Projekt 18742/01

Abluftkanäle zur energetischen Verbesserung von Lüftungsanlagen

Projektdurchführung

Klimakonzept Ingenieurgesellschaft
Olympische Str. 3 a
14052 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Abluftkanäle von Lüftungsanlagen haben über ihre Länge verteilt Öffnungen die die gleichen Volumenströme absaugen. Der Volumenstrom, die Strömungsgeschwindigkeit und der Unterdruck nehmen in Richtung der Strömung zu. Es steigt dabei mit zunehmender Lauflänge der je Abluftdurchlass abgesaugte Volumenstrom. Für eine einwandfreie Funktion der Lüftungsanlage wird eine möglichst gleichmäßige Absaugung gewünscht. Das wird im Allgemeinen durch Drosselung erreicht, was zu hohen Druckverlusten und hohem Energiebedarf für den Lufttransport führt. Eine Vergleichmäßigung der abgesaugten Volumenströme lässt sich auch dadurch erreichen, dass Treibdüsen in das Kanalnetz eingebaut werden. Bei diesen Bauteilen wird der Impuls der seitlichen Zuströmung der Hauptströme zugeführt. Dadurch lassen sich Druckverluste längs des Kanals zum Teil kompensieren, so dass eine gleichmäßige Absaugung erreicht werden kann. Diese Bauteile werden in die Zuströmungen des Abluftkanals eingebaut. Ziel des beantragten Vorhabens war es, ein Bauteil zu entwickeln, in dem Brandschutzelement und eine sogenannte Treibdüse integriert sind.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung erfolgte auf der Grundlage von analytischen Überlegungen und Strömungsuntersuchungen. Darauf aufbauend entstand ein Prototyp, der mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen weiterentwickelt wurde. Die im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelte Treibdüse ermöglicht im Vergleich zur Verwendung eines normalen T-Stückes eine Reduzierung des Energieaufwandes zum Antrieb des Ventilators von mehr als 50%.
Oft gehören die Orte an denen Treibdüsen eingesetzt werden können zu verschiedenen Brandbereichen eines Gebäudes. Daher ist es erforderlich, im Brandfall die Ausbreitung von Rauch und Feuer über die Luftleitungen zu verhindern. Zu diesem Zweck wird eine Brandschutzabsperrvorrichtung mit der entwickelten Treibdüse kombiniert. Die Anordnung der Absperrvorrichtung und des Auslösemechanismus erfolgt so, dass eine Behinderung der Luftströme vermieden wird. Die strömungstechnischen Eigenschaften des Bauteils sind mit und ohne Brandschutzabsperrvorrichtung gleich.


Ergebnisse und Diskussion

Die Untersuchungen für den Brandfall zeigen, dass ein Ausbreiten von Feuer und Rauch im Gebäude durch die Luftleitungen vermieden werden kann. Unter Wärmeeinwirkung breitet sich ein Füllmaterial im Bauteil aus. Damit kann ein dichter Abschluss der betroffenen Leitung hergestellt werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass durch Treibdüsen in Abluftkanälen Energieeinsparungen möglich sind. Die Übertragung der Messergebnisse auf ein Beispielgebäude zeigt, dass bei einem flächendeckenden Einsatz von Treibdüsen in Neubauten (Mehrfamilienhäusern) mit einer Reduktion des Energiebedarfs der Abluftanlage von bis zu 5 GWh zu rechnen ist. Dabei lassen sich ca. 750.000 €/a einsparen. Die Installationskosten sind für Systeme ohne Treibdüsen nahezu gleich.
Es ist sinnvoll, auf diesem Weg weiter zu arbeiten und ein Produkt zu entwickeln, dass auf dem Markt gebracht werden kann. Dazu sind strömungstechnische Feinarbeiten erforderlich, bei denen eine Anpassung der Flächenverhältnisse zwischen Hauptkanal und Düseneinsatz erfolgt. Es sollen verschiedene Grundtypen entstehen, die dann kombiniert in Gebäuden bei unterschiedlichen Volumenströmen eingesetzt werden können. Bei den weiteren Entwicklungsarbeiten für ein marktfertiges Produkt sind An-passungen der Konstruktion an entsprechende Fertigungsmethoden notwendig. Ein Auslegungsprogramm muss an das fertige Produkt angepasst werden. Damit kann für jeden Anwendungsfall die richtige Düse ausgewählt werden. Darüber hinaus sind Feinarbeiten am Brandschutzelement erforderlich. Die im Rahmen des Vorhabens durchgeführten Brandversuche zeigen, dass die brandschutztechnischen Vorgaben erfüllt werden können. Für die brandschutztechnische Zulassung sind weitere Prüfungen bei der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) durchzuführen. Nach erfolgreichen Versuchsreihen bei der BAM kann eine Zulassung durch das Institut für Bautechnik erfolgen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es werden Artikel in Fachzeitschriften erscheinen.


Fazit

Im Rahmen des Projektes wurde ein Bauteil entwickelt, in dem ein Brandschutzelement und eine sogenannte Treibdüse kombiniert sind. Der Energieeinsatz zum Transport von Abluft wird bei Einsatz des kombinierten Bauelementes minimiert. Vorteil des kombinierten Bauteils ist die energetisch günstige Einströmung in Verbindung mit der Abschottung eines Brandabschnitts. Darüber hinaus wird die Montage erheblich vereinfacht. Das Kanalsystem muss bei richtiger Dimensionierung nachträglich nicht mehr gedrosselt werden. Dies wurde in der Praxis bisher meist Monteuren auf der Baustelle überlassen. Für Treibdüsen in Abluftsystemen gibt es vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten. Sie können nicht nur in Abluftsystemen von Mehrfamilienhäusern sondern auch in Büro- und Verwaltungsgebäuden, Läden sowie in Versammlungsstätten verwendet werden. Praktisch ist der Einsatz nach konstruktiver Anpassung in allen Abluftsystemen denkbar. Weitere notwendige Bauteiloptimierungen und brandschutztechnische Prüfungen als Voraussetzung einer bautechnischen Zulassung und erfolgreichen Markteinführung sollte das Ingenieurbüro in Kooperation mit dem Anlagenbauer aus eigener Kraft leisten.