Wie berechnet man den Luftvolumenstrom in der Lüftung? Normen, Luftwechselrate und Rechner

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Die Planung einer Lüftungsanlage beginnt immer mit derselben Frage – wie viel Luft muss einem Raum zugeführt und wie viel aus ihm abgeführt werden. Vom korrekt bestimmten Luftvolumenstrom hängt alles ab, was der Planer anschließend tut: Auswahl der Kanaldurchmesser, Pressung des Ventilators, Größe der Lüftungszentrale sowie die Energiebilanz des Gebäudes. Ein zu niedriger Volumenstrom bedeutet stickige Luft, Feuchtigkeit und nicht erfüllte hygienische Anforderungen, ein zu hoher – unnötige Energieverluste und eine teurere Anlage.

In diesem Artikel zeigen wir, woher der Wert des Luftvolumenstroms stammt, welche Anforderungen die polnischen Normen und Vorschriften stellen und wie man ihn Schritt für Schritt für einen Raum berechnet. Wenn Sie schnell das Ergebnis für ein konkretes Raumvolumen prüfen möchten, nutzen Sie unseren Rechner für Luftvolumenstrom und Temperatur.

Wann muss der Luftvolumenstrom berechnet werden

Der Lüftungsvolumenstrom ($\dot{V}$, ausgedrückt in m³/h) ist die Menge an Frischluft, die einem Raum zugeführt, bzw. an verbrauchter Luft, die in einer Zeiteinheit aus ihm entfernt wird. Die Berechnung dieses Volumenstroms ist in jedem Lüftungsprojekt unerlässlich – unabhängig davon, ob wir eine Schwerkraftlüftung, eine mechanische Abluftanlage oder eine mechanische Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung planen.

In der Praxis begegnen wir der Berechnung des Luftvolumenstroms in einigen typischen Situationen:

• Einfamilien- und Mehrfamilienwohngebäude – Grundlage sind die hygienischen Anforderungen für Küchen, Bäder, WCs und Nebenräume, die in der Norm PN-83/B-03430/Az3:2000 sowie in der Verordnung über die technischen Bedingungen, denen Gebäude entsprechen müssen (polnische technische Bauvorschriften, WT), festgelegt sind.
• Büros, Konferenzräume, Gewerbeflächen – Grundlage ist die Anzahl der Personen, die den Raum nutzen, und der sogenannte personenbezogene Luftvolumenstrom, in Räumen mit erhöhter Schadstoffemission zusätzlich die Luftwechselrate.
• Gastronomieräume, Küchenbereiche – der Volumenstrom hängt von den Wärme- und Feuchtigkeitslasten der technologischen Geräte sowie von der geforderten Luftwechselrate ab.
• Technische Räume, Heizräume, Garagen – der Volumenstrom ergibt sich aus den Branchenvorschriften (z. B. Verordnung über die technischen Bedingungen für Garagen, Brandschutzvorschriften, Normen für Gasheizräume).
• Sanitärräume, Schwimmbäder, Umkleiden – die Abluftwerte werden üblicherweise als Luftwechselrate oder als Volumenstrom je Einheit (z. B. Kabine, Gerät, Person) angegeben.

Grundlegende Methoden zur Bestimmung des Luftvolumenstroms

Je nach Raumtyp wird eine der vier grundlegenden Berechnungsmethoden angewandt. In der Planungspraxis wird der Volumenstrom häufig nach jeder dieser Methoden berechnet und der größte Wert angenommen – damit alle Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden.

1. Methode der Luftwechselrate

Die Luftwechselrate n [1/h] gibt an, wie oft die Luft im Raum pro Stunde durch Frischluft ersetzt wird. Der Volumenstrom wird nach der Formel berechnet:

$\dot{V} = n \cdot V_k \ [\mathrm{m ^ (3 / h)}]$

wobei:

• $n$ – Luftwechselrate [1/h]
• $V_k$ – Raumvolumen [m³], also das Produkt aus Bodenfläche und lichter Raumhöhe

Die Methode ist einfach, liefert aber nur dann ein zuverlässiges Ergebnis, wenn wir eine für den jeweiligen Raum geeignete Luftwechselrate wählen. Die empfohlenen Werte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Empfohlene Werte der Luftwechselrate werden u. a. in der Norm PN-EN 16798-1 (ersetzt die zurückgezogene PN-EN 13779), in Branchenrichtlinien sowie in Planerhandbüchern angegeben. In Tiefgaragen beziehen sich höhere Werte (z. B. 6–10 Luftwechsel) üblicherweise auf die Notfall- oder Brandfalllüftung mit CO/LPG-Detektion, nicht auf die Grundlüftung im Normalbetrieb. Der tatsächliche Wert ist stets mit den speziellen Anforderungen abzugleichen – schreibt die Vorschrift vor, dass die Abluft im Bad mindestens 50 m³/h betragen muss, so ist dieser Wert bindend, auch wenn aus der Luftwechselrate ein geringerer Wert resultiert.

2. Hygienische Methode – Luft pro Person

In Räumen, die für Personen bestimmt sind (Büros, Säle, Praxen), ist die wesentliche Größe die Menge an Frischluft pro Person. Die Formel ist sehr einfach:

$\dot{V} = m \cdot \dot{V}_{os} \ [\mathrm{m ^ (3 / h)}]$

wobei:

• $m$ – Anzahl der im Raum anwesenden Personen
• $\dot{V}_{os}$ – personenbezogener Luftvolumenstrom [m³/h]

Die Werte von $\dot{V}_{os}$ werden in der aktuellen Norm PN-EN 16798-1 (ersetzt die zurückgezogene PN-EN 13779) festgelegt, welche vier Kategorien der Innenraumluftqualität einführt: Kategorie I, II, III und IV. Typische Planungswerte sind in der Tabelle zusammengestellt.

Gemäß PN-EN 16798-1 hängt der gesamte Luftvolumenstrom nicht ausschließlich von der Personenanzahl ab – er ist die Summe aus dem personenbedingten Anteil ($q_p \cdot m$) und dem Anteil, der mit der Schadstoffemission aus Baumaterialien und Einrichtungsgegenständen zusammenhängt ($q_B \cdot A$, wobei $A$ die Raumfläche ist). In Räumen mit geringer Personendichte kann das Weglassen des flächenbezogenen Anteils das Ergebnis erheblich verfälschen (zu niedrig).

Die polnischen technischen Bauvorschriften (WT) präzisieren in § 149 den minimalen Frischluftstrom pro Person:

• 20 m³/h – in Räumen mit zu öffnenden Fenstern,
• 30 m³/h – in Räumen ohne zu öffnende Fenster oder in klimatisierten Räumen,
• 50 m³/h – in Räumen, in denen Rauchen zulässig ist.

In Turnhallen und Räumen mit körperlicher Anstrengung werden sogar 50–60 m³/h pro Person angesetzt.

3. Methode der hygienischen Anforderungen für Wohnungen (PN-83/B-03430)

Für Wohngebäude ist die Grundlage der Lüftungsplanung die polnische Norm PN-83/B-03430/Az3:2000 „Lüftung in Wohn-, Gemeinschafts- und öffentlichen Gebäuden". Die Norm legt die minimalen Abluftvolumenströme aus Sanitärräumen und Küchen fest; die Zuluft soll einen entsprechenden Zustrom frischer Luft in die Wohnräume gewährleisten.

Der in die Wohnung zugeführte Volumenstrom soll mindestens gleich der Summe der Abluftvolumenströme aus den Sanitärräumen und der Küche sein. Genau diese Regel bestimmt den minimalen Lüftungsvolumenstrom für die gesamte Wohnung. Zu beachten ist, dass eine fensterlose Küche mit Gasherd eine mechanische Abluftanlage erfordert – eine Schwerkraftlüftung ist in diesem Fall unzulässig.

4. Bilanzmethode – Wärme- und Feuchtelasten

In Räumen mit hohen Wärme- oder Feuchtelasten (Serverräume, Profiküchen, Schwimmbäder, Produktionshallen) wird der Volumenstrom so bestimmt, dass der Wärme- bzw. Feuchteüberschuss abgeführt wird. Die grundlegenden Formeln:

Aus der Bilanz der sensiblen Wärme:

$\dot{V} = \frac{Q}{\rho \cdot c_p \cdot \Delta T} \cdot 3600 \ [\mathrm{m^3/h}]$

wobei:

• $Q$ – sensible Wärmelasten [kW]
• $\rho$ – Luftdichte, 1,2 kg/m³
• $c_p$ – spezifische Wärmekapazität der Luft, 1,005 kJ/(kg·K)
• $\Delta T$ – Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Abluft [K]

Aus der Feuchtebilanz:

$\dot{V} = \frac{W}{\rho \cdot (x_w - x_n)} \ [\mathrm{m^3/h}]$

wobei:

• $W$ – Feuchtestrom im Raum [kg/h]
• $x_w$, $x_n$ – Feuchtegehalt der Abluft bzw. Zuluft [kg/kg tr. Luft]

Berechnungsbeispiel – Konferenzraum

Wir planen die Lüftung für einen Konferenzraum mit den Abmessungen 8,0 × 5,0 m und einer Höhe von 2,7 m. Der Raum ist für 20 Personen vorgesehen. Berechnen wir den erforderlichen Volumenstrom nach drei Methoden und vergleichen die Ergebnisse.

Schritt 1: Raumvolumen

$V_k = 8{,}0 \cdot 5{,}0 \cdot 2{,}7 = 108 \ \mathrm{m^3}$

Schritt 2: Methode der Luftwechselrate

Für den Konferenzraum nehmen wir n = 8 [1/h] an:

$\dot{V}_1 = 8 \cdot 108 = 864 \ \mathrm{m ^ (3 / h)}$

Schritt 3: Hygienische Methode (Luft pro Person)

Für Kategorie II nach PN-EN 16798-1 nehmen wir 36 m³/h pro Person an:

$\dot{V}_2 = 20 \cdot 36 = 720 \ \mathrm{m ^ (3 / h)}$

Schritt 4: Prüfung der Wärmelastabfuhr

Die sensiblen Wärmelasten von Personen (75 W/Pers.), Beleuchtung (10 W/m²) und Geräten schätzen wir auf etwa 2,5 kW. Bei einer Temperaturdifferenz ΔT = 6 K:

$\dot{V}_3 = \frac{2{,}5}{1{,}2 \cdot 1{,}005 \cdot 6} \cdot 3600 \approx 1244 \ \mathrm{m^3/h}$

Schritt 5: Wahl des Planungswertes

Wir nehmen den größten Wert an, also 1244 m³/h – nur ein solcher Volumenstrom erfüllt gleichzeitig die hygienischen Anforderungen und die Wärmebilanz. In der Praxis wird, falls die Wärmebilanz einen sehr hohen Volumenstrom erfordert, ein Kühler in der Zentrale oder Umluftbetrieb erwogen – andernfalls wäre der Energieverbrauch für die Lufterwärmung im Winter sehr hoch.

Was nach der Berechnung des Volumenstroms folgt

Der Luftvolumenstrom ist erst der Beginn der Planung einer Lüftungsanlage. Der nächste Schritt ist die Überprüfung der Bilanz von Zu- und Abluft – die Summen der zu- und abgeführten Volumenströme im gesamten Gebäude sollen annähernd gleich sein. In einer Wohnung begrenzt ein leichter Unterdruck (Abluft um 5–10 % größer als Zuluft) das Eindringen von Feuchtigkeit in die Bauteile, während in öffentlichen Gebäuden häufig ein Überdruck angestrebt wird, um die Infiltration unaufbereiteter Außenluft zu verhindern.

Mit dem ermittelten Volumenstrom wählt der Planer die Kanaldurchmesser – die Methodik der Auswahl auf Basis der empfohlenen Geschwindigkeit und der Druckverluste finden Sie in unserem Leitfaden zur Auswahl von Lüftungskanälen, und schnelle Berechnungen führen Sie im Rechner zur Auswahl von Lüftungskanälen durch. Vom Volumenstrom hängen auch die Größe der Lüftungszentrale und die Pressung des Ventilators ab (ergibt sich aus den Druckverlusten der gesamten Anlage).

Nach der Bestimmung des Volumenstroms kann auch die Leistung berechnet werden, die zum Erwärmen oder Kühlen der Luft erforderlich ist – im Rechner für Luftvolumenstrom und Temperatur bestimmen Sie beide Parameter gleichzeitig. Bei Anlagen mit Wärmerückgewinnung prüfen Sie den Wirkungsgrad und die Leistung der Wärmerückgewinnung im Rechner für Wärmerückgewinnung.

Die häufigsten Fehler bei der Berechnung des Luftvolumenstroms

1. Verwechseln von Raumvolumen und Fläche. Die Luftwechselrate multiplizieren wir mit dem Raumvolumen (m³), nicht mit der Fläche (m²). Bei Raumhöhen über 2,5 m kann der Fehler beträchtlich sein.

2. Nichtberücksichtigung der Zu- und Abluftbilanz. Wenn wir in der Wohnung eine hohe Abluft aus Küche und Bad sicherstellen, aber keine entsprechende Zuluft vorsehen (z. B. Fensterzuluftelemente oder einen Zuluftkanal), wird die Anlage nicht ordnungsgemäß funktionieren – die Luft hat keinen Weg hineinzuströmen.

3. Annahme der Luftwechselrate ohne Überprüfung der Normanforderungen. Bei Wohnungen kann die Luftwechselrate einen geringeren Wert ergeben als die Anforderungen der PN-83/B-03430. Verbindlich sind die jeweils größeren, nicht die kleineren Werte.

4. Zu niedrige Personenanzahl. In Konferenzräumen oder Restaurants wird oft die Anzahl der Arbeitsplätze statt der maximalen Belegung angenommen. Für die Lüftung ist die maximale planmäßige Belegung des Raumes anzusetzen.

5. Fehlende Korrektur für Wärme- und Feuchtelasten. In Räumen mit hohen Wärmelasten (Serverräume, Räume mit viel Technik, Küchen) reicht die hygienische Methode nicht aus – zusätzlich muss der Volumenstrom aus der Wärmebilanz berechnet werden.

6. Vernachlässigung der Luftdichte bei höheren Temperaturen. Wenn die zugeführte Luft warm ist (z. B. im Sommer nach Erwärmung in der Zentrale) oder wenn Kanäle Luft mit einer von 20 °C deutlich abweichenden Temperatur führen, sinkt die Dichte und der Volumenstrom steigt. Für Planungsberechnungen wird in Polen standardmäßig ρ = 1,2 kg/m³ für 20 °C angenommen, doch bei Bilanzrechnungen für Heizräume oder Trockner ist an die tatsächliche Temperatur zu denken.

7. Zu hohe Luftwechselraten „auf Reserve". Eine Überdimensionierung des Volumenstroms um 30–50 % verbessert den Komfort nicht, erhöht jedoch sowohl die Investitionskosten (größere Kanäle, stärkere Zentrale) als auch die Betriebskosten (Erwärmung einer größeren Luftmenge im Winter).

Zusammenfassung

Die Berechnung des Lüftungsvolumenstroms ist die erste und wichtigste Entscheidung im Planungsprozess einer Anlage. Je nach Zweckbestimmung des Raumes wird die Methode der Luftwechselrate, die hygienische Methode (Luft pro Person), die Anforderungen der Norm PN-83/B-03430 für Wohnungen oder die Bilanzmethode für Räume mit hohen Wärme- und Feuchtelasten angewandt. In der Planungspraxis wird jede der für den Raum zutreffenden Methoden gerechnet und der größte Wert angenommen, um alle Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen.

Um schnell den erforderlichen Luftvolumenstrom sowie die damit verbundene Zulufttemperatur zu prüfen, nutzen Sie unseren Rechner für Luftvolumenstrom und Temperatur. Nach der Bestimmung des Volumenstroms ist der nächste Schritt die Auswahl des Kanalquerschnitts – werfen Sie einen Blick in den Leitfaden zur Auswahl von Lüftungskanälen oder direkt in den Rechner zur Auswahl von Kanälen.

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