Das lowEx Konzept oder der haushälterische Umgang mit hochwertiger Energie bezogen auf die Lüftung bedeutet insbesondere die Verwendung von Systemtemperaturen nahe der Raumtemperatur, die Minimierung des Druckverlustes und die Anwendung intelligenter Steuerungskonzepte. Bedarfsabhängig gesteuerte Lüftungssysteme mit hoher Lüftungseffizienz reduzieren die erforderliche Luftmenge, die Volllaststunden der Ventilatoren und ermöglichen ein Energieeinsparpotential von bis zu 50% bei grossen Gebäudeflächen [1]. Der Druckverlust in Lüftungssystemen ist direkt proportional zur elektrischen Lüfterleistung und somit 100–prozentiger Exergieverlust. Mit dezentralen Zuluftkonzepten und dem direkten Lufteintrag über die Fassade kann der Druckverlust minimiert werden. Gegenüber einer zentralen Zuluftaufbereitung ist mit einem geeigneten dezentralen Ansatz eine Reduktion um den Faktor 5-10 zu erreichen.

Die Professur für Gebäudetechnik untersucht ein konkretes, hybrides Lüftungskonzept bestehend aus lokaler, CO2-gesteuerter Abluft [2] und dezentral geführter Zuluft [3], [4]. Nebst den theoretischen Untersuchungen werden auch Systemkomponenten entwickelt, um das Lüftungssystem prototypisch in Betrieb nehmen zu können. Die Erstinstallation des neuen Systems erfolgte direkt im Arbeitsbereich der Professur für Gebäudetechnik.

CO2 gesteurte Abluft:

Das lokale, bedarfabhängige Abluftkonzept wie von der Professur für Gebäudetechnik vorgeschlagen erlaubt ein maximal effizientes und gezieltes Lüften. Innerhalb des Gesamtlüftungskonzepts kommt der Abluftanlage, d.h. der Schadstoffabführung die wichtigere Rolle zu als dem Zuluftsystem. Die CO2-gesteuerte Abluftanlage bestimmt, wann, wo, wieviel gelüftet wird. Sie bestimmt die Allokation der Lüftungsleistung. Die Zuluft strömt einfach nach und erfüllt so die Kontinuität im System. Das Abluftsystem besteht aus einer Vielzahl von Abluftöffnungen, die in einem relativ engen Raster an der Decke angeordnet werden. Alle Öffnungen sind über ein Rohrsystem miteinander verbunden, welches wiederum an einem zentralen, auf konstanten Druck geregelten Abluftventilator angeschlossen ist. Die einzelnen Abluftöffnungen bestehen aus einem CO2-Sensor, einer Klappe mit Stellantrieb und einem Controller. Diese Klappen sind zwar an einem gemeinsamen Abluftkanalsystem angeschlossen, ihre Wirkweise ist aber autonom. In Abhängigkeit der gemessenen CO2-Konzentration wird die Abluftklappe geöffnet oder geschlossen; es wird also Luft abgesaugt oder nicht. Diese lokale, lokal kontrollierte und bedarfsabhängige Lüftung führt zu signifikanten Energieeinsparungen und zu einer kleineren Abluftanlage aus folgenden Gründen: Dank der Bedarfsabhängigkeit wird nur dort entlüftet, wo sich Personen, also Schadstoffquellen im Gebäude aufhalten. Bei Bürogebäuden, wo eine Gleichzeitigkeit von 0.6-0.8 erreicht wird, muss also entsprechend nur 60-80% der maximalen Luftmenge erneuert und neu konditioniert werden. Durch die lokale Absaugung kann zudem Abluft mit einer höheren Schadstoffkonzentration abgeführt werden, so dass sich bei gegebener Luftmenge im Vergleich zu gewöhnliche Abluftsystemen eine bessere Raumluftqualität ergibt.

Dezentrale Zuluft:

Beim Zuluftkonzept der Professur für Gebäudetechnik der ETH Zürich wird die Ersatzluft durch dezentrale Zuluftgeräte über die Fassade ins Gebäude geführt. Entgegen der gewöhnlichen Praxis, wird die Luft nicht einfach dem Raum zugeführt, sondern in ein, im statisch tragenden Betonboden integriertes Unterflur-Kanalsystem gespeist. Das Rohrsystem in der Bodenkonstruktion garantiert eine Verteilung der Zuluft über die ganze Nutzfläche, so dass Arbeitsplätze im Gebäudekern ebenso mit frischer Luft versorgt werden wie diejenigen nahe der Fassade. Das Kanalsystem übernimmt eine Doppelfunktion: Einerseits sorgt es für die Verteilung der Zuluft und andererseits fungiert es als Kabelkanal für Strom und Datenleitungen. Über regelmässig im Boden verteilte Öffnungen werden die Zuluft entnommen und die Kabel in die Nähe der Arbeitsplätze geführt.

Das Unterflursystem ist als Zuluftsee zu verstehen, der von der Peripherie her von einer Vielzahl von dezentralen Zulufteinheiten gespeist wird. Bei richtiger Auslegung des Unterflursystems treten nur sehr niedrige Luftgeschwindigkeiten im Kanalnetzwerk auf, so dass minimale Druckverluste zustande kommen und die statische Druckverteilung nahezu homogen ist. Dies ermöglicht das Abrufen von Zuluft bereits mit sehr kleinen Unterdrücken (gegenüber mittlerem Druck im Raum) und erlaubt die erfolgreiche Kombination des Zuluftsystems mit einem lokal bedarfsgesteuerten Abluftsystem, wie es die Professur in ihrem Konzept für eine LOWEX-ventilation vorsieht.

Die starke Vernetzung des Kanalsystems gewährleistet überdies, dass bei äusseren Windeinflüssen, also unterschiedlichen Druckverhältnissen auf gegenüberliegenden Fassadenseiten keine Versorgungsasymmetrien auftreten. Geräte von der Überdruckseite kompensieren die fehlende Kapazität der Geräte auf der Unterdruckseite. Die physikalische als auch die kommunikationstechnische Vernetzung erlaubt dem System im Falle von Windeinfluss als Hybridsystem zu funktionieren und die vorhandenen Druckpotentiale zu seinen Gunsten zu nutzen.

Kontakt:
Luca Baldini (ETH-GT)

Beteiligte Hochschulinstitute:
ETH Zürich Gebäudetechnik

Beteiligte Firmen:
BS2 AG

[2] Baldini L. & Leibundgut HJ. (2005). Increasing the Effectiveness of Building Ventilation Systems Trough Use of Local Waste Air Extraction, Proceedings of Clima 2005, RHEVA World Congress, Lausanne, Switzerland

[3] Baldini, L. and Meggers, F., Advanced Distribution and Decentralized Supply: A Network Approach for Minimum Pressure Losses And Maximum Comfort. 29th AIVC Conference, Kyoto, Japan 14-16 October

[4] Baldini L., Meggers F. and Leibundgut HJ. Advanced Decentralized Ventilation: How Wind Pressure Can Be Used to Improve System Performance and Energy Efficiency. 25th PLEAInternational Conference, Dublin, Ireland 22nd - 24th October 2008