Nachhaltiges und energieeffizientes Bauen – nur mit geruchsarmen Bauprodukten!

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Nachhaltiges und energieeffizientes Bauen – nur mit geruchsarmen Bauprodukten!

Univ.-Prof. Dr.-Ing.

Dirk Müller

RWTH Aachen University E.ON Energy Research Center

Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate Germany

Fachkonferenz zum Abschluss der Pilotphase des AgBB zur Geruchsprüfung von Bauprodukten

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Emissionsarme Bauprodukte- ein zentraler Bestandteil auf dem Weg zum energieeffizienten Bauen

Emissionsarme/

geruchsarme Bauprodukte Nachhaltigkeit/

Co₂Reduktion

Verbesserung der Aufenthalts-

qualität in Gebäuden

Reduzierung der Betriebskosten Reduzierung der

Energiebedarfe

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Gliederung

Raumlasten in Gebäuden

Einführung Luftqualität

Bewertung der Raumluftqualität mit Probanden Einführung von Materialkennlinien

Berechnungsgrundlagen für den Luftvolumenstrom Bedarfsgeregelte Lüftung

Beispielrechnung: Heizwärmebedarf eines Großraumbüros bei unterschiedlichen Anwesenheitsprofilen und Gebäudekategorien Zusammenfassung

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Raumlasten in Gebäuden

Abführen von Raumlasten

Stofflast Wärmelast

Heizlast Kühllast

sensibel latent sensibel latent

Reinigungslast Feuchtelast

Geruchsstoffe Ballaststoffe

Entfeuchtung Schadstoffe

Befeuchtung

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Verunreinigungsquellen im Raum

Personen

Bioeffluenzen Raucher

Zuluftqualität

RLT-Anlagen Außenluftqualität

Raumausstattung

Möbel Teppich Wandfarbe

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Wahrgenommene und messbare Größen

Zu den technisch messbaren Größen der Luftqualität gehören:

gasförmige Inhaltsstoffe Partikel und Fasern

Pilzsporen Viren

Bakterien Allergene

Zu den nur durch den Menschen wahrgenommenen Kriterien für die Luftqualität gehören:

Geruchsintensität

Geruchseindruck/Hedonik

Akzeptanz (empfundene Luftqualität)

!

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Gliederung

Raumlasten in Gebäuden Einführung Luftqualität

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Einführung Luftqualität

Jeder Mensch empfindet Luftqualität anders.

Grundsätzlich wird beim Betreten eines

Raumes die Luftqualität deutlich schlechter eingestuft als bei längerem Aufenthalt

(Adaptionseffekt).

Durch die energetisch optimierte Bauweise von Gebäuden muss heute gezielter gelüftet

werden als zu früheren Zeiten.

Anforderungen an die Luftqualität:

Das Einatmen der Luft darf kein Gesundheits- risiko (z.B. Sick Building Syndrome) darstellen Die Luft soll als frisch und angenehm empfunden werden

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Kurze Historie der Luftqualität

Mitte 19. Jahrhundert, Hygieniker Max Pettenkofer

Einführung des CO₂ Gehalts als Indikator für die Verunreinigung durch Personen

CO₂ Konzentration von 1.000 ppm (Pettenkoferzahl) sollte nicht überschritten werden.

1936/1937, Yaglou

Luftqualität wird direkt beim betreten des Raumes durch Menschen beurteilt (keine Adaptionseffekte).

Subjektive Bewertung, die über statistische Auswertungen über die Unzufriedenheit der Nutzer objektiviert werden.

Mitte 20. Jahrhundert, Ole Fanger

Nachweis bezüglich eines negativen Einflusses zwischen schlechter Raumqualität und Asthma bei Kindern sowie Einbußen der Produktivität am Arbeitsplatz

Einführung der Einheit „Olf“ und „dezipol“ als Maßstab für die Stärke einer Geruchsbelastung

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Gliederung

Bewertung der Raumluftqualität mit Probanden

Einführung von Materialkennlinien

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Sensorische Bewertung der Luftqualität nach DIN EN ISO 16000-28

Bewertung der Luftqualität ohne Vergleichsmaßstab:

Akzeptanz Abfragen

– 2–Punkt–Skala oder Akzeptanzskala.

– obere Grenze bei 100% Unzufriedener.

– große Zahl an Testpersonen (min. 15 Personen) notwendig.

Hedonische Bewertung

– 9 Punkt-Skala.

– Frage: „Stellen Sie sich vor, Sie würden

mehrere Stunden täglich der Luft ausgesetzt sein. Wie angenehm ist die Luftqualität?“

– min. 8 untrainierte Probanden.

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Sensorische Bewertung der Luftqualität nach DIN EN ISO 16000-28

Bewertung mit

Vergleichsmaßstab

Die empfundene Intensität wird mit einem

Vergleichsmaßstab (unterschiedliche

Acetonkonzentrationen) bestimmt.

Zur Verhinderung von Adaptionseffekten muss die Nase zwischendurch mit neutraler Luft „gespült“

werden.

Mindestens 8 trainierte Probanden sollten

eingesetzt werden.

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Empfundene Intensität

Π

Die empfundene Intensität Π kann nur mit trainierten Probanden unter Einsatz eines Vergleichsmaßstabes bestimmt werden.

Die Einheit von Π ist pi. Dabei entspricht 0 pi einer Konzentration von 20 mg_Aceton/m³_Luft. Diese Konzentration entspricht der Geruchsschwelle von Aceton in Luft.

Bei dieser Geruchsschwelle können 50 % der Probanden einen Acetongeruch wahrnehmen.

Der Vergleichsmaßstab besteht aus sechs Trichtern mit linear abgestuften Acetonkonzentrationen.

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Probandenbewertung nach DIN EN ISO 16000-28

Um valide und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, müssen statistische Grenzwerte eingehalten werden.

Bei der Analyse der Daten wird grundsätzlich von einer Normalverteilung aller Größen ausgegangen

Die Genauigkeit der Bewertung, ausgedrückt durch den Vertrauens- bereich (Konfidenzintervall, 90%), muss bei der Bewertung folgenden Anforderungen genügen:

Akzeptanz bei +- 2, Hedonik bei +- 1, Intensität bei +- 2 pi.

Wird die geforderte Genauigkeit nicht erreicht, muss innerhalb von 30 h eine zweite Messung erfolgen.

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Abhängigkeiten zwischen sensorischen Messgrößen

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Abhängigkeiten zwischen sensorischen

Messgrößen bei Bauprodukten

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Gliederung

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Kennlinie eines geruchsrelevanten Bauproduktes

Alle Geruchsstoffe besitzen eine logarithmische Kennlinie in Bezug auf die Verdünnungsstufe: Π = ⋅ log

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Geruchsuntersuchungen von Warenhausprodukten

Untersuchung der Geruchsintensität verschiedener Warengruppen

(Schuhe, Kleidung, Bücher) bei unterschiedlichen Luftvolumenströmen mit Probanden im Luftqualitätslabor

Bestimmung des zeitlichen Abklingverhaltens der Waren über 4 Tage (Lüftung 24 Std/Tag, LW 3,5 1/h)

Nach 96 Stunden Aufnahme der Verdünnungskennlinien mit unterschiedlichen Luftvolumenströmen

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Verdünnungskennlinien von typischen Verkaufsgütern in

Warenhäusern

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Verdünnungskennlinie: Kleidung

y = 1,2745ln(x) + 5,869 R² = 0,7361

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

empfundeneIntensitätpi

volumenspezifische Flächenlast m²/(m³/h)

Kleidung

Log. (Kleidung)

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Referenzfall- derzeitig eingestellter Luftwechsel

y = 1,2745ln(x) + 5,869 R² = 0,7361

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

empfundene Intensität pi

Kleidung

Referenzpunkt Log. (Kleidung)

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Halbierung des Luftwechsels n/2

y = 1,2745ln(x) + 5,869 R² = 0,7361

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Kleidung

Referenzpunkt n/2

Log. (Kleidung) 3,5 [1/h] → 1,75 [1/h]

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Halbierung der Intensität pi/2

y = 1,2745ln(x) + 5,869 R² = 0,7361

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Kleidung

Referenzpunkt pi/2

n/2

Log. (Kleidung) 3,5 [1/h] → 1,75 [1/h]

3,5 [1/h] → 24 [1/h]

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Energieeinsparpotentiale durch Reduzierung der Volumenströme

3,5 [1/h] → 1,75 [1/h]

y = 1,2745ln(x) + 5,869 R² = 0,7361

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Kleidung

Referenzpunkt pi/2

n/2

Log. (Kleidung) 3,5 [1/h] → 24 [1/h]

Halbierung des Luftwechsels realisierbar ohne wesentliche Verschlechterung der empfundenen Luftqualität

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Gliederung

Berechnungsgrundlagen für den Luftvolumenstrom

Bedarfsgeregelte Lüftung

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Relevante Europäische Normen

DIN EN 13779 – Lüftung von nicht Wohngebäuden – allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme

DIN EN 15251 – Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik

DIN V 18599 – Energetische Bewertung von Gebäuden, Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung,

Trinkwasser und Beleuchtung

DIN EN 12831 – Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast

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Kennzahl für Strömungsenergieangebot

Ziel ist eine raumerfüllende Strömungsstruktur Keine Angabe über Schadstoffbelastung

Luftwechselberechnung:

Im Rahmen der EnEV wird für Wohngebäude ein Mindestluftwechsel angegeben (0,5 h^-1). Dieser Wert berücksichtigt den Feuchtigkeits- haushalt einer Wohnung.



 



= 

h 1 V

n V

R LW ZL

&

Auslegung nach dem Luftwechsel

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Notwendige Luftmengen nach DIN EN 15251

Grundlegende erforderliche Lüftungsraten für die Abschwächung von Emissionen von Personen und Bauprodukten

Kategorie Sehr

schadstoffarmes Gebäude

Schadstoffarmes Gebäude

Nicht

schadstoffarmes Gebäude

I 0,5 l/s, m² 1 l/s, m² 2,0 l/s, m²

II 0,35 l/s, m² 0,7 l/s, m² 1,4 l/s, m²

III 0,3 l/s, m² 0,4 l/s, m² 0,8 l/s, m²

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Gesamtlüftungsrate für einen Raum DIN EN 15251

Beispiel 1: Großraumbüro 200 m², 20 Pers., nicht schadstoffarm, Klasse II q_tot = 20 ⋅ 7 l/s + 200 m² ⋅ 1,4 l/s,m² = 467 l/s = 1714 m³/h

Beispiel 2: Großraumbüro 200 m², 20 Pers., sehr schadstoffarm, Klasse II q_tot = 20 ⋅ 7 l/s + 200 m² ⋅ 0,35 l/s,m² = 210 l/s = 756 m³/h

q_tot = n ⋅q_p+ A ⋅q_B

q_tot Gesamtlüftungsrate des Raums, in l/s;

n Auslegungswert für die Anzahl der Personen im Raum,

q_p Lüftungsrate für die Belegung bzw. Nutzung je Person (l/s, Person) A Grundfläche des Raums, m²

q_B Gebäudeemissionen bezogene Lüftungsrate, l/s,m²

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Gliederung

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Reduzierung des Außenluftanteils

Bei nicht konstanter Nutzung des Raum ergibt sich im Tagesverlauf ein Überangebot

Durch Transport der Luft und Konditionierung erhöht sich unnötig der Energiebedarf ohne bedarfsgeregelte Lüftung

+ - + -

800 m³/h 150 m³/h

Reduzierung des Energiebedarfs

Prinzipschaubild: Bedarfsgeregelte Lüftung

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Luftqualitätsgesteuerte Regelung der Außenluftmengen

Verwendung von CO₂ Sensoren (Infrarot)

Erlaubt nur Bezug auf Personenlasten.

Indikator für zu geringe Lüftung.

Keine Aussage über Schadstoffe anderer Natur.

Verwendung von breitbandigen Multigassensoren

Erfassung von VOCs

Luft-Wasser-Systeme

Trennung zwischen thermischen und stofflichen Lasten

Energetisch optimierter Betrieb von Luftverteilsystemen

Ventilatoren mit Frequenzumrichtern

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Zusammenhang zwischen VOCs und CO

₂

Quelle: Sensortec GmbH/ Ins

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Korrelation: IAQ-Sensoren und CO

₂

Messgerät

Korrelation zwischen IAQ-Sensoren und einem externen Messgerät zur Messung der CO2-Konzentration in der Raumluft

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 91 181 271 361 451 541 631 721 811 901 991 1081 11711261 1351 Minuten

IAQ-Sensorsignal V

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

CO2-Konzentration in ppm

IAQ-Sensor (312) CO2-Messgerät

(36)

Gliederung

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Raumlufttechnische Anlage mit Wärmerückgewinnung

VE KÜ

AB- Abluft AU- Aussenluft ZU- Zuluft Ra- Raumluft Ab- Abluftventilator B- Befeuchter FIL- Filter

KÜ- Kühler NE- Nacherhitzer SD- Schalldämpfer VE- Vorerhitzer

WRG- Warmerückgewinner ZV- Zuluftventilator

FO- Fortluft

Ra FO Ra

AU

W R G

FIL

B NE SD ZV SD

ZV SD SD

Zu AB

Au 1

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Daten Raum:

Grundfläche 1000 m²

Mittlerer U-Wert 0,6 W/m² K Max. Belegung 100 Personen 1000 m² Teppichboden

Raumkategorie II

Daten Lüftung:

Grundlüftung 7 l/s Wetterdaten TRY 01

Maschinelle Lüftung mit 60 % WRG Wirkungsgrad Ventilator 0,6

www.Wagenhuber-gmbh.de

Beispielrechnung eines Großraumbüros mit

variablem und konstantem Anwesenheitsprofil

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h-x Diagramm

-20 -10 0 10 20 30 40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Luft-Temperatur in °C

Wasserbeladung in g/kg

TRY 04

Sättigungslinie Prozessfeld Nur Heizen Nur Kühlen Nur Befeuchten

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Beispielrechnung: Differenzierte Betrachtung verschiedener Gebäudekategorien und Nutzungsfälle

Fall Gebäudekategorie DIN EN 15251

Belegung und Nutzungsfälle

Luftmengenanteil mit Emission

1 Schadstofffrei-

Glashaus ohne Anwesenheitsprofil 2 schadstoffarm mit variabler Belegung

3 schadstoffarm mit variabler Belegung min. 20 % des var.

Anteils

4 schadstoffarm mit variabler Belegung min. 40 % des var.

Anteils

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Beispiel: Fall 2 - Profil der Personenbelegung

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00

Personenbelegung

Uhrzeit

Anwesenheitsprofil

Gesamtlüftungslast Grundlast des Gebäudes Anwesenheitsprofil

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Beispiel: Fall 2 - Grundlastbetrieb des Gebäudes

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Personenbelegung

kwh

Uhrzeit

Grundlast des Gebäudes

Grundlast des Gebäudes Anwesenheitsprofil

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Beispiel: Fall 2 - Gesamtlastprofil des Gebäude

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00

Personenbelegung

kwh

Uhrzeit

Gesamtlastprofil

Gesamtlüftungslast Grundlast des Gebäudes Anwesenheitsprofil

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Energiebedarfe für den Lufttransport und die Konditionierung

bei unterschiedlichen Profilen

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Gliederung

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Zusammenfassung

Geruchsbelastungen in Räumen können bisher nur sehr aufwendig mit Probandengruppen bestimmt werden. Dieses Problem verhindert eine breite Anwendung der empfundenen Luftqualität in der Praxis.

Hohe Geruchsbelastungen führen zu einem geänderten Lüftungs- verhalten und erhöhen somit den Energieverbrauch eines Gebäudes.

Klassische Auslegungsverfahren für den Luftwechsel sowie

energetische Nachweisverfahren berücksichtigen den Einfluss von Verunreinigungsquellen im Raum nur unzureichend.

Neue Europäische Normen unterscheiden drei Belastungsstufen in Räumen. Nichtlineare Eigenschaften von Verdünnungskennlinien werden vernachlässigt.

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Nachhaltiges und energieeffizientes Bauen – nur mit geruchsarmen Bauprodukten!