Natürlicher Luftwechsel in Atrien: Beispiel Energieforum Berlin

Der Gesamtluftwechsel in normalen Aufenthaltsräumen (Büro, Wohnung) wurde in der Vergangenheit bereits umfangreich messtechnisch untersucht und bewertet, so dass im Planungsstadium von neu zu errichtenden Gebäuden eine gute Abschätzung des zu erwartenden Raumluftwechsels vorgenommen werden kann.
Diese Erfahrungswerte gelten jedoch nicht für hallenartige Räume wie Atrien, an die andere Anforderungen an die Lüftung gestellt werden. Atrien sind heutzutage in vielen Entwürfen für anspruchsvolle Neubauvorhaben als gestalterisches Element und zentrales Verbindungselement zwischen verschiedenen Nutzungsbereichen enthalten.
Derzeit existieren für Atrien weder abgesicherte Erkenntnisse über den jahreszeitlichen Verlauf des Luftaustausches noch über die sich einstellenden mittleren Werte einer Periode. Die Kenntnis dieser Größen ist allerdings Bedingung, wenn eine Abschätzung der zu erwartenden Raumluftqualität vorgenommen werden soll.
Um festzustellen, auf welchen Effekt der Luftwechsel in einem Atrium tatsächlich zurückzuführen ist, wurden im Rahmen einer Forschungsarbeit Messungen in einem realen Gebäude und umfangreiche Simulationsrechnungen durchgeführt.
Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass die Einflüsse des windinduzierten und des temperaturinduzierten Luftwechsels sich nicht additiv überlagern und der Ansatz des windinduzierten Luftwechsels zu insgesamt realistischen Ergebnissen führt. Der Luftwechsel im Innenraum wird insbesondere bei freier Lüftung stark von der Gebäudegeometrie, der umgebenden Bebauung und der jeweiligen Windrichtung beeinflusst. Statistische Winddaten sind für die meisten Standorte in Deutschland verfügbar. Diese bilden somit eine gute Datengrundlage zur Bestimmung von geeigneten Randbedingungen im Planungsstadium. Mit Hilfe eines Diagramms zur Ermittlung des Luftwechsels, kann bei Kenntnis der für einen bestimmten Gebäudestandort im Jahresdurchschnitt auftretenden Häufigkeiten von Windrichtung und Windgeschwindigkeit der durchschnittliche, windinduzierte, natürliche Luftwechsel in einem Atrium ermittelt und ggf. optimiert werden

Der Bestimmung der maßgeblichen gebäude-spezifischen Druckdifferenz zwischen Zu- und Abluftöffnungen kommt in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung zu. Druckbeiwerte, die an geschlossenen Fassaden ermittelt wurden, führen unter Umständen dazu, dass die Luftwechsel zu hoch eingeschätzt werden, insbesondere wenn sowohl die Zu- wie auch die Abluftöffnung durch den Winddruck/-sog beeinflusst werden.

Weiterhin ergab die Studie, dass allein die Angabe des Luftwechsels nicht ausreichend ist, um das Raumklima in einem großen Raum (z.B. Atrium) zu beurteilen. Um die Strömungsform des Gesamtlufthaushalts zu bewerten, sollte auf jeden Fall der Luftaustauschwirkungsgrad ermittelt werden. Zu einer genaueren Analyse der Raumluftqualität sind darüber hinaus weitere Kenngrößen wie der Luftaustauschindex zur Beschreibung der zu erwartenden Luftalterverteilung erforderlich. Er wird maßgeblich von der Lage und Art der Zu- und Abluftöffnungen sowie von der Windrichtung beeinflusst, ist aber weitgehend unabhängig von der Windgeschwindigkeit.
Bei Kenntnis des Luftaustauschindexes und dem dazugehörigen Luftaustauschwirkungsgrad kann das lokale Luftalter an jedem beliebigen Punkt im Raum für jeden Luftwechsel bestimmt werden.
Die Strömungssimulation hat sich als geeignetes Planungshilfsmittel erwiesen. Um den Rechenaufwand insgesamt zu reduzieren, ist eine Kombination aus Simulation und Rechenverfahren nach British Standard Method anzustreben.
Die Ergebnisse lassen sich anschaulich in einem gebäudespezifischen Diagramm zur Ermittlung des windinduzierten Luftwechsels zusammenfassen.

Forschungsarbeit am Institut für Gebäude- und Solartechnik, TU Braunschweig