Das Prinzip der natürlichen Lüftung durch öffenbare Lichtkuppeln, Dachlichtbänder oder Jalousien ist in nahezu allen Betrieben anwendbar. Einmal installiert, verursacht das Lüftungssystem nahezu keine Kosten mehr, denn es arbeitet weitgehend energie- und wartungsfrei. Es muss jedoch - wie jedes Lüftungssystem - professionell konzipiert werden, um einen spürbaren Nutzeffekt gewährleisten zu können und um Fehlauslegungen zu vermeiden.

Speziell für die natürliche Lüftung hat der Arbeitskreis Technik des FVLR die FVLR-Richtlinie 10 "Natürliche Lüftung großer Räume" erarbeitet. Diese Richtlinie regelt die natürliche Lüftung von Räumen mit Abmessungen, die über die in der Technischen Regel für Arbeitsstätten festgelegten Maße (max. 10 m bei System I, max. 20 m bei System II) hinausgehen. Das sind in der Regel großflächige oder hallenartige Räume. Sie beschreibt zudem die Grundlagen für die Dimensionierung einer freien Lüftung und gibt die dazu notwendigen Rechenregeln an.
Die FVLR-Richtlinie 10 können Sie hier downloaden.

Grundlage jeder lüftungstechnischen Berechnung ist die Bestimmung des zu erwartenden Wärmeaufkommens im Innenraum. Die Intensität des Abluftvolumens richtet sich nach dem Dichteunterschied bzw. der Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und der Außenluft sowie der Gebäudehöhe.

Wärmeaufkommen

Elektrische Maschinen und die künstliche Beleuchtung tragen in modernen Arbeitsstätten den überwiegenden Teil zum Wärmeaufkommen bei (siehe Tabelle unten). Als Richtwert kann gelten, dass 30 bis 40% der installierten elektrischen Leistung in Form von Wärme an die Raumluft abgegeben wird.

Die Wärmelast kann entweder durch messtechnische Analyse in einem vergleichbar genutzten Gebäude oder durch Berechnung über die installierten Maschinen- und sonstigen Energieanschlussleistungen ermittelt werden.

Für eine Planung ist es z. B. wichtig zu wissen, wie viele Mitarbeiter sich ständig in der betreffenden Räumlichkeit befinden und welche Art von Tätigkeit sie verrichten. Die körperliche Aktivität eines Menschen beeinflusst seine Wärmeabgabe. Diese ist im Rahmen der Dimensionierung auch mit zu berücksichtigen. Bei sitzender Tätigkeit erzeugt ein Mensch rund 100 W; bei schwerer körperlicher Tätigkeit können es mehr als 200 W sein.

Neben dem inneren, produktionsbedingten Wärmeaufkommen ist im Sommer auch die äußere Wärmelast zu berücksichtigen, die durch Sonneneinstrahlung auf das Gebäude, und hier besonders die Dachfläche, einwirkt. Die Größe der zu berücksichtigenden Sonnenintensität richtet sich dabei nach der geographischen Lage des Bauwerks. Die Wärmelast durch Lichtkuppeln und Lichtbänder wird durch deren Anzahl und Größe sowie die jeweilige Konstruktion bestimmt. Hier berücksichtigen die Mitglieder des FVLR bei der Planung von sich aus ihre herstellerspezifischen Produktkenngrößen. Zur Berücksichtigung der verbleibenden Restdachfläche muss deren Absorptionsfaktor a - abhängig von Art und Farbe der Dachhaut – und deren Wärmedämmeigenschaft (U-Wert) bekannt sein.

Die Gesamtwärmelast (Q_ges) aus innerer Wärmelast (Q_i) und äußerer Wärmelast (Q_a) ist über die natürliche Lüftung abzuführen.

Temperaturanstieg

Die natürliche oder freie Lüftung nutzt das Prinzip des thermischen Auftriebs aus, d. h. warme Luft steigt nach oben. Sie bewirkt einen stetigen Anstieg der Raumtemperatur in Abhängigkeit von der Raumhöhe.

Je nach Nutzung und Wärmeaufkommen ist der Temperaturanstieg über die Höhe unterschiedlich.

Luftdurchsatz (erforderlicher Volumenstrom)

Unter Berücksichtigung der spezifischen Wärme der Luft c_pL, die konstant mit 1,004 (kJ/kg K) angesetzt wird, der Dichte der Luft r_L, die bei 20°C konstant 1,2 beträgt, und der ermittelten Wärmemenge sowie dem festgelegten Temperaturanstieg kann die erforderliche Luftmenge (V_erf) zur Abführung der Wärmelast bestimmt werden.

Thermischer Auftrieb

Der thermische Auftrieb ist sozusagen der „Motor“ der natürlichen Lüftung. Er ist in Abhängigkeit von der Gebäudehöhe und dem Temperaturanstieg das Maß für die Geschwindigkeit, mit der die warme Luft nach oben steigt und durch die geöffneten Lichtkuppeln oder Lichtbänder abströmt.

 

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Wirksame Abluftfläche

Mit dem ermittelten Luftdurchsatz und der errechneten thermischen Auftriebsgeschwindigkeit kann die Größe der erforderlichen Entlüftungsfläche bestimmt werden.

Zuluftfläche

Über den erforderlichen Volumenstrom und die zulässige Zuluftgeschwindigkeit lässt sich die erforderliche Zuluftfläche ermitteln.
Zur Vermeidung von Zugluftbeeinträchtigungen ist die Größe und die Positionierung der Zuluftöffnungen sorgfältig zu planen. Die Luftgeschwindigkeit sollte in der Regel unter 0,5 bis 1,0 m/s liegen. Befinden sich Arbeitsplätze in der Nähe der Zuluftöffnungen, so ist durch Vergrößerung der Gesamtzuluftfläche die Geschwindigkeit der Zuluft erheblich unter den vorgenannten Werten zu halten. Üblicherweise wird bei einer Lufttemperatur von 20 °C bei einer Luftgeschwindigkeit unter 0,2 m/s keine Beeinträchtigung durch Zugluft empfunden. Dieser Wert ist jedoch stark abhängig von der persönlichen Empfindlichkeit, der Kleidung, dem Grad der körperlichen Anstrengung der Beschäftigten und auch von der Lufttemperatur. Bei der Bemessung von Abluftflächen brauchen in der Regel Zuglufterscheinungen nicht berücksichtigt werden.

Checkliste

Um eine funktionsgerechte Bemessung durchführen zu können, sollten gewisse Eckdaten bzw. Berechnungsgrößen zur Verfügung stehen. Eine Zusammenstellung gibt es hier.