Luftwechsel und Differenzdruck

Untersuchungen zur Bestimmung des Luftwechsels gemäß VDI-Richtlinie 4300 Blatt 7 "Messen von Innenraumluftverunreinigungen: Bestimmung der Luftwechselzahl in Innenräumen" haben das den Luftwechsel zu bestimmen, Klimamodelle z.B. für historisch wertvolle Gebäude zu verfeinern, und so im Rahmen geplanter Sanierung die Erhaltungsbedingungen für den wertvolle Gebäudebestände und historische Einbauten zu optimieren.

Bei komplexen Innenräumen empfiehlt es sich nach zwei verschiedenen, in der VDI-Richtlinie beschriebenen Verfahren Messungen durchgeführt:

  1. Konzentrationsabklingmethode
  2. Konstant-Injektionsmethode

Aufgrund des weiten Messbereiches unseres eingesetzten fotoakustischen Detektors ist es möglich, mit der Konzentrationsabklingmethode den Luftwechsel und seine zeitlichen Veränderungen über einen langen Zeitraum zu dokumentieren. Hierfür werden i.d.R. mehrere Messpunkte eingerichtet, um eine gleichmäßige Verteilung des Tracergases in der Raumluft dokumentieren zu können. Eine weitere Dokumentation der gleichmäßigen Verteilung wird durch die zeitlich eng folgende Ermittlung der Messwerte im Abstand von jeweils etwa einer Minute erreicht. Für die Bestimmung des Luftwechsels werden jeweils etwa 30 Messwerte gelegt.

Die Konstant-Injektionsmethode wird häufig zusätzlich eingesetzt, da die VDI-Richtlinie diese Methode insbesondere für große komplexe Räume empfiehlt. Nachteil der Methode ist die lange Messzeit bis zu Einstellen einer konstanten Tracergas-Konzentration, so dass mit dieser Methode nur ein Wert für den Luftwechsel bestimmt werden konnte.

Die Dokumentation der Randbedingungen erfolgte über folgende Maßnahmen:

  1. Messung der Gebäudedifferenzdrücke über den gesamten Messzeitraum.
  2. Messung der Außen- und Innentemperaturen mittels Datenlogger.
  3. Dokumentation der meteorologischen Daten.

Der Luftwechsel in Innenräumen wird maßgeblich von zwei Einflussgrößen bestimmt: Zum einen führen die herrschenden Windverhältnisse zwischen Innen- und Außenseite des Gebäudes zu Druckunterschieden, welche einen Luftaustausch bewirken. Dabei wird durch die auftreffenden Luftmassen ein Überdruck und damit ein Differenzdruck zwischen der äußeren und inneren Wandoberfläche erzeugt, der durch Ausgleichströmungen kompensiert wird. Je höher die Windgeschwindigkeit ist, umso größer ist der Differenzdruck und umso mehr Luft wird ausgetauscht. Auch der Anströmwinkel hat Bedeutung. Er schafft bei 90° den höchsten Staudruck an der angeströmten Wand, da die Windgeschwindigkeit abgeschwächt und dabei ein Teil der kinetischen Strömungsenergie in potentielle Druckenergie umgewandelt wird.

An den parallel angeströmten Gebäudeseiten und an der Rückseite nimmt die Geschwindigkeit des Windes wieder zu, und es entsteht ein Unterdruck an den Außenflächen, was wiederum einen Ausgleichsstrom zwischen Raum- und Außenluft zur Folge hat. Zum anderen kommt es durch Unterschiede der Temperaturen zu Druckdifferenzen und damit zu Ausgleichströmungen. Je größer diese Differenzen sind, umso größer ist auch der Luftaustausch.