlen unmittelbar unter der Decke ausgeblasen, dann legt sich der Luftstrahl an der Deckenfläche an, weil dort die Sekundärluft nicht ungehindert nachströmen kann. Dieses Phänomen tritt auch auf, wenn ein Luftstrahl aus einer ebenen Fläche unter einem Winkel von weniger als 45° austritt. Abbildung 160.1-15: Luftströmung mit Deckeneinfluss, „Coanda-Effekt“
Dieser Effekt erhöht die Eindringtiefe des Primärluftstromes in den Raum und ist nur wirksam, wenn die Luftströmung im Deckenbereich nicht durch abstehende Deckenelemente oder Beleuchtungskörper in den Aufenthaltsbereich abgelenkt wird. Tritt ein Luftstrom durch eine Wandöffnung in einen Raum ein, dann kehrt er bei tiefen Räumen in einer bestimmten Entfernung um und bildet ein „Primärwirbelfeld “. An das Primärwirbelfeld können sich in der Tiefe des Raumes ein oder mehrere „Sekundärwirbelfelder “ anschließen. Die Eindringtiefe des Primärwirbelfeldes ist vorwiegend von der Raumhöhe „H“ abhängig und bewegt sich in der Größenordnung von 3 bis 4,5 · H. Abbildung 160.1-16: Eindringtiefe des Primärwirbelfeldes
Luftführung
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Das Luftströmungsfeld im Raum wird von der Form der Luftdurchlässe (eckig oder rund) oder der Anordnung der Abluftdurchlässe kaum beeinflusst. Die Eindringtiefe des Primärwirbelfeldes verringert sich mit zunehmendem Abstand „s“ der Zuluftdurchlässe von der Decke. Abbildung 160.1-17: Luftströmungsfeld ohne Deckeneinfluss
Bei Werten von s > 0,25·H kann das Strömungsfeld instabil werden, wobei sich der Strahl abwechselnd an der Decke und am Boden anlegt und im Aufenthaltsbereich Zugerscheinungen auslöst. Für die unterschiedlichen Bauweisen von Luftdurchlässen werden die charakteristischen Luftströmungsfelder in Versuchsreihen mit und ohne Deckeneinfluss ermittelt. Damit lassen sich jene Feldbereiche feststellen, in welchen die Luftgeschwindigkeiten auf die maximal zulässigen „lokalen Luftgeschwindigkeiten“ abgefallen sind. Im Aufenthaltsbereich sollen die vom Lüftungssystem bewirkten Luftgeschwindigkeiten nicht über den zulässigen „lokalen Luftgeschwindigkeiten“ liegen. Für die Anordnung von Luftdurchlässen in den zu lüftenden Räumen sowie für deren Bauformen bestehen unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten. Beispiel 160.1-01: Mögliche Anordnung von Luftdurchlässen
Die Luftführung im Raum soll eine möglichst gute Raumdurchspülung ermöglichen. Es sind dafür vielfältige Methoden ausführbar, wobei thermische Auftriebskräfte möglichst genutzt und nicht behindert werden sollten. Beispiel 160.1-02: Strömungsbilder in Abhängigkeit der Luftdurchlassanordnung
Bei den Methoden der Luftführung kommt entweder das Prinzip der Verdünnung oder das der Verdrängung zur Anwendung. Mischluftsysteme wirken nach dem Prinzip der Verdünnung, wobei Zuluft mit großem Impuls in den Raum eingebracht wird. Durch Induktion kommt es sodann zu einer Vermischung mit der Raumluft, bis sich Lufttemperaturen und Luftgeschwindigkeiten von Zuluft und Raumluft einander angeglichen haben. Ein Nachteil dieses Luftführungsprinzips besteht darin, dass sich bei
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
großen Luftvolumenströmen die Luftgeschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich nicht auf die maximal zulässigen Werte vermindern lassen. Nach dem Prinzip der Verdrängung wirkt das so genannte „Quelllüftungssystem“, bei dem die Zuluft mit geringer Geschwindigkeit und Untertemperatur in Bodennähe in den Raum eingebracht wird. Wegen der Untertemperatur breitet sich die Zuluft zunächst über die gesamte Bodenfläche aus. Auftriebsströmungen im Raum, die von wärmeabgebenden Geräten und von Personen veranlasst werden, saugen die Zuluft in die Auftriebsbereiche. Bei dieser Luftführung ergeben sich nach oben ansteigende Temperaturen und Verunreinigungen im Raum. Die Abluft sollte bei diesem System stets im Deckenbereich abgesaugt werden. Quellluftdurchlässe sind wegen der geringen Austrittsgeschwindigkeit (< 0,2 m/s) nahezu geräuschlos. Sie sind in Bodennähe mit einer Bauhöhe von maximal 0,8 m anzuordnen. Eine Beeinträchtigung der Flächennutzung kann sich durch die Forderung ergeben, dass die Luftausbreitung um Quellluftauslässe durch Möblierung nicht behindert werden darf. Beispiel 160.1-03: Quelllüftung
Für die Projektierung der Luftführung in großen Räumen besteht eine Vielfalt von Möglichkeiten, die den jeweiligen Aufgabenstellungen entsprechend eingesetzt werden können. Beispiel 160.1-04: Strömungsbilder bei großen Räumen
Im Gegensatz zu den Strömungsverhältnissen um Zuluftdurchlässe bilden sich um Abluftdurchlässe weitgehend gleichmäßige Luftströmungsfelder aus, in welchen die Luftgeschwindigkeit mit dem Abstand vom Luftdurchlass quadratisch abnimmt. Die maximal zulässigen lokalen Luftgeschwindigkeiten werden bereits in kurzen Abständen von Abluftdurchlässen erreicht. Die unterschiedliche Fernwirkung von Zuluft- und Abluftdurchlässen lässt sich anschaulich demonstrieren, wenn man aus gleicher Entfernung versucht, eine Kerze einmal durch Ausblasen und einmal durch Aussaugen zum Erlöschen zu bringen.
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Schalltechnik
160.1.9 SCHALLTECHNIK Mit Schall bezeichnet man hörbare mechanische Schwingungen von Teilchen eines elastischen Mediums um eine Mittellage. Schwingungen in festen Körpern nennt man „Körperschall “, Schwingungen in der Luft „Luftschall “. Das menschliche Ohr vermag nur Luftschall zu empfinden, der sich aus Verdichtungswellen der Luft ergibt. Dabei schwingen einzelne Luftteilchen in jener Richtung, in der sich die Welle fortpflanzt („Longitudinalwelle“). Ist die Schwingung sinusförmig, nennt man den Schall einen „Ton“, mehrere Töne ergeben einen „Klang“. Wenn die Schwingungszahlen der einzelnen Töne im Verhältnis ganzer Zahlen zueinander stehen, dann nennt man den Klang „harmonisch“. Sind die Schwingungen beliebig, dann handelt es sich um ein „Geräusch“. Mit „Lärm“ werden Geräusche bezeichnet, die belästigend wirken (siehe Bd. 1: Bauphysik [5]).
Schallwelle Der Begriff der Schallwelle [3] umfasst das räumliche und zeitliche Verhalten des Schalldruckes. Schallwellen bestehen aus Druckschwankungen, die sich in einem Medium mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzen. Wären sie als räumliche Druckfelder sichtbar, dann könnte man sich diese Wellen wie rasch expandierende Seifenblasen vorstellen, die in rascher Folge mit Schallgeschwindigkeit von einer Schallquelle abstrahlen. Im Unterschied zur Schallgeschwindigkeit bezeichnet man als Schallschnelle „u“ die mittlere Geschwindigkeit eines schwingenden Teilchens. Zwischen der Schallschnelle „u“ und dem Schalldruck „p“ besteht folgende Beziehung, die auch als das „Ohm’sche Gesetz der Akustik“ bezeichnet wird: (160.1-07) p u ρ c
Schalldruck Schallschnelle Dichte des Mediums Schallgeschwindigkeit
[N/m2]
=
[kg/(m·s2)]
[m/s] [kg/m3] [m/s]
Das Produkt (ρ·c) bzw. der Quotient (p/u) werden in diesem Zusammenhang als Schallwiderstand interpretiert.
Schallintensität Mit Schallwellen ist Energie von Schallsendern zu Schallempfängern übertragbar. Als Schallintensität wird die auf eine durchdrungene Fläche bezogene Schallübertragungsleistung bezeichnet.
(160.1-08) I
Schallintensität
[W/m2] = [kg/s3]
Frequenz Zeitabhängige Druckverhältnisse an einem bestimmten Ort („Empfänger“) werden als Schallschwingung bezeichnet. Mit Frequenz bezeichnet man die Anzahl von Schwingungen je Zeiteinheit. Ihre physikalische Einheit [Hz] wird nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz (1857–1894) genannt und entspricht einer Schwingung je Sekunde. Je größer die Anzahl der Schwingungen in der Sekunde ist, desto höher empfinden wir den Luftschall. Vom menschlichen Ohr können nur
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Schwingungen wahrgenommen werden, die im so genannten „Hörbereich“ zwischen folgenden Frequenzwerten liegen: • •
obere Grenze bei etwa untere Grenze bei etwa
20000 Hz (hohe Töne), 20 Hz (tiefe Töne).
Schalldruck Als Schalldruck wird der quadratische Mittelwert der Druckschwankungen einer Periode bezeichnet. Seine physikalische Einheit [Pa] wird nach dem französischen Philosophen, Mathematiker und Physiker, Blaise Pascal genannt (1623– 1662) und entspricht der Kraftwirkung von 1 N je Quadratmeter. Durch Bildung eines quadratischen Mittelwertes lässt sich vermeiden, dass sich bei Addition von Druckschwankungen als Summe Null ergibt. Vom menschlichen Ohr wird Schalldruck im „Hörbereich“ zwischen folgenden Grenzwerten wahrgenommen: • •
Schmerzgrenze Hörschwelle
20 Pa (schmerzhaftes Geräusch), 20 µPa = 20·10–6 Pa (Beginn der Hörempfindung).
Schalldruckpegel Diese Schalldruckwerte erstrecken sich über 6 Zehnerpotenzen. Um diesen Wertebereich zu verkürzen und dem Lautstärkeeindruck besser zu entsprechen, wurde ein Schalldruckpegel „Lp“ definiert, der dem logarithmischen Verhältnis des effektiven Schalldruckes „peff“ zum Schalldruck der Hörschwelle „p0“ entspricht. Die Einheit für die dem Schalldruckpegel entsprechende Verhältniszahl wird in Dezibel [dB] angegeben, zu Ehren von Alexander Graham Bell (1847–1922), dem Erfinder des Telefons. Tabelle 160.1-12: Typische Schallpegelwerte Schallquelle (Beispiele) startendes Düsenflugzeug Knallkörper Presslufthammer Pop-Gruppe Autohupe in 5 m Abstand schwerer LKW starker Verkehrslärm Motorrad, laute Unterhaltung Auto, normale Unterhaltung ruhiger Bach, ruhiges Büro ruhiger Wohnraum Schlafraum, sehr ruhiger Garten Sound-Studio absolute Stille
Schalldruckpegel [ dB ]
Schalldruck [ µPa ]
Empfindung
140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
2,0·108 6,3·107 2,0·107 6,3·106 2,0·106 6,3·105 20,·105 6,3·104 2,0·104 6,3·103 2,0·103 630 200 63
unerträglich schmerzhaft schmerzhaft unangenehm unangenehm sehr laut sehr laut laut laut leise leise sehr leise sehr leise unhörbar
Für die Messung des Schalldruckpegels sind Messgeräte erhältlich, die mit einem Mikrofon den Schalldruck aufnehmen und in Messsignale umformen. Die Methoden der Schalldruckpegelmessung sind genormt [111].
(160.1-09) Lp peff p0
Schalldruckpegel Effektivwert des Schalldruckes Bezugsschalldruck (= 20 µPa)
[dB] [Pa] [Pa]
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Schalltechnik
Messmikrofone und menschliches Ohr reagieren wie „Empfänger “ auf den Schalldruck. Der an einem Ort empfangbare und messbare Schalldruck wird von folgenden Einflussgrößen bestimmt: • • • • • •
von von von von von von
der Schallleistung, die von einer primären Schallquelle abstrahlt, den Richtungen, in welche der Schall abgestrahlt wird, der Entfernung zur Schallquelle, den Hindernissen zwischen Schallquelle und Messpunkt, Schallreflexionen am Boden, an Wänden und an Decken, anderen störenden sekundären Schallquellen.
Wenn Schallwellen auf eine Grenzschicht treffen, hinter der andere Bedingungen für die Schallausbreitung herrschen, dann ergeben sich je nach Verhältnissen folgende Phänomene in unterschiedlicher Intensität: • • • •
Ein Ein Ein Ein
Teil Teil Teil Teil
wird an harten Flächen reflektiert („reguläre Reflexion“). wird an porösen Flächen reflektiert („diffuse Reflexion“). wird im Material absorbiert („Absorption“). durchdringt das Material („Transmission“).
Abbildung 160.1-18: Eigenschaften der Schallwellenausbreitung
Schallleistungspegel Wegen der zahlreichen Einflussgrößen auf den Messwert des Schalldruckpegels wird für einen akustischen Vergleich von Schallquellen nicht der Schalldruck, sondern die von einer Schallquelle abgestrahlte „Schallleistung“ herangezogen. Mit Schallleistung „W“ wird die von einer Schallquelle wie bei einem „Sender“ als Schall abgegebene Leistung bezeichnet. Sie lässt sich nicht direkt messen und wird ermittelt, indem man über eine kugelförmige Bezugsfläche „S“ um eine Schallquelle herum den Schalldruck („Empfang“) integriert [83]. Abbildung 160.1-19: Schallleistung und Schalldruck
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Für die Kennzeichnung der „Schallleistung“ von Schallquellen wird ebenfalls ein logarithmischer Verhältniswert in „Dezibel“ herangezogen, für den als Bezugsschallleistung der Wert W0 = 10–12 W international festgelegt wurde (Hörschwelle des menschlichen Ohres). (160.1-10) Lw W W0
Schallleistungspegel Schallleistung Bezugsschallleistung (= 10–12 W)
[dB] [W] [W]
Der Zusammenhang von Schalldruckpegel, Schallleistungspegel und Ausbreitungscharakteristik bei Schallausbreitung lässt sich nach folgender Gleichung beschreiben:
(160.1-11) s s0
Hüllfläche (meist Teil einer Kugeloberfläche) Bezugsfläche (= 1 m2)
[m2] [m2]
Je nach Anordnung kann eine Schallquelle möglicherweise nicht nach allen Richtungen, sondern nur in einem bestimmten Raumwinkel abstrahlen. Dabei ist zu beachten, dass die Schallleistung unabhängig von der Abstrahlungscharakteristik gleich bleibt. Das führt dazu, dass in gleichem Abstand von einer Schallquelle je nach deren Anordnung (Raumwinkel) unterschiedliche Schalldruckpegel entstehen. Um diese Anordnung auf einfache und angemessene Weise zu berücksichtigen, werden für die Anordnung von Schallquellen folgende Richtungsfaktoren „Q“ unterschieden: Tabelle 160.1-13: Richtungsfaktoren Abstrahlung kugelförmig halbkugelförmig viertelkugelförmig achtelkugelförmig
Lage der Schallquelle
Kugelfläche
Raummitte Fußboden od. Wandmitte Raumkante Raumecke
(4·r2·π)·1
Richtungsfaktor Q Q Q Q
(4·r2·π)·1/2 (4·r2·π)·1/4 (4·r2·π)·1/8
= = = =
1 2 4 8
Direktes Schallfeld Wenn keine Begrenzungsflächen bestehen, die Schall wirksam absorbieren, dann gelangt ausschließlich Direktschall zum Empfänger. In einem derartigen direkten (freien) Schallfeld verringert sich dann der Schalldruck gemäß folgender Gleichung: (160.1-12) Q r
Richtungsfaktor Abstand zwischen Schallquelle und Messpunkt
[m2] [m]
Diffuses Schallfeld Wenn Begrenzungsflächen den Schall größtenteils zurückwerfen und Reflexionen aus allen Richtungen so rasch eintreffen, dass kein einzelnes Echo heraushörbar
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Schalltechnik
ist, spricht man von einem diffusen Schallfeld. Im Räumen mit diffusem Schallfeld ist der Schalldruckpegel in nahezu allen Bereichen gleich. Der direkte Schallanteil ist dabei kaum wirksam, hingegen beeinflusst das Absorptionsvermögen von Decken und Wänden die Schallpegelreduktion wesentlich. Bei Kenntnis der äquivalenten Schallabsorptionsfläche „A“ lässt sich die Reduktion des Schalldruckes in einem diffusen Schallfeld nach (160.1-13) ermitteln. (160.1-13) A
äquivalente Schallabsorptionsfläche
[m2]
Zur Beschreibung des Schallschluckvermögens eines Raumes hat W.C. Sabine (1868–1919) folgenden Zusammenhang gefunden:
(160.1-14) VR T
Raumvolumen Nachhallzeit
[m3] [s]
Der Begriff der Nachhallzeit „T“ ist in Normen [48][49] als jener Zeitraum in Sekunden definiert, in dem nach Abschalten einer Schallquelle der Schalldruckpegel im Raum um 60 dB abnimmt. Für Nachhallzeiten werden in der Fachliteratur [6] Erfahrungswerte angeführt (Tabelle 160.1-14). Durch Anordnung schallabsorbierender Flächen kann man den indirekten Schall in Räumen abmindern. In Versammlungsräumen wirken auch Personen schallabsorbierend. Tabelle 160.1-14: Nachhallzeiten von Räumen [6] Raumbezeichnung
Nachhallzeit T [ s ]
Schwimmbad Kirche Konzertsaal Theater Hotelzimmer Vorlesungssaal Büro, Restaurant
1,5–4,0 2,0–3,0 1,0–2,0 0,9–1,1 0,9–1,1 0,8–1,5 0,5–1,5
Schallausbreitung in Räumen In Räumen überlagern sich freie und diffuse Schallfelder. Die akustischen Eigenschaften eines Raumes wirken sich in unmittelbarer Nähe der Schallquelle noch nicht aus, weil dort der direkte Schall dominiert. Ab einem bestimmten Abstand von der Schallquelle (dem so genannten „Hallradius“) bleibt der Schalldruckpegel ortsunabhängig verhältnismäßig konstant, weil dort der indirekte (reflektierte) Schall zu überwiegen beginnt. Der in Räumen zu erwartende Schalldruckpegel lässt sich nach (160.1-15) ermitteln.
(160.1-15) r
Abstand zwischen Schallquelle und Messpunkt
[m]
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Addition von Schallpegeln Eine Addition von Schallpegeln ist nur dann anwendbar, wenn Schallquellen dicht beieinander liegen. Der Summen-Schalldruckpegel mehrerer Schallquellen unterschiedlicher Intensität ergibt sich nach (160.1-16).
(160.1-16) L∑ L1 L2 L3 Ln
Summenschallpegel Schallpegel von Schallquelle Schallpegel von Schallquelle Schallpegel von Schallquelle Schallpegel von Schallquelle
1 2 3 n
[dB] [dB] [dB] [dB] [dB]
Bewertete Schallpegel Das menschliche Ohr ist nicht für alle Frequenzen (Tonhöhen) in gleicher Weise empfindlich. Bei gleichem Schalldruck ist die subjektiv empfundene Lautstärke bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich. Um bei der Messung von Geräuschen mit einem einzigen Zahlenwert auszukommen und objektiv vergleichbare Werte zu erhalten, wurden in Schalldruckmessgeräte Bewertungsfilter eingebaut, welche die gemessenen Schalldrücke in den verschiedenen Frequenzbereichen unterschiedlich registrieren. Es soll damit die frequenzabhängige Empfindlichkeit des menschlichen Ohres mit einer genormten „Bewertungskurve“ berücksichtigt werden. Die auf diese Weise ermittelte Messgröße wird beispielsweise als Abewerteter Schalldruckpegel LpA in dB(A) angegeben. Auf gleiche Weise lässt sich auch eine A-Bewertung des Schallleistungspegels als LWA angeben (siehe Bd. 1: Bauphysik [5]). Tabelle 160.1-15: Bewertungskurve A [110] Frequenz [Hz]
Schallpegelkorrektur ∆LA [ dB ]
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
–26 –16 –9 –3 ±0 +1 +1 –1
Wenn Geräusche zeitlichen Schwankungen unterliegen, dann wird zur Geräuschbeurteilung über eine bestimmte Zeitdauer ein energieäquivalenter Dauerschallpegel Leq ermittelt, der bei dauernder Einwirkung dem Geräusch mit schwankendem Schalldruckpegel energieäquivalent ist. Auch für diesen lässt sich mit einer A-Bewertung ein A-bewerteter energieäquivalenter Dauerschallpegel LA,eq angeben. Der an einem Ort während eines bestimmten Zeitraumes gemessene geringste A-bewertete Schalldruckpegel wird als Grundgeräuschpegel LA,Gg bezeichnet. Er entspricht dem niedrigsten Wert, auf welchen die Anzeige eines Schallpegelmessers (bei Anzeigedynamik: „schnell“) wiederholt zurückfällt. Wenn eine Schallpegelhäufigkeitsverteilung vorliegt, dann ist der in 95% des Messzeitraumes überschrittene Schalldruckpegel, der so genannte Basispegel LA,95, als Grundgeräuschpegel einzusetzen. Geräusche werden hauptsächlich durch folgende Phänomene als störend und belästigend empfunden:
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Schalltechnik
• • • •
Hohe Frequenzen werden in Vergleich zu tiefen Frequenzen als unangenehmer empfunden. Künstliche Geräusche (technischer Anlagen) wirken unangenehmer als Geräusche mit natürlichen Ursachen (wie Regen, Wind, fließende Gewässer). Kontinuierliche Geräusche wirken unangenehmer als vorübergehende Geräusche von kurzer Dauer nach längeren Intervallen. Während der Nachtzeit, der Mittagszeit und des Wochenendes wirken Geräusche unangenehmer als während der normalen Arbeitszeit.
Gebäudetechnische Anlagen sind so zu bemessen, dass weder im Hauptaufenthaltsbereich von Räumen noch in der Nachbarschaft eines Gebäudes genormte Grenzwerte [48][110] für den A-bewerteten Schalldruckpegel überschritten werden. Tabelle 160.1-16: Richtwerte für den höchsten A-bewerteten Schalldruckpegel in Räumen Art des Raumes
Lp,A [ dB (A) ]
Verkaufsraum, Gaststätte Großraumbüro, Sanitärraum Unterrichtsraum, Museum Büroraum, Hotelzimmer (tagsüber) Hotelzimmer (nachts) Kirche, Kino Theater, Lesesaal, Ruheraum Oper, Konzertsaal Rundfunk- und Fernsehstudio
45–55 45–55 35–40 35–45 30–35 30–40 30–35 25–30 20–25
Tabelle 160.1-17: Richtwerte für den Schutz der Nachbarschaft (Immissionsgrenzwerte) Bauland kategorie
Gebiet und Standplätze
A-bewerteter Schalldruckpegel [dB(A)] bei Tag bei Nacht LA,95 LA,eq LA,95 LA,eq
5
Gebiet für Betriebe mit geringer Schallemission (Verteilung, Erzeugung, Dienstleistung, Verwaltung)
55
65
45
55
4
Kerngebiet (Büros, Geschäfte, Handel und Verwaltung ohne Schallemission sowie Wohnungen), Gebiete für Bereiche ohne Schallemission
50
60
40
50
3
städtisches Wohngebiet, Gebiet für Bauten landund forstwirtschaftlicher Betriebe mit Wohnungen
45
55
35
45
2
Wohngebiet in Vororten, Wochenendhausgebiet, ländliches Wohngebiet, Schulen
40
50
35
45
1
Ruhegebiet, Kurgebiet, Krankenhaus
35
45
25
35
Ermittlung von Schallleistungspegeln Hauptursache von Geräuschen gebäudetechnischer Anlagen sind Turbulenzerscheinungen in Fördermedien. Die verursachten Geräusche werden in die angeschlossenen Leitungssysteme übertragen. Geräusche gelangen durch Abstrahlung teilweise direkt in Aufenthaltsräume, teilweise in Form von Körperschall in angrenzende Bauteile, von welchen sie durch Abstrahlung in Luftschall umgewandelt und dadurch hörbar werden. Bei Lüftungsanlagen sind Ventilatoren häufig die stärksten Geräuschemittenten. Ihre Schallleistung wird vom Hersteller für die maßgebenden Betriebspunkte für die einzelnen Oktavbänder und als Summenschallleistungspegel auf der Grundlage genormter Messungen bekannt geben. Ein Beispiel für solche Herstellerangaben ist in Abb. 160.1-20 als Kennlinienblatt für einen Radialventilator dargestellt.
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Abbildung 160.1-20: Ventilatorkennlinien mit Linien für Schallleistungspegel
Wenn keine Messdaten von Herstellern zur Verfügung stehen, lässt sich der Summenschallleistungspegel von Ventilatoren für den Wirkungsgradbestpunkt näherungsweise nach (160.1-17) ermitteln [110].
(160.1-17) LW V ∆p
Summenschallleistungspegel (Ermittlungsgenauigkeit ± 4 dB) Volumenstrom Gesamtdruckdifferenz
Abbildung 160.1-21: Summen-Schallleistungspegel LW
[dB] [m3/h] [Pa]
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Schalltechnik
Ebenso ist auch der Schallleistungspegel für ein bestimmtes Frequenzband LW,f durch Subtraktion der nachfolgend angeführten Relativpegel ∆LW,f vom SummenSchallleistungspegel LW nach (160.1-18) ermittelbar. (160.1-18) Lw,f ∆Lw,f
Schallleistungspegel für Frequenzband (Oktav- oder Terzband) relativer Schallleistungspegel
[dB] [dB]
Abbildung 160.1-22: Relativer Schallleistungspegel ∆LW,f
Bei Umlenkungen in Luftleitungen wird je nach Formgebung und geometrischen Abmessungen ein Teil der auftreffenden Schallleistung zur Schallquelle reflektiert. Die Pegelsenkung kann in rechteckigen Luftleitungen durch schallschluckende Auskleidung verbessert werden. Für ausgewählte Oktavmittenfrequenzen kann für 90°-Umlenkungen mit folgenden Abminderungen des Schallleistungspegels gerechnet werden [28]. Tabelle 160.1-18: Pegelabsenkung bei runden 90°-Umlenkungen Durchmesser [ mm ] 125–250 280–500 530–1000 1050–2000
125
250
∆LW,f bei Oktavmittenfrequenz [ Hz ] 500 1000 2000
4000
8000
1 2
1 2 3 3
3 3 3 3
3 3 3 3
1
1 2 3
2 3 3 3
Tabelle 160.1-19: Pegelabsenkung bei rechteckigen 90°-Umlenkungen Auskleidung
Breite [ mm ]
keine
125 250 500 1000
vor dem Knie
hinter dem Knie
vor und hinter dem Knie
125 250 500 1000 125 250 500 1000 125 250 500 1000
125
1
6
7
7
250
∆LW,f bei Oktavmittenfrequenz [ Hz ] 500 1000 2000 4000
8000
1 2
1 2 3
1 2 3 3
2 3 3 3
3 3 3 3
3 3 3 3
6 8
6 8 6
6 8 6 8
8 6 8 11
6 8 11 11
8 11 11 11
7 12
7 11 10
7 11 10 10
11 10 10 10
10 10 10 10
10 10 10 10
7 12
7 12 14
7 12 14 16
12 14 16 18
14 16 18 18
16 16 18 18
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Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik
Bei der Ausmündung einer Luftleitung in einen Raum wird besonders der tieffrequente Anteil ankommender Schallwellen am Luftdurchlass reflektiert, weil dessen Abmessungen im Verhältnis zur Wellenlänge des Schalls gering sind. Die damit verbundene Absenkung des Schallleistungspegels wird als Mündungsreflexion bezeichnet und ist in Abb. 160.1-23 in Abhängigkeit von Frequenz f und freier Durchlassfläche Seff und Durchlassanordnung dargestellt. Abbildung 160.1-23: Pegelabsenkung durch Mündungsreflexion
160.1.10 SCHWINGUNGSTECHNIK Schwingungen, die sich in festen Körpern bei Frequenzen über 15 Hz ausbreiten, werden als „Körperschall“ bezeichnet [6]. Für das menschliche Ohr sind diese Schwingungen zunächst nicht hörbar. Sie können jedoch an Oberflächen aus Körpern austreten und durch Schwingungsübertragung an Luft als „Luftschall“ hörbar werden. In Flüssigkeiten und festen Körpern kann sich Schall mit geringeren Verlusten und höheren Geschwindigkeiten als in Luft fortpflanzen (z.B. über Wasser führende Rohrleitungen oder Betonelemente). Die Schallausbreitung über Bauteile lässt sich durch Zwischenschaltung elastischer Schichten weitgehend abmindern. Tabelle 160.1-20: Schallgeschwindigkeiten Medium
Schallgeschwindigkeit [ m/s ]
Granit Stahl Beton Wasser Luft
6500 5000 4000 1450 340
Bei langsamen Schwingungen spricht man eher von Erschütterungen als von Lärm. Sie werden vorwiegend von rotierenden Bauteilen verursacht. Erregerkräfte rotierender Bauteile versetzen deren ganze Baugruppe (wie z.B. Ventilatoren, Kältemaschinen, Pumpen usw.) in Schwingungen, deren Erregerfrequenz „fs“ der jeweiligen
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Schwingungstechnik
Drehzahl proportional ist. Schwingungs-Erregungen können sich über die Befestigung von Anlagenbauteilen auf Baukörper übertragen. Zur Abminderung der übertragbaren Schwingungen sollte deshalb jeder schwingende Bauteil elastisch gelagert werden. Sowohl die von rotierenden Bauteilen ausgehenden Schwingungen als auch die bei Schwingungsisolierung verbleibenden Restkräfte kann man rechnerisch ermitteln. Für Schwingungsisolierungen empfiehlt es sich stets, rechnerische Nachweise zu erstellen, weil durch falsch bemessene Schwingungsisolierung mitunter größere Schäden entstehen können, als wenn keine Schwingungsisolierung zum Einsatz gekommen wäre (z.B. durch die Ermöglichung von „Resonanzkatastrophen“). Stellt man eine Baugruppe mit einer bestimmten Masse auf Federelemente oder auf elastische Unterlagen, dann entsteht dadurch ein „Masse-Feder-System“, das nach Anregung mit einer für dieses System charakteristischen individuellen Eigenfrequenz „f0“ schwingen würde, die folgender Gleichung entspricht:
(160.1-19) f0 z m
Eigenfrequenz Federkonstante Masse
[Hz] [N/m] [kg]
Wird das schwingungsfähige System nur kurzzeitig angeregt, dann wird es mit Eigenfrequenz schwingen, und die Schwingung wird durch Dämpfungseinflüsse allmählich abklingen. Bei ständiger Anregung wird das System ständig schwingen. Wenn das System allerdings mit einer Erregerfrequenz „fs“ angeregt wird, die mit der Eigenfrequenz „f0“ des Systems übereinstimmt, dann ergibt sich ein „Resonanzfall“, bei dem sich die Systemschwingungen sogar verstärken. Wenn die Erregerfrequenz unter der Eigenfrequenz im so genannten „unterkritischen Bereich“ fs < f0 liegt, dann ist eine nur geringe Schwingungsdämpfung zu erwarten. Erst wenn die Erregerfrequenz über der Eigenfrequenz im „überkritischen Bereich“ mit fs > f0 · √ 2 liegt, ergeben sich nennenswerte schwingungsdämpfende Wirkungen. Für die Beurteilung der Wirksamkeit einer Schwingungsisolierung wurde der Isoliergrad „I“ definiert, der sich nach folgender Gleichung berechnen lässt:
(160.1-20) I fs f0
Isoliergrad Erregerfrequenz Eigenfrequenz
[–] [Hz] [Hz]
Nennenswert wird der Isoliergrad erst bei Werten über ~90%. Ein Isoliergrad von 90% bedeutet, dass 90% der von schwingenden Baugruppen auf deren Befestigung einwirkenden Restkräfte von der Schwingungsisolierung zurückgehalten werden. Anforderungen an die Schwingungsisolierung sind in verschiedenen technischen Richtlinien [112] festgelegt.
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160.2 LÜFTUNGS- UND KLIMAANLAGEN Klimaanlagen dienen der „Luftaufbereitung“ und ermöglichen folgende Luftzustandsänderungen: • • • • •
Luftreinigung, Lufterwärmung, Luftbefeuchtung, Luftkühlung, Luftentfeuchtung.
160.2.1 BEZEICHNUNGEN UND SINNBILDER Die Bezeichnungen und Sinnbilder für die Hauptkomponenten von Klimaanlagen wurden unter anderem in ÖNORM M 7600-2 [107] wie folgt festgelegt: Tabelle 160.2-01: Sinnbilder und Bauteile von Klimaanlagen
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Lüftungs- und Klimaanlagen
Die angeführten Kennfarben für Luftarten entsprechen der ÖNORM EN 13779 [80]. In nachfolgendem Luftführungsschema sind wesentliche Bauteile von Klimaanlagen (Bild 160.2-01, 02, 06 bis 09) in funktionsgerechter Anordnung dargestellt. Abbildung 160.2-01: Bauteile einer Klimaanlage
Dem Schema entspricht folgende Luftführung • Außenluft (AUL) wird aus dem Freien über ein Wetterschutzgitter angesaugt und über Bauteile einer Zuluftanlage, Zuluftleitungen und Zuluftdurchlässe als Zuluft (ZUL) in einen Aufenthaltsraum gefördert. • Im Aufenthaltsraum sind Raumluftfühler angeordnet, die Temperatur und Feuchtigkeit messtechnisch erfassen. Über eine Regelanlage werden Stellglieder für Bauteile der Klimaanlage in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten so geregelt, dass im Aufenthaltsraum vorgegebene Mindestwerte für Temperatur und Feuchtigkeit nicht unterschritten und vorgegebene Höchstwerte für Temperatur und Feuchtigkeit nicht überschritten werden. • Von Abluftdurchlässen wird ein Teil der Raumluft als Abluft (ABL) erfasst und über Abluftdurchlässe, Abluftleitungen, Bauteile einer Abluftanlage und Wetterschutzgitter als Fortluft (FOL) wieder ins Freie geleitet.
Lüftungsklappen
• •
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Ein regelbarer Anteil der Abluft kann als Umluft (UML) über ein Umluftleitungssystem wieder der Zuluftanlage zugeführt werden. Über eine Wärmerückgewinnungsanlage kann im Heizbetrieb der Fortluft Wärme entzogen und der Zuluft zur Vorwärmung zugeführt werden.
Abbildung 160.2-02: Ansicht einer Klimaanlage
160.2.2 LÜFTUNGSKLAPPEN Lüftungsklappen kommen in Luftleitungen oder Luftaufbereitungsanlagen zum Einsatz, um Luftvolumenströme zu unterbrechen, zu drosseln oder umzulenken. Sie bestehen üblicherweise aus einem Profilstahlrahmen, in welchem profilierte Lamellen drehbar gelagert sind. Über eine Stellvorrichtung werden die Lamellen entweder gleich- oder gegenläufig gemeinsam bewegt. Abbildung 160.2-03: Lüftungsklappe
160.2.2.1 ABSPERRKLAPPEN Absperrklappen kommen nur für die zwei Betriebsstellungen („auf“ oder „zu“) zum Einsatz. Sie werden über Stellmotore, die an Stellvorrichtungen der Lüftungsklappen angeschlossen sind, fernbetätigt. Gleichläufige Lamellen beeinträchtigen ihre Funktion nicht. Als Sonderausführung sind auch besonders dichte Absperrklappen mit elastischen Dichtflächen erhältlich. 160.2.2.2 REGULIERKLAPPEN Regulierklappen dienen der Drosselung von Luftvolumenströmen. Bei Bauweisen mit mehreren Lamellen müssen die Lamellen gegenläufig bewegt werden, um auch im Teillastbetrieb eine Drosselwirkung zu ermöglichen.
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Lüftungs- und Klimaanlagen
Um Luftvolumenströme in Teilbereichen von Luftleitungssystemen auf die Auslegungswerte einstellen zu können, werden an dafür geeigneten Stellen Regulierklappen mit Feststellvorrichtungen angeordnet. Sie werden grundsätzlich nur bei Inbetriebnahmen oder bei Abänderungen von Luftleitungssystemen benutzt. Bei kleinen Luftvolumenströmen erfolgt die Drosselung durch Drehklappen. Bei hohen Luftgeschwindigkeiten und Druckdifferenzen können sie Strömungsgeräusche verursachen, die eventuell mit nachgeschalteten Schalldämpfern abgemindert werden müssen. Besondere Bauarten werden deshalb bereits mit schalldämmenden Auskleidungen angeboten. Abbildung 160.2-04: Regulierklappen
160.2.2.3 VOLUMENSTROMREGLER Volumenstromregler kommen zum Einsatz, um in bestimmten Versorgungsbereichen den Volumenstrom für Zuluft und Abluft auf vorgegebene Sollwerte unabhängig von Druckänderungen im Luftleitungsnetz regeln zu können. Selbsttätige Volumenstromregler können ihre Hilfsenergie zur Klappenverstellung über den Vordruck im Luftleitungssystem beziehen, wenn dieser über ~40 Pa liegt. Die Stellkräfte sind dabei nur gering. Mit Fremdenergie betriebene Volumenstromregler werden von Stellmotoren betätigt, die über Regelgeräte den Volumenstrom an festgelegten Messstellen auf Sollwerte regeln. Abbildung 160.2-05: Volumenstromregler
160.2.2.4 BRANDSCHUTZKLAPPEN Brandschutzklappen sind überall dort einzusetzen, wo Luftleitungen Brandabschnittsgrenzen durchdringen. Ihre Aufgabe besteht darin, eine Brandausbreitung über Luftdurchtrittsöffnungen zwischen Brandabschnitten zu verhindern. Sie bestehen aus brandbeständigen Gehäusen, in welchen brandbeständige Klappen angeordnet sind, die bei Lufttemperaturen um +70° C selbsttätig schließen. Brandrauchsteuerklappen dienen der Entrauchung von Entrauchungsabschnitten nach einem Brand. Sie werden im Gegensatz zu Brandschutzklappen nicht temperaturabhängig ausgelöst, sondern können über eigene Steuerungsanlagen bedarfsabhängig geöffnet oder geschlossen werden. Ansonsten entspricht ihre Bauweise der von Brandschutzklappen.
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Luftfilter Abbildung 160.2-06: Brandschutzklappen
160.2.3 LUFTFILTER 160.2.3.1 PARTIKELFILTER Partikelfilter sind Anlagenkomponenten, mit welchen Verunreinigungen aus der Luft abgeschieden werden können. Die Teilchengröße der luftfremden Stoffe (Staub und Aerosole) liegt zwischen 0,001 und 500 mm (1 mm „Mikrometer“ = 0,001 mm). In Normen werden hinsichtlich ihrer Wirksamkeit folgende Filterarten unterschieden: Tabelle 160.2-02: Filterarten Sinnbild G
Grobstaubfilter
F
Feinstaubfilter
H
Schwebstofffilter
U
Hochleistungsschwebfilter
Schwebstofffilter werden auch als „HEPA-Filter“ bezeichnet (Abkürzung für „High Efficiency Particulate Air Filter“). Hochleistungsschwebstofffilter werden auch als „ULPA-Filter“ bezeichnet (Abkürzung für „Ultra Low Penetration Air Filter“). Diese Filterarten werden ihrerseits in weitere Filterklassen aufgegliedert. In Lüftungs- und Klimaanlagen für normale Einsatzzwecke kommen hauptsächlich Feinstaubfilter zum Einsatz. Ihre Filtrationsleistung wird nach einem genormten Prüfverfahren zur Bestimmung des „mittleren Wirkungsgrades Em“ ermittelt. Zur Wirkungsgradbestimmung werden festgelegte gleiche Teilvolumenströme der Prüfluft an- und abströmseitig von dem im Versuch stehenden Prüfling entnommen und über gleichartige Messobjekte aus Papier abgeschieden. Das Messergebnis wird über die Absaugzeiten bis zur Erreichung festgelegter Schwärzungsgrade der Messobjekte ermittelt. Bei besonders hohen Anforderungen an die Staubfreiheit der Luft wie z.B. für Reinräume und zugehörige Reinraumbereiche kommen Schwebstofffilter zum Einsatz. Ihre Filtrationsleistung wird mit einem genormten Verfahren zur Bestimmung des „Durchlassgrades“ bestimmt. Der Durchlassgrad wird dabei als Verhältnis der Partikelkonzentration auf der Abströmseite zur Partikelkonzentration auf der Anströmseite eines Filters definiert. Die Partikelkonzentration ist mit hochempfindlichen Partikelzählgeräten messbar. Mit elektrostatischen Hochleistungsschwebstofffiltern sind durch zusätzliche Nutzung elektrostatischer Abscheideeffekte besonders hohe Abscheidegrade erreichbar.
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Lüftungs- und Klimaanlagen
Bei mechanischen Lüftungsanlagen müssen Druckdifferenzen zur Verfügung stehen, um mit den geförderten Luftvolumenströmen auch Filterwiderstände überwinden zu können. Jener Luftwiderstand, der bereits bei einem neu eingesetzten unverschmutzten Filter zu überwinden ist, wird als „Anfangsdruckdifferenz“ bezeichnet. Nach Einspeicherung von Staub steigt an den Filtern die Druckdifferenz an. Jener Luftwiderstand, bei dem ein Filter erneuert werden sollte, wird als „Enddruckdifferenz“ bezeichnet. Mit „Standzeit“ wird die Anlagenbetriebszeit zwischen Filterbetrieb mit Anfangsdruckdifferenz und Filterbetrieb mit Enddruckdifferenz bezeichnet. Bei normaler Staubkonzentration und bei täglich achtstündiger Betriebsweise sind folgende „Standzeiten“ zu erwarten: Tabelle 160.2-03: Klasseneinteilung von Luftfiltern [50][58][62]
160.2.3.2 SORPTIONSFILTER (AKTIVKOHLEFILTER) Aktivkohlefilter dienen der „Adsorption“ von gas- und dampfförmigen Verunreinigungen der Luft. Das Basismaterial besteht aus kornförmig aufbereiteter Kohle, die zahlreiche Poren mit großer innerer Adsorptionsfläche aufweist. Die innere Oberfläche derart aufbereiteter Kohle liegt in der Größenordnung von etwa 900 bis 1200 m2 je Gramm Aktivkohle, wobei in Sorptionsfiltern mit einer Packungsdichte von ~0,5 g/cm3 gerechnet werden kann. Für den Einsatz in Lüftungsanlagen wird Aktivkohle in luftdurchlässige Behälter mit Schichtstärken von 15 bis 30 mm gepackt, die entweder als Platten zickzackförmig oder als zylinderförmige Patronen im Luftstrom angeordnet sind. Um ihre Wirksamkeit durch Staubverschmutzung nicht zu beeinträchtigen, sollten Aktivkohlefilter stets durch vorgeschaltete Staubfilter geschützt werden. Die Druckdifferenzen liegen bei 10 bis 150 Pa, die Standzeiten bei etwa einem Jahr. Bei Lufttemperaturen über +40° C sinkt die Adsorptionswirkung dieser Filter stark ab. Aktivkohle ist brennbar mit Zündtemperaturen zwischen +200° C und +400° C.
Luftfilter
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Abbildung 160.2-07: Sorptionsfilter (Aktivkohlefilter)
160.2.3.3 REINRAUMTECHNIK Bei manchen Arbeitsvorgängen in der elektronischen, optischen und pharmazeutischen Industrie werden hohe Anforderungen an die Staubfreiheit der Raumluft gestellt. Kleinste Staubteilchen mit Durchmessern von 0,1 bis 1,0 mm können dort bereits Schäden verursachen. Einer Vermeidung derartiger Schäden dient die Reinraumtechnik. Es werden dabei hohe Zuluftvolumenströme über Schwebstofffilter geleitet und mit „turbulenzarmer Verdrängungsströmung“ bei hohem Luftwechsel über Arbeitsflächen geführt. Je nach Anspruch an die Staubfreiheit der Luft – ausgedrückt als Teilchenkonzentration in „Partikelanzahl je m3 Luft“ – werden die reinen Räume in Reinheitsklassen [29] eingeteilt. Die Errichtung und der Betrieb von Reinräumen [102] sind besonders kostspielig. Abbildung 160.2-08: Reinraum mit vertikaler Verdrängungsströmung
Wenn es genügt, die hohen Anforderungen an die Luftreinheit nur im Bereich begrenzter Arbeitsflächen sicherzustellen, ist der Einsatz „reiner Werkbänke“ preisgünstiger als die Errichtung von Reinräumen.
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Lüftungs- und Klimaanlagen
Abbildung 160.2-09: Reine Werkbank
160.2.3.4 LAMELLENROHR-WÄRMEAUSTAUSCHER Die Erwärmung oder Abkühlung von Luftströmen erfolgt in lufttechnischen Anlagen vorwiegend über Lamellenrohr-Wärmeaustauscher. Sie bestehen aus nebeneinander (und manchmal auch hintereinander) angeordneten Rohren, die zwischen Sammelund Umlenkkammern angeordnet sind. Als Energieträger strömt durch die Rohre bei Lufterhitzern Heizwasser und bei Luftkühlern Kaltwasser. Die äußere Rohroberfläche ist mit rippenartig angeordneten Lamellen vergrößert, weil der Wärmeübergang vom Rohrmaterial an Luft wesentlich größere Wärmeaustauscherflächen erfordert als an Heiz- oder Kaltwasser. Lamellenrohr-Wärmeaustauscher werden vorwiegend aus folgenden Materialien hergestellt: • • •
Rohren aus Kupfer und darauf aufgepressten Lamellen aus Aluminium, Rohren und Lamellen aus Kupfer, außen im Vollbad verzinnt, Rohren und Lamellen aus Stahl, außen im Vollbad verzinkt.
Tabelle 160.2-04: Typische Kennwerte von Lamellenrohr-Wärmeaustauschern Lufterhitzer Lufteintritt Lufterwärmung Luftgeschwindigkeit Luftwiderstand Heizwasser-Vorlauf Heizwasser-Abkühlung Heizwassergeschwindigkeit Heizwasserwiderstand
–20° C 10 K 1,5 m/s 50 Pa +45° C 6K 0,5 m/s 4 Pa
bis bis bis bis bis bis bis bis
+10° C 60 K 4,5 m/s 200 Pa +80° C 20 K 2,0 m/s 40 Pa
+35° C 10 K 1,5 m/s 100 Pa +4° C 3K 0,5 m/s 4 Pa
bis bis bis bis bis bis bis bis
+40° C 25 K 4,5 m/s 250 Pa +10° C 8K 2,0 m/s 40 Pa
Luftkühler Lufteintritt Luftabkühlung Luftgeschwindigkeit Luftwiderstand Kaltwasser-Vorlauf Heizwasser-Abkühlung Heizwassergeschwindigkeit Heizwasserwiderstand
Bei vorgegebenem Luftdurchtrittsquerschnitt lässt sich die luftseitige Übertragungsleistung durch Anordnung mehrerer Rohrreihen hintereinander erhöhen, wobei sich ein größerer Luftwiderstand ergibt. Die wasserseitige Übertragungsleistung lässt sich
Luftfilter
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über die Anzahl von Wasserwegen durch den Wärmeaustauscher beeinflussen. Bei vorgegebener Heiz- oder Kaltwassermenge wird mit der Anzahl von Wasserwegen die Wassergeschwindigkeit in den Rohren und damit die Übertragungsleistung erhöht, wobei sich ein größerer Wasserwiderstand ergibt. Wärmeaustauscher werden für Nennleistungen ausgelegt, die sich auf definierte Garantiewerte für Luftzustandsänderungen und Energieträgertemperaturen beziehen müssen und vom Hersteller zu bestätigen sind. Typische Kennwerte dieser lufttechnischen Anlagenkomponenten sind in Tabelle 160.2-04 zusammengefasst. Abbildung 160.2-10: Lamellenrohr-Wärmeaustauscher
Weil Luftkühler auch zur Entfeuchtung von Luftströmen eingesetzt werden können, sind sie in lüftungstechnischen Anlagen so anzuordnen, dass allfällig anfallendes Kondenswasser in ein Entwässerungssystem abgeleitet werden kann. Dabei ist zu beachten, dass normale Geruchsverschlüsse mit einer Wasservorlage (Sifone) nur wirksam sind, solange sich in der Wasservorlage Wasser befindet. Wenn mit einem Luftkühler nicht entfeuchtet wird, gelangt kein Kondenswasser in den Geruchsverschluss, und das dort gestaute Sperrwasser kann allmählich verdunsten. Wenn der Geruchsverschluss des Entwässerungssystems unwirksam wird, dann kann die zur Luftverbesserung eingesetzte lufttechnische Anlage Luft aus dem Entwässerungssystem ansaugen und mit der Zuluft den Aufenthaltsräumen zuführen. Diese Unzu-
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Lüftungs- und Klimaanlagen
länglichkeit lässt sich durch Einsatz so genannter „Kugelsifone“ in allen Entwässerungsleitungen von lufttechnischen Anlagen vermeiden. In einem Kugelsifon schwimmt eine Kugel auf dem Sperrwasser. Bei sinkendem Sperrwasser liegt die Schwimmkugel luftdicht an einem Dichtring auf und unterbricht die sonst entstehende Luftverbindung zwischen Entwässerungssystem und lufttechnischer Anlage. Abbildung 160.2-11: Kugelsifon
KÜHLUNG MIT ENTFEUCHTUNG
KÜHLUNG OHNE ENTFEUCHTUNG
160.2.4 LUFTBEFEUCHTER Luftbefeuchter dienen der Befeuchtung von Luftströmen in lufttechnischen Anlagen. Die nachfolgend angeführten Bauarten von Luftbefeuchtern unterscheiden sich hinsichtlich ihres Platzbedarfes und Wartungsaufwandes sowie ihrer Herstellungsund Betriebskosten. 160.2.4.1 ZERSTÄUBUNGSBEFEUCHTER Zerstäubungsbefeuchter bestehen aus einer luftdurchströmten Kammer, in der Wasser zu einem dichten Nebel kleiner Wassertröpfchen zerstäubt wird, um eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Wasser und Luftstrom zu erhalten. Bei „adiabatischer“ Befeuchtung wird ein Teil des zerstäubten Wassers von der Luft als Wasserdampf aufgenommen, wobei ihr die dafür erforderliche Verdampfungswärme entzogen wird und sie sich deshalb abkühlt. Bei Durchlauf-Befeuchtern wird nur Trinkwasser versprüht. Abbildung 160.2-12: Umlauf-Zerstäubungsbefeuchter [6]
Bei Umlauf-Befeuchtern wird das nicht verdampfte Wasser im unteren Kammerbereich in einer Wanne gesammelt und mit einer Umwälzpumpe wieder zu den Zerstäuberdüsen gefördert. Um die Wasserverluste zu ersetzen, muss der Wasserzufluss in die Befeuchterwanne mit einem Schwimmerventil geregelt werden.
45
Luftbefeuchter
Weil ein Teil des umlaufenden Wassers verdunstet und die härtebildenden Salze im Wasser verbleiben, kann sich das Befeuchtungswasser mit Härtebildnern so weit anreichern, dass es im Befeuchtungssystem zu Steinbildungen kommt. Um das zu vermeiden, muss dem Luftbefeuchter mehr Frischwasser zugeführt werden, als Wasser verdunstet. Die dafür erforderliche Frischwassermenge lässt sich in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Umlaufwassers regeln. Um zu vermeiden, dass Wassertröpfchen von der Luft in das Luftleitungssystem mitgerissen werden, sind am Ende der Befeuchtungskammer Tropfenabscheider angeordnet. Diese bestehen aus zickzackförmig angeordneten Luftlenklamellen mit überstehenden rinnenförmigen Kanten, an denen Tröpfchen abgeschieden werden und über welche sie in die Befeuchterwanne abfließen. Über eine dicht schließende Wartungsöffnung muss der Innenraum des Befeuchters zugänglich sein. Mit einer innen angeordneten wasserdichten Beleuchtung werden Inspektions- und Wartungsarbeiten erleichtert. Hygienisch bedenklich ist der Betrieb dieser Luftbefeuchter dann, wenn die Befeuchterwanne zu einer Brutstätte von Mikroorganismen wird und von dort Keime in die Luftleitungen gelangen. Luftbefeuchter mit Umlaufwasser müssen deshalb durch geeignete Maßnahmen regelmäßig gereinigt und desinfiziert werden. Typische Kennwerte dieser lufttechnischen Anlagenkomponente liegen in folgenden Bereichen: • • • • •
Baulänge Luftgeschwindigkeit Luftwiderstand Düsenabstand Düsenwiderstand
1 bis 3 m, 1,5 bis 4,5 m/s, 100 bis 300 Pa, 0,15 bis 0,30 m, 150 bis 250 kPa.
160.2.4.2 KONTAKTBEFEUCHTER In Kontaktbefeuchtern wird der Luftstrom mit möglichst großen feuchten Oberflächen in Berührung gebracht, über die Wasser rieselt. In Vergleich zu Düsenbefeuchtern sind Kontaktbefeuchter mit kürzeren Baulängen ausführbar und erfordern nur geringe Pumpendrücke für die Umlaufwasserumwälzung. Die Aufbereitung des Umlaufwassers ist in gleicher Weise wie bei Düsenbefeuchtern vorzunehmen. Abbildung 160.2-13: Umlauf-Kontaktbefeuchter [6]
Typische Kennwerte dieser lufttechnischen Anlagenkomponente liegen in folgenden Bereichen: • • • •
Baulänge Luftgeschwindigkeit Luftwiderstand Wasserwiderstand
0,6 bis 1,2 m, 1,0 bis 2,5 m/s, 100 bis 300 Pa, 3 bis 10 kPa.
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Lüftungs- und Klimaanlagen
160.2.4.3 DAMPFBEFEUCHTER Bei Dampfbefeuchtern wird Dampf in den Luftstrom über Düsenreihen eingebracht, die auf so genannten „Dampflanzen“ angeordnet sind. Die Zustandsänderung erfolgt mit einer geringen Temperaturerhöhung der Luft. Die Dampfleitungen erfordern eine einwandfreie Entwässerung. Weil Befeuchtungsstrecken von mehreren Metern erforderlich sind, um Kondensatanfall an Luftleitungen zu vermeiden, werden Dampflanzen vorzugsweise in geraden Luftleitungen (aus Edelstahl) mit geeignetem Entwässerungsanschluss angeordnet. Wenn keine ausreichenden Befeuchtungsstrecken zur Verfügung stehen, sind Tropfenabscheider anzuordnen. Abbildung 160.2-14: Dampfbefeuchter
160.2.5 VENTILATOREN Zwischen der Eintrittsseite und der Austrittsseite von Ventilatoren werden Druckunterschiede erzeugt, die sich zur Bewegung von Luftvolumenströmen nutzen lassen. Sie bestehen aus einem luftführenden Gehäuse mit Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnung, in dem Luft von einem rotierenden Flügelrad bewegt wird (Bilder 160.2-10 bis 12, 15 bis 20). 160.2.5.1 RADIALVENTILATOREN Bei dieser Bauweise wird Luft in Richtung der Laufradachse angesaugt und durch Fliehkraftwirkung in radialer Richtung an die Gehäusewand gedrückt, in der die Luftaustrittsöffnung angeordnet ist. Laufräder, an deren Umfang zahlreiche Schaufeln angeordnet sind, werden als „Trommelläufer“ bezeichnet, weil sie mit Spannseilen versehenen Trommeln ähnlich sehen. Das Laufrad kann von einem Motor über Keilriemen angetrieben werden oder mit der Motorwelle direkt verbunden sein. Abbildung 160.2-15: Radialventilator
160.2.5.2 AXIALVENTILATOREN Bei Axialventilatoren wird die Luft in axialer Richtung angesaugt und weitergefördert. Das Laufrad besteht dabei aus einer Nabe mit Schaufeln, die am Umfang gleichmäßig verteilt sind. Zur Veränderung des Luftvolumenstromes können die Schaufelwinkel am Laufrad auch veränderlich ausgeführt werden.
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Ventilatoren Abbildung 160.2-16: Axialventilator
Die Nabe ist in den meisten Fällen mit der Antriebswelle des Motors direkt gekoppelt. Bei Förderung von Luftvolumenströmen mit hohen Temperaturen (über +50° C) müssen die Antriebsmotore vor Übererwärmung durch geeignete Maßnahmen geschützt werden (z.B. externe Anordnung mit Keilriemenantrieb oder Fremdbelüftung). Durch Anordnung von Leiträdern lassen sich die mit Axialventilatoren erreichbaren Drücke erhöhen. Zur Erreichung besonders hoher Drücke kann man gegenläufige Axialventilatoren hintereinander anordnen. 160.2.5.3 ANTRIEBSLEISTUNG Die über den Antriebsmotor von Ventilatoren eingesetzte Leistung kann nicht vollständig in Förderdruck umgesetzt werden, weil mit Luftreibungen, Luftstößen, Luftumlenkungen und Verwirbelungen unvermeidliche Leistungsverluste verbunden sind. Die Leistungsverluste von Ventilatoren werden durch einen Gesamtwirkungsgrad ηt gekennzeichnet, der sich aus dem Verhältnis der Leistung des Lufttransportes zur dafür aufgewendeten Antriebsleistung ergibt:
(160.2-01) ηt VL ∆pt P
Gesamtwirkungsgrad Volumenstrom Gesamtdruckdifferenz Leistungsbedarf (elektrisch)
[–] [m3/s] [Pa] bzw. [N/m2] [W] bzw. [Nm/s]
Tabelle 160.2-05: Gesamtwirkungsgrade ηt von Ventilatoren Ventilator Radial-Trommelläufer Radial-Hochleistungsventilatoren Wand-Axialventilatoren Axialventilatoren ohne Leitrad Axialventilatoren mit Leitrad Gegenläufige Axialventilatoren
Gesamtwirkungsgrad ηt 0,4 0,7 0,4 0,6 0,7 0,8
bis bis bis bis bis bis
0,8 0,9 0,5 0,7 0,9 0,9
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Lüftungs- und Klimaanlagen
160.2.5.4 DREHZAHLÄNDERUNG Kenngrößen von Ventilatoren lassen sich durch Veränderung der Laufraddrehzahl n innerhalb anlagenspezifischer Anwendungsgrenzen beeinflussen. Dabei gelten folgende physikalische Proportionalitätsgesetze: V ∆p
proportional zu n proportional zu n2
P
proportional zu n3
Volumenstrom ändert sich proportional zur Drehzahl. Förderdruck ändert sich proportional zum Quadrat der Drehzahl. Leistungsbedarf ändert sich proportional zur dritten Potenz der Drehzahl.
160.2.5.5 LEITUNGSNETZKENNLINIE Um einen Luftvolumenstrom durch ein Luftleitungsnetz einschließlich aller darin eingebauten Anlagenkomponenten fördern zu können, ist ein Luftwiderstand zu überwinden, der sich den physikalischen Proportionalitätsgesetzen entsprechend proportional zum Quadrat des geförderten Volumenstromes ändert. In einem Diagramm, auf dessen Abszissenachse der Volumenstrom V und auf dessen Ordinatenachse der Luftwiderstand ∆p aufgetragen ist, lassen sich Leitungsnetzkennlinien als durch den Nullpunkt gehende Parabeln darstellen. Wenn der Luftwiderstand ∆pt eines Luftleitungsnetzes durch Messungen oder Druckverlustberechnungen nur für einen bestimmten Luftvolumenstrom ermittelt worden ist, dann lässt sich im DruckvolumenSchaubild dessen Netzkennlinie bereits über allen Volumenströmen V eingetragen. Wenn sich Luftwiderstände im Leitungsnetz ändern, dann verändern sich auch die Steigungen der Leitungsnetzkennlinien. 160.2.5.6 VENTILATORKENNLINIE Das betriebliche Verhalten eines Ventilators ist ebenfalls in einem DruckvolumenSchaubild mit Ventilatorkennlinien darstellbar, die in Versuchen zu ermitteln sind. Dabei ergeben sich bei einem Ventilator für jede Drehzahl n zueinander nahezu parallele Kennlinien. Wirkungsgradlinien lassen sich in diesen Schaubildern in Form von Parabeln darstellen. Abbildung 160.2-17: Kennlinien
160.2.5.7 BETRIEBSPUNKT Für einen Ventilator liegt der Betriebspunkt im Druckvolumen-Schaubild stets auf dem Schnittpunkt einer seiner Drehzahl-Kennlinien mit der Leitungsnetz-Kennlinie. Die Steigung der Kennlinie eines Leitungsnetzes verändert sich beispielsweise dann, wenn darin Luftdurchlässe geöffnet, geschlossen oder gedrosselt werden. Der
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Ventilatoren
Betriebspunkt wandert in diesem Fall auf der Ventilatorkennlinie und damit der im Leitungsnetz geförderte Luftvolumenstrom. Bei Drehzahlveränderung eines Ventilatorlaufrades wandert der Betriebspunkt auf der Netzkennlinie. Durch Drehzahlregelung von Ventilatorlaufrädern kann man auch in Luftleitungsnetzen mit veränderlichen Druckverhältnissen die Luftvolumenströme in gewünschter Weise beeinflussen.
160.2.5.8 KÖRPERSCHALLDÄMMUNG UND SCHWINGUNGSISOLIERUNG Laufräder von Ventilatoren werden statisch und dynamisch ausgewuchtet, um unwuchtbedingte Schwingungsübertragungen an angrenzende Bauteile möglichst gering zu halten. Die Intensität verbleibender Restschwingungen wird durch elastische Trennung der Ventilatoren von den unmittelbar angrenzenden Bauteilen abgemindert. Die von einem Ventilator oder Motor erzeugten Geräusche können sich als Körperschall oder als Luftschall ausbreiten. Während Luftschall auf dem Luftweg übertragen wird, regt Körperschall feste Körper zu Schwingungen an und wird, beispielsweise in Fundamenten, Fußböden, Wänden oder Bauteilen von Luftleitungssystemen weitergeleitet. In ähnlicher Weise wie die Membranflächen von Lautsprechern können schwingende luftberührte Begrenzungsflächen Körperschallschwingungen in Luftschall umwandeln, wodurch diese dann hörbar werden. Schwingungsdämpfende Maßnahmen erfordern eine Abstimmung der schwingungserzeugenden Erregerfrequenzen auf die Eigenfrequenzen schwingungsfähiger Anlagenbauteile. Mit Abstimmung wird das Frequenzverhältnis ηF bezeichnet:
(160.2-02) ηF fS f0
Frequenzverhältnis Erregerfrequenz Eigenfrequenz
[–] [Hz] [Hz]
Bei Frequenzverhältnissen werden folgende Bereiche unterschieden: ηF < 1 unterkritisch, ηF = 1 Resonanz, ηF > 1 überkritisch. Wesentliche Abminderungen von Restkräften gegenüber der Erregerkraft sind nur bei überkritischer Abstimmung bei Frequenzverhältnissen von ηF > √2 erreichbar. Schwingungsdämmende Maßnahmen sollten nur auf der Grundlage rechnerischer Nachweise vorgenommen werden, weil Maßnahmen, deren Frequenzverhältnis im Resonanzbereich liegen, die Schwingungen verstärken können und dadurch die Situation nicht verbessern, sondern verschlechtern.
160.2.5.9 SCHALLLEISTUNG Der Betrieb von Ventilatoren ist mit der Erzeugung unvermeidlicher Geräusche verbunden, die über Luftleitungssysteme in die daran angeschlossenen Räume und ins Freie weitergeleitet werden. Wenn sich durch den Betrieb von Ventilatoren in Aufenthaltsbereichen Geräuschpegel ergeben können, die über den Grenzwerten zumutbarer Störungen liegen, dann ist die Intensität der Schallausbreitung durch geeignete Schalldämmmaßnahmen abzumindern. Als Kennzahl zur eindeutigen
50
Lüftungs- und Klimaanlagen
akustischen Beschreibung einer Geräuschquelle wird der Schallleistungspegel (siehe auch Formel 160.1-10) herangezogen, der dem logarithmischen Verhältnis der von einer Schallquelle abgestrahlten Schallleistung W zu einer Bezugsschallleistung Wo von 10–12 W entspricht.
(160.2-03) LW W W0
Schallleistungspegel Schallleistung Bezugsschallleistung = 10–12
[dB] [W] [W]
Erfahrungsgemäß sind Radialventilatoren mit vorwärts gekrümmten Schaufeln (Trommelläufer) im Vergleich zu anderen Ventilatorbauarten besonders leise, haben jedoch einen höheren Leistungsbedarf. Etwas lauter sind Ventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln. Axialventilatoren sind am lautesten. Im Kennlinienbereich der höchsten Wirkungsgrade ergeben sich bei allen Ventilatorbauarten die geringsten Schallleistungen. Bei Abweichungen vom optimalen Betriebspunkt kann sich der Schallleistungspegel um bis zu ~10 dB erhöhen. Axialventilatoren geben in hohen Frequenzbereichen höhere Schalleistungen als Radialventilatoren ab. Mit dem in Tabelle 160.1-15 angeführten Frequenzverlauf lässt sich auch der Schallleistungspegel der Bewertungskurve „A“ entsprechend als LWA in dB(A) abschätzen. Geräuscharmer Betrieb von Ventilatoren wird durch folgende Maßnahmen gefördert: • • • •
statische und dynamische Auswuchtung der Laufräder, Ventilatorbetrieb mit hohem Wirkungsgrad, Ventilatorbetrieb mit möglichst geringem Förderdruck, Vermeidung von Resonanzen (z.B. bei der Gehäusewand).
160.2.6 SCHALLDÄMPFER Wenn die luftschalldämmende Wirkung von Luftleitungssystemen nicht ausreicht, um im Aufenthaltsbereich den betriebsbedingten Luftschall lufttechnischer Anlagen auf anerkannte Grenzwerte zumutbarer Lärmstörungen herabzusetzen, dann müssen Schalldämpfer als zusätzliche schalldämmende Maßnahmen eingesetzt werden. Für diesen Einsatz sind „Absorptions-Schalldämpfer “ besonders geeignet, die nach Möglichkeit in Nähe der Ventilatoren anzuordnen sind. Sie bestehen aus einem Stahlblechgehäuse mit eingebauten Absorptionswänden („Kulissen“) aus porösen Stoffen (z.B. Mineralwolle), in welchen Druckschwankungen der Luft aufgenommen werden. Abbildung 160.2-18: Schalldämpfer
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Schalldämpfer
Durch Querschnittsveränderungen und Luftumlenkungen ergeben sich Luftwiderstände, die von Luftvolumenströmen bei der Durchströmung von Schalldämpfern überwunden werden müssen. Die Kulissenoberflächen werden mit Lochblechabdekkungen gegen Abrieb geschützt. Das Absorptionsmaterial soll unbrennbar, nicht hygroskopisch, geruchlos und glatt sein. Die Luftgeschwindigkeit in den Kulissenspalten darf nicht zu hoch gewählt werden, weil sonst Strömungsrauschen die schalldämmende Wirkung beeinträchtigt. Die Spaltweite s zwischen den schalldämmenden Kulissen muss kleiner sein als die Wellenlänge des zu absorbierenden Schalls. Das Absorptionsvermögen dieser Schalldämpfer nimmt mit zunehmender Kulissendicke zu und ist bei hohen Frequenzen wirksamer als bei tiefen. Die Kulissen müssen zur Dämpfung tiefer Frequenzen dick sein, zur Dämpfung hoher Frequenzen müssen die Spaltweiten klein sein. Bei runden Bauformen wird die Innenwand als Kulisse ausgebildet und eventuell mit einem als Kulisse ausgebildeten runden Kern ergänzt. Die Schalldämmung zwischen nebenoder übereinander liegenden Räumen kann über Anschlüsse an Luftleitungen so stark verringert werden, dass auch bei geschlossenen Verbindungstüren Geräusche und Gespräche aus den Nebenräumen wahrnehmbar sind. Zur Vermeidung derartiger „Schallnebenwegübertragungen“ werden in die Abzweigleitungen „Telefonieschalldämpfer“ eingebaut. Diese Art von Absorptionsschalldämpfern besteht meistens aus runden flexiblen Luftleitungen mit innerer schallabsorbierender Auskleidung, die durch eine zusätzliche perforierte innere Luftleitung gegen Abrieb geschützt wird. Typische Kennwerte für Absorptions-Schalldämpfer liegen in folgenden Bereichen: Tabelle 160.2-06: Kennwerte für Absorptions-Schalldämpfer Kennwerte Kulissendicke Spaltweite Baulänge Luftgeschwindigkeit Dämpfung
0,1 m 0,1 m 0,5 m 3,0 m/s 6 dB/m
bis bis bis bis bis
0,2 m 0,2 m 2,0 m 5,0 m/s 16 dB/m
Abbildung 160.2-19: Absorptionsschalldämpfer
160.2.7 LUFTLEITUNGEN Luftleitungen dienen dem Lufttransport in zu lüftende Räume und aus diesen Räumen. In den meisten Fällen bestehen sie aus verzinktem Stahlblech in rechteckiger oder runder Form. Rechteckige Luftleitungen haben gefalzte Längsnähte und werden mit
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Lüftungs- und Klimaanlagen
Flanschverbindungen luftdicht zusammengefügt. Runde Luftleitungen werden mit spiralförmig um den Umfang verlaufenden Falzen hergestellt („Spiralfalzrohre“), und mit Steckverbindungen oder Muffen luftdicht verbunden (Bilder 160.2-03, 04, 13 und 14). Abbildung 160.2-20: Luftleitungen
Die Befestigung der Luftleitungen erfolgt mit Profilstahlkonstruktionen, Abhängevorrichtungen oder Rohrschellen. Bei brandbeständiger Ausführung werden Stahlblechleitungen mit brandbeständigem Material umhüllt, oder die Luftleitungen werden vollständig aus brandbeständigem Plattenmaterial mit glatter innerer Oberfläche hergestellt. Senkrechte schachtartige Luftleitungen werden fallweise auch aus sauber gefugtem Mauerwerk oder aus Beton hergestellt. Für die Förderung aggressiver Gase oder Dämpfe, wie beispielsweise zur Entlüftung von Akkumulatorräumen oder von Digestorien chemischer Laboratorien, kommen korrosionsbeständige Luftleitungen aus Kunststoff (z.B. Polyäthylen) zum Einsatz, die entweder durch Verklebung oder durch Verschweißung zusammengefügt werden. Für den Anschluss von Geräten an Luftleitungen kommen häufig flexible runde Luftleitungen mit Durchmessern bis zu 0,4 m zum Einsatz. Anlagenkomponenten mit Ventilatoren werden über elastische Verbindungen („Segeltuchstutzen“) mit Luftleitungssystemen verbunden, um die Übertragung von Körperschall auf die Luftleitungssysteme zu verhindern. Jene Bauteile von Luftleitungssystemen, die nicht der geradlinigen Förderung von Luftvolumenströmen dienen, werden als Formstücke bezeichnet. Dazu zählen beispielsweise: Umlenkungen, Bögen, Verzweigungen, Vereinigungen, Verengungen, Erweiterungen, Drosseleinrichtungen, Luftklappen und Luftdurchlässe. 160.2.7.1 MINDESTANFORDERUNGEN Als Mindestanforderung ist für Luftleitungen und deren Formstücke beidseitig feuerverzinktes Feinblech in Maschinenfalzgüte zu verwenden, wobei die Zinkauflage eine flächenbezogene Gesamtmasse von mindestens 275 g/m2 aufweisen muss. Für gerade Luftleitungen und Formstücke sind in ÖNORM H 6015-2 [101] Mindestwanddicken festgelegt. Tabelle 160.2-07: Rechteckige Luftleitungen gemäß ÖNORM H 6015-2 [101]
Schalldämpfer
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Tabelle 160.2-08: Runde Luftleitungen gemäß ÖNORM H 6015-1 [100]
Konstruktionselemente wie Sicken, Stehfälze, Verrippungen, Versteifungen, Distanzstangen, Luftleitungsverbindungen und dergleichen sind vom Hersteller festzulegen. Als Sonderausführungen von Luftleitungen und Formstücken werden solche Bauteile bezeichnet, bei denen mindestens eine Seite an einem der Querschnitte < 200 mm oder der Umfang eines Querschnittes ≤ 800 mm ist. Sonderausführungen von geraden Luftleitungen werden den Formstücken zugeordnet. 160.2.7.2 ANFORDERUNGEN AN DIE LUFTDICHTHEIT Als Luftleckfaktor wird jener auf die Oberflächeneinheit einer Luftleitung bezogene Luftvolumenstrom bezeichnet, der bei einer Luftdruckdifferenz zwischen dem statischen Druck innerhalb und außerhalb eines Luftleitungssystems durch Undichtheiten strömt. Zur Kennzeichnung der Luftdichtheit von Luftleitungen wurden in ÖNORM EN 12237 [70] Luftdichtheitsklassen festgelegt. Ein Luftleitungssystem muss Grenzwerten des statischen Über- und Unterdruckes ohne bleibende Verformungen und ohne plötzliche Änderungen des Luftvolumenstromes standhalten können. Tabelle 160.2-09: Klassifizierung von Luftleitungen [70]
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Lüftungs- und Klimaanlagen
160.2.7.3 ZUGÄNGLICHKEIT Luftverteilungssysteme sind so auszuführen, dass Innenflächen und Bauteile gereinigt werden können. In Ausführungsplänen von Luftleitungssystemen müssen die Zugangsdeckel mit Hinweisen auf Art und Größe dieser Bauteile enthalten sein. In ÖNORM EN 12097 [69] werden unterschiedliche Reinigungsverfahren für darin festgelegt Kategorien von Luftleitungssystemen angeführt. Diese Kategorien beeinflussen sowohl die Anzahl der erforderlichen Zugangsdeckel oder -türen als auch das Reinigungsverfahren und die Reinigungszeiträume. Aussteifungen und andere Einrichtungen in Luftleitungen müssen so eingebaut sein, dass das Reinigen der Luftleitungen nicht behindert wird. Um Luftleitungen behinderungsfrei reinigen zu können, ist der dafür erforderliche Freiraum einzuhalten. In runden Luftleitungen muss die Öffnung der Zugangsdeckel das Hindurchführen eines runden Profils mit den in Tabelle 160.2-10 festgelegten Durchmessern ermöglichen. Tabelle 160.2-10: Zugangsdeckel für Luftleitungen [69]
Das obere und das untere Ende senkrechter Luftleitungen ist mit Öffnungen zu versehen, die sich in leicht zugänglichen Bereichen befinden. Flexible Luftleitungen müssen mindestens alle 6 m zusätzlich mit starren Zugangsbauteilen ausgestattet sein. Es sollte darauf geachtet werden, dass Zugangsdeckel sich zu einem späteren Zeitpunkt nicht als unzugänglich erweisen. Besondere Aufmerksamkeit sollte den praktischen Problemen gewidmet werden, die sich beim Zugang von Personal zu stark genutzten Deckenbereichen und mehrschichtigen Luftleitungssystemen ergeben können. Um den Zugang zu Luftleitungen möglichst zu erleichtern, sollte die Hauptleitung in einen allgemein genutzten Gebäudeteil führen (z.B. Verkehrsflächen wie Treppenhaus, Gang, Kellerbereich). Abbildung 160.2-21: Beispiel für den Zugang zu Wartungsöffnungen
55
Schalldämpfer
160.2.7.4 LUFTWIDERSTAND GERADER LUFTLEITUNGEN Die mittlere Luftgeschwindigkeit w in Luftleitungen ergibt sich nach Gleichung (160.204). Bei Bewegung eines Luftvolumens durch eine Luftleitung müssen Reibungswiderstände überwunden werden, die an den Luftleitungswänden auftreten. Sie sind von folgenden Einflussgrößen abhängig: • • • •
Rautiefe der Luftleitungswände ε Dichte der Luft ρ Geschwindigkeit der Luft w gleichwertiger Durchmesser dg
[mm], [kg/m3], [m/s], [m].
Bei Luftdichten um ρ ≈ 1,2 kg/m3 und Rautiefen ε < 0,2 mm der inneren Oberflächen von Luftleitungen ergeben sich je Meter gerader Luftleitung erfahrungsgemäß folgende spezifischen Luftleitungswiderstände R0: Abbildung 160.2-22: Spezifischer Luftleitungswiderstand
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Lüftungs- und Klimaanlagen
(160.2-04) w V a b d
mittlere Luftgeschwindigkeit Luftvolumenstrom Luftleitungshöhe Luftleitungsbreite Luftleitungsdurchmesser
[m/s] [m3/h] [m] [m] [m]
(160.2-05) dg
gleichwertiger Durchmesser
[m]
Die Definition eines gleichwertigen Durchmessers dg dient dem angemessenen Vergleich von Leitungsabmessungen rechteckiger Luftleitungen mit runden Luftleitungen in Hinblick auf Reibungswiderstände. Volumenströme fördert man in Luftleitungen vorwiegend mit Luftgeschwindigkeiten zwischen 5 und 10 m/s. Bei Geschwindigkeiten unter ~5 m/s ergeben sich unwirtschaftlich große Luftleitungsabmessungen dg, und bei Geschwindigkeiten über ~10 m/s hohe Widerstände, wobei an Umlenkungen und Luftleitungseinbauteilen bereits Strömungsrauschen hörbar werden kann. Der Luftwiderstand gerader Luftleitungen ergibt sich als Produkt aus spezifischem Luftleitungswiderstand und Luftleitungslänge: (160.2-06) R R0 L
Luftleitungswiderstand spezifischer Luftleitungswiderstand Länge gerader Luftleitungen
[Pa] [Pa/m] [m]
160.2.7.5 LUFTWIDERSTAND VON FORMSTÜCKEN Luftwiderstände ergeben sich in Formstücken durch Richtungs- und Querschnittsänderungen. Sie werden durch folgende Gleichung bestimmt: (160.2-07) Z ζ ρ w
Einzelwiderstand Widerstandsbeiwert Dichte der Luft Luftgeschwindigkeit
[Pa] [–] [kg/m3] [m/s]
Widerstandsbeiwerte werden durch Versuche ermittelt und sind für die unterschiedlichen Arten von Formstücken in Herstellerbroschüren sowie in technischen Fachbüchern veröffentlicht. Vermutlich sind unterschiedliche Versuchsbedingungen die Ursache dafür, dass für gleichartige Formstücke von verschiedenen Autoren unterschiedliche Zahlenwerte von Widerstandsbeiwerten veröffentlicht wurden.
Schalldämpfer Tabelle 160.2-11: Einzelwiderstände [6]
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Lüftungs- und Klimaanlagen
160.2.8 LUFTDURCHLÄSSE Luftdurchlässe bilden den Anfang und den Abschluss von Luftleitungssystemen. Es besteht eine Vielfalt an Bauarten, die den Einsatzanforderungen entsprechend auszuwählen sind (Bilder 160.2-23 bis 28).
160.2.8.1 WETTERSCHUTZGITTER Über Wetterschutzgitter wird entweder Außenluft in ein Luftleitungssystem angesaugt oder Fortluft aus einem Luftleitungssystem an die Außenluft abgeführt. Sie bestehen im Normalfall aus einem mit der Gebäudehülle fest verbundenen Einbaurahmen und einem darin befestigten Lüftungsgitter mit nach unten schräg stehenden regenabweisenden Lamellen aus Stahl oder Aluminium. Hinter den Wetterschutzlamellen ist ein Vogelschutzgitter aus verzinktem Stahldraht mit Maschenweiten mit ~10 mm angeordnet, das ein Eindringen von Vögeln in das Luftleitungssystem verhindern soll. Luftleitungssysteme werden an die Einbaurahmen angeschlossen. Abbildung 160.2-23: Wetterschutzgitter
160.2.8.2 WANDLUFTDURCHLÄSSE Als Wandluftdurchlässe werden Luftdurchlässe in Wänden gelüfteter Räume bezeichnet, über welche Zuluft entweder eingebracht oder Abluft abgesaugt wird. Abbildung 160.2-24: Wandluftdurchlässe
Um Abluftdurchlässe verringert sich die Raumluftgeschwindigkeit etwa halbkugelförmig mit dem Quadrat des Abstandes vom Luftdurchlass. Um Abluftdurchlässe wird bereits in kurzen Abständen jene Raumluftgeschwindigkeit erreicht, die als Grenzwert für Zugerscheinungen maßgebend ist. Bei Zuluftdurchlässen bleibt die Luftdurchtritts-
Luftdurchlässe
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geschwindigkeit zunächst in einer kegelförmigen Kernzone („Primärluft “) konstant und vermindert sich danach etwa umgekehrt proportional zu dem Abstand vom Luftdurchlass. Um diesen Kern ergibt sich eine Mischzone, in der Raumluft („Sekundärluft “) von der ausströmenden Luft mitgerissen wird. Die von der Primärluft in Bewegung gesetzte Luftmenge vergrößert sich mit zunehmendem Abstand vom Zuluftdurchlass, wobei die Luftgeschwindigkeit abnimmt. Die Strömungsverhältnisse um Zuluftdurchlässe werden für die verschiedenen Bauformen durch Versuche ermittelt und von den Herstellern der Luftdurchlässe als Produktkennwerte veröffentlicht. Zuluftdurchlässe sind so auszulegen, dass im Aufenthaltsbereich von Personen der für Zugerscheinungen maßgebende Grenzwert der Raumluftgeschwindigkeit in keinem der vorgesehenen Betriebsfälle überschritten wird. Zu beachten ist dabei der Abstand von Zuluftdurchlässen zur Raumdecke („Coandaeffekt “) und ein allfälliger Temperaturunterschied zwischen Zuluft und Raumluft. Als Zubehör können Luftdurchlässe mit Regelklappen sowie mit horizontal und vertikal einstellbaren Luftlenklamellen ausgerüstet werden. 160.2.8.3 DECKENLUFTDURCHLÄSSE Deckenluftdurchlässe werden meistens in Zwischendecken angeordnet und sind mit Luftlenklamellen ausgerüstet, welche den Zuluftstrom in waagrechter Richtung ablenken, so dass er zunächst unter Nutzung des „Coanda-Effektes“ an der Decke entlangströmt. Sie werden aus Aluminium- oder Stahlblechprofilen hergestellt und in runden, quadratischen oder rechteckigen Bauformen angeboten. Bei Sonderbauformen von Zuluftdurchlässen für hohe Räume lassen sich sowohl die Luftmenge als auch die Luftrichtung mit Stellmotoren verändern. Abbildung 160.2-25: Deckenluftdurchlässe
160.2.8.4 SCHLITZLUFTDURCHLÄSSE Schlitzförmige Luftdurchlässe mit verstellbaren Elementen (z.B. Lamellen, Walzen, Zungen) bieten vielfältige Möglichkeiten der Luftmengeneinstellung und Luftlenkung. Wenn die Luftstrahlen abschnittsweise nach beiden Seiten in einstellbaren Winkeln zwischen 0 und 90° austreten können, dann lassen sich vielfältige Strömungsformen gestalten. Die Luftleistungen von Schlitzdurchlässen liegen im Bereich bis zu 100 m3/h je Meter Schlitzlänge. Abbildung 160.2-26: Schlitzluftdurchlässe
60
Lüftungs- und Klimaanlagen
160.2.8.5 BODENLUFTDURCHLÄSSE In Räumen mit großem Wärmeanfall sind Zuluftdurchlässe im Fußbodenbereich zweckmäßig, um den thermischen Auftrieb zur Wärmeabfuhr in den Deckenbereich auszunutzen. Dabei ist durch geeignete Maßnahmen zu vermeiden, dass der im Fußbodenbereich anfallende Schmutz in das Zuluftsystem gelangt. Bewährt haben sich auch Zuluftdurchlässe in Treppenstufen von Theatern oder Hörsälen, die mit Lochblechen oder Filtereinsätzen zur Erzeugung eines gleichmäßigen Durchlasswiderstandes und mit Luftlenklamellen zur Ablenkung des Zuluftvolumenstromes in den Bodenbereich bei Zuluftdurchtrittsgeschwindigkeiten unter 1,5 m/s ausgerüstet sind (Bild 160.2-29). Abbildung 160.2-27: Bodenluftdurchlässe
160.2.8.6 QUELLLUFTAUSLÄSSE Über Quellluftauslässe wird Zuluft mit Untertemperatur bei maximaler Geschwindigkeit von ~0,2 m/s in Aufenthaltsräume möglichst in Bodennähe eingebracht. Die Bauhöhen von Quelluftauslässen sollten ~0,8 m (Arbeitshöhe) nicht überschreiten. Aus derart gelüfteten Räumen ist die Abluft in Deckennähe abzuführen. Um Quellluftauslässe darf die Luftausbreitung weder durch Möblierung noch durch Abdeckungen behindert werden. Im praktischen Betrieb fällt es Nutzern manchmal schwer, für diese Funktionsanforderung Verständnis aufzubringen, weil damit Gestaltungsmöglichkeiten ihrer unmittelbaren Arbeitsumgebung beeinträchtigt werden. Abbildung 160.2-28: Quellluftauslässe
61
Farbteil Bild 160.2-01
Bild 160.2-01: Klimagerät (älteres Modell dargestellt)
Bild 160.2-02
Bild 160.2-03
Bild 160.2-03: Lüftungsanlage Bild 160.2-03: Luftleitungsführung Bild 160.2-04
Bild 160.2-04: Luftleitungsführung Bild 160.2-05: Außenluftdurchlass
Bild 160.2-05
62
Farbteil
Bild 160.2-06
Bild 160.2-07
Bild 160.2-06: Schwimmbadklimagerät (älteres Modell dargestellt) Bild 160.2-07: Schwimmbadklimagerät – geöffnet
Bild 160.2-08
Bild 160.2-09
Bild 160.2-08: Flachklimagerät Bild 160.2-09: Flachklimagerät – Detailbereich geöffnet
Bild 160.2-10
Bild 160.2-11
Bild 160.2-10: Dachventilator Bild 160.2-11 und 12: Brandgasventilator
Bild 160.2-12
63
Farbteil Bild 160.2-13
Bild 160.2-14
Bild 160.2-13: Luftleitungsbauteile – Kunststoffkanäle Bild 160.2-14: Luftleitungsbauteile – Metallkanäle
Bild 160.2-15
Bild 160.2-16
Bild 160.2-17
Bild 160.2-18
Bild 160.2-19
Bild 160.2-20
Bilder 160.2-15 bis 20: Ventilatoren
Bild 160.2-21
Bild 160.2-22
Bild 160.2-21: Lüftungsanlage Bild 160.2-22: Lüftungsanlage im Flachdachbereich
64
Farbteil
Bild 160.2-23
Bild 160.2-24
Bild 160.2-25
Bild 160.2-26
Bild 160.2-27
Bild 160.2-28
Bilder 160.2-23 bis 28: Luftdurchlässe
Bild 160.2-29
Bild 160.2-30
Bild 160.2-29: Bodenluftdurchlass Bild 160.2-30: Plattenwärmeaustauscher
Bild 160.2-31
Bild 160.2-32
Bild 160.2-31: Wärmerückgewinnung mit Rotationswärmeaustauscher Bild 160.2-32: Wärmerückgewinnung mit Plattenwärmeaustauscher
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160.3 WÄRMERÜCKGEWINNUNG Bei der Lüftung von Räumen wird mit der Fortluft ein erheblicher Teil jener Energie an die Umwelt abgegeben, der kurz zuvor für die Zustandsänderung von Außenluft auf Zuluft aufgewendet werden musste.
160.3.1 PLATTENWÄRMEAUSTAUSCHER Durch Anordnung von Plattenwärmeaustauschern kann im „Kreuzstrom“ Wärme von der Fortluft an die Außenluft übertragen werden. Voraussetzung dafür ist eine Luftführung, bei welcher Außenluft- und Fortluft aneinander vorbeigeführt werden, um beide Luftströme über den Plattenwärmeaustauscher leiten zu können. Ein Plattenwärmeaustauscher besteht aus zahlreichen dünnen Platten, die mit geringen Zwischenräumen so angeordnet sind, dass ein Fortluftstrom über jeden zweiten Zwischenraum und ein Außenluftstrom über jeden verbliebenen Zwischenraum in Gegenrichtung geleitet werden kann. Bei der Luftführung bleiben Fortluft- und Außenluftstrom voneinander vollständig getrennt. Die große Oberfläche der dünnen Platten ermöglicht eine Wärmeübertragung von der Fortluft an die Außenluft (Bilder 160.2-30 und 32). Abbildung 160.3-01: Plattenwärmeaustauscher
Durch Anordnung und Regelung von Umgehungsklappen („Bypass“) kann eine in der Übergangsjahreszeit fallweise auftretende Übererwärmung der Zuluft vermieden werden. Vorteilhaft ist es, den Fortluftstrom von oben nach unten zu führen, um auftretendes Kondenswasser mit dem Fortluftstrom gut abführen zu können. Bei Kondensation von Fortluftfeuchtigkeit im Kreuzstrom-Wärmeaustauscher lässt sich auch ein Teil der dabei frei werdenden Kondensationswärme an den Zuluftstrom übertragen. Um eine Verschmutzung der Wärmeaustauscherlamellen zu vermeiden, sollten diese sowohl im Außenluft- als auch im Fortluftstrom durch Anordnung von Luftfiltern geschützt werden. Abbildung 160.3-02: Plattenwärmeaustauscher – Funktionsschema
70
Wärmerückgewinnung
160.3.2 WÄRMEROHR-WÄRMEAUSTAUSCHER Bei diesem System kommen Rippenrohr-Wärmeaustauscher mit einer Kältemittelfüllung zum Einsatz, die bei hohen Betriebstemperaturen verdampft und bei tiefen Betriebstemperaturen kondensiert. Abluftstrom und Zuluftstrom müssen dabei aneinander vorbeigeführt werden, wobei der Wärmerohr-Wärmeaustauscher der Abb. 160.3-03 entsprechend in beiden Luftströmen mit luftseitiger Trennung anzuordnen ist. Abbildung 160.3-03: Wärmerohr-Wärmeaustauscher – schematisch
Durch drehbare Lagerung des Wärmeaustauschers können mit einem Stellmotor unterschiedliche Kippstellungen (bis etwa 3° C) eingestellt werden. Bei Heizbetrieb wird der Abluftstrom tiefer als der Zuluftstrom über den Wärmeaustauscher geleitet. Beim Heizbetrieb verdampft das Kältemittel im Bereich der warmen Abluft unter Aufnahme von Verdampfungswärme und steigt als Kältemitteldampf in den höheren Bereich des kühleren Zuluftstromes auf. Dort kondensiert das Kältemittel unter Abgabe von Kondensationswärme zu einer Flüssigkeit und rinnt wieder in den tiefer angeordneten Bereich des Abluftstromes zurück. Bei Kühlbetrieb wird der Zuluftstrom tiefer als der Abluftluftstrom über den Wärmeaustauscher geleitet, um von diesem Kondensationswärme an den Abluftstrom zu übertragen. Bei übereinander angeordneten Luftströmen muss man sich festlegen, ob der Wärmeaustauscher für Heiz- oder Kühlbetrieb eingesetzt werden soll. Abbildung 160.3-04: Wärmerohr-Wärmeaustauscher
Kreislaufverbund-Wärmeaustauscher
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Bei nebeneinander angeordneten Luftströmen besteht die Möglichkeit, den Wärmeaustauscher sowohl für Heiz- als auch für Kühlbetrieb einzusetzen, wenn er der Abb. 160.3-04 entsprechend drehbar angeordnet wird und seine Kippstellung um etwa ± 3° C über einen Stellmotor verändert werden kann. Durch Veränderung der Kippstellung wird auch eine Leistungsregelung ermöglicht. In allen Anordnungsfällen kann man die Leistung dieser Wärmeaustauscher durch Anordnung regelbarer Umgehungsklappen („Bypassklappen“) beeinflussen. Wärmerohr-Wärmeaustauscher kommen vorzugsweise bei industriellen Wärmeprozessen mit hohen Ablufttemperaturen (z.B. bei Brennöfen, Trockenanlagen usw.) zum Einsatz.
160.3.3 KREISLAUFVERBUND-WÄRMEAUSTAUSCHER Nicht immer besteht die Möglichkeit, Zuluft- und Abluftleitungen in einer Wärmerückgewinnungsanlage zusammenzuführen. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn Zuluftanlagen im Kellerbereich und Abluftanlagen im Dachbereich angeordnet sind. Um trotzdem den Energieinhalt der Abluft zur Vorwärmung von Zuluft nutzen zu können, besteht die Möglichkeit, sowohl im Abluft- als auch im Zuluftstrom Wärmeaustauscher anzuordnen und diese mit einem Rohrleitungssystem zu verbinden, in dem eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert. Die Wärmeträgerflüssigkeit muss frostbeständig sein („Frostschutzmittel“), weil in der Außenluft auch Temperaturen unter 0° C auftreten können und der im Außenluftstrom angeordnete Wärmeaustauscher nicht einfrieren soll. Abbildung 160.3-05: Kreislaufverbund-Wärmeaustauscher – Funktionsschema
Derartig in einem Wärmeträgerkreis eingebundene Wärmeaustauscher werden auch als „Rekuperatoren“ bezeichnet. Um zu vermeiden, dass in der Übergangszeit von der Abluft mehr Wärme als erwünscht an die Zuluft übertragen wird, muss die über den Außenluft-Wärmeaustauscher geleitete Wärmeträgermenge mit einer Regelarmatur bedarfsabhängig geregelt werden. Diese Regelung dient auch der Vermeidung
72
Wärmerückgewinnung
einer Vereisung des Abluft-Wärmeaustauschers, die durch kondensierenden Wasserdampf an kalten Rippenrohren auftreten kann. Wenn für eine Zulufterwärmung kein Bedarf besteht, ist die Wärmeträgerpumpe automatisch auszuschalten, um Verschwendung von Antriebsarbeit für diese Pumpe zu vermeiden. Um eine Verschmutzung der Wärmeaustauscher zu vermeiden, sollten auch diese sowohl im Zuluft- als auch im Abluftstrom durch Anordnung von Luftfiltern geschützt werden.
160.3.4 ROTATIONS-WÄRMEAUSTAUSCHER Rotations-Wärmeaustauscher bieten die Möglichkeit, nicht nur bis zu 85% der in der Abluft enthaltenen sensiblen Wärme an die Zuluft zu übertragen, sondern auch einen erheblichen Teil der in der Abluft enthaltenen Luftfeuchtigkeit der Zuluft zuzuführen. Bei Einsatz dieser Wärmeaustauscher müssen Abluftstrom und Außenluftstrom in Gegenrichtung aneinander vorbeigeführt werden. Der Wärmeaustauscher besteht aus einer langsam rotierenden Speichermasse aus wellenförmig angeordneter Aluminiumfolie mit zahlreichen wabenförmigen Luftdurchtrittsöffnungen (Bild 160.2-31). Abbildung 160.3-06: Rotations-Wärmeaustauscher
Bei der in Abb. 160.3-06 dargestellten Anordnung wird die drehende Speichermasse abwechselnd von einem warmen und kalten Luftstrom durchströmt. Bei Durchgang durch einen der beiden Luftströme wird Wärme von der Speichermasse aufgenommen und bei Durchgang durch den anderen Luftstrom wieder abgegeben. Wenn die Aluminiumfolien des Wärmeaustauschers mit hygroskopischer Oberfläche ausgerüstet werden, dann kann von dieser Oberfläche auch Luftfeuchtigkeit von einem Luftstrom aufgenommen und an den anderen Luftstrom abgegeben werden. Der Übertritt von Abluft in die Zuluft („Mitrotation“) wird durch Anordnung einer Spülzone verhindert, in welcher in den Wabenbereichen verbliebene Abluft mit Außenluft ausgeblasen wird. Nach Möglichkeit sind Zuluft- und Abluftventilatoren so anzuordnen, dass die Luftvolumenströme durch einen Rotations-Wärmeaustauscher gesaugt werden. Zur Bestimmung der Leistungskennwerte dieser Wärmeaustauscher wurden die Eintritts- und Austrittszustände der Luft gemäß Abb. 160.3-06 mit folgenden Indices versehen: Zuluftstrom mit Index „1#“, Abluftstrom mit Index „2#“, Eintrittszustände in den Wärmeaustauscher jeweils mit Index „#1“ und Austrittszustände aus dem Wärmeaustauscher jeweils mit Index „#2“. Die Übertragungsleistung von Wärmeaustauschern lässt sich damit auf nachfolgende Weise definieren.
73
Rotations-Wärmeaustauscher
(160.3-01) Φ θ11 θ12 θ21
Rückwärmezahl für sensiblen Wärmetausch Temperatur des Zuluftstromes bei Eintritt Temperatur des Zuluftstromes bei Austritt Temperatur des Abluftstromes bei Eintritt
[–] [°C] [°C] [°C]
(160.3-02) Ψ X11 X12 X21
Rückfeuchtezahl für sensiblen Wärmetausch absolute Luftfeuchtigkeit des Zuluftstromes bei Eintritt absolute Luftfeuchtigkeit des Zuluftstromes bei Austritt absolute Luftfeuchtigkeit des Abluftstromes bei Eintritt
[–] [g/kg] [g/kg] [g/kg]
Bei bekannten Luftzuständen des Zuluftstromes „11“ und Abluftstromes „21“ kann man damit den Luftzustand des Zuluftstromes nach Austritt aus dem Wärmeaustauscher „12“ ermitteln (Abb. 160.3-08) und diesen in das Luftzustandsdiagramm (Abb. 160.3-07) die mit derartigen Wärmeaustauschern möglichen Luftzustandsänderungen darstellen. Abbildung 160.3-07: Luftzustandsänderung mit Rotationswärmeaustauscher
Aus der Enthalpiedifferenzen zwischen den Luftzuständen „A“ und „D“ lassen sich Leistungsbedarf und Jahresenergiebedarf des Lufterhitzers für den Fall ermitteln, dass kein Rotations-Wärmeaustauscher zum Einsatz kommt. Bei Einsatz eines derartigen Wärmeaustauschers verringert sich diese Enthalpiedifferenz auf den Abstand zwischen den Enthalpielinien „B“ und „D“.
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Wärmerückgewinnung
Abbildung 160.3-08: Rotationswärmeaustauscher – Leistungskennwerte [6]
160.3.5 WÄRMEPUMPENEINSATZ ZUR WÄRMERÜCKGEWINNUNG Wenn Abluft mit dem Verdampfer einer Wärmepumpe („Kältemaschine“) gekühlt wird, bevor sie als Fortluft ins Freie gelangt, dann lässt sich ein Zuluftstrom mit der dabei entzogenen Energie auf ein verhältnismäßig hohes Temperaturniveau erwärmen (siehe auch Bd. 15: Heizung und Kühlung [4]). Abbildung 160.3-09: Wärmepumpeneinsatz zur Außenlufterwärmung
Erdwärmeaustauscher
75
Weil bei dieser Methode der Abluftkühlung im Jahresverlauf wesentlich mehr Wärme anfällt, als zur Außenluftvorwärmung benötigt wird, sollte die überschüssig anfallende Wärme beispielsweise zur Warmwassererzeugung genutzt werden. In Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur sind mit Kompressions-Wärmepumpen bei derartigen Einsatzbedingungen Leistungsziffern von ε = 3 bis 6 erreichbar.
160.3.6 ERDWÄRMEAUSTAUSCHER Erst wenn alle sinnvollen Maßnahmen zur Wärmedämmung einer Gebäudehülle und Wärmerückgewinnung aus der Abluft ausgeschöpft sind, sollte ein Einsatz von Erdwärmeaustauschern zur Vorwärmung der Zuluft erwogen werden. Diese Wärmeaustauscher bestehen aus erdreichtauglichen druckfesten Entwässerungsrohren mit glatten schmutzabweisenden Innenwänden. Bewährt haben sich dafür Rohre mit Rohrdurchmessern um DN 150 mm, die in Mindestabständen von rund 30 cm in einer Verlegetiefe von mehr als 1,8 m in einem Sandbett zu verlegen sind. Die Temperatur des Erdreiches ändert sich in dieser Tiefe im Jahresverlauf nur gering, in Regionen wie Wien beispielsweise nur zwischen +3° C und +9° C. Bei Bemessung der Wärmeaustauscherrohre für Luftgeschwindigkeiten zwischen 0,8 und 1,5 m/s ergeben sich die wirksamsten Rohrlängen im Bereich zwischen 30 und 40 m. Abbildung 160.3-10: Erdwärmeaustauscher
In Abb. 160.3-10 ist eine Klappensteuerung dargestellt, die auch eine Umgehung des Erdreichwärmeaustauschers ermöglicht. Durch Umgehung der Außenluftansaugung über den Erdreichwärmeaustauscher kann bei Außenlufttemperaturen über etwa +5° C eine zu hohe Erwärmung der Zuluft über den Erdreichwärmeaustauscher vermieden werden. Bei Außenlufttemperaturen über etwa +22° C ist eine Außenluftansaugung wieder über den Erdreichwärmeaustauscher sinnvoll, um dessen Kühlwirkung nutzen zu können. Vor Verschmutzung sollte der Erdreichwärmeaustauscher durch einen wirksamen Luftfilter geschützt werden. Zur Ableitung von möglicherweise anfallendem Kondenswasser, und um eine Reinigung zu ermöglichen, ist er mit mindestens 1% Gefälle zur Hauseintrittsstelle zu verlegen und dort mit einem Wasserablauf (Kugelsifon) auszurüsten.
77
160.4 PLANUNG VON LÜFTUNGS- UND KLIMAANLAGEN Bei der Nutzung von Gebäuden fallen regelmäßig Betriebskosten an, die im Verlauf einer Gebäudenutzungsdauer zu erheblichen Größenordnungen anwachsen können. Ein Teil dieser Kosten wird für Energieträger aufgewendet, die dem Betrieb von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen dienen. Sowohl bei der Konzeption als auch bei der Betriebsweise dieser Anlagen bestehen Gestaltungsspielräume, über welche sich diese Kosten beeinflussen lassen. Beispiele dafür wären Planungsüberlegungen zu: • • • • •
Automatisierung bedarfsabhängiger Lufterneuerung, Einsatz von Systemen zur Wärmerückgewinnung, Nutzung der Abwärme von Kälteversorgungsanlagen, Einsatz von Kraft-Wärme-Kupplungsanlagen, systematischer Anlagenwartung mit vorbeugender Anlageninstandhaltung.
Investitionen in derartige Systeme lassen sich eher verwirklichen, wenn man bereits in den Planungsphasen die Beeinflussbarkeit der Betriebskosten untersucht und in angemessener Weise berücksichtigt. Im Rahmen eines Planungsprozesses nimmt allerdings der Gestaltungsspielraum zur Beeinflussung derartiger Betriebskostenanteile mit jeder Planungsfestlegung ständig ab und ist bei Abschluss einer Planung und deren Freigabe zur Ausführung nahezu ausgeschöpft. Abbildung 160.4-01: Beeinflussbarkeit von Errichtungs- und Betriebskosten
Beispiel 160.4-01: Auslegungsbeispiel Bürogebäude Geschoßanzahl Geschoßfläche Bürofläche/Geschoß Verkehrsfläche/Geschoß Raumhöhe
5 420 325 95 2,9
[ [ [ [ [
–] m2 ] m2 ] m2 ] m]
78
Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen
Bis zur Ausführungsfreigabe sind in der Projektierungsphase einerseits noch keine nennenswerten Kosten entstanden, andererseits wurde damit die Entwicklung künftiger Errichtungs- und Betriebskosten weitgehend festgelegt. Bei der Projektierung von Lüftungs- und Klimaanlagen bestehen vielfältige Möglichkeiten der Gestaltung von Raumluftzuständen mit unterschiedlichen Einsätzen von Investitions- und Betriebskosten. Eine mögliche Vorgangsweise bei der Bemessung wesentlicher Komponenten einer Büro-Klimaanlage soll in weiterer Folge an folgendem Auslegungsbeispiel aufgezeigt werden.
160.4.1 LUFTMENGENBEMESSUNG Zur Bemessung des für die Lufterneuerung erforderlichen Außenluftvolumenstromes ist zunächst die Höchstzahl der im Gebäude gleichzeitig anwesenden Personen zu bestimmen. Richtwerte dafür sind in Tabelle 160.1-06 zusammengestellt. Für Großraumbüros ist dort eine Bandbreite von 7 bis 20 m2/Person mit einem Standardwert von 12 m2/Person angeführt. Für 5 Geschoße mit einer Büro-Geschoßfläche von jeweils 325 m2 ergibt sich eine Gesamt-Bürofläche von 1.625 m2, auf der bei einer Belegungsdichte von 12 m2/Person 135 Personen arbeiten würden. Die in Tabelle 160.1-05 zusammengestellten Richtwerte für personenbezogene Außenluftvolumenströme sind in weiten Bereichen wählbar, wobei zu unterscheiden ist, ob Raucherbereiche zugelassen und ob hohe Ansprüche an die Raumluftqualität gestellt werden. Bei Raucherlaubnis und geringstem Anspruch an die Raumluftqualität (Kategorie RAL 4) ist mit mindestens 36 m3/h Außenluft je Person zu rechnen. Wenn Raucher nicht zu berücksichtigen sind, dann ist mit dieser Außenluftmenge eine höhere Kategorie der Raumluftqualität (RAL 3 bis RAL 2) erreichbar. Für das Auslegungsbeispiel wird in weiterer Folge mit einem Richtwert von 36 m3/h je Person gerechnet. Eine Lüftungsanlage ist für die zu erwartende Höchstzahl gleichzeitig anwesender Personen zu bemessen. Für das beispielhaft angeführte Bürogebäude entspräche das einer Mindest-Außenluftmenge von: 135 [Personen] · 36 [m3/(h · Person)] = 4860 [m3/h]. In jedem Geschoß des Bürogebäudes sollten jeweils eigene Sanitärräume für Damen und Herren in dafür geeigneten Bereichen angeordnet und entlüftet werden. Im Auslegungsbeispiel bieten sich dafür die jeweiligen Gangenden an. Empfohlene Einzellüftungsanlagen mit Luftfilter und Rückschlagklappe für den Anschluss an gemeinsame Fortluftleitungen („Abluftsammler “) [109] werden für Luftmengen von 60 bis 90 m3/h angeboten. Sie lassen sich bedarfsabhängig über Lichtschalter oder Bewegungsmelder einschalten und über Nachlaufrelais ausschalten. Richtwerte für die mechanische Entlüftung von Toiletten liegen im Bereich zwischen 40 und 90 m3/h je WC. Bei dem Auslegungsbeispiel sollen in jedem Geschoß zwei Sanitärräume mit jeweils einer Einzelentlüftungsanlage für 60 m3/h vorgesehen werden: 5 [Geschoße] · 2 [Sanitärräume] · 60 [m3/h] = 600 [m3/h].
160.4.2 LUFTVERTEILUNG Die an den Gangenden jeweils übereinander anzuordnenden Sanitärräume sollen im Auslegungsbeispiel mit Einzellüftungsanlagen über Dach entlüftet werden. Für die Nachströmung von Zuluft aus den Gangbereichen werden im Zwischendeckenbereich Überströmleitungen (Querschnitt 0,016 m2) vorgesehen. Anstelle dieser Über-
Luftverteilung
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strömöffnungen können auch die Zugangstüren so gekürzt werden, dass im Bodenbereich ein Luftdurchtrittsschlitz von 1 cm Höhe verbleibt. Die Außenluft für die Büroräume soll im Dachgeschoß über ein Wetterschutzgitter angesaugt und mit einer Klimaanlage aufbereitet werden. Über ein Luftleitungssystem wird sie sodann in die einzelnen Geschoße verteilt, wobei die Luftmenge für jedes Geschoß geregelt werden kann. Innerhalb der Geschoße wird die Zuluft im Zwischendeckenbereich der Verkehrsflächen geführt und jedem Raum über zumindest einen Luftdurchlass zugeführt. Art und Anzahl der Luftdurchlässe wird der Raumaufteilung angepasst.
Abbildung 160.4-02: Lüftungsschema
80
Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen
Die für das 4. Obergeschoß dargestellte Zellenanordnung entspricht einem Extremfall einer möglichen Ausbauvariante. Bei dieser Raumgestaltung wären Abluftsammelleitungen in ähnlicher Anordnung wie bei Zuluftleitungen ausführbar. Als weitere Ausbauvariante wäre es auch möglich, die Abluft über „Telefonieschalldämpfer “ in die Gangbereiche überströmen zu lassen und die Abluft über die Gänge zu einem gemeinsamen Abluftdurchlass je Geschoß zu leiten. Wenn ein erheblicher Anteil des Energieinhaltes der Abluft zur Zuluftaufbereitung genutzt werden soll, dann sollten Zuluft- und Abluftströme möglichst nahe aneinander vorbeigeführt werden, um beispielsweise regenerative Wärmerückgewinnungsanlagen einsetzen zu können. Dabei ist zu beachten, dass zur Vermeidung von Beeinträchtigungen der Luftqualität die Abluft von Sanitärräumen nicht mit der Abluft von Aufenthaltsräumen in gemeinsamen Luftleitungen gefördert werden soll. Bei der vorgesehenen bedarfsgesteuerten Entlüftung der Sanitärräume wird deren Fortluft über Dach direkt ins Freie gefördert. Der Einsatz von Wärmerückgewinnungsanlagen für die geringen Fortluftmengen aus den Sanitärräumen wird aus betriebswirtschaftlichen Gründen nicht erwogen. Die im Lüftungsschema der Abb. 160.4-02 dargestellte Klimaanlage soll weder der Beheizung noch der Kühlung von Büroräumen, sondern nur einer bedarfsabhängigen Lufterneuerung dienen. Um die Übersicht während eines Planungsvorganges zu behalten, ist es zweckmäßig, alle Räume in unverwechselbarer Weise zu bezeichnen und ihnen in Tabellenform („Raumbuch“) alle wesentlichen Vorgabewerte zuzuordnen, zu welchen auch der maximale Zuluftvolumenstrom zählt. Im Luftführungsschema können daraufhin jedem Luftleitungsabschnitt die darin zu fördernden Luftvolumenströme zugeordnet werden. Der Luftleitungsquerschnitt „A“ ergibt sich sodann bei Kenntnis der Luftgeschwindigkeit.
(160.4-01) VL A w 3600
beförderter Luftvolumenstrom Querschnittsfläche der Luftleitung Luftgeschwindigkeit in der Luftleitung Umrechnungsfaktor zur Dimensionsreinheit
[m3/h] [m2] [m/s] [s/h]
Luftgeschwindigkeiten in Luftleitungen werden üblicherweise im Bereich zwischen 5 und 10 m/s gewählt. Geringe Luftgeschwindigkeiten erfordern große Luftleitungsquerschnitte und erhöhen die Investitionskosten und den Platzbedarf für Luftleitungen. Bei gleichen Luftvolumenströmen bieten große Luftleitungsquerschnitte geringere Luftwiderstände als Luftleitungen mit geringen Querschnitten. Dadurch ergeben sich bei gleichem Luftfördervolumen geringere Antriebskosten für Ventilatoren. Bei Luftgeschwindigkeiten über 10 m/s können an Einbauteilen Schallprobleme („Strömungsrauschen“) auftreten. Die obere Grenze üblicher Luftgeschwindigkeiten in so genannten Hochdruck-Klimaanlagen liegt bei ~16 m/s. Die Luftgeschwindigkeiten durch Wetterschutz- und Abluftgitter werden üblicherweise um ~2 m/s gewählt. Besondere Sorgfalt erfordert die Anordnung und Bemessung von Zuluftgittern. Es werden dafür von Herstellern ausführliche Bemessungsunterlagen angeboten. Die Zielsetzung besteht darin, bei allen geplanten Betriebszuständen zu vermeiden, dass die Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich über den maximal zulässigen Werten liegt. Diese sind vom Turbulenzgrad und der Raumlufttemperatur abhängig und liegen im Bereich um ~0,2 m/s.
81
Druckverlustermittlung
160.4.3 DRUCKVERLUSTERMITTLUNG Die Druckverlustermittlung eines Luftleitungssystems dient der Auslegung von Ventilatoren, die den Luftvolumenstrom im System in Bewegung halten. In verzweigten Systemen muss dabei zunächst jener Luftweg ermittelt werden, in dem der höchste Druckverlust auftritt. Die Teilstränge dieses Luftweges werden zu einem „Berechnungsstrang“ zusammengefasst. Abzweigende Teilstränge, in welchen nur geringere Druckverluste auftreten, sind für die Auslegung der Ventilatoren nicht zu berücksichtigen, weil man die dort gewünschten Volumenströme mit Drosselorganen auf das jeweils erforderliche Ausmaß abmindern kann. Die Ventilatoren sind so auszulegen, dass sie bei dem vorgesehenen Volumenstrom in ihrem günstigsten Betriebsbereich den Druckverlust des Luftleitungssystems überwinden können. Der dafür erforderliche Förderdruck wird auch als „Gesamtdruckdifferenz“ bezeichnet und setzt sich aus dem dynamischen und dem statischen Luftwiderstand (Staudruck und Wanddruck) zusammen. (160.4-02) ∆pt ∆pd ∆ps
Gesamtdruckdifferenz (Gesamtpressung) dynamischer Luftwiderstand (Staudruck) statischer Luftwiderstand (Wanddruck)
[Pa] [Pa] [Pa]
Bei theoretisch verlustfreien Strömungsverhältnissen würde die Summe von dynamischem und statischem Luftwiderstand in allen Bereichen der Strömung gleich bleiben. Bei realen verlustbehafteten Strömungen bleibt die Summe dieser Luftwiderstände nahezu gleich, weil in diesen Strömungen Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie und Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt werden kann. (160.4-03) ρ
Dichte der Luft (≈ 1,2 kg/m3 bei +20° C)
[kg/m3]
Der statische Luftwiderstand, der in einem Luftleitungssystem zu überwinden ist, setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: • • •
Reibungswiderstände an Berührungsflächen mit Luftleitungen, Einzelwiderstände von Formstücken und Einbauteilen, Widerstände von Anlagenbauteilen.
Die auf die Länge gerader Luftleitungen bezogenen Reibungsverluste sind für bekannte Luftvolumenströme und Luftgeschwindigkeiten aus dem Diagramm Abb. 160.2-22 (spezifischer Luftleitungswiderstand „R0“) ablesbar. Für Einzelwiderstände von Formstücken und Einbauteilen bestehen unterschiedliche Richtwerte in der Fachliteratur. Eine Auswahl davon ist in Tabelle 160.02-11 zusammengestellt. Von erheblichem Einfluss auf die Gesamtdruckdifferenz eines Luftleitungssystems sind häufig die Widerstände von Anlagenbauteilen (z.B. Luftfilter, Wärmeaustauscher, Luftbefeuchter usw.). Die Luftwiderstände dieser Bauteile ändern sich mit der Größe dieser Bauteile und sind mit deren Bemessung beeinflussbar. Bei Bemessung mit geringen Widerständen (und mittleren Luftgeschwindigkeiten) ergeben sich größere und teurere Anlagen, bei Bemessung mit hohen Widerständen billigere Anlagen, die jedoch für den Betrieb höhere Antriebsleistungen erfordern. Betriebswirtschaftlich sinnvolle Bemessungen werden in Abhängigkeit von der jährlichen Anlagenbetriebszeit mit mittleren Luftgeschwindigkeiten empfohlen [30].
82
Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen
Tabelle 160.4-01: Sanitärentlüftungssystem – Ermittlung der Gesamtdruckdifferenz
Tabelle 160.4-02: Abluftsystem – Ermittlung der Gesamtdruckdifferenz
83
Druckverlustermittlung Tabelle 160.4-03: Zuluftsystem – Ermittlung der Gesamtdruckdifferenz
Tabelle 160.4-04: Luftwiderstände von Anlagenbauteilen Bauteilbezeichnungen Schwebstofffilter (H) Feinstaubfilter (F) Rotationswärmeaustauscher Sprühbefeuchter Schalldämpfer Mattenbefeuchter Luftkühler Plattenwärmeaustauscher Lufterhitzer Luftklappen
Luftwiderstand [ Pa ] 100 80 80 80 30 80 50 50 40 10
– – – – – – – – – –
500 300 300 250 200 150 150 150 100 30
84
Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen
Tabelle 160.4-05: Mittlere Luftgeschwindigkeiten in Klimaanlagen Betriebszeit [ h/a ]
Luftgeschwindigkeit [ m/s ]
< 8760 < 6000 < 3000 < 1500
< 2,0 < 2,5 < 3,0 < 4,0
Die Luftwiderstände von Anlagenbauteilen sind grundsätzlich den Herstellerangaben für den gewählten Einsatzbereich zu entnehmen. Bei üblicher Anlagenbemessung liegen diese Luftwiderstände in Bandbreiten von 10 bis 300 Pa. Die im Luftführungsschema Abb. 160.4-02 dargestellten Ventilatoren sind der Luftmengenbemessung entsprechend für folgende Luftvolumenströme auszulegen: ML01 ML02 ML03 bis ML07 ML08 bis ML12
Zuluftventilator Abluftventilator Sanitärraumentlüftungen Sanitärraumentlüftungen
4.800 m3/h, 4.500 m3/h, 60 m3/h, 60 m3/h.
jeweils jeweils
Die Gesamtdruckdifferenzen, für welche diese Ventilatoren zu bemessen sind, können für die im Luftführungsschema Abb. 160.4-02 dargestellten Luftführungen mit den dafür angeführten Gleichungen unter der Annahme einer Luftdichte von ρ = 1,2 kg/m mit den Tabellen 160.4-02 bis 160.4-04 entsprechend ermittelt werden. Die Luftwiderstände von Anlagenbauteilen wurden dabei nicht errechnet, sondern angenommen.
160.4.4 LUFTZUSTANDSÄNDERUNG Für den Fall, dass für die in einem Bürogebäude einzuhaltenden Luftzustände keine anderen Vereinbarungen getroffen wurden, sind unter Kapitel 160.1.4 folgende Behaglichkeitsgrenzwerte angeführt: Tabelle 160.4-06: Grenzwerte für den Behaglichkeitsbereich Betriebsart
Behaglichkeitsbereich
kühlen (Sommer) heizen (Winter)
oberer Grenzwert unterer Grenzwert
Lufttemperatur [°C] 26 21
Luftfeuchtigkeit relativ [ % ] absolut [ g/kg ] 65 35
11,5 6,5
Klimaanlagen werden eingesetzt, um auch bei wechselnden Außenluftzuständen die Raumluftzustände so zu beeinflussen, dass diese innerhalb festgelegter Grenzwerte für den Behaglichkeitsbereich verbleiben. Besonders gefordert wird die Leistungsfähigkeit von Klimaanlagen dann, wenn Extremwerte der Außenluftzustände auftreten. Sowohl diese Extremwerte als auch die einzuhaltenden Raumluftzustände müssen definiert sein, um die Komponenten von Klimaanlagen bemessen zu können. Für das Auftreten der Extremwerte von Außenluftzuständen bestehen in Abhängigkeit von der betreffenden Region und dem zugrunde gelegten Beobachtungsraum statistisch erhobene Erfahrungswerte. Aus den für den Standort Wien in Abb. 160.1-07 dargestellten Häufigkeitsverteilungen der Außenluftzustände könnte man beispielsweise folgende Bemessungsgrenzwerte ableiten: Tabelle 160.4-07: Bemessungsbereich für Außenluftzustände Betriebsart
Behaglichkeitsbereich
kühlen (Sommer) entfeuchten (Sommer) heizen (Winter)
oberer Grenzwert oberer Grenzwert unterer Grenzwert
Lufttemperatur [°C] 33 29 –12
Luftfeuchtigkeit relativ [ % ] absolut [ g/kg ] 45 55 0
14,0 14,0 0,0
85
Luftzustandsänderung
Wenn die Auslegung von Anlagenkomponenten mit diesen Bemessungsgrenzwerten vorgenommen wird, dann sind die erwünschten Raumluftzustände nur erreichbar, solange die Außenluftzustände im Bemessungsbereich liegen. Anderenfalls können sich auch bei einwandfreiem Klimaanlagenbetrieb Raumluftzustände ergeben, die vom festgelegten Behaglichkeitsbereich abweichen. Es empfiehlt sich jedenfalls, in Vereinbarungen zur Projektierung oder zum Kauf von Klimaanlagen die Grenzwerte für den Behaglichkeitsbereich und für den Bemessungsbereich nachweislich zu präzisieren. Den nachfolgenden Bemessungsbeispielen für Anlagenkomponenten werden die in den vorstehenden Tabellen angeführten Grenzwerte zugrunde gelegt.
Lufterhitzer Der Abb. 160.1-08 ist zu entnehmen, dass ein Lufterhitzer bei nachgeschaltetem adiabatischem Luftbefeuchter die Zuluft so weit erwärmen muss, dass sie sich bei der nachfolgenden Abkühlung im Luftbefeuchter nicht unter die gewünschte SollZulufttemperatur abkühlt. Ausgehend von einem Außenluftzustand von –12° C und 0% r.F. muss demnach die Zuluft auf +41° C erwärmt werden, um sich sodann bei gleich bleibendem Wärmeinhalt von 11,5 Wh/kg auf einen Luftzustand von +21° C bei einer Luftfeuchtigkeit von 50% r.F. bzw. 8,0 g/kg verändern zu können. Die erforderliche Heizleistung des Lufterhitzers errechnet sich demnach wie folgt:
(160.4-04) PLH VL ρ cPL Θ1 Θ2
Heizleistung des Lufterhitzers Luftvolumenstrom Dichte der Luft (bei +20° C) spezifische Wärme der Luft Eintrittstemperatur der Luft Austrittstemperatur der Luft
[W] [m3/h] [kg/m3] [Wh/(kg·K)] [° C] [° C]
Luftkühler Der Abb. 160.1-09 ist zu entnehmen, dass eine Abkühlung der Luft zunächst auf einem Niveau gleich bleibender absoluter Luftfeuchtigkeit erfolgt, bis die Sättigungslinie erreicht ist. Bei weiterer Luftabkühlung entlang der Sättigungslinie kommt es zu einer Luftentfeuchtung. Ausgehend von einem Außenluftzustand von 29° C und 55% r.F. bzw. 14 g/kg soll die Luft auf eine absolute Luftfeuchtigkeit von maximal 11,5 g/kg entfeuchtet werden. Dazu ist sie zumindest auf eine Lufttemperatur von +16° C zu kühlen. Die erforderliche Kühlleistung des Luftkühlers errechnet sich demnach wie folgt: (160.4-05) PLK h1 h2
Kühlleistung des Lufkühlers Eintrittsenthalpie der Luft Austrittsenthalpie der Luft
[W] [Wh/kg] [Wh/kg]
Luftbefeuchter Der Abb. 160.1-08 ist zu entnehmen, dass die trockene Luft im Luftbefeuchter auf eine Luftfeuchtigkeit von 50% r. F. bzw. 8 g/kg befeuchtet wird, wobei sie sich gleichzeitig abkühlt. Die Wassermenge, die bei diesem Vorgang verdunstet werden muss, errechnet sich wie folgt:
86
Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen
(160.4-06) Vw x1 x2
verdunstende Wassermenge absolute Luftfeuchtigkeit bei Lufteintritt absolute Luftfeuchtigkeit bei Luftaustritt
[g/h] [g/kg] [g/kg]
Regenerative Wärmerückgewinnungsanlage Der Abb. 160.3-07 ist zu entnehmen, dass bei Einsatz einer regenerativen Wärmerückgewinnungsanlage ein erheblicher Anteil der in der Abluft enthaltenen Wärme und Luftfeuchtigkeit zur Vorwärmung und Befeuchtung der Zuluft genutzt werden kann. Dem Auslegungsdiagramm Abb. 160.3-08 entsprechend ist für einen Luftvolumenstrom von 4800 m3/h eine „Baugröße B“ erhältlich, die bei einem Luftwiderstand um ~70 Pa eine Rückwärmezahl von Φ = 80% aufweist. Die Rückwärmezahl Φ entspricht dem Verhältnis der erreichbaren Lufterwärmung zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden Eintrittstemperaturen in die Wärmerückgewinnungsanlage:
(160.4-07) Φ t11 t12 t21
Rückwärmezahl Temperatur des Zuluftstromes bei Eintritt Temperatur des Zuluftstromes bei Austritt Temperatur des Abluftstromes bei Eintritt
[–] [° C] [° C] [° C]
Bei Einsatz einer derartigen Wärmerückgewinnungsanlage würde die Zuluft von der Bemessungstemperatur –12° C auf +14,4° C erwärmt, und für den nachgereihten Lufterhitzer würde folgende Heizleistung ausreichen:
(160.4-08)
160.4.5 ANTRIEBSLEISTUNGEN Zur Bemessung der Stromanschlüsse für die in Abb. 160.04-02 angeführten Ventilatoren sind noch deren Antriebsleistungen nach Gleichung 160.2-01 zu ermitteln:
Für Abluftventilator ML02 (160.4-09)
Für Einzellüftungsanlagen ML03 bis ML12 (160.4-10)
87
Schall
Für Zuluftventilator ML01 (160.4-11) P ∆p t ηt
Antriebsleistung Gesamtdruckverlust Gesamtwirkungsgrad
[W] [Pa] [–]
160.4.6 SCHALL Für die in Abb. 160.04-02 dargestellte Klimaanlage sollen die erforderlichen Schalldämmwerte des zuluftseitigen und abluftseitigen Schalldämpfers unter folgenden Voraussetzungen ermittelt werden: Zuluftventilator ML01 4.800 m3/h, Abluftventilator ML02 4.500 m3/h, Radialventilatoren mit vorwärts gekrümmten Schaufeln Rauminhalt eines Büroraumes Absorptionsvermögen des Büroraumes A Richtungsfaktor Q für Raumkante Entfernung Luftdurchlass-Aufenthaltsbereich Zulässiger Schalldruckpegel im Aufenthaltsbereich
1030 Pa 669 Pa (Bauart) 72,5 m3 15 m2 4 1,0 m 45 dB(A)
Den Abb. 160.01-20 und 160.1-21 sowie Gleichung 160.1-17 lassen sich folgende Rechenwerte für die Schallleistungen der beiden Ventilatoren entnehmen: Für Ventilator ML01: Lw = 1 + 10 · lgV + 20 · lg∆p = 1 + 10 · lg4800 + 20 · lg1030 = 98 dB. Für Ventilator ML01: Lw = 1 + 10 · lgV + 20 · lg∆p = 1 + 10 · lg4500 + 20 · lg669 = 94 dB. Die weiteren Berechnungen müssen für die einzelnen Oktavbereiche gesondert vorgenommen werden, weil Schallpegelabminderungen frequenzabhängig sind. Die auszulegenden Schalldämpfer sind so zu bemessen, dass der zulässige A-bewertete Schalldruckpegel im Aufenthaltsbereich eines Büroraumes nicht überschritten wird. Dieser Schalldruckpegel soll auch nicht wesentlich unterschritten werden, um die Kosten und den Platzbedarf für Schalldämpfer in Grenzen zu halten. Vorgangsweise und erforderliche Richtwerte zur Ermittlung von Schalldruckpegeln in raumlufttechnischen Anlagen sind ausführlich in der technischen Richtlinie VDI 2081 [26][27][28] zusammengestellt. Tabelle 160.4-08: Beispiel zur Bemessung des Zuluftschalldämpfers LD01
88
Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen
Die Grundlagen zu der beispielhaft vorgenommenen Schalldämpferbemessung sind in Kapitel 160.1.9 angeführt. Es wird dabei zunächst der Summenschallleistungspegel des betreffenden Ventilators ermittelt. Im nächsten Schritt werden davon für die einzelnen Oktavbänder die der jeweiligen Ventilatorbauart entsprechenden relativen Schallleistungspegel abgezogen. Daraufhin werden für jedes Oktavband die Pegelabsenkungen im Luftleitungssystem und an den Luftdurchlässen abgezogen. Als Summe ergibt sich sodann für jedes Oktavband die Schallleistung am Luftdurchlass. Für einen Immissionspunkt in einem bestimmten Abstand von dem als Schallquelle wirkenden Luftdurchlass können dann für bestimmte Richtungsfaktoren und Schallabsorptionsflächen des Raumes die Schalldruckpegel je Oktavband ermittelt werden. Nach Abzug der Schallpegelkorrektur für Bewertungskurve A ergeben sich die dieser Bewertungskurve entsprechenden Oktavpegel des Schalldruckes, aus welchen sich ein A-bewerteter Summenschalldruckpegel ermitteln lässt. Liegt dieser über dem am Immissionspunkt einzuhaltenden A-bewerteten Schalldruckpegel, dann werden zusätzliche schalldämmende Maßnahmen erforderlich. Im angeführten Beispiel wurden dafür Kulissenschalldämpfer gewählt. Tabelle 160.4-09: Beispiel zur Bemessung des Abluftschalldämpfers LD02
160.4.7 TECHNIKRÄUME Bei der Planung von Technikräumen für Luftaufbereitungsanlagen sind neben Größe und Anordnung der Anlagen auch deren Wartungsbereiche und Transportwege sowie die Anschlüsse und Trassen der Luftleitungssysteme festzulegen. Die in weiterer Folge angeführten Richtwerte für den Raumbedarf von Lüftungsanlagen dienen nur als Orientierungshilfe für Vorentwürfe. Für Anlagen mit Wärmerückgewinnungsanlagen oder bei Anlagenaufteilungen auf mehrere kleinere Einheiten sind diese Richtwerte nicht geeignet. Abbildung 160.4-03: Anordnung von Technikräumen
Technikräume Abbildung 160.4-04: Platzbedarf von Lüftungszentralen und Lüftungsschächten [80]
Abbildung 160.4-05: Platzbedarf von Anlagenkomponenten
89
90
Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen
Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung werden in Technikräumen angeordnet, die möglichst nur für Anlagenbetreiber und Wartungspersonal zugänglich sein sollten. Über zumindest einen Installationsschacht sollten von einem Technikraum zu den Geschoßen Leitungen geführt werden können. Je nach Nutzung eines Gebäudes können Räumen im Kellerbereich und im Dachgeschoß unterschiedliche Wertigkeiten zugeordnet werden. Bei der Anordnung von Technikräumen kann darauf mit etwa folgenden Überlegungen Rücksicht genommen werden:
AE Stromversorgungsanlagen Stromanschlüsse erfolgen in den meisten Fällen über Erdkabel in angrenzende Kellerräume. In größeren Gebäuden sind dort Transformatoren, Mittelspannungsund Niederspannungsschaltanlagen anzuordnen.
AH Wärmeversorgungsanlagen Anschlüsse an Fernwärmeversorgungsanlagen erfolgen ebenfalls über das Erdreich, weshalb Fernwärmeübergabestationen vorzugsweise in Kellerräumen angeordnet werden. Bei Wärmeerzeugung mit Feuerungsanlagen müssen die Abgase der angeschlossenen Feuerstätte mit Abgasanlagen über Dach ins Freie abgeleitet werden. Bei Anordnung von Feuerungsanlagen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe im Dachgeschoß bleiben die Aufwendungen für Abgasanlagen gering.
AK Kälteversorgungsanlagen Kälteversorgungsanlagen bestehen einerseits aus Anlagen zur Kaltwassererzeugung und andererseits aus Rückkühlanlagen zur Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft. Rückkühlanlagen werden meistens im Dachbereich angeordnet. Die zugehörigen Kaltwassererzeuger können in beliebigen Bereichen aufgestellt werden, wenn sie über Rohrleitungen (für Kühlwasser) mit den Rückkühlanlagen verbunden bleiben.
AL Lüftungs- und Klimaanlagen Die Fortluft von Lüftungs- und Klimaanlagen wird vorwiegend über Dach ins Freie gefördert. Es sind deshalb im Dachbereich zumindest für die Fortluftführung Bereiche vorzusehen. Wenn Zuluft- und Abluftanlagen in gemeinsamen Technikräumen angeordnet werden, ergibt sich die Möglichkeit des Einsatzes regenerativer Wärmerückgewinnungsanlagen, die einen besonders energieeffizienten Anlagenbetrieb ermöglichen. Um die Abmessungen und Ausdehnungen von Luftleitungssystemen bei Hochhäusern zu begrenzen, werden dort Lüftungs- und Klimaanlagen in einzelnen Stockwerken untergebracht, von wo sie über vertikale Leitungen mehrere (z.B. jeweils 10) darüber und darunter liegende Stockwerke mit aufbereiteter Luft versorgen können. Zuluft- und Abluftanlagen lassen sich grundsätzlich auch in verschiedenen Technikräumen unterbringen.
AW Wasserversorgung Anschlüsse an das Wasserversorgungssystem erfolgen meistens über das Erdreich, weshalb möglichst bei der Durchführung der Anschlussleitung in den Kellerbereich ein Technikraum für die Wasserzählung und Wasserverteilung anzuordnen ist.
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160.5 BEGRIFFSBESTIMMUNGEN ZUR SANITÄRTECHNIK Mit dem Sammelbegriff „Sanitärtechnik “ werden technische Verfahren und Anlagen bezeichnet, die in Gebäuden, Grundstücken und Regionen vorwiegend der • •
Wasserversorgung und Entwässerung und/oder der Gasversorgung und Abgasbeseitigung dienen.
Einbezogen wird in diesen Begriff auch der technische Umgang mit verwandten Medien, wie beispielsweise mit: • • • • • •
Getränken, flüssigen Betriebsmitteln, gasförmigen Betriebsmitteln und medizinischen Gasen, Druckluft, Vakuum, Desinfektionsmitteln, Löschmitteln.
Das vorliegende Fachbuch beschränkt sich auf Projektierungshinweise zur Wasserversorgung und Entwässerung von Gebäuden. Themen wie Abwasserbehandlung, Desinfektion, Druckluft- und Gasversorgung werden nicht behandelt.
160.5.1 TRINKWASSER Als Trinkwasser gilt unabhängig vom Verwendungszweck ein für menschlichen Genuss und Gebrauch geeignetes Wasser. Wissenschaftliche Erkenntnisse über die Eignung als Trinkwasser wurden in Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation WHO veröffentlicht [9] und vom Rat der Europäischen Union in eine Richtlinie 98/83/ EG über die „Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch“ [21] aufgenommen. In Österreich wurde diese Richtlinie mit einer Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TWV) [15] in nationales Recht umgesetzt.
160.5.2 NUTZWASSER Als Nutzwasser wird Wasser bezeichnet, das für menschlichen Genuss nicht geeignet ist. Sind innerhalb eines Grundstückes Versorgungseinrichtungen sowohl für Trinkwasser als auch für Nutzwasser vorhanden, dann sind diese so übersichtlich anzuordnen und zu kennzeichnen, dass sie nicht miteinander verwechselt werden können. Eine Verbindung von Trinkwasserleitungen mit Nutzwasserleitungen ist unzulässig.
160.5.3 LÖSCHWASSER Als Löschwasser wird jenes Wasser bezeichnet, das bei der Löschung von Bränden zum Einsatz kommt. Wird Löschwasser einer Trinkwasseranlage entnommen, dann ist aus hygienischen Gründen am Beginn der Löschleitung ein Rückflussverhinderer einzubauen. Darüber hinaus sind am Ende von Löschwasserleitungen Entnahmestellen vorzusehen. Von Löschwasserleitungen abzweigende Verbrauchsleitungen müssen für sich absperrbar sein.
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Begriffsbestimmungen zur Sanitärtechnik
160.5.4 SCHMUTZWASSER Als Schmutzwasser oder Abwasser wird das durch häuslichen, gewerblichen oder industriellen Gebrauch verunreinigte abfließende Wasser bezeichnet. Der Grad der Belastung des Abwassers (Abwasserlast) kann durch den biochemischen Sauerstoffbedarf „BSB“, den chemischen Sauerstoffbedarf „CSB“ und den Anteil an absetzbaren Stoffen ausgedrückt werden. Technische Normen und Richtlinien zur Entwässerung von Gebäuden enthalten zahlreiche Begriffsbestimmungen. Die nachfolgend angeführten Begriffe werden in diesem Fachbuch verwendet:
Abflusskennzahl „K“ Durch die Abflusskennzahl wird die Benutzungshäufigkeit von sanitären Entwässerungsgegenständen berücksichtigt.
Abscheider Einrichtungen, die Stoffe wie Leichtflüssigkeiten, Fette und Ähnliches aus dem Abwasser abscheiden.
Abwasserhebeanlagen Einrichtungen, die das Abwasser aus tiefer gelegenen Behältern in höher gelegene Abwasserleitungen fördern.
Anschlusswert, design unit „DU“ Der Anschlusswert ist ein Bemessungswert für Entwässerungsanlagen und entspricht dem Schmutzwasserabfluss eines Entwässerungsgegenstandes in der Zeiteinheit.
Dauerabfluss „QC“ Abfluss, der ununterbrochen durch die Entwässerungsanlage geleitet wird.
Einzelanschlussleitung Leitung vom Entwässerungsgegenstand bis zur Einmündung in die weiterführende Sammelanschluss-, Fall-, Sammel- oder Grundleitung.
Fallleitung Senkrechte Leitung, die durch ein Geschoß oder mehrere Geschoße führt.
Füllgrad Mit Füllgrad einer Entwässerungsleitung wird das Verhältnis des zu erwartenden Wasserstandes „h“ zum inneren Rohrdurchmesser „di“ bezeichnet.
Geruchsverschluss Einrichtung, die das Austreten von Kanalgasen verhindert. Der Wasserabfluss darf dadurch nicht beeinträchtigt werden. Sperrwasser darf weder durch Unterdruck abgesaugt noch durch Überdruck herausgedrückt werden.
Gesamtschmutzwasserabfluss „Qtot“ Der Gesamtschmutzwasserabfluss dient der Bemessung von Entwässerungsleitungen unter Berücksichtigung von Gleichzeitigkeit, Dauerabfluss und Pumpenförderstrom.
Grauwasser Als Grauwasser wird nur geringfügig verunreinigtes Abwasser bezeichnet. Für untergeordnete Zwecke (z.B. für Toilettenspülung) kann es einem nochmaligen Einsatz zugeführt werden.
Schmutzwasser
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Grundleitung Liegende, in der Regel frei verlegte Leitung zur Aufnahme des Abwassers von Fall- und Anschlussleitungen. Die Grundleitung kann innerhalb eines Gebäudes oder in der Erde angeordnet sein.
Lüftungsleitung Leitung, die nur dem Luftdruckausgleich in Entwässerungsleitungssystemen dient. • • • •
•
Hauptlüftung: Entspricht einer Fortsetzung der Fallleitung vom obersten Anschluss bis über Dach. Direkte Nebenlüftung: Entspricht einer Lüftungsleitung, die neben der Fallleitung geführt wird und in jedem Geschoß mit der Fallleitung verbunden ist. Indirekte Nebenlüftung: Entspricht einer zusätzlichen Lüftungsleitung am oberen Ende von Anschluss- oder Sammelanschlussleitungen. Umlüftung: Entspricht einer Lüftungsleitung für Einzel- oder Sammelanschlussleitungen, die im selben Geschoß wieder an die Fallleitung oder an die Hauptlüftung angeschlossen werden. Sekundärlüftung: Entspricht einem zusätzlichen Leitungssystem zur Entlüftung von Einzelanschlussleitungen.
Mischsystem Entwässerungssystem eines Gebäudes, in dem Schmutzwasser und Regenwasser über eine gemeinsame Grundleitung abgeleitet werden.
Nennweite „DN“ Als Nennweite „DN“ wird für Entwässerungsrohre eine genormte Kenngröße definiert, die ungefähr dem äußeren Durchmesser einer Rohrleitung mit einer gerundeten Zahl in mm entspricht. Den jeweiligen Nennweiten ist ein MindestInnendurchmesser „dimin“ zugeordnet [65][42].
Nennweite „DN/OD“ Mit dieser Bezeichnung wird auf Nennweiten in Produktnormen für Kunststoffrohre Rücksicht genommen. Auch diesen Nennweiten ist jeweils ein MindestInnendurchmesser „dimin“ zugeordnet [65][42].
Pumpenförderstrom „QP“ Förderstrom, der mit Pumpen durch die Entwässerungsanlage geleitet wird [42].
Rückstauebene Als Rückstauebene wird jene Ebene bezeichnet, bis zu der Wasser in einer Entwässerungsanlage ansteigen kann. Sie wird üblicherweise von dafür zuständigen Behörden festgelegt. Bei fehlenden Angaben und ebenem Gelände kann dafür eine Ebene angenommen werden, die im Bereich der Grundstückgrenze den Höchstpunkt von Gehsteig- und Straßenoberfläche berührt.
Rückstauverschlüsse Rückstauverschlüsse sollen einen Rückfluss von Abwasser zu Entwässerungsanschlüssen, die unterhalb der Rückstauebene angeordnet sind, verhindern.
Sammelanschlussleitung Leitung zur Aufnahme des Abwassers mehrerer Einzelanschlussleitungen bis zur Einmündung in die Fall-, Sammel- oder Grundleitung.
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Begriffsbestimmungen zur Sanitärtechnik
Schmutzwasser „SW“ Als Schmutzwasser wird mit Ausnahme von Regenwasser das durch häuslichen, gewerblichen oder industriellen Gebrauch verunreinigte abfließende Wasser („Abwasser“) bezeichnet. Der Grad der Belastung des Schmutzwassers wird „Abwasserlast“ genannt. Er kann durch den biochemischen Sauerstoffbedarf „BSB“, den chemischen Sauerstoffbedarf „CSB“ und den Anteil an absetzbaren Stoffen ausgedrückt werden. Schmutzwasser ist die Sammelbezeichnung für Grau- und Schwarzwasser.
Schmutzwasserabfluss, quantity of waste water „Qww“ Der Schmutzwasserabfluss in einem Teil oder in der gesamten Entwässerungsanlage dient der Bemessung von Entwässerungsleitungen unter Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit.
Schwarzwasser Als Schwarzwasser wird stark verunreinigtes Abwasser bezeichnet, das auch für untergeordnete Zwecke nicht mehr nutzbar ist und entsorgt werden muss (z.B. Spülwasser, Urin und Fäkalien).
Sperrwasserhöhe Wirksamer Wasserstand im Geruchsverschluss. Für Sperrwasserhöhen sind Mindestwerte einzuhalten.
Sturzstrecke Teil einer Anschlussleitung mit mehr als 45°-Neigung und mehr als 0,2 m Höhenunterschied.
Trennsystem Bei Abwasserableitung nach einem Trennsystem müssen Schmutzwasser und Regenwasser voneinander getrennt in den Schmutz- bzw. Regenwasserkanal abgeleitet werden.
160.5.5 REGENWASSER Als Regenwasser („Meteorwasser“) wird das von Niederschlägen stammende Abwasser bezeichnet. Das von Hausdächern abgeleitete Regenwasser kann in Sammelbehältern aufgefangen und einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Wenn diese Möglichkeit nicht besteht, dann ist eine Versickerung des Regenwassers auf dem beregneten Grundstück anzustreben, um Grundwasserströme zu erhalten und eine Überlastung der Entwässerungsleitungen durch Regenwasserabfluss zu vermeiden. Ansonsten muss das auf Hausdächern und/oder befestigten Flächen anfallende Regenwasser in Entwässerungssysteme abgeleitet werden. Es werden folgende Arten von Entwässerungsleitungen unterschieden:
Regenwasserfallleitungen In diesen Leitungen wird Regenwasser von den Dacheinläufen möglichst senkrecht zu Grund- und Sammelleitungen geführt.
Grund- und Sammelleitungen Bei Trennsystemen dienen diese Leitungen nur der Ableitung von Regenwasser. Bei Mischsystemen werden in diese Leitungen sowohl Regenwasser als auch Schmutzwasser eingeleitet.
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160.6 WASSERVERSORGUNG Wasser ist eines der wichtigsten Nahrungsmittel und wird von Menschen für unterschiedliche Aktivitäten genutzt. Der personenbezogene Wasserbedarf hat in industrialisierten Regionen zugenommen. Im Jahr 2002 lag er für die Bevölkerung von Wien bei einem jährlichen Durchschnittswert von 121 Liter/Tag. Abbildung 160.6-01: Trinkwasserverbrauch
Auch nach Errichtung von zwei Hochquellenwasserleitungen lässt sich der Trinkwasserbedarf von Wien nur teilweise mit Quellwasser decken. Als Ergänzung kommt Grundwasser zum Einsatz. In anderen Regionen gewinnen für die Trinkwasserversorgung neben den Grundwasservorkommen See- und Flusswasserfassungen mit angeschlossener Wasseraufbereitung eine immer größere Bedeutung. Die Gewinnung, Speicherung und Verteilung von Trinkwasser erfolgt in vielen Fällen durch Wasserversorgungsunternehmen, die dabei auch für die Einhaltung behördlicher HygieneVorschriften sorgen. Trinkwassernetze werden häufig auch mit Hydranten ausgerüstet, um diesen Netzen bei Bedarf auch Löschwasser entnehmen zu können. Trinkwasserführende Leitungssysteme sind nach technischen Normen [46] auch innerhalb von Gebäuden so auszuführen, dass darin die Trinkwasserqualität erhalten bleibt.
160.6.1 BEZEICHNUNGEN UND SINNBILDER Die hydraulischen Zusammenhänge wasserführender Leitungssysteme werden in Schemazeichnungen („Rohrleitungsschemata“) mit allen wesentlichen Einbauteilen, Regulier- und Absperrarmaturen dargestellt. In diesen Darstellungen symbolisieren Striche die Rohrleitungen, Pfeile die jeweiligen Durchflussrichtungen und Sinnbilder [45] die Einbauteile. Für Trinkwasserversorgungsleitungen und deren Bauteile wurden folgende Bezeichnungen festgelegt: Abbildung 160.6-02: Leitungsbezeichnungen Trinkwasserversorgungsleitungen
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Wasserversorgung
Tabelle 160.6-01: Wasserverteilung – Sinnbilder nach ÖNORM B 2530-2 [45]
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Rohrleitungen
Die Verbrauchsleitung beginnt bei Anschluss an eine öffentliche Versorgungsleitung an der Wasser-Übergabestelle und bei Eigenwasser-Versorgungsanlagen an der Wasser-Entnahmestelle (Brunnen oder Quellfassung).
160.6.2 ROHRLEITUNGEN Die Durchführung von Anschlussleitungen durch die Außenwand (Kellerwand) von Gebäuden muss in einer Weise vorgenommen werden, die verhindert, dass Setzungen zu Leitungsschäden führen. Für die Verbindung von Rohren kommen folgende Systeme zum Einsatz: • • • • •
Schraubmuffenverbindungen, Löt- und Schweißverbindungen, Gewinde- und Klemmverbindungen, Flanschverbindungen, Klebeverbindungen.
Innerhalb von Gebäuden sollen lösbare Verbindungen erkennbar und zugänglich sein. Durch Einsatz von Rückflussverhinderern ist sicherzustellen, dass aus dem System der Verbrauchsleitungen kein Trinkwasser in die Anschlussleitungen gelangen kann. Apparate und Behälter sind mit lösbaren Verbindungen an die Rohrleitungssysteme anzuschließen, um einen Ein- und Ausbau zu ermöglichen. Für Wartungsarbeiten, Überprüfungen und Revisionen sind sie möglichst zugänglich anzuordnen. Der Begriff Nennweite „DN“ kennzeichnet zueinander passende Einzelteile einer Rohrleitung unabhängig davon, ob sie nach dem Zoll- oder dem metrischen System benannt werden [6]. Die Beibehaltung der anglikanischen Maßeinheit Zoll (gekennzeichnet mit ˝) im Rohrleitungsbau ist darauf zurückzuführen, dass es zunächst Engländer waren, die bei uns mit der Errichtung von Versorgungsanlagen unter Einsatz industriell gefertigter Rohrleitungen beauftragt wurden (z.B. durch die Stadt Wien). Mit den installierten Rohren wurden deren anglikanische Normen übernommen und teilweise beibehalten. Da die Außendurchmesser der Rohre festliegen, die Wanddicken bei den verschiedenen Rohrarten jedoch verschieden sind, entsprechen die Nennweiten DN in mm nur angenähert den inneren Rohrweiten. Nennweiten sind nach Normzahlen gestuft (Tabelle 160.6-02). In abgekürzter Schreibweise wird mit „DN 50“ eine Rohrleitung mit Nennweite Ø 50 mm bezeichnet. Ihr Innendurchmesser entspricht ungefähr 50 mm bzw. 2 Zoll. Tabelle 160.6-02: Nennweiten von Wasserrohren Nennweite DN
[mm] [Zoll]
Nennweiten-Normzahlreihe 10 3/8
15 1/2
20 3/4
25 1
32 5/4
40 1 1/2
50 2
65 2 1/2
80 3
100 4
125 5
150 6
usw. usw.
Druckbedingungen [46] Damit die für Entnahmestellen vorgesehenen Durchflussstärken erreicht werden können, soll der „Fließdruck“ an allen Entnahmestellen bei mindestens 0,5 bar liegen. Der Fließdruck wird bei fließendem Wasser, der Ruhedruck bei nicht fließendem Wasser gemessen. An Garten- und Garagenauslaufventilen sowie bei Löschwasserleitungen soll der Ruhedruck 10 bar nicht überschreiten, an allen sonstigen Entnahmestellen soll er im Bereich von 5 bar liegen. Bei höheren Netz-
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Wasserversorgung
drücken ist der Druck mit Druckminderventilen zu verringern. Der Druckverlust einer Wasserinstallation sollte im Leitungsbereich zwischen Hauptwasserzähler (bzw. nach einem dort angeordneten zentralen Druckminderventil) und der entlegensten Entnahmestelle nicht über 1,5 bar liegen. Mit Nenndruck „PN“ wird derjenige Druck bezeichnet, für den Rohrleitungen, Armaturen, Flansche und Formstükke ausgelegt sind. Nenndrücke sind nach folgenden Normzahlen gestuft [6]: Tabelle 160.6-03: Nenndrücke von Wasserrohren Nenndrücke PN [ bar ] 1,0
1,6
2,5
4,0
6,0
10,0
16,0
25,0
40,0
usw.
Der für ein Rohrleitungsteil zulässige „Betriebsdruck“ richtet sich nach dem Rohrwerkstoff und der vorgesehenen Betriebstemperatur. Für eine Betriebstemperatur von +20° C haben Betriebsdruck und Nenndruck den gleichen Wert. Bei höheren Temperaturen ist der zulässige Betriebsdruck je nach Werkstoff geringer als der Nenndruck. Die Abhängigkeit des zulässigen Betriebsdruckes von Betriebstemperatur, Werkstoff und Nenndruck wird in besonderen Normen festgelegt. Der „Prüfdruck“ ist der vom Hersteller zur Prüfung anzuwendende Druck, er entspricht im Normalfall dem 1,5-fachen Nenndruck.
Materialwahl Bei der Materialwahl aller wasserberührten Bauteile von Trinkwasserversorgungseinrichtungen sind die Bestimmungen der örtlichen Wasserversorgungsunternehmen und der dafür bestehenden Normen [47] besonders zu beachten. Derzeit kommen für Trinkwasserleitungen folgende Werkstoffe zum Einsatz: • • •
Stahl-verzinkt, hoch- und niederlegierte Stähle, duktiler Guss, Kupfer, Kupferlegierungen, Kunststoffe.
Zur Ermöglichung späterer Untersuchungen des Zustandes im Rohrleitungsnetz empfiehlt sich der Einbau von leicht auswechselbaren Kontrollstücken an geeigneter Stelle. Stahlrohre werden üblicherweise durch Feuerverzinkung gegen innere Korrosion geschützt. Zur Vermeidung elektrolytischer Korrosion dürfen in Fließrichtung des Wassers keine Installationen aus Kupfer vor Installationen aus Stahl zum Einsatz gelangen. Kunststoffrohre lassen sich verhältnismäßig einfach verarbeiten und korrodieren nicht. Sie sind jedoch nicht so temperatur- und alterungsbeständig wie Metallrohre und müssen gegen die Einwirkung starker Ultraviolettstrahlung (Sonnenstrahlung) geschützt werden. Folgende Kunststoffe werden für Rohrleitungssysteme von Kalt- und Warmwasserinstallationen angeboten: • • •
PP (Polypropylen) PE-X (vernetztes Polyethylen) PB (Polybuten)
[86][87][88][89], [90][91][92][93], [94][95][96][97].
Um Kondenswasserbildung an kalten Rohroberflächen zu vermeiden, sind diese mit einer geeigneten dampfdiffusionsdichten Wärmedämmung zu versehen. Um die Übertragung von Körperschall von Rohrleitungssystemen auf Baukörper zu vermeiden, dürfen Rohrleitungen und deren Befestigungen mit der Baukonstruktion nicht in unmitttelbar körperschallleitenden Kontakt kommen. Vibrierende Bauteile (z.B. Pumpen) sind über elastische Rohrverbindungen („Kompensatoren“) mit dem Rohrleitungsnetz zu verbinden. Bei Temperaturänderung ergeben sich auch Veränderungen der Rohrlängen. Mit so genannten „Festpunkten“ werden die Rohre zumindest in jenen Bereichen befestigt, in welchen keine Rohrbewegungen auftreten dürfen. Zwischen diesen
Armaturen
103
Festpunkten werden Rohrdehnungsausgleicher zur Aufnahme auftretender Rohrdehnungen angeordnet. Die einfachste Bauform besteht in einer federnd wirkenden Richtungsänderung der Rohrleitungsführung („Rohrschenkelkompensator“). Stahlbalg-Kompensatoren lassen sich darüber hinaus auch als elastische Verbindungselemente zu vibrierenden Einbauteilen nutzen. Bei Wand- und Deckendurchführungen sind die Rohrleitungen in durchgehenden Rohrhülsen zu verlegen, die mit dem Putz abschließen. Die lichte Weite der Rohrhülsen soll möglichst 20 mm größer als der äußere Durchmesser des zu schützenden Rohres sein. Für die Abdichtung zwischen Rohr und Rohrhülse sind alterungsbeständige plastische Abdichtmittel einzusetzen.
160.6.3 ARMATUREN Im Maschinen- und Rohrleitungsbau werden Regulier-, Steuer-, Mess- oder Absperrorgane für Flüssigkeiten und Gase als „Armaturen“ bezeichnet. Der Ausdruck wurde aus dem lateinischen Wort für „Bewaffnung“ abgeleitet. Bei der Wasserversorgung und Wasserverteilung kommen vorwiegend die nachfolgend angeführten Arten von Armaturen und Bauteilen zum Einsatz.
Absperrschieber Absperrschieber bestehen aus einem Gehäuse, in dem ein Schieberelement mit einer von einem Handrad bewegten Spindel gegen Dichtflächen bewegt werden kann. Sie kommen bei großen Rohrleitungen mit Nennweiten ≥ DN 80 zum Einsatz, weisen einen geringen Durchflusswiderstand auf, können aber nicht dauerhaft und zuverlässig abdichten. Sie kommen deshalb nur noch selten zum Einsatz und werden nach Möglichkeit durch Absperrklappen ersetzt.
Kugelhähne Kugelhähne sind Absperrorgane mit besonders geringem Durchflusswiderstand und geringer Baulänge. Wenn sie rasch geschlossen werden („Schnellschluss“), können dadurch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Rohrleitungssystem Druckschläge ausgelöst werden.
Absperrklappen Absperrklappen kommen vorwiegend als Einbauteil zwischen Flanschen zum Einsatz. Sie haben auch bei größeren Nennweiten geringe Durchflusswiderstände und Baulängen und werden mit Rastergriff, Feineinstellskala sowie elektrischen oder pneumatischen Antrieben angeboten.
Absperr- und Regulierventile Ventile eignen sich sowohl zur Absperrung als auch zur Mengenregulierung von Wasserströmen. Bei kleineren Nennweiten unter DN 50 kommen sie vorzugsweise als „Schrägsitzventile“ mit Muffenanschluss zum Einsatz, bei Nennweiten ≥ DN 50 in Geradsitz- oder Eckform. Regulierventile werden auch mit Messnippeln angeboten, für welche von den Herstellern Durchflussdiagramme zu Einstellwerten herausgegeben werden. Durch Messung der Druckdifferenz an den Messnippeln können hydraulische Einregulierungen von Anlagen auf verhältnismäßig einfache Weise vorgenommen werden. Angebaute Entleerungsventilchen ermöglichen die Entleerung von abgesperrten Teilbereichen in Rohrleitungssystemen.
Druckregelventile Druckregelventile haben die Aufgabe, den Druck in einem Rohrleitungssystem konstant zu halten. Sie bestehen aus einem Ventil, einer Membran und einer Steuerleitung. Der Systemdruck wird als Steuerdruck genutzt und wirkt dabei auf
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Wasserversorgung
die Membran. Überströmventile („Sicherheitsventile“) begrenzen den Druck in einem Rohrleitungssystem vor dem Regelventil auf einen (einstellbaren) Höchstwert und lassen bei Überschreitung des Höchstwertes Wasser aus dem Rohrleitungssystem entweichen. Druckminderventile („Reduzierventile“) begrenzen unabhängig vom Vordruck in einem Rohrleitungssystem den Druck in Rohrleitungen hinter dem Regelventil auf einen (einstellbaren) Höchstwert. Mengenregelventile („Druckdifferenzregler“) begrenzen die Druckdifferenz vor und nach dem Regelventil auf einen (einstellbaren) Höchstwert und damit die über das Regelventil geleitete Durchflussmenge. Niveauregelventile („Schwimmerventile“) begrenzen den Wasserstand in einem Behälter auf einen (einstellbaren) Höchstwert.
Be- und Entlüftungsventile Be- und Entlüftungsventile („Schwimmerentlüfter“) dienen der selbsttätigen Entlüftung bei Befüllung sowie der selbsttätigen Belüftung bei Entleerung von Rohrleitungen. Sie bestehen aus einem Gehäuse, in dem ein Schwimmer ein Ventil betätigt, das bei Wassermangel eine Verbindung des Wasserraumes mit der Umgebungsluft öffnet und bei Überschreitung eines bestimmten Wasserstandes im Gehäuse schließt.
Zulaufarmaturen Zulaufarmaturen dienen der Entnahme von Wasser aus Versorgungsleitungen. Sie werden modischen Trends entsprechend in unterschiedlichen Bauformen angeboten. Besonders häufig werden deren Oberflächen verchromt. Als Wandarmaturen werden sie an Wänden oberhalb von Waschbecken oder Wannen angeordnet, als so genannte „Standarmaturen“ werden sie auf den hinteren Waschbeckenrändern montiert (Standventil, Einlochbatterie, Standbatterie). Zuflussanschlüsse für Kalt- und Warmwasser erfolgen dabei über Eckregulierventile und Verbindungsröhrchen aus Weichstahl oder Kupfer. Zulaufarmaturen können mit elektronischer Infrarot-Steuerung ausgerüstet werden, die bei Näherung den Wasserdurchfluss selbsttätig öffnet und bei Entfernung wieder selbsttätig schließt. Die Mischung von kaltem und warmem Wasser kann über zwei gesonderte Regulierventile oder über so genannte „Einhandmischer“ erfolgen. Bei Einsatz von Mischern mit eingebauten Dehnstoff-Thermoelementen kann die Temperatur des Zulaufwassers auf einstellbare Temperaturwerte geregelt werden.
Rückflussverhinderer (Rückschlagklappen) Rückflussverhinderer verhindern das ungewollte Rückströmen von Wasser bei Änderung der Druckverhältnisse im Rohrleitungssystem. In Zwischenflanschbauweise erfordern sie nur geringe Baulängen. Als federbelastete Rückschlagventile werden sie für Nennweiten von DN 15 bis DN 200 angeboten, als Rückschlagklappen bei Nennweiten ≥ DN 50. Bei geringen Volumenströmen können klappernde oder summende Geräusche auftreten, die durch Aufschlagen des Kegels oder der Klappe auf den Dichtungssitz ausgelöst werden. Durch Änderung der Schließkraft und Einsatz von Kunststoffen für die bewegten Bauteile lässt sich dagegen Abhilfe schaffen.
Schmutzfänger Schmutzfänger halten Verunreinigungen aus Leitungssystemen zurück und verhindern dadurch Schäden und Verstopfungen an Ventilen und Bauteilen hydraulischer Systeme.
Dehnungsausgleicher Dehnungsausgleicher („Kompensatoren“) werden in Rohrleitungen zwischen Festpunkten eingebaut, um die Ausdehnung der Rohre bei Temperaturänderungen aufzunehmen. Für die Dehnungsaufnahme kommen unterschiedliche For-
Armaturen
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men von Dehnungsausgleichern zum Einsatz wie: Rohrschenkel-, U-Bogen- oder Lyrabogen-Ausgleicher, Stopfbuchsen-Ausgleicher, Stahlbalg- oder Gummi-Kompensatoren. Stahlbalg- und Gummikompensatoren werden auch zur Dämpfung von Geräuschübertragungen, zum spannungsreduzierten Anschluss von Pumpen und zur Aufnahme von Schwingungen eingesetzt.
Ausdehnungsanlagen Ausdehnungsanlagen kommen vorwiegend in Warmwasser-Heizungsanlagen zum Einsatz und dienen der Aufnahme jenes Heizwasservolumens, um das sich ein Heizwasservolumen bei Temperaturerhöhung vergrößert. Die häufigste Bauform bilden „Druckausdehnungsgefäße“, die aus einem Stahlgehäuse bestehen, in dem eine Kunststoffmembran Wasser- und Gasbereiche voneinander trennt. Damit wird vermieden, dass Luft mit dem Heizwasser in Berührung kommt. In den Gasraum kann Druckluft oder Stickstoff gefüllt werden, wobei der Fülldruck dem statischen Druck der Heizungsanlage entsprechen soll. In kaltem Zustand liegt die Membran an der Gefäßwand. Bei zunehmender Heizwassertemperatur wölbt sich die Membran und presst den Stickstoffpolster zusammen. Die Zweckmäßigkeit eines Einsatzes von Membran-Ausdehnungsgefäßen in Wasserleitungen für Trink- oder Badewasser ist umstritten. Befürworter argumentieren, dass dadurch ein periodischer Abfluss von aufbereitetem Warmwasser über Sicherheitsventile vermeidbar ist. Gegner weisen darauf hin, dass jeder Bauteil, in dem Warmwasser verbleiben kann, in hygienischer Hinsicht bedenklich ist („Legionella-Besiedlung“).
Wassermengenzähler Zur Wassermengenmessung kommen vorwiegend „Flügelradzähler“ zum Einsatz. Sie bestehen aus einem senkrecht gelagerten, tangential angeströmten Flügelrad, das durch den Wasserstrom in Drehung versetzt wird. Die Umdrehungen der Flügelradachse werden entweder auf ein Zählwerk übertragen, oder sie induzieren berührungslos Spannungsimpulse, die zu einer Information über die Durchflussmenge elektronisch verarbeitet werden können. Bei dem teureren und dafür genaueren Ultraschallverfahren wird die Laufzeitdifferenz von Schallwellen sowohl in Strömungsrichtung als auch in Gegenrichtung gemessen. Weil die Laufzeit der Schallwellen gegen die Strömungsrichtung größer ist als mit der Strömung, ergibt sich eine Zeitdifferenz, woraus die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und in weiterer Folge der Volumenstrom errechenbar ist.
Druckanzeigen Für örtliche Druckanzeigen bei hydraulischen Systemen kommen vorwiegend „Federmanometer“ unterschiedlicher Bauformen zum Einsatz. Sie bestehen aus Hohlkörpern mit metallischen Federbälgen, in welche der Druck geleitet wird. Die Bewegung des Federbalges wird auf ein Zeigerwerk übertragen. Für Fernanzeigen werden elektrische Manometer verwendet. In diesen bilden Elektroden mit der Membran eine elektrische Luftspalt-Kapazität. Bewegt eine Druckdifferenz die Membran aus der Gleichgewichtslage, dann ändern sich die Kapazitäten, woraus ein Messsignal abgeleitet werden kann.
Temperaturanzeigen Für die örtliche Temperaturanzeige bei hydraulischen Systemen kommen vorwiegend „Bimetall-Thermometer“ zum Einsatz. Sie bestehen aus zwei Metallstreifen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, die miteinander verlötet sind. Bei Temperaturänderung dehnen sich die beiden Streifen unterschiedlich stark, wobei die Bewegung auf einen Zeiger übertragen wird. Für Fernanzeigen werden elektrische Thermometer verwendet. Bei diesen Geräten wird jene Eigenschaft
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Wasserversorgung
von Metalldrähten genutzt, die darin besteht, dass ihr elektrischer Leitungswiderstand mit steigender Temperatur steigt. Der Betrieb erfolgt mit Gleichspannungen im Bereich von 6 bis 24 V, wobei das Widerstandsthermometer in den Zweig einer Wheatstone’schen Brücke eingebaut und der Brückenstrom gemessen wird.
160.6.4 WASSERERWÄRMUNG Von Wasserversorgungssystemen wird häufig erwartet, dass über sie auch Warmwasser (WW) bereitgestellt wird. Dieser Anforderung kann mit unterschiedlichen Trinkwasser-Erwärmungssystemen entsprochen werden, die sich in folgende Gruppen zusammenfassen lassen: • •
•
Einzelversorgungsanlagen, bei welchen jede WW-Entnahmestelle an einen eigenen Trinkwasser-Erwärmer angeschlossen ist. Gruppenversorgung, bei welchen mehrere beieinander liegende WW-Entnahmestellen gemeinsam von einem oder mehreren Trinkwasser-Erwärmern versorgt werden, und Zentralversorgung, bei der alle WW-Entnahmestellen eines Gebäudes von einem oder mehreren Trinkwassererwärmern versorgt werden. Um zu vermeiden, dass das Warmwasser in den Leitungen während der Entnahmepausen auskühlt, müssen ausgedehnte Verteilleitungen mit Zirkulationsleitungen oder elektrischen Begleitheizungen ausgerüstet werden.
Offene Elektrowarmwasserspeicher Diese Trinkwasser-Erwärmer bestehen aus wärmegedämmten Behältern mit eingebautem elektrischem Heizkörper. Die Geräte können in Nähe der Entnahmestellen (z.B. oberhalb oder unterhalb von Waschtischen oder Spülen) angebracht werden. Der Wasserinhalt offener Speicher steht auch bei geschlossenem Warmwasserzapfventil mit der Atmosphäre in Verbindung. Bei Öffnen des Warmwasserzapfventiles strömt kaltes Wasser in den Speicher und drückt das warme Wasser durch einen offenen Überlauf-Auslaufschwenkhahn zur Entnahme. Bei Aufheizung dehnt sich das Wasser im Speicher aus und kann durch den Überlauf am Schwenkhahn in das Entwässerungssystem entweichen. Mit einem Temperaturregler kann die Warmwassertemperatur in einem Einstellbereich zwischen etwa +20° C bis +80° C gewählt werden. Sicherheitstemperaturbegrenzer schalten das Gerät bei Funktionsstörung des Temperaturreglers ab [115][113][114]. In frostgefährdeten Räumen sollen diese Geräte nicht angeordnet werden. Abbildung 160.6-03: Offener Elektrowarmwasserspeicher [6]
Geschlossene Elektrowarmwasserspeicher Diese Trinkwasser-Erwärmer stehen unter Wasserleitungsdruck und dienen meistens der Versorgung mehrerer Zapfstellen. Auch diese Geräte bestehen aus
Wassererwärmung
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wärmegedämmten Behältern mit eingebauten elektrischen Heizkörpern, Temperaturreglern und Sicherheitstemperaturbegrenzern. Zur Vermeidung von Druckschäden, die bei Aufheizung des Wassers entstehen könnten, dürfen sie den geltenden Sicherheitsvorschriften entsprechend nur mit Sicherheitsventil, Absperrventil, Prüfventil, Rückflussverhinderer und Manometerstutzen in hydraulischen Systemen zum Einsatz kommen [115][113][114]. Abbildung 160.6-04: Geschlossener Elektrowarmwasserspeicher [6]
Durchflussgaswassererwärmer Bei diesen Geräten fließt das Wasser durch Rippenrohre, die von außen mit Heizgasen erwärmt werden. Beim Zapfen erzeugt das strömende Wasser in einer Düse einen Unterdruck, der über eine Membran zur Öffnung des Gasventils genutzt wird. Die Inbetriebnahme des Hauptbrenners der Gasfeuerung erfolgt meist mit Hochspannungsfunken. Durch den von den Flammen erzeugten Ionisationsstrom zwischen zwei Elektroden erfolgt die Rückmeldung der Zündung an ein Überwachungsrelais. Temperaturregler ermöglichen die Einhaltung einer gewünschten Wassertemperatur. Es können mehrere Zapfstellen an einen derartigen Wassererwärmer angeschlossen werden. Bei Öffnung irgendeines Zapfventils setzt sich der Wassererwärmer automatisch in Betrieb. Bei Gaswassererwärmern mit geschlossener Verbrennungskammer wird die Verbrennungsluft aus dem Freien angesaugt. Dabei hat der Verbrennungsraum keine Verbindung mit dem Luftraum des Aufstellungsraumes. Für diese Ausführung haben sich Abgasfänge bewährt, die bereits mit Luftleitungen für die Verbrennungsluftzufuhr kombiniert sind. Abbildung 160.6-05: Durchflussgaswassererwärmer [6]
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Wasserversorgung
Kombinierte Geräte für Wassererwärmung und Heizung Geräte, die sowohl der Wassererwärmung als auch zur Beheizung von Wohneinheiten („Etagen“) dienen, werden als so genannte „Kombi-Wasserheizer“ angeboten. Weil der Wärmebedarf für die Wassererwärmung nur für kurze Zeit auftritt, dann jedoch besonders hoch ist, wird die Heizung bei Wassererwärmung vorübergehend abgeschaltet. Der Anschlusswert für die Heizgasversorgung lässt sich verringern, wenn dieses System durch Anordnung eines Speichers mit Wärmetauscher ergänzt wird.
Speichersystem bei zentraler Wassererwärmung Bei dieser Methode wird innerhalb eines Gebäudes an zentraler Stelle eine große Warmwassermenge in einem Behälter gespeichert und für den Verbrauch zur Verfügung gestellt. Das Kaltwasser tritt am tiefsten Punkt in den Speicher ein, wird über intern oder extern angeordnete Wärmeaustauscher erwärmt, am höchsten Punkt dem Speicher entnommen und den Zapfstellen zugeführt. Über Zirkulationsleitungen wird das Warmwasser in weiten Bereichen des hydraulischen Systems in Bewegung gehalten, um eine Auskühlung des Warmwassers in den Hauptleitungen zu vermeiden. Dieses System eignet sich gut für einen Ausgleich von Belastungsspitzen des Warmwasserbedarfes. Von Nachteil ist die in hygienischer Hinsicht bedenkliche hohe Verweildauer des Warmwassers im hydraulischen System. Abbildung 160.6-06: Speichersystem – schematisch
Durchflusssystem bei zentraler Wassererwärmung Bei dieser Methode wird an zentraler Stelle eines Gebäudes nicht das Warmwasser, sondern das Heizwasser gespeichert. Das zu erwärmende Kaltwasser wird dabei erst unmittelbar vor Gebrauch in einem Wärmeaustauscher („Durchflussbatterie“) erwärmt, der innerhalb oder außerhalb des Heizwasserspeichers angeordnet sein kann. Über Zirkulationsleitungen wird das Warmwasser in weiten Bereichen des hydraulischen Systems in Bewegung gehalten, um eine Auskühlung des Warmwassers in den Hauptleitungen zu vermeiden. Dieses System eignet sich für Verhältnisse mit gleichmäßigem Warmwasserverbrauch, jedoch nur schlecht für einen Ausgleich von Belastungsspitzen. Ein Vorteil dieses Systems besteht in der aus hygienischer Sicht kurzen Verweildauer des Warmwassers im hydraulischen System.
Wasseraufbereitung
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Abbildung 160.6-07: Durchflusssystem – schematisch
Speicherladesystem Die Vorteile der Durchflusssysteme und des Speichersystems können in Speicherladesystemen vereint werden, wobei die Nachteile der beiden Einzelsysteme vermieden werden. Ein Speicherladesystem besteht in einer Zusammenschaltung von Durchflusswassererwärmer und Speicher über eine Regelschaltung und Speicherladepumpe.
160.6.5 WASSERAUFBEREITUNG Mit Wasseraufbereitung wird eine Nachbehandlung von Wasser bezeichnet, die eine Veränderung der Wasserqualität zum Ziel hat. Das von Wasserversorgungsunternehmen gelieferte Wasser bedarf bei normaler Nutzung als Kaltwasser keiner Aufbereitung, weil diese Unternehmen dazu verpflichtet sind, die für Trinkwasser jeweils vorgeschriebene Wasserqualität einzuhalten. Wenn das Wasser jedoch über +50 bis +55° C erwärmt wird, dann kann eine Wasseraufbereitung erforderlich werden, um Korrosionserscheinungen und Steinbildungen im hydraulischen System zu vermeiden. Mit Schadstoffen kontaminiertes Wasser kann auf vielfältige Weisen mit Reinigungs- und Desinfektionsverfahren zu Trinkwasser aufbereitet werden. Die jeweils zweckmäßigsten Aufbereitungsverfahren werden in Abhängigkeit von der angestrebten Nutzwasserqualität und der Qualität des aufzubereitenden Rohwassers gewählt (Bilder 160.6-01 bis -04, -11). Die dabei häufig kombiniert eingesetzten Verfahren gliedern sich in folgende Gruppen:
Filtration Bei diesem mechanischen Trennverfahren werden feste Teilchen aus einer Flüssigkeit mithilfe eines porösen Filtermittels (z.B. Filtergeflecht, Sand- oder Kiesschüttung) abgeschieden. Die Teilchen können auf dessen Oberfläche als zusammenhängender Filterkuchen abgesetzt (Oberflächenfiltration, Kuchenfiltration) oder an der Oberfläche der einzelnen Filtermittelteilchen adsorbiert werden (Tiefenfiltration). Eine durch Filtration zu trennende Suspension wird als Trübe, die ablaufende klare Flüssigkeit als Filtrat bezeichnet. Die Triebkraft für die Filtration kann durch Überdruck auf der Seite der Trübe (Druckfiltration), durch Unterdruck auf der Filtratseite (Vakuumfiltration) oder durch die Schwere der Trübe (Schwerkraftfiltration) aufgebracht werden.
110
Wasserversorgung
Abbildung 160.6-08: Feinfilter für Trinkwasserleitungen
Membranverfahren („Umkehrosmose“) Bei diesem Verfahren erfolgt die Trennung von flüssigen Gemischen mithilfe selektiv durchlässiger dünner Wände (Membranen), wobei unter dem Einfluss einer Druckdifferenz bestimmte Komponenten (z.B. das Lösungsmittel) als Permeat durch die Membran hindurchgepresst werden, während das Retenat (z.B. eine aufkonzentrierte Lösung) zurückbleibt. Bei der Umkehrosmose (Reversosmose, Hyperfiltration) hält die Membran Salzionen und kleine Moleküle (Teilchendurchmesser 0,1 bis 2 nm) weitgehend zurück. Sie arbeitet mit Drücken, die wesentlich höher als der osmotische Druck der Lösung sind. Die Ultrafiltration dient zur Auftrennung kolloider Lösungen (Teilchendurchmesser 1 nm bis 1 µm). Sie arbeitet mit Betriebsdrücken von 0,5 bis 10 bar. Die Trennwirkung wird durch Poren ermöglicht, die Lösungsmittelmoleküle hindurchlassen, nicht aber kolloide Teilchen. Anwendungsgebiete sind u.a. Meerwasserentsalzung, Reinstwasserherstellung (in Kombination mit Ionenaustauschern) und Konzentrierung von Obstsäften und Molke.
Fällverfahren („Impfung“) Bei diesem Verfahren wird dem Wasser über eine Dosierschleuse eine Chemikalie (z.B. Phosphat) beigemischt, die Härtebildner chemisch bindet und dadurch eine Wassersteinbildung verhindert. Diese Methode wird auch als „Fällverfahren“ bezeichnet, weil sich dabei Schlamm bildet, der sich im hydraulischen System niederschlagen kann oder mit dem Nutzwasser nahezu unsichtbar ausläuft. Diese Geräte bedürfen einer regelmäßigen Wartung.
Basenaustauschverfahren („Enthärtung“) Bei diesem Verfahren bindet eine filterähnliche Masse aus künstlich hergestelltem Permutit (Alkali-Aluminiumsilikat-Kristalle) die Härtebildner. Die Masse aus Permutit wird mit Kochsalzlösung periodisch regeneriert, wobei sie wieder einsatzfähig wird. Die Härtbildner werden dabei mit Wasser ausgespült.
Desinfektionsverfahren Eines der Prinzipien zur Desinfektion besteht in einer automatischen Zumischung von Desinfektionsmitteln über geeignete Zumischgeräte in gesonderte Wasserleitungsnetze für desinfiziertes Wasser. Ein weiteres Prinzip nutzt die keimtötende Wirkung ultravioletter Strahlung über kurze Distanzen und erfordert für den Betrieb keine chemischen Zusätze.
111
Wasseraufbereitung
Grauwassernutzung Als Grauwasser wird das nur mäßig verschmutzte Abwasser bezeichnet, das beim Baden, Duschen oder Wäsche Waschen anfällt. In einem durchschnittlichen Haushalt fällt täglich eine Grauwassermenge von mehr als 60Liter an, die bei geeigneter Aufbereitung weiter genutzt werden könnte. Dadurch könnte Trinkwasser gespart werden. Grauwasser-Aufbereitungsanlagen werden mit folgenden Reinigungsstufen angeboten [116]: • • • •
Vorfiltrierung Flotierung Biologische Reinigung UV-Entkeimung
Abscheidung von Partikeln. Ableitung von Schwebstoffen. Reduktion von Mikroorganismen. Abtötung verbliebener Krankheitskeime.
Abbildung 160.6-09: Grauwassernutzung – schematisch
Hygienische Anforderungen an Warmwasserbereitungsanlagen Mit dem Rohwasser gelangt stets auch eine in hygienischer Sicht unbedenkliche Zahl von Keimen in das Trinkwasser. In Warmwasserbereichen bestehen für diese Keime günstige Wachstumsbedingungen, die mit der möglichen Verweildauer in diesen Bereichen zunehmen. Besondere Aufmerksamkeit wird in diesem Zusammenhang den Stäbchenbakterien „legionella pneumophila“ entgegengebracht, die sowohl in Oberflächengewässern als auch in tiefen Schichten vorkommen (Länge 1 bis 4 µm, Durchmesser 0,2 bis 0,7 µm). Mit dem Trinkwasser aufgenommen gelten sie als unschädlich. Werden sie jedoch als Aerosol eingeatmet, dann können sie grippeähnliche Beschwerden („Pontiac-Fieber“) verursachen, in ernsteren Fällen eine Art von Lungenentzündung („Legionärskrankheit“) auslösen und bei geschwächten Personen sogar zum Tod führen. Nach derzeitigem Kenntnisstand vermehren sich Legionellen in WarmwasserBereichen bei längeren Verweilzeiten am stärksten bei Temperaturen zwischen +32 und +42° C und werden bei Temperaturen über +60 bis +70° C abgetötet. Zur Vermeidung einer bedenklichen Vermehrung von Legionellen in Warmwassersystemen werden folgende Arten von Maßnahmen empfohlen: • • • • •
Vermeidung großer Warmwasserspeicher, regelmäßige Entschlammung hydraulischer Warmwassersysteme, Stilllegung selten genutzter Rohrleitungsstränge, kurzzeitig periodische Aufheizung der Warmwassersysteme auf Temperaturen über +65° C, periodische Durchspülung der Zapfstellen mit aufgeheiztem Warmwasser.
112
Wasserversorgung
160.6.6 WASSERBEVORRATUNG Eine besonders einfache Methode der Wassergewinnung besteht in der Nutzung von Regenwasser, das von Hausdächern abgeleitet und in Sammelbehältern aufgefangen wird. Über Pumpen, Filter und gesonderte Versorgungsleitungen kann man es anschließend zu ausgewählten Zapfstellen transportieren. Theoretisch ließe sich etwa die Hälfte des täglichen Trinkwasserverbrauches durch Regenwasser ersetzen, weil nicht für alle Wasseranwendungen unbedingt Trinkwasserqualität erforderlich ist. Durch Regenwassernutzung für untergeordnete Zwecke (wie z.B. für Gartenbewässerung, Wäsche waschen oder WC-Spülung) lässt sich der Trinkwasserverbrauch verringern. Eine Regenwasseranlage besteht aus folgenden Bauteilen: • •
• •
Selbst reinigendes Filtersystem als erste Reinigungsstufe, um feste Schmutzpartikel zurückzuhalten. Speicherbehälter, der auch als zweite Reinigungsstufe geeignet ist (Sedimentation) mit schwimmender Entnahmeleitung (Wasserentnahme etwa 15 cm unterhalb der Wasseroberfläche). Hauswasserwerk mit regelbaren Pumpen, Trockenlaufschutz und Schaltautomatik. Systemsteuerung, die in ständiger Betriebsbereitschaft bei Regenwassermangel eine automatische Trinkwassereinspeisung sicherstellt.
Abbildung 160.6-10: Regenwassernutzung
Das Regenwasser soll bei möglichst tiefen Temperaturen gespeichert und mit frischem Wasser periodisch ergänzt werden. Wassertemperaturen im Bereich von +20 bis +50° C begünstigen das Wachstum von Mikroorganismen und sind deshalb bei Wasserbevorratung zu vermeiden. Bei der Fassung von Dachwasser ist zu beachten, dass Wasser von Loggien, Terrassen oder Balkonen gesondert in Schmutzwasserleitungen abzuleiten ist, weil dieses, mit Waschwasser vermischt und mit Putzmitteln angereichert sein kann. Wenn Dachwasser mit Luftschadstoffen verunreinigt ist, kann es sinnvoller sein, das Wasser in den Grundwasserkörper versickern zu lassen und von dort zu entnehmen, als in Zisternen zu speichern.
160.6.7 LÖSCHWASSER Löschwasserleitungen [25] dienen sowohl der ersten als auch der erweiterten Löschhilfe (gemäß Richtlinie TRVBF124 [120]). Sie erleichtern ein rasches Eingreifen der Feuerwehr, weil sie zeitraubendes Auslegen von Schläuchen teilweise oder
Löschwasser
113
gänzlich überflüssig machen. Löschwasserleitungen bestehen aus festverlegten innen und außen feuerverzinkten Stahlrohrleitungen, die als Steigleitungen vom untersten bis zum obersten Geschoß hochgeführt werden und mit absperrbaren Schlauchanschlusseinrichtungen ausgerüstet sind.
Trockene Steigleitung Als trockene Steigleitung wird eine Rohrleitung bezeichnet, in die das Löschwasser erst im Bedarfsfall von der Feuerwehr oder automatisch eingespeist wird. Die Einspeisstelle für Löschwasser ist an einer jederzeit zufahrbaren Stelle (Feuerwehrzufahrt) in etwa 1 m Höhe nach Möglichkeit in einer Mauernische anzubringen und mit witterungsbeständigen Türen zu verschließen. Sie darf keinesfalls in Schächten oder am Boden untergebracht werden. Die Löschwasserentnahmestellen (Schlauchanschlüsse) sind in jedem Geschoß nach Möglichkeit in Mauernischen unmittelbar nach Austritt aus dem Treppenhaus in 1 m Höhe über dem Fußboden anzuordnen. In Garagengeschoßen sind die Löschwasserentnahmestellen in den Schleusen anzubringen.
Nasse Steigleitung Nasse Steigleitungen werden im Allgemeinen vom öffentlichen Wasserversorgungsnetz gespeist und sind aus einsatztaktischen Gründen den trockenen Steigleitungen vorzuziehen. Sie dürfen nur in frostsicheren Bereichen angeordnet werden. „Nasse Steigleitungen“ sind in jedem Geschoß unmittelbar nach Austritt aus dem Treppenhaus in 1 m Höhe über dem Fußboden an Wandhydranten anzuschließen. Um eine ständige Durchspülung nasser Steigleitung mit Wasser zu ermöglichen, sollte zumindest im obersten Geschoß ein Wasserverbraucher (z.B. ein WC) an die Löschwasserleitung angeschlossen werden. Abbildung 160.6-11: Nasse Steigleitung ohne Drucksteigerungsanlage
Wandhydranten Als Wandhydranten werden Wasserentnahmestellen in Gebäuden bezeichnet, die der ersten oder erweiterten Löschhilfe dienen. D-Wandhydranten bestehen aus einem Schlauchanschlussventil und einem auf einer Schlauchhaspelanlage aufgerollten formbeständigen „D-Druckschlauch“, der für die „Erste Löschhilfe“ unbe-
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Wasserversorgung
dingt knickfrei bleiben muss. Für die „Erweiterte Löschhilfe“ können D-Wandhydranten darüber hinaus auch mit Anschlussmöglichkeiten für C-Schläuche ausgerüstet werden. C-Wandhydranten sind mit C-Druckschläuchen für die „Erweiterte Löschhilfe“ zur Brandbekämpfung durch Einsatzkräfte der Feuerwehr ausgerüstet. Alle Arten von Wandhydranten müssen ohne Beeinträchtigung der sofortigen Betriebsbereitschaft gegen Einfrieren, Verschmutzung und Missbrauch geschützt sein. Sie sind nach Möglichkeit in Nischen, Einbauschränken oder Wandschränken unterzubringen, wobei genormte Abmessungen einzuhalten sind. In dauerhafter Ausführung sind sie mit genormten Hinweisschildern [25] zu kennzeichnen.
Genormte Schlauchkupplungen Schlauchkupplungen dienen dazu, lösbare Verbindungen von Schläuchen herzustellen. Für Löschwasserschläuche kommen in Europa weitgehend die so genannten Storz-Kupplungen zum Einsatz, die von dem deutschen Architekten Guido Storz zum Patent angemeldet und ab 1936 bei allen deutschen Feuerwehren als „Reichsnormalkupplungen A, B, C und D“ eingeführt wurden. Sie bestehen aus gleichartigen symmetrischen Kupplungsteilen für jedes der beiden Enden eines Feuerwehrschlauches. Sie werden nicht verschraubt, sondern mit „Knaggen“ wie bei einem Bajonett-Verschluss verbunden. Üblicherweise bestehen sie aus Aluminium, für Hochdruckschläuche werden sie jedoch aus Messing hergestellt. Es existieren Kupplungsteile mit Schlauchtülle zur Befestigung an Schläuchen, Festkupplungen mit Gewinde zur Befestigung an Armaturen und Geräten sowie Blindkupplungen zum Verschließen ungenutzter Abgänge. Die Storz-Kupplungen gib es in unterschiedlichen Größen, wobei die Feuerwehr folgende genormte Kupplungen verwendet: Tabelle 160.6-04: Schlauchanschlussarmaturen nach DIN 14461-5 [40] Nenngröße
Knaggenabstand [ mm ]
Schlauchdurchmesser [ mm ]
A B C D
133 89 66 31
110 75 42 oder 52 25
Abbildung 160.6-12: Festkupplungen an Löschwasserleitungen
Zur Brandbekämpfung mit Einsatzgeräten der Feuerwehr können nur Löschwasserleitungen herangezogen werden, die mit genormten Festkupplungen ausgestattet sind [34][33][32][31].
Festkupplungen Als Festkupplung bezeichnet man im Feuerwehrwesen eine Schlauchkupplung, die auf einer Seite fest mit einem Rohrgewinde auf einer wasserführenden Armatur oder bei einem Hydranten aufgeschraubt ist. Auf der anderen Seite kann man die üblichen A-, B-, C-, D-Kupplungen eines Druckschlauches oder eines Saugschlauches ankuppeln. Festkupplungen werden vorwiegend aus Aluminium
Löschwasser
115
hergestellt, in Hochdruckausführung (HD) aus Messing. Für den Einsatz im Gefahrengutbereich werden sie auch aus Edelstahl ausgeführt.
Feuerwehrschläuche Schläuche haben die Aufgabe, das Löschmittel Wasser oder Wasser/SchaumGemische über Wegstrecken zu fördern. Es werden dabei zwei Arten von Schläuchen unterschieden: Schläuche, die zum Saugen geeignet sind, und Schläuche, die Wasser unter Druck weiterleiten. Druckschläuche sind flexibel, werden vorwiegend bei der Brandbekämpfung verwendet und bestehen deshalb aus schwer brennbaren Faserstoffen. Druckschläuche haben eine flexible Form. Als Druckschlauch HD werden formbeständige Schläuche bezeichnet, die einem Druck bis 40 bar standhalten. Als Druckschlauch-W werden formbeständige Druckschläuche der Nenngröße D bezeichnet, die auf Haspeln aufgerollt bei Wandhydranten zum Einsatz kommen. Wegen ihrer Formbeständigkeit kann auch durch den noch aufgerollten Schlauch Wasser gefördert werden. Saugschläuche sind im Gegensatz zu Druckschläuchen formstabil und dürfen sich durch den beim Saugvorgang auftretenden Unterdruck nicht zusammenziehen. Sie werden als Saugleitung an den Saugeingang von Feuerlöschpumpen angeschlossen.
Löschwasserversorgung Die Städte und Gemeinden müssen zur Gewährleistung des Brandschutzes eine ausreichende Löschwasserversorgung für die Feuerwehren sicherstellen. Bei der so genannten „abhängigen Löschwasserversorgung“ wird das Wasserverteilungssystem der Trinkwasserversorgung um Entnahmestellen für Löschwasser, die Hydranten, ergänzt. Wenn das im erforderlichen Maße nicht möglich ist, werden Wasserentnahmestellen aus Bächen, Seen oder speziell angelegten Löschwasserbehältern als „unabhängige Löschwasserversorgung“ bereitgestellt. Bei automatischen Feuerlöscheinrichtungen [71] („Sprinkleranlagen“) tritt Löschwasser aus speziellen Sprühdüsen („Sprinkler “) dann aus, wenn die Raumtemperatur an der Decke über +72° C ansteigt und dadurch einen bei jeder Sprühdüse angeordneten Schmelzlotverschluss öffnet. Das Löschwasser verteilt sich sodann nur über dem Brandherd, weil nur dort die Schmelzlotverschlüsse geöffnet wurden. Sprinkleranlagen für frostgefährdete Räume werden als trockenes System ausgeführt und mit Pressluft gefüllt. Bei Öffnung von Sprinklerbrausen entweicht zunächst die Pressluft und gibt sodann den Weg für das Löschwasser frei. Der Streukreis von Sprinklerdüsen liegt im Bereich von 2 bis 3 m. Aus Sicherheitsgründen werden größere Anlagen an zwei voneinander unabhängige Wasserversorgungsquellen angeschlossen. Abbildung 160.6-13: Sprinkler- und Sprühwasseranlage
116
Farbteil
Bild 160.6-01
Bild 160.6-02
Bild 160.6-01: Wasseraufbereitung – Luftwäscher Bild 160.6-02: Wasseraufbereitung mit Magnetfeld
Bild 160.6-03
Bild 160.6-04
Bild 160.6-05
Bild 160.6-03: UV-Desinfektionsanlage für Trinkwasser Bild 160.6-04: Wasseraufbereitung mit Wirbelströmung Bild 160.6-05: Trinkwasserleitungsführung
Bild 160.6-06
Bild 160.6-07
Bild 160.6-06 und 07: Sanitärrohrleitungsmaterial
117
Farbteil Bild 160.6-08
Bild 160.6-09
Bild 160.6-10
Bild 160.6-08: Löschwasserleitung C-Kupplung Bild 160.6-09: Stellmotor mit Absperrklappe Bild 160.6-10: Stellmotor mit Kugelhahn
Bild 160.6-11
Bild 160.6-12
Bild 160.6-11: Feinfilter Bild 160.6-12: Fittings für Rohrleitungsbau
Bild 160.6-13
Bild 160.6-13: Schraubarmaturen Bild 160.6-14: Schneidringverschraubungen
Bild 160.6-14
118
Farbteil
Bild 160.6-15
Bild 160.6-16
Bild 160.6-15: Brandschutzabschottung bei Deckendurchführung Bild 160.6-16: Brandverschluss
Bild 160.6-17
Bild 160.6-18
Bild 160.6-19
Bild 160.6-17: Fallleitung mit Putzstück Bild 160.6-18: Vorwandinstallation Sanitärbereich Bild 160.6-19: Ausführungsformen von Sifonen
Bild 160.6-20
Bild 160.6-21
Bild 160.6-20: Schweißmaschine für Kunststoffrohrleitungen Bild 160.6-21: Komponenten von Rohrleitungen
119
Farbteil Bild 160.6-22
Bild 160.6-23
Bild 160.6-22: Abwasserleitungsführung Bild 160.6-23: Abscheider – Einbauzustand
Bild 160.6-24
Bild 160.6-25
Bild 160.6-24: Abscheider – Innenansicht Bild 160.6-25: Abscheider
Bild 160.6-26
Bild 160.6-27
Bild 160.6-26: Ölabscheider Bild 160.6-27 und 28: Fettabscheider
Bild 160.6-28
121
160.7 ENTWÄSSERUNG Das durch häuslichen, gewerblichen oder industriellen Gebrauch verunreinigte Wasser wird in Entwässerungsgegenständen erfasst und über Geruchsverschlüsse in Entwässerungsanlagen eingeleitet. Über Entwässerungsanlagen kann neben dem Schmutzwasser auch das von Dachflächen abfließende Niederschlagswasser eingeleitet werden. Der Grad der Belastung des in Entwässerungsanlagen transportierten Abwassers („Abwasserlast“) wird unter anderem durch den biochemischen Sauerstoffbedarf („BSB“), den chemischen Sauerstoffbedarf („CSB“) und den Anteil an absetzbaren Stoffen ausgedrückt. Die nachfolgend angeführten Grundsätze für die Installation und den Betrieb von Entwässerungssystemen wurden den Normen ÖNORM EN 12056-2 [65] und ÖNORM B 2501 [42] entnommen (Bilder 160.6-15 bis 22).
160.7.1 BEZEICHNUNGEN UND SINNBILDER Die hydraulischen Zusammenhänge von Leitungssystemen zur Entwässerung werden in Schemazeichnungen („Rohrleitungsschemata“) mit allen wesentlichen Entwässerungsgegenständen und Einbauteilen dargestellt. In diesen Darstellungen symbolisieren Striche die Rohrleitungen und Sinnbilder die Anschluss- und Einbauteile. Für die Plandarstellungen der wesentlichen Entwässerungsgegenstände werden in ÖNORM B 2501 [42] unter anderem folgende Sinnbilder angeführt: Tabelle 160.7-01: Sinnbilder für Entwässerungsanlagen – ÖNORM B 2501 [42] Aufriss
Grundriss
Bezeichnung
Aufriss
Grundriss
Bezeichnung
Waschbecken
Küchenspüle einfach
Brausetasse
Küchenspüle doppelt
Badewanne Waschmaschine Bidet
WC mit Unterputzspülkasten
Geschirrspülmaschine
WC mit (Oberputz-) Spülkasten
Fettabscheider
Pissmuschel Mineralölabscheider Ausgussbecken
160.7.2 TRENN- UND MISCHSYSTEM Bei Entwässerungsanlagen im Trennsystem sind für Schmutz- und Regenwasser („Meteorwasser“) getrennte Schächte und Rohrleitungen vorzusehen. Putzstücke für Schmutzwasser und solche für Regenwasser dürfen nicht in einem gemeinsamen Schacht angeordnet werden. Nur bei lotrechten Fallleitungen (mindestens DN 100)
122
Entwässerung
ohne jede Verziehung bis zu 26 m Höhe darf in Ausnahmefällen Regenwasser von Dachflächen bis höchstens 100 m2 auch in einer Fallleitung gemeinsam mit Schmutzwasser abgeleitet werden. In den beiden untersten Geschoßen dürfen an Schmutzwasser-Fallleitungen, die auch Regenwasser führen, Einrichtungsgegenstände nur über eine Umgehungsleitung angeschlossen werden. Ansonsten müssen Schmutzwässer und Regenwässer in getrennten Fallleitungen abgeleitet werden. Erst in der Grundleitung, möglichst außerhalb des Gebäudes, können Schmutzwasser und Regenwasser zusammengeführt werden. Dies wird in Hinblick auf eine künftige Trennung der Abwasserströme im kommunalen Bereich angestrebt. Abbildung 160.7-01: Trenn- und Mischsystem
Abbildung 160.7-02: Grundleitung außerhalb des Gebäudes
160.7.3 ROHRLEITUNGSFÜHRUNG In Entwässerungssystemen werden folgende Arten von Rohrleitungen unterschieden: • • • • •
Einzelanschlussleitungen, Sammelanschlussleitungen (unbelüftet oder belüftet), Fallleitungen (mit Hauptlüftung oder Haupt- und Nebenlüftung), Regenwasserfallleitung, Grund- und Sammelleitungen (Hausanschlussleitung).
Bei der Ableitung von verschmutztem Wasser will man einerseits mit geringem Gefälle auskommen, andererseits Verstopfungen der Leitungen vermeiden. Erfahrungswerte zur Rohrleitungsführung, die diesen gegensätzlichen Anforderungen weitgehend entsprechen, wurden unter anderem mit folgenden Grundsätzen zusammengefasst:
Rohrleitungsführung
123
Ausführung von Anschlussleitungen • • • • •
•
Das Gefälle von Anschlussleitungen darf 1% nicht unterschreiten und 5% nicht überschreiten. Einzelanschlussleitungen mit Längen über 4 m sind zu lüften. Reduktionen sind scheitelbündig einzubauen. Anschlüsse an Fallleitungen sind in einem Winkel von 87° bis 88,5° auszuführen. Einzelanschlussleitungen sind so auszuführen, dass zwischen dem Wasserspiegel im Geruchsverschluss und der Sohle der Anschlussleitung am Fallleitungsabzweiger ein Höhenunterschied von h ≥ DN vorhanden ist. Einmündungen benachbarter Entwässerungsgegenstände auf unterschiedlicher Höhe sind so auszuführen, dass die größere Anschlussleitung in einem Mindestabstand von 25 cm unterhalb der kleineren Anschlussleitung einmündet.
Abbildung 160.7-03: Bezeichnungen von Entwässerungsleitungen
Abbildung 160.7-04: Einmündung
Abbildung 160.7-05: Einmündung in Fallleitungen
124
Entwässerung
Abbildung 160.7-06: Sammelanschlussleitung – schematisch
Ausführung von Fallleitungen •
•
•
• •
Fallleitungen sind lotrecht und ohne Änderung der Nennweite durch die Geschoße zu führen. Jede Fallleitung ist ohne Querschnittsverminderung als Hauptlüftungsleitung über Dach zu führen. Bei Fallleitungen, die nicht mehr als 3 Geschoße durchlaufen, kann der Übergang in die Grund- und Sammelleitung mit einem Bogen von 87° bis 90° erfolgen. Sollten 4 bis 9 Geschoße durchlaufen werden, so ist der Bereich von 2 m in der senkrechten Leitung (ab Kanalsohle) und 1 m in der liegenden Leitung (nach dem Umlenkbogen) von Anschlüssen freizuhalten. Ebenfalls dürfen bei Verzügen jeweils 1 m nach dem zulaufseitigen und 1 m vor dem ablaufseitigen Bogen keine Anschlüsse eingebunden werden. Bei Verzügen kleiner als 2 m ist eine Umgehungsleitung erforderlich. Der Übergang in die Grund- und Sammelleitung sowie Verzüge sind mit zwei Bögen 45° und einem Zwischenstück von mindestens 250 mm Länge oder, wenn eine Umgehungsleitung ausgeführt wird, mit Bögen 87° bis 90° auszuführen.
Abbildung 160.7-07: Fallleitungsübergänge – Umgehungsleitungen
Rohrleitungsführung
125
Abbildung 160.7-08: Fallleitungen
Abbildung 160.7-09: Fallleitungsverzüge – anschlussfreie Zonen
Ausführung von Grundleitungen • •
• •
Grundleitungen sind möglichst geradlinig und parallel zu Gebäudemauern zu verlegen. Richtungsänderungen in Grund- und Sammelleitungen dürfen nur mit Einzelbögen mit Winkeln bis höchstens 45° ausgeführt werden. Diese Begrenzung gilt nicht, wenn der Einzelbogen einen Radius von mindestens 500 mm aufweist. In Grund- und Sammelleitungen dürfen Abzweiger mit Winkeln von höchstens 45° eingebaut werden, Doppelabzweiger sind unzulässig. In Grundleitungen dürfen Fall- und Sammelleitungen nur im Winkel von 45° in Fließrichtung eingebunden werden. Der seitliche Abzweigstutzen muss dabei von mindestens 15° bis höchstens 45° aufgebogen sein. Gleiches gilt auch für die Einmündungen von Sammelleitungen, jedoch kann bei wenig Feststoff führenden Abwässern (z.B. Küche, Bad, Regenwasser) die Einführung der Fallleitung mittels lotrecht aufgestelltem Schrägabzweiger erfolgen.
Abbildung 160.7-10: Anschluss an Grundleitungen
126
Entwässerung
Abbildung 160.7-11: Bogenanordnungen in Grundleitungen
Ausführung von Lüftungsleitungen für Entwässerungsanlagen • •
• •
• •
•
Lüftungsleitungen von Entwässerungsanlagen dürfen mit keinerlei anderen Be- und Entlüftungsleitungen verbunden werden. Um die Lüftung sicherzustellen, dürfen in Schmutz- und Mischwasserleitungen keine Geruchsverschlüsse eingebaut werden mit Ausnahme von Verbindungen zwischen Regenwasser- und Schmutzwasserleitungen. Jede Hauptlüftung muss denselben Querschnitt wie die Fallleitung aufweisen. Mehrere Hauptlüftungen können zusammengeführt und gemeinsam über Dach entlüftet werden. Der Querschnitt der gemeinsamen Leitung muss dabei mindestens der halben Summe der Einzelquerschnitte entsprechen, jedoch mindestens so groß sein wie der Querschnitt der größten angeschlossenen Lüftungsleitung. Die Ausmündung von Lüftungsleitungen über Dach muss immer nach oben offen sein und mindestens 0,3 m über das Dach geführt werden. Wenn Dunsthüte und Abdeckungen eingesetzt werden, dann muss der frei bleibende Querschnitt dem vollen Querschnitt der Lüftungsleitung entsprechen. Bei Ausmündungen mit weniger als 2 m Abstand zu Fenstern oder Türen sind die Lüftungsleitungen mindestens 0,1 m über dem Fenster- oder Türsturz zu führen.
Rohrleitungsführung
• •
•
127
Zu den Ansaugbereichen von Lüftungs- und Klimaanlagen ist ein angemessener Schutzabstand einzuhalten. Umlüftungen und Verziehungen von Lüftungsleitungen müssen ein Gefälle von 2% aufweisen. Alle Einmündungen von Lüftungsleitungen sind mit einem Winkel von 45° bis 70° auszuführen. Belüftungsventile dürfen zur Belüftung von Einzel- und Sammelanschlussleitungen eingesetzt werden, wenn die Fallleitung mit Hauptlüftung versehen ist und die Möglichkeit einer Sekundär- oder Umlüftung nicht gegeben ist, sie sind aber nicht als Ersatz einer Hauptlüftung zulässig. In durch Rückstau gefährdeten Bereichen und für die Belüftung von Hebeanlagen dürfen keine Belüftungsventile verwendet werden.
Abbildung 160.7-12: Lüftungsleitungen in Entwässerungsanlagen
Lüftungsleitungen dienen dem erforderlichen Luftdruckausgleich in Entwässerungsanlagen. Sie sind nach ihrer Notwendigkeit als Beitrag zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit von Geruchsverschlüssen zu installieren und werden unterschieden in: • • •
Hauptlüftung entspricht einer Fortsetzung der Fallleitung ab oberstem Anschluss bis über Dach. Direkte Nebenlüftung entspricht einer Lüftungsleitung, die neben der Fallleitung geführt wird und in jedem Geschoß mit der Fallleitung verbunden ist. Indirekte Nebenlüftung entspricht einer zusätzlichen Lüftungsleitung am oberen Ende von Anschluss- oder Sammelschlussleitungen.
128
Entwässerung
•
•
Umlüftung entspricht einer Lüftungsleitung für Einzel- oder Sammelanschlussleitungen, die im selben Geschoß wieder an die Fallleitung oder an die Hauptlüftung angeschlossen werden. Sekundärlüftung entspricht einem zusätzlichen Leitungssystem zur Entlüftung von Einzelanschlussleitungen.
Regenwasserleitungen •
• •
•
•
Dächer und Terrassen sind durch entsprechende Dachrinnen und Fallrohre zu entwässern, falls das von ihnen ablaufende Niederschlagswasser Verkehrsflächen bespülen würde. Befestigte Flächen sind derart zu entwässern, dass kein Niederschlagswasser auf fremde Grundstücke gelangen kann. Die Versickerung von Regenwässern aus Dachflächen ist zulässig und anzustreben, sofern es die Bodenverhältnisse gestatten und keine Nachteile für Anrainer entstehen. Das Regenwasser von Dächern, Balkonen, Loggien und dergleichen ist in der Regel in eigenen Fallleitungen abzuleiten. Diese Leitungen können außerhalb oder innerhalb des Gebäudes liegen. Regenwasserfallleitungen, die an einen Mischwasserkanal angeschlossen sind, müssen mit einem Geruchsverschluss in frostsicherer Anordnung versehen werden, wenn eine Geruchsbelästigung zu erwarten ist.
160.7.4 PUTZSTÜCKE Entwässerungsleitungen (Anschluss-, Fall- und Grundleitungen) sind so auszuführen, dass Möglichkeiten zu ihrer Reinigung und Überprüfung (Durchspiegelung, Videokontrolle etc.) bestehen. Zu diesem Zweck sind sie mit Putzstücken auszurüsten, die entweder direkt oder über Kontroll- oder Einstiegschächte zugänglich sein müssen. In Räumen zur Lagerung oder Verarbeitung von Lebensmitteln oder Pharmazeutika dürfen keine Putzstücke angeordnet werden. Bei Putzstücken muss der Öffnungsmechanismus des Deckels so beschaffen sein, dass der Deckel auch nach jahrelangem Gebrauch oder bei Verschmutzung leicht geöffnet werden kann. Die Deckel der Putzstücke in Grund- und Sammelleitungen müssen aus einem gegen Rattenbiss widerstandsfähigen Werkstoff bestehen. Die Wasserdichtheit der Putzstücke muss sowohl hinsichtlich der beiden Anschlüsse an die Abwasserleitung als auch hinsichtlich der Deckel der Putzöffnungen gegeben sein. Länge und Breite der Putzöffnung müssen den üblichen Reinigungsgeräten so ausreichend Platz bieten, dass die Reinigung ohne Schwierigkeit durchgeführt werden kann, und in Grund- und Sammelleitungen die Mindestmaße gemäß Tabelle 160.7-02 aufweisen: Tabelle 160.7-02: Mindestmaße von Putzöffnungen in Grund- und Sammelleitungen – ÖNORM B 2501 [42] DN [ mm ]
Breite [ mm ]
Länge [ mm ]
Mindest-Durchmesser [ mm ]
100 125 150 200 ≥ 250
75 100 100 100 100
170 170 170 210 250
135 135 170 210 210
129
Putzstücke
In Fallleitungen sind nahe dem Aufstandsbogen und über dem höchsten Abzweiger Putzstücke einzubauen. Das oberste Putzstück kann entfallen, wenn eine Putzmöglichkeit vom Dach aus gegeben ist oder wenn die Länge der Fallleitung nicht mehr als 10 m beträgt. Bei Anschlussleitungen von mehr als 10 m Länge sind jedenfalls Putzstücke anzuordnen. Der größte Abstand zwischen Putzstücken darf bei einer geraden Abwasserleitung bis DN 200 höchstens 20 m, bei größeren Nenndurchmessern höchstens das 100-Fache des Nenndurchmessers betragen. Bei abzweigenden Leitungen sind Putzstücke nahe dem Abzweiger, maximal jedoch 5 m von der Einmündung entfernt anzuordnen (Bild 160.6-17). Abbildung 160.7-13: Putzstücke
PUTZSTÜCKE FÜR SENKRECHTE LEITUNGEN
PUTZSTÜCK MIT OVALEM DECKEL FÜR WAAGRECHTE LEITUNGEN
Putzstücke müssen leicht zugänglich und für die Reinigung geeignet eingebaut werden. In Schächten sollen sie in der Mitte angeordnet werden. Um die Putzöffnung muss so viel Spielraum verbleiben, dass man den Verschlussdeckel ungehindert einführen und passend aufsetzen kann. Bei Abwasserleitungen in Deckennähe („Hängeleitungen“) ist darauf zu achten, dass zwischen Putzstücken und Deckenunterkante ein Arbeitsraum von mindestens 0,6 m verbleibt. Dieser Abstand darf auch durch ein Verdrehen der Putzöffnung aus der vertikalen Lage bis maximal 60° erreicht werden. In Grundleitungen sind nach jeder Richtungsänderung von mehr als 45° sowie mindestens alle 20 m Putzstücke anzuordnen. Die Zugänglichkeit zu Putzstücken, die unter dem Kellerfußboden oder im Erdreich angeordnet sind, ist über Schächte zu ermöglichen. Der erste Schacht ist nach Möglichkeit nahe der Grundstückgrenze anzuordnen. Außerhalb von Gebäuden kann die Entwässerungsleitung offen durch den Schacht geführt werden, innerhalb von Gebäuden muss die Entwässerungsleitung auch in Schächten geschlossen sein. Abbildung 160.7-14: Putzschachtanordnung – ÖNORM B 2501 [42]
130
Entwässerung
160.7.5 ROHRLEITUNGSZUBEHÖR Für Entwässerungsleitungen kommen als Materialien Kunststoffe, Stahl, Gusseisen sowie Steinzeug (mit eingeschränkten Anwendungsbereichen) zur Ausführung. Für die nachfolgend angeführten – weitgehend genormten – Rohrverbindungen werden von den Rohrherstellern Bauteile und Zubehör der Systemkomponenten angeboten. 160.7.5.1 ROHRVERBINDUNGEN Für die Verbindung von Entwässerungsleitungen kommen folgende Methoden zum Einsatz:
Muffenverbindungen Dabei wird ein Rohrende in eine am zu verbindenden Rohrende angebrachte Muffe eingeschoben und der verbleibende Zwischenraum mit einer elastischen Masse abgedichtet. Gummigedichtete Muffenverbindungen werden z.B. für Gussrohre bis DN 2000 angeboten und können wie längsverschiebbare Gelenke wirken oder mit Zug- und Schubsicherungen ausgerüstet werden. Ihre Dichtfunktion bleibt selbst bei starken Verkehrserschütterungen und Bodenbewegungen erhalten. Bei Schraubmuffenverbindungen wird ein Schraubring in die Muffe eingeschraubt, der eine Dichtmasse gegen das eingesteckte Rohrende presst. Bei Stopfbuchsenmuffenverbindungen wird ein Stopfbuchsenring gegen einen Gegenflansch verschraubt, um eine Dichtmasse gegen das eingesteckte Rohrende zu pressen.
Flanschverbindungen An beiden Rohrenden sind dabei Flanschen angeordnet, mit welchen ein Dichtring gegen vorbereitete Dichtflächen gepresst werden kann.
Klebeverbindungen Kunststoffrohre können auch mit Muffen verklebt werden.
Schweißverbindungen Schweißverbindungen kommen bei Kunststoffrohren (PE) und bei Stahlrohren zum Einsatz. Für Kunststoffrohre werden auch elektrisch beheizbare Schweißmuffen angeboten, durch deren Einsatz sich der Schweißvorgang vereinfacht.
Spannbridenverbindungen „Spannbriden“ bestehen aus einer Metallhülse, die über beide Rohrenden angeordnet und mit Schrauben verengt werden kann. Durch Verpressen einer Dichtungsmasse gegen beide Rohrenden ergibt sich damit eine muffenartige lösbare Verbindung. Abbildung 160.7-15: Rohrverbindungen
Rohrleitungszubehör
131
Abbildung 160.7-16: Verbindung von PE-Entwässerungsleitungen
160.7.5.2 GERUCHSVERSCHLÜSSE Als Geruchsverschlüsse werden Bauteile in sanitärtechnischen Installationen bezeichnet, die das Austreten von Abwassergasen in Gebäude verhindern. Bei der als „Traps“ bezeichneten Ausführung bildet ein S- oder U-förmig gebogenes Rohr, in dem Wasser steht, den Geruchsverschluss. Beim der als „Sifon“ bezeichneten Ausführung taucht das Ablaufrohr in die Sperrflüssigkeit, welche sich in einem flaschenförmigen Behälter befindet. Sperrwasser darf aus einem Geruchsverschluss weder durch Unterdruck gesaugt noch durch Überdruck gedrückt werden (Bild 160.6-19). Geruchsverschlüsse mit einer Wasservorlage sind nur wirksam, solange sich auch Wasser in der Wasservorlage befindet. Wenn der mit einem Geruchsverschluss verbundene Entwässerungsgegenstand nur selten genutzt wird, dann kann das Sperrwasser allmählich verdunsten und dadurch der Geruchsverschluss unwirksam werden, und übel riechende Entwässerungsgase können aus dem Entwässerungssystem in Aufenthaltsräume gelangen. Diese Unzulänglichkeit ist durch den Einsatz so genannter „Kugelsifone“ vermeidbar. In einem Kugelsifon schwimmt eine Schwimmkugel auf dem Sperrwasser. Bei sinkendem Sperrwasser liegt die Schwimmkugel luftdicht an einem Dichtring auf und unterbricht die sonst entstehende Luftverbindung zwischen Entwässerungssystem und Aufenthaltsraum. Doppelkammersifone kommen dort zum Einsatz, wo Abwasser von Geschirrspül- oder Waschmaschinen über den Geruchsverschluss von Wasch- oder Ausgussbecken geleitet wird. Abbildung 160.7-17: Sifonausführungen
132
Entwässerung
Abbildung 160.7-18: Doppelkammersifon – Kugelsifon
GESCHLOSSEN DOPPELKAMMERSIFON
OFFEN
GESCHLOSSEN KUGELSIFON
OFFEN
Tabelle 160.7-03: Regenrohr-Sifon mit Reinigungsöffnung Ø 50 mm Abmessungen eines PE-Regenrohr-Sifons d
H
h
A
D
E
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
75
65,5
16,7
19,8
10,5
7–10,5
110
80,0
22,8
28,8
14,4
7–10,5
160.7.5.3 BODENWASSERABLÄUFE Bodenwasserabläufe dienen der Entwässerung von Flächen mit geringer Neigung. Sie werden mit und ohne Geruchsverschluss sowie mit waagrechten oder senkrechten Abgängen angeboten und weisen möglichst geringe Bauhöhen auf. Für einen allfällig erforderlichen Höhenausgleich sind Verlängerungsstutzen als Zubehör erhältlich. Für Situationen mit starkem Schmutzwasseranfall werden Ausführungen mit herausnehmbarem Geruchsverschluss und integriertem Schlammeimer („Kellerablauf “) angeboten. Abbildung 160.7-19: Bodenablauf mit waagrechtem Abgang
133
Abwasserhebeanlagen
160.7.5.4 MONTAGEELEMENTE Für den Einbau in eine Ständerwand oder als Einzelelement in einer Vorwandinstallation werden Montageelemente für Waschtische und Wand-WCs hergestellt. Diese vormontierten Einheiten für beispielsweise ein Wand-WC mit Unterputz-Spülkasten zur Betätigung von vorne bestehen dann aus mehreren Bauteilen wie: Montagerahmen, verstellbaren Fußstützen, einem vollisolierten Unterputz-Spülkasten, Bauschutz für die Revisionsöffnung, Eckventil 1/2", Ablaufbefestigung mit PE-Wand-WC-Bogen Ø 90/90 mm, PE-Übergangsstück Ø 90/110 mm, Manschettengarnitur Ø 90 mm, Schallschutzauflage. Als Sonderausführung kann über das Spülrohr auch ein Luftvolumenstrom von 20 m3/h abgesaugt werden (Bild 160.6-18). Abbildung 160.7-20: Installationswand [117]
WC MIT EINBAUSPÜLKASTEN
WASCHTISCH
160.7.6 ABWASSERHEBEANLAGEN Bei starken Regenfällen kann es vorübergehend zur Überlastung von Entwässerungsleitungen kommen. Dabei steigt der Wasserstand in den Entwässerungsleitungen bis auf jene Höhe, wo Wasser wieder ins Freie gelangen kann. Bei ebenem Gelände ist das ein nächstgelegener Wassereinlauf im Straßenbereich (z.B. ein Kanalgitter). Bei Geländeanhöhen und Kuppen, Straßensenken, Unterführungen und Überschwemmungsgebieten lässt sich die maßgebliche Rückstauebene nicht so einfach bestimmen und muss unter Berücksichtigung örtlicher Gegebenheiten bestimmt werden. Um bei Abwasserrückstau eine Überflutung von Räumen zu vermeiden, müssen Entwässerungsgegenstände, die unterhalb der maßgeblichen Rückstauebene angeordnet sind, entweder durch Einsatz von Abwasserhebeanlagen oder mit Rückstauverschlüssen gegen Rückstau gesichert werden. Bei Einsatz von Abwasserhebeanlagen wird das Abwasser von Entwässerungsgegenständen unterhalb der Rückstauebene in einer gesonderten Leitung zunächst bis 250 mm über die Rückstauebene angehoben und erst danach in eine Entwässerungsleitung geleitet. Auf diese Weise werden tiefgelegene Entwässerungsgegenstände bei Abwasserrückstau zuverlässig vor Überflutung geschützt. Eine nicht gleichermaßen zuverlässige Sicherung von Entwässerungsgegenständen unterhalb der maßgeblichen Rückstauebene besteht in der Anordnung von Rückstauverschlüssen in der Entwässerungsleitung. Diese müssen sowohl einen von Hand zu bedienenden Verschluss als auch einen zusätzlichen selbsttätig wirkenden Verschluss aufweisen. Rückstauverschlüsse sind nicht so betriebssicher wie Abwasserhebeanlagen, weil bereits geringe Verschmutzungen ihre Funktion beeinträchtigen können.
134
Entwässerung
Abbildung 160.7-21: Rückstauklappe, Abwasserhebeanlage
Werden Regenwässer von Flächen unterhalb der maßgeblichen Rückstauebene, die örtlich nicht versickern können, in einen öffentlichen Kanal entwässert, so ist dafür eine Regenwasser-Hebeanlage vorzusehen. Abbildung 160.7-22: Abwasserhebeanlagen
Tabelle 160.7-04: Rückstauverschluss DN [mm]
Abmessungen L [mm]
H [mm]
200 150 125 100
53,0 46,0 39,0 35,5
17,8 16,5 14,8 14,0
160.7.7 ABSCHEIDERANLAGE FÜR LEICHTFLÜSSIGKEITEN UND FETTE Zur Abscheidung von Fetten, Ölen und chemischen Substanzen, die leichter als Wasser sind, werden Abscheider für Leichtflüssigkeiten („Benzin- oder Ölabscheider “) eingesetzt. Sie bestehen aus Behältern mit geschlossenen Deckeln und tiefreichen-
Abscheideranlage für Leichtflüssigkeiten und Fette
135
den Tauchwänden am Ein- und Auslauf. Im Raum zwischen den Tauchwänden kann sich an der Wasseroberfläche Öl oder Benzin ansammeln, im unteren Bereich werden Feststoffe abgelagert. In periodischen Wartungsintervallen sind die gesammelten Ölund Benzinmengen von der Wasseroberfläche und die abgelagerten Feststoffe vom Bodenbereich abzusaugen (Bilder 160.6-23 bis 28). Abbildung 160.7-23: Abscheideranlage für Leichtflüssigkeiten
Das Abwasser von Betrieben, die Mineralölprodukte verarbeiten, sowie von gewerblichen Garagen, Autowaschplätzen und Tankstellen ist über derartige Abscheideranlagen zu leiten, bevor es in öffentliche Entwässerungsanlagen eingeleitet wird. Fettund Stärkeabscheider kommen in Betrieben zum Einsatz, in welchen organische Fette, Öle oder Stärke in größeren Mengen anfallen (z.B. Großküchen, Lebensmittelproduktion). Von Fettabscheidern können erhebliche Geruchsbelästigungen ausgehen. Sie sind nach dem vorgesehenen Anfall fettbeladener Abwässer zu bemessen. Häusliche Abwässer sind deshalb nicht über Fettabscheider zu leiten. Abbildung 160.7-24: Fettabscheider
137
160.8 PLANUNG VON SANITÄRANLAGEN Technische Erfahrungen wurden bei der Projektierung und dem Betrieb von Wasserversorgungsanlagen über Jahrtausende gesammelt. Sie lassen sich in Projektierungsgrundsätzen zusammenfassen, von welchen einige in Normen ([46] [47] [65] [66] [67] [68] [42] [43] [51] [52] [53] [54]) aufgenommen wurden.
160.8.1 ROHRLEITUNGSSCHEMA Zur Erleichterung des Verständnisses für hydraulische Zusammenhänge werden Rohrleitungsführungen von Sanitäranlagen möglichst übersichtlich in Schemazeichnungen dargestellt. Wesentlich ist bei derartigen Darstellungen nicht so sehr die maßstabgerechte Anordnung von Anlagen und Geräten, sondern eine verständliche Darstellung ihrer hydraulischen Verknüpfungen. Bewährt hat sich dabei eine vertikale Gliederung mit horizontalen Zeichnungsfeldern für die einzelnen Stockwerke in Verbindung mit unverwechselbaren Bezeichnungen aller vertikalen Rohrleitungstrassen (Schachtbezeichnungen). Die eindeutige Zuordnung der in Schemazeichnungen angeführten Anlagen und Geräte zu ihrer örtlichen Lage in Grundrissplänen hat über ein geeignetes Anlagenbezeichnungssystem zu erfolgen. Schemazeichnungen bilden in Verbindung mit Zusammenstellungen der technischen Daten von Anlagen, Geräten und Rohrleitungen wesentliche Auftragsgrundlagen und wertvolle Hilfsmittel zur Betriebsführung sowie zur Dokumentation des Anlagenbestandes. Die in hydraulischen Schemazeichnungen dargestellten Symbole sind weitgehend genormt. Beispiel 160.8-01: Rohrleitungsschema
138
Planung von Sanitäranlagen
160.8.2 TRINK- UND NUTZWASSERLEITUNGEN Bei der Projektierung von Trink- und Nutzwasserleitungen empfiehlt sich die Einhaltung folgender Projektierungsgrundsätze: •
• •
• • • •
• •
•
Verbrauchsleitungen sind möglichst geradlinig und mit Steigung zu den Entnahmestellen anzuordnen. An Tiefpunkten sind Entleerungsvorrichtungen vorzusehen. Verteilungs- und Steigleitungen müssen einzeln absperrbar und entleerbar sein und sollen mit Schildern gekennzeichnet werden. Jede Wohnung oder sonstige Einheit soll jeweils nur über eine Leitung versorgt werden, in die bei Bedarf ein eigener Wasserzähler eingebaut werden kann. Armaturen sind so anzuordnen, dass sie zugänglich und leicht bedienbar sind. Bei Leitungsführung in nicht frostfreien Bereichen muss in geeigneter Weise für den Frostschutz gesorgt werden. Die Verlegung von Leitungen in Decken sowie in und unter Fußböden ist möglichst zu vermeiden. Bei Mauer- und Deckendurchführungen ist eine Rohrummantelung anzuordnen, um die Beweglichkeit des Rohres zu ermöglichen und Schallübertragung zu vermeiden. Durch Schlitze oder Durchbrüche für die Leitungsführung darf die statische Sicherheit von Bauwerken nicht beeinträchtigt werden. Die Verlegung von Verbrauchsleitungen durch Entwässerungsleitungen oder Abwasserschächte, Kaminmauerwerk, Zu- und Abluftschächte, Aufzugschächte sowie durch Transformator- und Öllagerräume ist unzulässig. Mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit soll die Fließgeschwindigkeit in Verbrauchsleitungen mindestens 1 m/s betragen, und mit Rücksicht auf Fließgeräusche soll die maximale Fließgeschwindigkeit 2 m/s nicht überschreiten.
Bestimmung von Nennweiten Die Nennweiten der Verbrauchsleitungen werden in Abhängigkeit von Belastungswerten der daran angeschlossenen Entnahmestellen nach genormten Verfahren [46] bestimmt.
Belastungswert „BW“ Um die Ermittlung der Höchstbelastung von Verbrauchsleitungen zu vereinfachen, wurde als Rechenwert ein Belastungswert BW genormt, der dem Durchfluss durch ein kleines Auslaufventil mit Nenndurchmesser DN 10 und einer Durchflussstärke Q von 0,25 l/s entspricht. Der Zusammenhang von Belastungswert und Durchflussstärke ergibt sich damit nach folgender Gleichung:
(160.8-01) BW Q
Belastungswert Durchflussstärke
[l2/s2] [l/s]
139
Trink- und Nutzwasserleitungen Tabelle 160.8-01: Belastungswerte [46] Sinnbilder
Durchflussstärke Q [ l/s ]
Belastungswert BW [ l 2/s 2 ]
0,25 0,40 1,00 1,50
1,00 2,50 16,00 36,00
Handwaschbecken
0,18
0,50
Küchenspülbecken
0,25
1,00
Geschirrspül- oder Waschmaschine für Haushalt Gewerbe
0,25 0,40
1,00 2,50
0,18 0,25
0,50 1,00
Spülkästen, Bidets
0,13
0,25
Druckspüler
0,60 0,80
6,00 11,00
Art der Entnahmestelle
Auslaufventile DN DN DN DN
Duschen
10 15 20 25
DN 10 DN 15
DN 15 DN 20
Jener Belastungswert, der für eine Entnahmestelle in die Berechnung einzusetzen ist, richtet sich entweder nach der Art der dort anzuschließenden Verbrauchseinrichtung oder nach der Größe der dort vorgesehenen Auslaufarmatur.
Durchflussstärke „Q“ Die in einer Verbrauchsleitung zu erwartende Durchflussstärke Q wird auf Grund der Anzahl und der Art angeschlossener Entnahmestellen sowie auf Grund einer angenommenen Gleichzeitigkeit der Entnahme festgelegt. Erfahrungsgemäß wird angenommen, dass niemals alle Entnahmestellen gleichzeitig geöffnet sind und dass deshalb die tatsächliche Belastung einer Verbrauchsleitung nicht mit der Summe der den Entnahmestellen zugeordneten Durchflussstärken steigt, sondern nur mit der Wurzel aus der Summe der Quadrate der einzelnen Durchflussstärken. Durch Addition der Belastungswerte aller an eine Verbrauchsleitung angeschlossenen Entnahmestellen lässt sich die normgemäß zu erwartende Durchflussstärke Q auf folgende Weise ermitteln:
140
Planung von Sanitäranlagen
(160.8-02) Q Q1, Q2, …, Qn BWi
Durchflussstärke einer Verbrauchsleitung Durchflussstärke der einzelnen Entnahmestellen Belastungswerte der angeschlossenen Entnahmestellen
[l/s] [l/s] [l2/s2]
Fließgeschwindigkeit „w“ Die Fließgeschwindigkeiten „w“ in Verbrauchsleitungen sollen genormten Erfahrungswerten entsprechend im Bereich zwischen 1 und 2 m/s liegen. Mit dieser Bemessungsvorgabe können den Verbrauchsleitungen in Abhängigkeit von Durchflussstärken die in Tabelle 160.8-02 angeführten Nenndurchmesser zugeordnet werden. Tabelle 160.8-02: Nenndurchmesser für Trink- und Nutzwasserleitungen Nenndurchmesser DN 15 20 25 32 40 50 65 80 100
Fließgeschwindigkeit w bei 1 m/s bei 2 m/s ∑ BW Q ∑ BW Q [ l/s ] [ l 2/s 2 ] [ l/s ] [ l 2/s 2 ] 0,5 1,6 3,9 10,3 25,3 61,7 176,1 404,3 987,0
0,18 0,31 0,49 0,80 1,26 1,69 3,32 5,03 7,85
2,0 6,3 15,4 51,4 101,1 246,7 704,6 > 1000,0 > 1000,0
0,35 0,63 0,98 1,61 2,51 3,93 6,64 10,05 15,71
160.8.3 WASSERERWÄRMUNG Das in Wassererwärmungsanlagen bis auf etwa +90° C erwärmte Trinkwasser wird als Warmwasser bezeichnet. Der Warmwasserbedarf ist vom Verwendungszweck des Warmwassers und dem Nutzerverhalten abhängig. Die dafür bekannten Erfahrungswerte streuen in weiten Grenzen. Warmwasserversorgungsanlagen müssen folgende Anforderungen erfüllen: • • • • •
Das Warmwasser soll an den Zapfstellen mit der gewünschten Temperatur in der gewünschten Menge ohne große Verzögerung zur Verfügung stehen. Die Warmwassertemperatur soll an der Entnahmestelle regelbar sein. Das Warmwasser soll in hygienischer Sicht einwandfrei sein. Warmwasseranlagen sollen betriebssicher und auf einfache Weise zu bedienen sein. Der Betrieb von Warmwasseranlagen soll kostengünstig, umweltfreundlich und energieeffizient sein.
In Wohnungen ergibt sich die höchste Belastungsspitze bei Füllung einer Badewanne. Ein Warmwasserspeicher für eine einzelne Wohnung wäre demnach mit einem Volumen von 200 bis 250 Liter ausreichend bemessen. Bei einer zentralen Warmwasserbereitung in Wohnhausanlagen verringert sich erfahrungsgemäß der anteilige Speicherbedarf je Wohnung nach Abb. 160.8-02 entsprechend, weil die Füllung der bestehenden Wannen nicht gleichzeitig erfolgt.
141
Wassererwärmung Abbildung 160.8-01: Wassererwärmungssysteme
Tabelle 160.8-03: Richtwerte zum Wasserbedarf von Wohnungen [6] Verbrauchsstelle
Auslassventile DN 10, halb geöffnet voll geöffnet DN 15, halb geöffnet voll geöffnet DN 20, halb geöffnet voll geöffnet Spültische einteilig zweiteilig Waschbecken Handwaschbecken Waschbecken Waschtisch, einteilig Waschtisch, zweiteilig Badewannen klein (Größe 100) mittel (Größe 160) groß (Größe 180) Dusche Sitzbad Bidet Gesamtverbrauch (60° C) einfache Ansprüche höhere Ansprüche höchste Ansprüche
einmalige Wasserentnahme [l]
Temperatur
Dauer
[°C]
[ min ]
5 10 10 18 25 45
40 40 40 40 40 40
1 1 1 1 1 1
30 50
55 55
5 5
5 10 15 25
35 35 40 40
1,5 2 3 3
100 150 250 50 50 25
40 40 40 40 40 40
15 15 20 6 4 8
10 bis 20 l/Tag und Person 20 bis 40 l/Tag und Person 40 bis 80 l/Tag und Person
142
Planung von Sanitäranlagen
Abbildung 160.8-02: Bemessungsrichtwerte für Warmwasserspeicher [6]
Tabelle 160.8-04: Richtwerte zum Wasserbedarf bei gewerblicher Nutzung [6] Bedarfsfall Krankenhaus Kaserne Bürogebäude medizinisches Bad Kaufhaus Schule (bei 250 Tagen/a) ohne Duschanlage mit Duschanlage Sportanlagen mit Duschanlage Bäckereien Reinigung Produktion Friseure (einschl. Kunden) Brauereien einschl. Produktion Wäschereien Molkereien im Mittel Fleischereien ohne Produktion mit Produktion
Bedarf
Temperatur
100-300 l/Tag und Bett 30–50 l/Tag und Person 10–40 l/Tag und Person 200–400 l/Tag und Patient 10–40 l/Tag und Beschäftigtem
60° 45° 45° 45° 45°
C C C C C
5–15 l/Tag und Schüler 30–50 l/Tag und Schüler 50–70 l/Tag und Sportler 105–150 l/Tag und Beschäftigtem 10–15 l/Tag 40–50 l/100 kg Mehl 150–200 l/Tag und Beschäftigtem 250–300 l/100 l Bier 250–300 l/100 kg Wäsche 1–1,5 l/l Milch 4000–5000 l/Tag
45° 45° 45° 45° 45° 70° 45° 60° 75° 75° 75°
C C C C C C C C C C C
150–200 l/Tag und Beschäftigtem 400–500 l/Tag
45° C 45° C
160.8.4 SCHMUTZWASSERLEITUNGEN In Entwässerungsleitungen dürfen gesundheitsschädigende Stoffe sowie Stoffe, die geeignet sind, die Benutzbarkeit, den Betrieb, die Wartung und Instandhaltung der Entwässerungsanlage zu beeinträchtigen, nicht eingeleitet werden. Zu diesen Stoffen zählen: • • • •
• • •
feste Stoffe wie Schutt, Asche, Sand u.a., feuergefährliche Stoffe, radioaktive Stoffe, Stoffe, die das biologische Leben in Abwasserreinigungsanlagen und Vorflutern stören können, wie Fette, Öle, Säuren, Alkalien, Emulsionen, Phenole, Antibiotika u.a., Stoffe, die belästigende Gerüche verursachen, infektiöse Abwässer z.B. aus Krankenanstalten oder Laboratorien, häusliche oder tierische Abfälle z.B. Müll, Stallmist.
Bei der Projektierung von Schmutzwasserleitungen empfiehlt sich die Einhaltung folgender Projektierungsgrundsätze:
143
Schmutzwasserleitungen
•
Jeder Wasserablauf muss einen gesicherten Wasserzulauf zur Ergänzung des Sperrwassers haben. Jede Ablaufstelle in Gebäuden ist zur Verhinderung des Austrittes von Kanalgasen mit einem Geruchsverschluss zu versehen, sofern sie nicht aus einem mit Geruchsverschluss versehenen Entwässerungsgegenstand besteht. Anschlussleitungen von Entwässerungsgegenständen sind so auszuführen, dass zwischen dem Wasserspiegel im Geruchsverschluss und der Sohle der Anschlussleitung am Fallleitungsabzweiger ein Höhenunterschied von h ≥ DN vorhanden ist. Bei Regenwasserabläufen im Bereich von Gebäuden muss die Geruchsverschlusshöhe mindestens 100 mm betragen. Es dürfen keine Druckschwankungen auftreten, die das Sperrwasser aus den Geruchsverschlüssen absaugen oder in die Entwässerungsgegenstände zurückdrücken. Entwässerungsanlagen müssen neben dem Abfluss der Abwässer einen einwandfreien Luftaustausch gewährleisten. Grundleitungen sind frostfrei anzuordnen. In Entwässerungsanlagen soll Abwasser geräuscharm abgeführt werden. Die Selbstreinigungsfähigkeit der Entwässerungsanlage muss sichergestellt sein. Bei der üblichen Freispiegelentwässerung sind dafür ein ausreichender Füllungsgrad (h/di) und eine mittlere Fließgeschwindigkeit erforderlich. Abwässer sind auf kürzestem Weg und so störungsfrei abzuleiten, dass sich in den Leitungen keine Ablagerungen bilden können. Abwasserleitungen dürfen deshalb in Fließrichtung nicht verjüngt werden. Häusliche oder tierische Abfälle (z.B. Müll, Stallmist) und Abwässer aus landwirtschaftlichen Betrieben (z.B. aus Jauchengruben) dürfen in Entwässerungsanlagen nicht eingebracht werden. In Räumen mit Heizanlagen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe (gefährliche Stoffe, die schwerer als Luft sind) darf kein Bodenablauf eingebaut werden. Durch Abwasser- und Lüftungsleitungen darf der geforderte Brandwiderstand von Trennbauteilen zwischen benachbarten Brandabschnitten nicht beeinträchtigt werden.
•
•
• •
• • • •
•
•
•
•
Anwendungsbereich von Regelwerken In Europa bestehen Entwässerungssysteme, die auf Grund unterschiedlicher technischer Gewohnheiten entstanden sind. Auf europäischer Ebene besteht noch kein einheitliches Entwässerungssystem, bisher hat man sich in europäischen Normen (ÖNORM EN 12056-2 [65]) auf folgende vier Systemtypen festgelegt. Tabelle 160.8-05: Systemtypen von Entwässerungssystemen [65] Systemtyp
Füllgrad (h/di)
Beschreibung
I
0,5
Einzelfallleitungsanlage mit teilgefüllten Sammelanschlussleitungen
II
0,7
Einzellfallleitungsanlage mit teilgefüllten Sammelschlussleitungen und geringeren Abmessungen
III
1,0
Einzelfallleitungsanlage mit voll gefüllten Sammelanschlussleitungen
IV
Aufteilung in zwei Leitungssysteme (Grauwasser, Schmutzwasser)
Schema
144
Planung von Sanitäranlagen
Durch nationale und regionale Vorschriften und technische Regeln werden innerhalb dieser Systemtypen unterschiedliche Variationen zugelassen. In einer gebäudebezogenen Gesamtanlage darf jedenfalls nur ein Systemtyp zur Anwendung gelangen. In Österreich ist vorzugsweise das System I mit teilgefüllten Sammelanschlussleitungen unter Berücksichtigung der in Abb. 160.8-03 angeführten Normen anzuwenden. Abbildung 160.8-03: Anwendungsbereiche für Entwässerungsnormen
Entwässerungsleitungen Die Nennweiten der Entwässerungsleitungen werden in Abhängigkeit von Anschlusswerten der daran angeschlossenen Entwässerungsgegenstände nach genormten Verfahren [64][65][42] bestimmt. Bei Nennweitenbemessung für das Entwässerungssystem I (mit Füllungsgrad h/di = 0,5) sind folgende Arten von Entwässerungsleitungen zu unterscheiden: • • • • • • •
Einzelanschlussleitungen, unbelüftete Sammelanschlussleitungen, belüftete Sammelanschlussleitungen, umlüftete Sammelanschlussleitungen, Fallleitungen mit Hauptlüftung, Fallleitungen mit Haupt- und Nebenlüftung, Grund- und Sammelleitungen.
Mit der Bezeichnung „DN/OD“ wird in ÖNORM B 2501 [42] auf Nennweiten von Entwässerungsrohren in Produktnormen für Kunststoffrohre Rücksicht genommen. Den Rohrnennweiten ist jeweils ein Mindestinnendurchmesser dimin zugeordnet, und für die Verlegung der verschiedenen Arten von Entwässerungsleitungen sind Mindestgefälle festgelegt. Tabelle 160.8-06: Nennweiten von Entwässerungsleitungen [65][42] Nennweite DN [mm] DN/OD [mm] di,min [mm]
Normzahlreihe 30 32 26
40 40 34
50 50 44
56 56 49
60 63 56
70 75 68
80 80 75
90 90 79
100 110 96
125 125 113
150 160 146
200 200 184
225 225 207
250 250 230
300 315 290
145
Schmutzwasserleitungen Tabelle 160.8-07: Mindestgefälle von Entwässerungsleitungen [65][42] Leitungsbereich
Mindestgefälle [ % ]
Anschlussleitungen Einzelanschlussleitungen Sammelanschlussleitungen Grund- und Sammelleitungen für Schmutzwasser > DN 200 DN 125 und DN 150 DN 100 Zuleitung zum Fettabscheider Leitungen für Regenwasser bei Füllungsgrad 0,7
1,0 1,0 1,0 1,5 2,0 2,0 1,0
Bemessung von Anschlussleitungen [65][42] Bei normgerechter Planung von Anschlussleitungen in Entwässerungssystemen sind folgende Fälle zu unterscheiden und deren Anwendungsgrenzen einzuhalten: • •
unbelüftete oder belüftete Einzelanschlussleitung, unbelüftete oder belüftete Sammelanschlussleitung.
Anschlusswerte von Entwässerungsgegenständen, design unit „DU“ Um die Ermittlung des Schmutzwasserabflusses in Entwässerungsleitungen zu vereinfachen, wurden als Rechenwerte Anschlusswerte („design units“) „DU“ genormt, die dem Abfluss eines Entwässerungsgegenstandes in der Zeiteinheit entsprechen (1 DU = 1 l/s). Der Zusammenhang von Anschlusswert und Schmutzwasserabfluss ergibt sich nach Formel (160.8-03). Tabelle 160.8-08: Anschlusswerte „DU“ [65] Sinnbilder
Entwässerungsgegenstand
DU [ l/s ]
Waschbecken, Bidet
0,5
Dusche ohne Stöpsel Dusche mit Stöpsel
0,6 0,8
Einzelurinal Urinalstand (Standurinal)
0,5 0,2
Badewanne
0,8
Küchenspüle, einzeln oder doppelt Geschirrspüler
0,8 0,8
Waschmaschine bis 6 kg Waschmaschine bis 12 kg
0,8 1,5
WC mit 6 l Spülkasten WC mit 9 l Spülkasten
2,0 2,5
Bodenablauf DN 50 Bodenablauf DN 70 Bodenablauf DN 100
0,8 1,5 2,0
146
Planung von Sanitäranlagen
(160.8-03) QWW K DUi
Schmutzwasserabfluss einer Entwässerungsleitung Abflusskennzahl Anschlusswerte der angeschlossenen Entwässerungsgegenstände
[l/s] [–] [l/s]
Abflusskennzahl „K“ Die Benutzungshäufigkeit sanitärer Entwässerungsgegenstände wird mit einer Abflusskennzahl „K“ berücksichtigt. Tabelle 160.8-09: Abflusskennzahlen [64][65] Benutzung
Gebäudeart
K
unregelmäßig regelmäßig häufig speziell
Wohnhäuser, Pensionen, Büros Krankenhäuser, Schulen, Restaurants, Hotels öffentliche Toiletten oder Duschen z.B. Laboratorien
0,5 0,7 1,0 1,2
Unter Beachtung der angeführten Anwendungsgrenzen ergeben sich für die verschiedenen Arten von Entwässerungsleitungen folgende normkonforme Nennweiten.
Einzelanschlussleitungen Tabelle 160.8-10: Anwendungsgrenzen für Einzelanschlussleitungen [42]
maximale Leitungslänge maximale Sturzstrecke Mindestgefälle
[m] [m] [%]
unbelüftet
belüftet
4 0,2 bis 1,0 1
10 0,2 bis 1,0 1
Tabelle 160.8-11: Einzelanschlussleitungen [42] Einzelanschlusswert DU
Sifonausgang DN
[ l/s ]
[ mm ]
0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 2,0 2,5
32 40 40 50 50 50 70 90 90
nach dem Sifonbogen DN > 2 Bögen [ mm ] [ mm ]
≤ 2 Bögen 40 50 50 60 60 60 70 90 100
50 60 60 70 70 70 70 90 100
Tabelle 160.8-12: Anwendungsgrenzen für Sammelanschlussleitungen [42]
maximale Leitungslänge maximale Sturzstrecke Mindestgefälle maximale Anzahl der Bögen 90°
[ [ [ [
m] m] %] –]
unbelüftet
belüftet
4 1 1 3
10 3 1 unbegrenzt
147
Schmutzwasserleitungen
Sammelanschlussleitungen Tabelle 160.8-13: Sammelanschlussleitungen und Lüftungsleitungen [42] Einzelanschluss größter Wert DU [ l/s ] 0,5 0,8 1,5 2,0 2,5
Sammelanschlussleitung unbelüftet belüftet ∑ DU ∑ DU [ l/s ] [ l/s ] 1,0 2,0 3,0 6,0 15,0
2,0 3,0 4,5 8,0 25,0
DN [ mm ]
Lüftung (Umlüftung) DN [ mm ]
50 60 70 90 100
40 40 50 60 60
Dimension
Fallleitungen Während bei den Anschlussleitungen mit den DU-Werten oder ∑ DU-Werten dimensioniert werden kann, ist bei der Dimensionierung von Fallleitungen die Gleichzeitigkeit für den Schmutzwasserabfluss Qmax zu berücksichtigen. In den Bemessungstabellen wird nicht nur zwischen Fallleitungen mit Hauptlüftung und solchen mit Haupt- und Nebenlüftung unterschieden, sondern auch, ob Abzweiger mit Innenkante oder mit Innenradius zum Einsatz kommen. Bei Verwendung von Abzweigern mit Innenradius kann die Fallleitung stärker belastet oder kleiner dimensioniert werden, weil dabei in Gegensatz zu Abzweigern mit Innenkante ein hydraulischer Abschluss der Fallleitung im Bereich der Einführung verhindert wird.
Gesamtwasserabfluss „Qtot“ Der Gesamtwasserabfluss Qtot dient der Bemessung von Entwässerungsleitungen und wird unter Berücksichtigung von Gleichzeitigkeit, Dauerabfluss, Pumpenförderstrom und Regenwasserabfluss ermittelt. Fall-, Grund- und Sammelleitungen sind so zu bemessen, dass der ihrem Nenndurchmesser „DN“ entsprechende zulässige Gesamtwasserabfluss Qmax über dem für sie ermittelten Gesamtwasserabfluss Qtot liegt. Bei Trennsystemen ist kein Regenwasserabfluss „QR“ zu berücksichtigen. (160.8-04) Qtot QWW QC QP QR
Gesamtwasserabfluss Schmutzwasserabfluss Dauerabfluss Pumpenförderstrom Regenwasserabfluss
[l/s] [l/s] [l/s] [l/s] [l/s]
Tabelle 160.8-14: Zulässiger Gesamtwasserabfluss „Qmax“ in Fallleitung mit Hauptlüftung System I [65] Qmax [ l/s ] bei Abzweigern mit Innenkante Innenradius 0,5 1,5 2,0 2,7 4,0 5,8 9,5 16,0
0,7 2,0 2,6 3,5 5,2 7,6 12,4 21,0
Fallleitung DN [ mm ] 60 70 80 90 100 125 150 200
148
Planung von Sanitäranlagen
Tabelle 160.8-15: Zulässiger Gesamtwasserabfluss „Qmax“ in Fallleitung mit Haupt- und Nebenlüftung System I [65] Qmax [ l/s ] bei Abzweigern mit Innenkante Innenradius 0,7 2,0 2,6 3,5 5,6 8,4 14,1 21,0
Fallleitung DN [ mm ]
Nebenlüftung DN [ mm ]
60 70 80 90 100 125 150 200
50 50 50 50 50 70 80 100
0,9 2,6 3,4 4,6 7,3 10,0 18,3 27,3
Tabelle 160.8-16: Zulässiger Gesamtwasserabfluss „Qmax“ in Grund- und Sammelleitungen System I [65]
1,0
14,2 22,5 26,9 48,3
maximale Schmutzwasserabflussmenge Qmax [ l/s ] bei Gefälle i [ cm/m ] 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 9,4 17,4 27,6 32,9 59,2
3,5 5,7 10,9 20,1 31,9 38,1 68,4
4,0 6,4 12,2 22,5 35,7 42,6 76,6
4,4 7,1 13,3 24,7 39,2 46,7 83,9
4,7 7,6 14,4 26,6 42,3 50,4 90,7
5,0 8,2 15,4 28,5 45,2 53,9 96,9
4,5
5,0
5,3 8,7 16,3 30,2 48,0 57,2 102,8
5,6 9,1 17,2 31,9 50,6 60,3 108,4
Rohrnennweite DN [ mm ] 100 125 150 200 225 250 300
Anzuwenden für einen Füllungsgrad von 50% (h/di = 0,5)
Abbildung 160.8-04: Richtwerte für Entwässerungsschächte
NORMALSCHACHT
MONTAGEGESTELL
2 MONTAGEGESTELLE
160.8.5 LÜFTUNGSLEITUNGEN IN ENTWÄSSERUNGSANLAGEN Die Hauptlüftung von Entwässerungsanlagen muss den gleichen Querschnitt wie die Fallleitung aufweisen. Es können mehrere Hauptlüftungen zusammengeführt und gemeinsam über Dach entlüftet werden. Der Querschnitt „AL“ der gemeinsamen Leitung ergibt sich aus der halben Summe der Einzelquerschnitte „A1“ bis „An“, muss jedoch mindestens so groß wie der größte Querschnitt einer angeschlossenen Leitung sein. Abbildung 160.8-05: Bemessung von Lüftungsleitungen [42]
149
Bemessung von Regenwasserleitungen
(160.8-05) AL Ai
Querschnittsfläche einer gemeinsamen Hauptlüftungsleitung Querschnittsfläche zusammengeführter Hauptlüftungsleitung
[cm2] [cm2]
Die Ausmündungen von Lüftungsleitungen über Dach sind gemäß ÖNORM B 2501 [42] wie folgt auszuführen: • • •
•
Die Mündung der Lüftungsleitung muss immer nach oben offen sein und mindestens 0,3 m über das Dach geführt werden. Dunsthüte oder Abdeckungen sind nur dann zulässig, wenn der frei bleibende Querschnitt dem vollen Querschnitt der Lüftungsleitung entspricht. Der Anschluss an geeignete Ausmündungen darf auf einer Länge von maximal 1,0 m flexibel ausgeführt werden, wobei ausreichend eigenfeste, knickfreie Bauteile zu verwenden sind. Bei Ausmündungen mit weniger als 2,0 m Abstand zu Fenstern oder Türen sind die Lüftungsleitungen mindestens 0,1 m über dem Fenster- oder Türsturz zu führen.
160.8.6 BEMESSUNG VON REGENWASSERLEITUNGEN Der Bemessung von Regenwasserleitungen wird ein genormter Regenwasserabfluss QR zugrunde gelegt. (160.8-06) QR r A C
Regenwasserabfluss Berechnungsregenspende Wirksame Dachfläche Abflussbeiwert
[l/s] [l/(s·m2)] [m2] [–]
Für die Berechnungsregenspende „r“ ist als Berechnungsbasis ein genormter Mindestwert [42] von r = 0,03 [l/(s·m2)] heranzuziehen, sofern nicht bekannt ist, dass höhere Werte auftreten können. Als wirksame Dachfläche ist die Horizontalprojektion der Dachfläche heranzuziehen und der Abflussbeiwert nach nationalen Regelungen festzulegen. In Regenwasserleitungen darf kein Schmutzwasser abgeleitet werden. Tabelle 160.8-17: Abflussbeiwert „C“ gemäß ÖNORM B 2501 [42] Gebäudeart
C
Kiesdächer, Blechdächer, Dächer mit Ziegeldeckung, versiegelte Betonflächen, Foliendächer, Pflaster mit Fugenverguss
1,0
Gründächer mit extensiver Begrünung bis zu einer Aufbauhöhe von 15 cm
0,5
Gründächer mit extensiver Begrünung und einer Aufbauhöhe über 15 cm, Gründächer mit intensiver Begrünung
0,3
150
Planung von Sanitäranlagen
Tabelle 160.8-18: Teilgefüllte senkrechte Regenwasserfallleitungen [42] Qmax [ l/s ]
di [ mm ]
DN/OD [ mm ]
1,7 2,4 3,9 6,5 11,1 15,6 30,2 57,3 103,8 192,4
50,0 57,0 69,0 83,0 101,4 115,2 147,6 187,6 234,4 295,4
56,0 63,0 75,0 90,0 110,0 125,0 160,0 200,0 250,0 315,0
Anzuwenden für einen Füllungsgrad von 33% (h/di = 0,33)
Tabelle 160.8-19: Teilgefüllte Regenwasser-Grund- und Sammelleitungen [42]
1,0 4,2 6,8 12,8 23,7 37,6 44,9 80,6
maximale Schmutzwasserabflussmenge Qmax [ l/s ] bei Gefälle i [ cm/m ] 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,1 8,3 15,7 29,1 46,2 55,0 98,8
5,9 9,6 18,2 33,6 53,3 63,6 114,2
6,7 10,8 20,3 37,6 59,7 71,1 127,7
7,3 11,8 22,3 41,2 65,4 77,9 140,0
7,9 12,8 24,1 44,5 70,6 84,2 151,2
8,4 13,7 25,8 47,6 75,5 90,0 161,7
4,5
5,0
8,9 14,5 27,3 50,5 80,1 95,5 171,5
9,4 15,3 28,8 53,3 84,5 100,7 180,8
Rohrnennweite DN [ mm ] 100 125 150 200 225 250 300
Anzuwenden für einen Füllungsgrad von 70% (h/di = 0,7)
Notüberläufe Bei nach innen abgeführten Dachentwässerungen müssen, unabhängig von der Größe, mindestens zwei Abläufe gleicher Dimension oder ein Ablauf und ein Notüberlauf vorgesehen werden.
Flachdachentwässerung mit voll gefülltem Entwässerungssystem Mit dafür geeigneten Dacheinläufen und hydraulischem Systemabgleich können Flachdachentwässerungen auch mit voll gefülltem Entwässerungssystem ausgeführt werden. In Vergleich zu teilgefüllten Systemen verstärkt der in voll gefüllten Systemen auftretende Unterdruck den Wasserdurchfluss und bietet dadurch folgende Vorteile: • • • •
Verringerung der Anzahl von Dachwassereinläufen, Verringerung der Anzahl von Fallleitungen, Verringerung der Rohrnennweiten, Ermöglichung horizontaler Leitungsführung ohne Gefälle.
Abbildung 160.8-06: Flachdach-Entwässerungssysteme [121]
TEILGEFÜLLTES SYSTEM
VOLL GEFÜLLTES SYSTEM
151
Putzschächte
160.8.7 PUTZSCHÄCHTE In Gebäuden müssen die über Schächte zugänglichen Putzstücke von Entwässerungsleitungen mit dicht schließenden Putzdeckeln ausgerüstet sein. Die Putzschächte sind so zu bemessen, dass für Reinigungsarbeiten ausreichend Platz vorhanden ist. Die Reinigungsarbeiten werden erleichtert, wenn das Reinigungsrohr nicht auf der Schachtsohle aufliegt, sondern in einem Abstand von etwa 0,50 m über der Schachtsohle angeordnet wird. Die Schachtabdeckungen sind dem Verwendungszweck des Raumes entsprechend zu wählen, in dem sie angeordnet werden. Außerhalb von Gebäuden können die Entwässerungsleitungen in Schächten mit offenem Durchfluss ausgeführt werden. Abbildung 160.8-07: Schachtausbildungen – ÖNORM B 2504:2005 [44]
EINSTEIGSCHACHT ZUR REINIGUNG UND INSTANDHALTUNG
EINSTEIGSCHACHT ZUR REINIGUNG UND INSPEKTION
KONTROLLSCHACHT
In der früheren Fassung der ÖNORM B 2504:1978 [79] waren über die Schachttiefe gestaffelte Abmessungen der Putzschächte und Schachtabdeckungen enthalten, die noch in bestehenden Kanalanlagen vorzufinden sind. Tabelle 160.8-20: Mindestabmessungen von Putzschächten – ÖNORM B 2504: 1978 [79] Schachttiefe [m]
Länge [m]
Breite [m]
Weite ∅ [m]
bis bis bis über
0,60 0,60 1,00 1,20
0,40 0,60 0,60 0,70
0,60 0,60 1,00 1,00
0,60 0,80
0,60 0,80 1,50 1,50
Abdeckung [m] 0,6 0,6 0,6 0,6
x x x x
0,4 0,6 1,0 0,6
oder oder oder oder
∅ ∅ ∅ ∅
0,6 0,6 0,6 0,6
Nach der Neufassung der ÖNORM B 2504:2005 [44] ist für Einsteigschächte zu Kontroll- und Reinigungszwecken eine lichte Schachtweite von 0,80 bis 1,00 m bei einer Einbautiefe unter 3,00 m gefordert. Bei größeren Schachttiefen sind dann Kammerweiten über 1,00 m und Kammerhöhen über 1,80 m erforderlich. Die geringste lichte Weite des Einstiegsbereiches beträgt generell 0,60 m bei einer maximalen Höhe von 0,45 m. Reine Kontrollschächte dürfen auch einen Innendurchmesser unter 0,80 m aufweisen.
152
Planung von Sanitäranlagen
160.8.8 LÖSCHWASSERVERSORGUNG Für die Löschwasserversorgung von Gebäuden wurde in der Technischen Richtlinie TRVB F 128 [25] unter anderem festgelegt: Sowohl trockene als auch nasse Löschwasserleitungen sind aus mittelschweren, innen und außen feuerverzinkten Gewinderohren [104] mit Mindestnennweite DN 80 herzustellen. Um Rohrreibungswiderstände gering zu halten, sind nach Möglichkeit Formstücke (Fittinge) mit großem Radius einzusetzen. An der höchsten Stelle der Leitung ist ein Be- und Entlüftungsventil DN 50 PN 16 in Ganzmetallausführung einzubauen. An der tiefsten Stelle muss eine Entleerungseinrichtung mit vorgesetzter Absperrarmatur eingebaut werden, die mit einer Entwässerungsleitung verbunden ist. Je Steigleitungsnetz darf das Gesamtfüllvolumen 2000 Liter nicht überschreiten.
Löschwassereinspeisung Die Einspeisestelle für Löschwasser ist mit einer oder mit zwei B-Festkupplungen auszustatten und mit B-Blindkupplungen zu verschließen. Bei nur einer Festkupplung ist die Löschwassereinspeisung in Mauernischen mit den Mindestabmessungen 40 x 50 x 20 cm unterzubringen. Bei Hochhäusern muss die Löschwassereinspeisung über zwei Festkupplungen sowie über ein Sammelstück mit zwei Rückschlagklappen [35] erfolgen und in einer Mauernische mit den Mindestabmessungen 60 x 70 x 30 cm angeordnet werden. Die Nischen sind so anzubringen, dass die Mitte der Festkupplungen etwa 1 m über dem Boden liegt. Sie sind mit witterungsbeständigen Türen zu verschließen.
Löschwasserentnahmestellen (Schlauchanschlüsse) Schlauchanschlüsse mit einem Absperrorgan DN 50 sowie einer C-Festkupplung und einer Blindkupplung sind nach Möglichkeit in verschließbaren Mauernischen mit Mindestabmessungen 40 x 50 x 18 cm oder in Einbauschränken mit Mindestabmessungen 42 x 52 x 20 cm anzubringen. Die Schlauchanschlussstellen sollen dabei etwa 1 m über dem Boden liegen und in einer Weise angeordnet werden, dass ein C-Schlauch nach Anschluss an die Schlauchanschlussstelle in gefülltem Zustand knickfrei bleibt. Durch Schlauchanschlüsse, die nicht in Nischen untergebracht sind, dürfen Fluchtwege nicht behindert werden. Löschwasserentnahmestellen sind außerhalb von Treppenhäusern unmittelbar nach Austritt aus den Treppenhäusern anzuordnen, wenn die Geschoße gegen Treppenhäuser rauchdicht abgeschlossen sind. In Garagengeschoßen sind die Löschwasserentnahmestellen in den Schleusen anzuordnen. Löschwasserentnahmestellen von nassen Steigleitungen (ohne Drucksteigerungsanlage) müssen im obersten Geschoß bei einem Wasserdurchfluss von 200 Liter/Minute einen Fließdruck von mindestens 3 bar aufweisen. Wenn dieser Mindestfließdruck dort nicht erreicht werden kann, dann ist die nasse Steigleitung mit einer Drucksteigerungsanlage auszurüsten. Diese ist so auszulegen, dass bei einem Wasserdurchfluss von mindestens 600 Liter/Minute und bei Öffnung des obersten Wandhydranten ein Fließdruck von mindestens 3 bar besteht. Die Drucksteigerungsanlage ist mit Notstrom zu versorgen oder mit einer eigenen Anspeisung an den Niederspannungshauptverteiler anzuschließen.
Wandhydranten Die Anzahl der in einem Brandabschnitt anzuordnenden Wandhydranten ist nach den Bestimmungen der Richtlinie TRVB F 124 [24] festzulegen. Hydranten können in Nischen, Einbauschränken oder Wandschränken untergebracht werden. Die Nischentüre und der Einbauschrank sind mit Mauerankern oder anderen geeigne-
153
Löschwasserversorgung
ten Befestigungen auszustatten. Jeder Wandhydrant muss sowohl mit links als auch mit rechts öffnender Tür eingebaut werden können. Nischentüren und Schränke müssen mit Lüftungsöffnungen versehen sein. Schlauchhaspeln dürfen nicht an Türen befestigt werden. Die Schlauchlängen sind so zu bemessen, dass im betreffenden Brandabschnitt der entfernteste Bereich noch erreicht werden kann. Wandhydranten können auch mit weiteren Brandschutzeinrichtungen kombiniert werden, wie z.B. mit einem zusätzlichen doppelt gerollten C-Schlauch, Handfeuerlöschern, Brandmeldern, Zumischern oder Schaummittelbehältern. Diese zusätzlichen Einrichtungen dürfen die Betriebsbereitschaft der Wandhydranten nicht beeinträchtigen. Bei Wandhydranten werden nachfolgende Ausführungsarten unterschieden: • •
•
Ausführung 1: D-Wandhydrant mit formbeständigem D-Druckschlauch für die „Erste Löschhilfe“. Ausführung 2: D-Wandhydrant mit formbeständigem D-Druckschlauch für die „Erste Löschhilfe“ sowie mit Anschlussmöglichkeit von C-Schläuchen für die „Erweiterte Löschhilfe“. Ausführung 3: C-Wandhydranten mit C-Druckschläuchen für die „Erweiterte Löschhilfe“.
Tabelle 160.8-21: Hydrantenkästen-Abmessungen TRVB 128 [25] Ausführung 1 und 2 D-Wandhydrant 3 C-Wandhydrant
Form
b1
b2
Nische Einbauschrank Wandschrank Nische Einbauschrank Wandschrank
700 700 725 600 600 625
720 720 620 620
Abmessungen [ mm ] h1 h2 800 800 825 700 700 725
820 820 720 720
t1
t2
250 230 230 425 425 145
270 270 145 145
Löschwassereinspeisestellen und Löschwasserentnahmestellen sind in dauerhafter Form deutlich mit genormten Hinweisschildern zu kennzeichnen. Abbildung 160.8-08: Hinweisschilder [25]
155
QUELLENNACHWEIS Dipl.-Ing. Dr. Anton PECH – WIEN (A) Autor und Herausgeber Bilder: Titelbild,160.2-03 und 04 Dipl.-Ing. Klaus JENS – WIEN (A) Autor Dipl.-Ing. Dr. Franz ZACH – WIEN (A) Kritische Durchsicht des Manuskripts Bilder: 160.2-22 Leopold BERGER – WIEN (A) Kritische Durchsicht des Manuskripts Peter HERZINA – WIEN (A) Layout, Zeichnungen, Bildformatierungen Bilder: 160.2-02, 160.2-05, 160.2-21, 160.2-30, 160.6-05, 160.6-08, 160.6-22 Fa. GEA Happel Klimatechnik GmbH. – HERNE (D) Bilder: 160.2-01, 160.2-06 bis 10 Fa. Troges GmbH. – WIEN (A) aus HLK-Heizung, Lüftung, Klimatechnik – Heft 6-7/2004 Bilder: 160.2-11 und 12 Fa. Helios GmbH. – INNSBRUCK (A) aus HLK-Heizung, Lüftung, Klimatechnik – Heft 3/2004 Bilder: 160.2-13 und 14 Fa. Bals GmbH.– PINKAFELD (A) aus HLK-Heizung, Lüftung, Klimatechnik – Heft 11/2004 Bilder: 160.6-04 Fa. Aquatherm GmbH. – BIGGEN (D) aus HLK-Heizung, Lüftung, Klimatechnik – Heft 4/2005 Bilder: 160.6-06 und 07 Fa. Werit GmbH. – ALTENKIRCHEN (D) aus HLK-Heizung, Lüftung, Klimatechnik – Heft 6-7/2004 Bilder: 160.6-15 Fa. Filtertech24 – KÖLN (D) Bilder: 160.2-15 bis 20 Fa. Trox Bureau Merford BV – HG GORINCHEM (NED) Bilder: 160.2-23 bis 28 Fa. Junkers/Bosch Gruppe – WERNAU (D) Bilder: 160.2-32
156
Quellennachweis
Fa. Hoval Ges.m.b.H. – MARCHTRENK (A) Bilder: 160.2-31 Fa. IKZ-Fachzeitschrift für Sanitär, Heizung, Klima, Klempnerei – ARNSBERG (D) Bilder: 160.2-29 Heft 3/2003, 160.6-01 Heft 3/2003, 160.6-09 und 10 Heft 4/2003 Fa. Membratec – SIERRE (CH) aus e.l.b.w. Umwelttechnik Bilder: 160.6-03 Fa. Horst März Industriebedarf GmbH – ST. AUGUSTIN-NIEDERLEIS (D) Bilder: 160.6-11 bis 14, 160.6-25 Fa. Geberit AG – JONA (CH) Bilder: 160.6-16 bis 160.6-18, 160.6-20 und 21 Fa. Passavant GmbH. – BADEN (A) aus Arches-Journal Bilder: 160.6-27 und 28 Fa. Ultraspin Pty. Ltd. – AITSCHAM (AUS) Bilder: 160.6-26 Fa. AbscheiderWerkstatt.de Verwaltungs GmbH. – SAARBRÜCKEN (D) Bilder: 160.6-23 Fa. Mall – DONAUESCHINGEN (D) Bilder: 160.6-24 Fa. Viega GmbH. – ATTENDORN (D) Bilder: 160.6-19
Literaturverzeichnis
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SACHVERZEICHNIS Abflussbeiwert 149 Abflusskennzahl 96, 146 Abgasfang 107 Abluft 36 Abluftdurchlass 18, 58 Abluftsystem 82 Abluftventilator 18, 86 Abscheidegrad 39 Abscheider 96, 134 Abscheideranlage 134, 135 absolute Luftfeuchtigkeit 85 absoluter Wassergehalt 11 Absorptionsmaterial 51 Absorptions-Schalldämpfer 50, 51 Absorptionsvermögen 51 Absperrklappe 37, 103 Absperrschieber 103 Abwasser 98, 142 Abwasserhebeanlage 96, 133, 134 Abwasserlast 96, 98, 121 Abwasserrückstau 133 Abzweiger 125, 129 adiabatisch 11, 13 adiabatische Luftbefeuchtung 12 adiabatischer Luftbefeuchter 85 adiabatische Befeuchtung 44 Adsorption 40 Aktivkohlefilter 40 Allergie 5 Anfangsdruckdifferenz 40 Anlagenkomponente 85, 89 Anschlussleitung 101, 123 Anschlusswert 96, 145 Antriebskosten 80 Antriebsleistung 47, 81, 86 Armatur 102, 103, 138 Aufenthaltsbereich 6, 7, 21, 22 Aufenthaltsraum 4, 6 Aufstandsbogen 129 Auftriebskraft 4, 17 Ausdehnungsanlage 105 Ausmündung 126 Außenluft 4, 36, 69 Außenluftdurchlass 61 Außenluftvolumenstrom 4, 78 Außenluft-Wärmeaustauscher 71 Außenluftzustand 84 Axialventilator 46, 47, 50 Basenaustauschverfahren 110 Basispegel 28 bedarfsabhängige Lüftung 18 Befeuchtung 13, 14 Befeuchtungsstrecke 46
Behaglichkeitsbereich 13, 84 Behaglichkeitsempfinden 7 Behaglichkeitsgrenzwert 84 Behaglichkeitskriterien 6 Belastungsfaktor 5 Belastungsspitze 108, 140 Belastungswert 138, 139 Belüftungsventil 104,127 Berechnungsregenspende 149 Berechnungsstrang 81 Betriebsdruck 102 Betriebskosten 77 Betriebspunkt 48, 50 Betriebstemperatur 102 Bewegungsmelder 17 bewerteter Schalldruckpegel 28, 29 Bewertungskurve 50 Bimetall-Thermometer 105 Bodenluftdurchlass 60, 64 Bodenwasserablauf 132 Brandabschnitt 38, 153 Brandabschnittsgrenze 38 Brandgasventilator 62 Brandrauchsteuerklappe 38 Brandschutzklappe 38, 39 Brandwiderstand 143 Bypassklappe 71 Coanda-Effekt 20, 59 Dachentwässerung 150 Dachwasser 112 Dampfbefeuchter 46 Dauerabfluss 96 Deckenluftdurchlass 59 Dehnungsausgleicher 104 Desinfektionsverfahren 109, 110 Digestorie 52 direkte Nebenlüftung 97, 127 Direktschall 26 Doppelabzweiger 125 Doppelkammersifon 132 Dosierschleuse 110 Drehflügel 16 Drehzahl-Kennlinie 48 Drosseleinrichtung 52 Druckanzeige 105 Druckausdehnungsgefäß 105 Druckbedingung 101 Druckdifferenzregler 104 Druckfiltration 109 Druckminderventil 102 Druckregelventil 103 Drucksteigerungsanlage 152
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Sachverzeichnis Druckverlustberechnung 48 Druckverlustermittlung 81 Dunsthüte 126, 149 Durchflussbatterie 108 Durchflussgaswassererwärmer 107 Durchflussstärke 138, 139 Durchlassgrad 39 Durchlauf-Befeuchter 44 Düsenbefeuchter 45 dynamischer Luftwiderstand 81 Eigenfrequenz 33, 49 Eindringtiefe 19, 20, 21 Einhandmischer 104 Einlochbatterie 104 Einmündung 123 Einspeisestelle 152 Einsteigschacht 128, 151 Einwirkzeit 2 Einzelanschlussleitung 96, 122, 123, 128, 144, 145, 146 Einzellüfter 17, 18 Einzellüftungsanlage 78, 86 Einzelschachtlüftung 17 Einzelwiderstand 57 Elektrowarmwasserspeicher 106 Empfindlichkeit 5 Enddruckdifferenz 40 energieäquivalenter Dauerschallpegel 28 Energiebedarf 6 Energieinhalt 3 Energieträger 3, 77 Energieumsatz 3 Entfeuchtung 14 Entfeuchtungsvorgang 15 Enthalpie 12, 13 Enthalpiedifferenz 15, 73 Enthalpielinie 73 Entleerungsventilchen 103 Entlüftungsventil 104 Entnahmestelle 101, 138, 139 Entrauchung 38 Entrauchungsabschnitt 38 Entwässerungsanlage 96, 121, 126, 127, 148 Entwässerungsgegenstand 121, 123, 133 Entwässerungsleitung 123, 129, 142, 144, 146 Entwässerungsrohr 97 Entwässerungsschacht 148 Entwässerungssystem 43, 121, 143, 150 Erdwärmeaustauscher 75 Erregerfrequenz 32 Erregerkraft 32, 49 Erschütterung 32 erste Löschhilfe 113 erweiterte Löschhilfe 114
Fallleitung 96, 97, 121, 123, 124, 125, 129, 147 Fallleitungsabzweiger 123 Fallleitungsverzug 125 Fällverfahren 110 Federmanometer 105 Feinstaubfilter 39 Feinststaub 2 Fensterfuge 16 Fensterlüftung 16 Festkupplung 114 Festpunkt 102 Feststellvorrichtung 38 Fettabscheider 135 Feuerwehrschlauch 115 Filterklasse 39 Filterwiderstand 40 Filtration 109 Fittinge 152 Flachdachentwässerung 150 Flanschverbindung 130 Fließdruck 101 Fließgeschwindigkeit 138, 140 Flügelrad 46 Flügelradzähler 105 Förderdruck 47, 48, 81 Formstück 52, 56, 81, 152 Fortluft 36, 69 Frequenz 23, 29 Frequenzverhältnis 49 Frostschutzmittel 71 Füllgrad 96 Gebäudehülle 4, 16, 17, 18 Gebäudenutzungsdauer 77 Geräuschemittente 29 Geräuschpegel 49 Geruchsintensität 3 Geruchssinn 4 Geruchsverschluss 96, 121, 131, 143 Gesamtdruckdifferenz 81, 84 Gesamtkühlleistung 15 Gesamtschmutzwasserabfluss 96 Gesamtwasserabfluss 147, 148 Gesamtwirkungsgrad 47 Grauwasser 96, 111 Grauwassernutzung 111 Grobstaub 2 Grobstaubfilter 39 Grundgeräuschpegel 28 Grundleitung 97, 122, 125, 126, 129 Hallradius 27 Hängeleitung 129 Härtebildner 45, 110 Hauptlüftung 97, 126, 127, 144, 147, 148 Hauptlüftungsleitung 124
164 Hausanschlussleitung 122 Hauswasserwerk 112 Heizleistung 86 HEPA-Filter 39 Hochleistungsschwebfilter 39 Hörbereich 24 Hydrant 99 Immissionsgrenzwert 2 Immissionsschutzgesetz 2 indirekte Nebenlüftung 97, 127 Induktion 21 Induktionswirkung 19 Installationsschacht 90 Installationswand 133 Investitionskosten 80 Isoliergrad 33 isotherme Luftströmung 19 Kältemaschine 74 Kältemittel 70 Kälteversorgungsanlage 90 Kaltwasser 109 Kammerweite 151 Kanalanlage 151 Kanalgas 143 Keilriemen 46 Keime 3 Kennfarbe 36 Kernzone 19, 59 Kippflügel 16 Klebeverbindung 130 Klimaanlage 1, 35, 36, 77, 78, 84, 90 Klimagerät 61 Kompensator 102, 104 Kompressions-Wärmepumpe 75 Kondensationswärme 69, 70 Kondenswasser 43 Kondenswasserbildung 102 Kontaktbefeuchter 45 kontrollierte Lüftung 17 Kontrollschacht 151 Kontrollstück 102 Körperschall 23, 29, 32, 49, 52, 102 Körperschalldämmung 49 Korrosionserscheinung 109 Kreislaufverbund-Wärmeaustauscher 71 Kreuzstrom 69 Kreuzstrom-Wärmeaustauscher 69 Kugelhahn 103 Kugelsifon 44, 75, 131, 132 Kühllastberechnung 1 Kühlleistung 15 Kulisse 50 Kulissenoberfläche 51 Lamellenrohr-Wärmeaustauscher 42, 43
Sachverzeichnis latente Kühlleistung 15 Laufraddrehzahl 48 Legionärskrankheit 111 Legionella-Besiedlung 105 Leichtflüssigkeit 135 Leistungsregelung 71 Leistungsverlust 47 Leitfähigkeit 45 Leiträder 47 Leitungsnetzkennlinie 48 Löschwasser 95, 99, 112 Löschwassereinspeisung 152 Löschwasserentnahmestelle 152 Löschwasserleitung 95, 112, 152 Löschwasserversorgung 115, 152 Luftabkühlung 11 Luftart 36 Luftaufbereitung 6, 35 Luftaufbereitungsanlage 88 Luftbedarf 3 Luftbefeuchter 44, 85 Luftbefeuchtung 9, 35 Luftdichte 11 Luftdichtheit 53 Luftdichtheitsklasse 53 Luftdruck 10 Luftdruckausgleich 127 Luftdurchlass 21, 48, 52, 58, 64, 79 Luftdurchtrittsgeschwindigkeit 58 Luftdurchtrittsquerschnitt 42 Luftentfeuchtung 35, 85 Lufterhitzer 85 Lufterneuerung 6, 77, 80 Lufterwärmung 35 Luftfeuchtigkeit 8, 10, 85 Luftfilter 39, 40 Luftführung 19, 22 Luftführungsprinzip 21 Luftgeschwindigkeit 6, 8, 19, 21, 22, 55, 56, 80, 84 Luftgüte-Kategorie 15 Luftklappe 52 Luftkühler 85 Luftkühlerauslegung 15 Luftkühlung 14, 35 Luftleckfaktor 53 Luftleitung 37, 51, 52, 53, 54, 55, 107 Luftleitungsabschnitt 80 Luftleitungsnetz 48 Luftleitungsquerschnitt 80 Luftleitungssystem 38, 53, 58, 81, 88 Luftleitungswiderstand 55 Luftlenklamellen 59 Luftmengenbemessung 78, 84 Luftreinigung 35 Luftschadstoff 2, 5 Luftschall 23, 29, 32, 49
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Sachverzeichnis Luftströmung 20 Luftströmungsfeld 21 Lufttransport 51 Luftundichtheit 4 Lüftungsanlage 6, 61, 63, 78 Lüftungsaufsatz 17 Lüftungsklappe 37 Lüftungsleitung 126, 148, 149 Lüftungsschacht 17, 89 Lüftungsschema 79 Lüftungswärmebedarf 16 Lüftungszentrale 89 Luftverteilung 78 Luftverteilungssystem 54 Luftvolumenstrom 13, 14, 15, 22, 37, 46 Luftwechsel 4 Luftwechselrate 16, 17 Luftwiderstand 40, 42, 48, 51, 55, 80, 83, 84 Luftzustand 6, 10 Luftzustandsänderung 11, 12, 13, 84 mechanische Lüftung 17 mechanische Sammelschachtlüftung 18 Membranverfahren 110 Meteorwasser 98, 121 Mikroorganismen 45 Mindestfließdruck 152 Mindestgefälle 145 Mindestinnendurchmesser 144 Mindestzulufttemperatur 15 Mischsystem 97, 121 Montageelement 133 Muffenverbindung 130 Mündungsreflexion 32 Nachhallzeit 27 nasse Steigleitung 113 natürliche Lüftung 16 natürliche Schachtlüftung 17 Nebenlüftung 144 Nenndrücke 102 Nenndurchmesser 129, 140 Nennleistung 43 Nennweite 97, 101, 138, 144 Netzkennlinie 48 Niederschlagswasser 121 Normzahl 101 Notüberlauf 150 Nutzerverhalten 16 Nutzwasser 95 Nutzwasserleitung 138 Nutzwasserqualität 109 Oberflächenfiltration 109 Oberlicht-Kippflügel 16 Ölabscheider 134 operative Temperatur 6, 7
Partikel 2 Partikelfilter 2, 39 Pegelabsenkung 32 Pegelsenkung 31 Permutit 110 Pettenkofer-Zahl 3 Plattenwärmeaustauscher 64, 69 Primärluft 19, 59 Primärwirbelfeld 20, 21 Projektierungsphase 78 Proportionalitätsgesetz 48 Prüfdruck 102 Psychrometrie 8 Pumpenförderstrom 97 Putzöffnung 128 Putzschachtanordnung 129 Putzschacht 151 Putzstück 121, 128, 129, 151 Quellfassung 101 Quellluftauslass 22, 60 Quelllüftung 22 Quelllüftungssystem 22 Querschnittsverminderung 124 Radialventilator 29, 46, 50 Raucherbereich 78 Raucherzone 18 Raumbuch 80 Raumdurchspülung 21 Raumluftfühler 36 Raumluftkategorie 5 Raumluftqualität 4, 6, 78 Raumlüftung 4 Raumumschließungsfläche 6 Rautiefe 55 Regelanlage 36 Regelventil 104 regenerative Wärmerückgewinnungsanlage 86 Regenwasser 98, 122, 128, 134 Regenwasserabfluss 149 Regenwasseranlage 112 Regenwasserfallleitung 98, 122, 128, 150 Regenwasserleitung 128, 149 Regulierklappe 37, 38 Regulierventil 103 Reibungsverlust 81 Reibungswiderstand 55, 56 reine Werkbank 41, 42 Reinheitsklasse 41 Reinigungsverfahren 54 Reinraum 41 Reinraumbereich 39 Reinraumtechnik 41 Reizstoff 5 Rekuperator 71
166 relative Luftfeuchtigkeit 7, 8 Resonanzfall 33 Restschwingung 49 Richtungsänderung 125, 129 Richtungsfaktor 26, 88 Rippenrohr-Wärmeaustauscher 70 Rohrbewegung 102 Rohrdehnungsausgleicher 103 Rohrleitungsführung 122 Rohrleitungsschema 137 Rohrleitungszubehör 130 Rohrschenkelkompensator 103 Rohrverbindung 130 Rotationswärmeaustauscher 64, 72, 73 Rückflussverhinderer 95, 104, 107 Rückschlagklappe 18, 104 Rückschlagventil 104 Rückstauebene 97, 133 Rückstauklappe 134 Rückstauverschluss 97, 133, 134 Ruhedruck 101 Sammelanschlussleitung 97, 122, 124, 144, 145, 146, 147 Sammelleitung 98, 124 Sammelschacht 17 Sanitäranlage 137 Sanitärentlüftungssystem 82 Sanitärraum 78 Sanitärtechnik 95 Sättigungskurve 9, 10 Sättigungslinie 15, 85 Sauerstoffbedarf 3 Schachtabdeckung 151 Schachtausbildung 151 Schachtbezeichnung 137 Schachtlüftung 17 Schallabsorptionsfläche 27, 88 Schallausbreitung 26, 49 Schalldämmmaßnahme 49 Schalldämpfer 38, 50, 87 Schalldämpferbemessung 88 Schalldruck 24 Schalldruckpegel 24, 87 Schallfeld 27 Schallgeschwindigkeit 32 Schallintensität 23 Schallleistung 25, 26, 49, 87 Schallleistungspegel 25, 29, 30, 31, 32, 50, 88 Schallpegel 28 Schallpegelabminderung 87 Schallquelle 27, 31, 50 Schallschluckvermögen 27 Schalltechnik 23 Schallübertragung 138 Schallwelle 23, 25
Sachverzeichnis Schallwiderstand 23 Schaufelwinkel 46 Schlauchanschluss 113, 152 Schlauchanschlussarmatur 114 Schlauchanschlussstelle 152 Schlauchkupplung 114 Schlitzluftdurchlass 59 Schmutzfänger 96, 98, 104, 122, 149 Schmutzwasserabfluss 96, 98, 147 Schmutzwasserleitung 142 Schrägsitzventil 103 Schwarzwasser 98 Schwebstofffilter 39 Schweißverbindung 130 Schwerkraftfiltration 109 Schwimmerentlüfter 104 Schwimmerventil 104 Schwingflügel 16, 32 Schwingungsisolierung 33, 49 Schwingungstechnik 32 Schwingungsübertragung 49 Segeltuchstutzen 52 Sekundärluft 19, 59 Sekundärlüftung 97, 128 Sekundärwirbelfeld 20 Selbstreinigungsfähigkeit 143 sensible Kühlleistung 15 Sicherheitstemperaturbegrenzer 106 Sicherheitsventil 104 Sifon 131 Sinnbilder 35, 99 Sorptionsfilter 40, 41 Spaltweite 51 Spannbridenverbindung 130 Speicherladesystem 109 Sperrflüssigkeit 131 Sperrwasser 43, 131, 143 Sperrwasserhöhe 98 spezifische Verdampfungswärme 11 Spiralfalzrohr 52 Sprinkleranlage 115 Sprühwasseranlage 115 Spülzone 72 Stahlbalg-Kompensator 103 Standarmatur 104 Ständerwand 133 Standzeit 40 Stärkeabscheider 135 statischer Luftwiderstand 81 Staubart 2 Staubgehalt 5 Staudruck 81 Steigleitung 45, 109, 138 Stellmotor 37 Steuerungsanlage 38 Strahlausbreitung 20 Strahlungstemperatur 6
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Sachverzeichnis Strömungsrauschen 80 Stromversorgungsanlage 90 Sturzstrecke 98 Summenschalldruckpegel 88 Summenschallleistungspegel 29, 88 Systemtyp 143 Taupunkt 15 Taupunkttemperatur 9 Technikraum 88, 90 Telefonieschalldämpfer 51, 80 Temperaturanzeiger 105 thermische Auftriebskraft 21 thermische Auftriebswirkung 16, 17 Tiefenfiltration 109 Traps 131 Trennsystem 98, 121, 147 Trinkwasser 95, 99 Trinkwasserleitung 138 Trinkwasserverbrauch 99 Trinkwasserversorgungsleitung 99 trockene Steigleitung 113 Trommelläufer 46 Tropfenabscheider 45, 46 turbulenzarme Verdrängungsströmung 41 Turbulenzgrad 80 überkritischer Bereich 33 ULPA-Filter 39 ultraviolette Strahlung 110 Umgehungsklappe 69 Umgehungsleitung 124 Umkehrosmose 110 Umlauf-Kontaktbefeuchter 45 Umlaufwasser 45 Umlauf-Zerstäubungsbefeuchter 44 Umluft 37 Umlüftung 97, 127, 128 Undichtheit 16 unterkritische Bereich 33 Untertemperatur 22, 60 Vakuumfiltration 109 Ventilator 46, 49, 63 Ventilatorkennlinie 48 Verbrauchsleitung 138 Verdampfungswärme 11, 44, 70 Vereisung 72 Verziehung 127 Volumenstrom 48 Volumenstromregler 38 Vorwandinstallation 133 Wanddruck 81 Wandhydrant 113, 114, 152, 153 Wandluftdurchlass 58 Wärmeaustauscher 108
Wärmeaustauscherfläche 42 Wärmedämmung 102 Wärmeinhalt 12 Wärmepumpe 74 Wärmerohr-Wärmeaustauscher 70 Wärmerückgewinnung 16, 69, 77 Wärmerückgewinnungsanlage 19, 37, 80, 86 Wärmeträgerflüssigkeit 71 Wärmeträgerkreis 71 Wärmeträgerpumpe 72 Wärmeübertragung 69 Wärmeversorgungsanlage 90 Warmwasser 106 Warmwasserbereitungsanlage 111 Warmwasserspeicher 142 Warmwassertemperatur 140 Wartungsöffnung 45 Wasseraufbereitung 109 Wasserauffangwanne 15 Wasserbedarf 141 Wasserbevorratung 112 Wasserdampfaufnahmefähigkeit 10 Wasserdampfgehalt 13 Wasserdampf-Luftgemisch 10 Wassererwärmung 106, 108, 140 Wassererwärmungsanlage 140 Wassererwärmungssystem 141 Wassermengenzähler 105 Wassersteinbildung 110 Wasserverdampfung 11 Wasserversorgung 90, 99 Wasserverteilung 100 Wasservorlage 43, 131 Wasserweg 43 Wasserwiderstand 43 Wasserzähler 138 Wetterschutzgitter 36, 58, 79 Widerstandsbeiwert 56 Widerstandsthermometer 106 Winddruck 4 Windeinwirkung 16 Wirkungsgradbestimmung 39 Wirkungsgradbestpunkt 30 Wirkungsgradlinie 48 Zentrallüfter 18 Zerstäubungsbefeuchter 44 Zirkulationsleitung 108 Zugerscheinung 16, 21 Zulaufarmatur 104 Zuluft 36 Zuluftdurchlass 19, 58, 60 Zuluftschalldämpfer 87 Zuluftsystem 83 Zulufttemperatur 85 Zustandsänderung 13
