Alte Luft raus frische Luft rein. Technischer Bericht

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Alte Luft raus – frische Luft rein

Technischer Bericht

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Datum: 05.10.2021 Unsere Zeichen:

IS-UT-Dekarb/Bin Dokument:

T3810-2a M1 Beck (Simulation) Zus.docx

Das Dokument besteht aus 6 Seiten.

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Die auszugsweise Wiedergabe des Dokumentes und die Verwendung zu Werbezwecken bedürfen der schriftlichen Genehmigung der TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH.

Die Prüfergebnisse beziehen sich ausschließlich auf die untersuchten Prüfgegenstände.

Managementsystem ISO 9001 / ISO14001 zertifiziert durch:

Handelsregister Darmstadt HRB 4915 USt-IdNr. DE 111665790

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Beteiligungsgesellschaft

von: TÜV Technische

Überwachung Hessen GmbH Industrie Service Umwelttechnik Am Römerhof 15

TECHNISCHER BERICHT

Nr. T0003810-02a

über

Geprüftes Lüftungsschutzkonzept Modul 1a: Designqualifizierung

- Zusammenfassung der Simulationsergebnisse -

Auftraggeber: Beck Kunststoffverformungs GmbH Elektronstraße 58

65933 Frankfurt

Ansprechpartner: Herr Roland Abt

Auftragsnummer: 43866060

Angebot TÜV Hessen: T0003810/2021-03 vom 21.07.2021

Projekt: Beck AtmoXchange System

ausgestellt am: 05.10.2021

Anzahl der Seiten: 6 + Anhang

Anzahl der Ausfertigungen: 1-fach Auftraggeber

1-fach TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH

Bearbeiter: Dr. Markus Binder

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Zeichen/Erstelldatum: IS-UT-Dekarb/Bin / 05.10.2021 Dokument: T3810-2a M1 Beck (Simulation) Zus.docx

Inhaltsverzeichnis Seite

1 Auftrag und Problemstellung ... 3

2 Aufbau der Strömungssimulation ... 3

3 Ergebnisse der Strömungssimulation ... 4

3.1 Bewertung nach DIN EN 16798-1 ... 4

3.2 Qualitative Bewertung ... 5

3.2.1 Lüftungssystem ... 5

3.2.2 Verteilung der Luftgeschwindigkeiten ... 5

3.2.3 Temperatur/Behaglichkeit ... 5

3.2.4 Atemluftverteilung... 5

4 Zusammenfassung ... 6

5 Literatur ... 6

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1 Auftrag und Problemstellung

Die Firma Beck Kunststoffverformungs GmbH, Herr Roland Abt, beauftragte die TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH (kurz: TÜV Hessen), die Funktionsfähigkeit ihrer Lüftungsanlage für Betreuungseinrichtungen (Beck AtmoXchange) simulativ zu überprüfen.

Die Firma Beck hat eine Lüftungsanlage AtmoXchange entwickelt (www.atmoxchange.de), wel- ches auf dem Konzept des Fensterlüftungssystems für Klassenräume basiert, das vom Max- Planck-Institut für Chemie entworfen wurde (www.ventilation-mainz.de). Nach einer systemati- schen Risikoanalyse der Anlage hinsichtlich Problempunkte und Optimierungspotenzial, die vom TÜV Hessen durchgeführt wurde (Technischer Bericht Nr. T0003810-1 vom 13.07.2021), sollte in einem nächsten Schritt die Funktion der Lüftungsanlage mit Hilfe einer 3D-Strömungssimulation überprüft und optimiert werden.

Die Strömungssimulation wurde von der TÜV SÜD Advimo GmbH im Auftrag vom TÜV Hessen durchgeführt. Bis heute (Stand 28.09.2021) konnten die folgenden Ergebnisse erzielt werden.

2 Aufbau der Strömungssimulation

In der Simulation wurde die Lüftungsanlage unter der Decke installiert (braune Rohre). Von einem Hauptstrang, der sich über die gesamte Raumlänge zieht, ragen auf jeder Seite fünf Verteilungs- rohre in den Raum hinein. Über diese Konstruktion wird die Luft unter der Decke abgesaugt. Die Zuluft wird mit einem Rohr aus einem Fenster entnommen und über eine Quellluft-Leitung in den Raum eingebracht.

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In der Simulation wurden zwei Varianten untersucht. Für die vorliegende Zusammenfassung werden die Ergebnisse der besseren zweiten Variante dargestellt.

Besondere Eigenschaften der Variante 2:

- Größe der Ansaugschlitze an den Verteilungsrohren 15 cm x 5 cm

- Zuführung der Frischluft über ein Quellluftrohr an der Stirnseite des Raumes (grün markiert)

3 Ergebnisse der Strömungssimulation

3.1 Bewertung nach DIN EN 16798-1

Tabelle 0-1: Betrachtung der CO2-Konzentration

Variante der Strömungssimulation V2 Konzentration CO2 Umgebung [ppm] 400 Ausatmungsvolumen Jugendlich CO2

[l/h/Person] 18

Ausatmungskonzentration CO2 [ppm] 40000 Durchschnittskonzentration Atmung [-] 0.00338 Durchschnittskonzentration CO2 [ppm] 670

Unter den oben getroffenen Annahmen hält die durchschnittliche CO2-Konzentration mit 670 ppm die Kategorie I nach EN 16798-1 [1] ein. Weiterhin liegt sie unter 1000 ppm und hält damit die Empfehlung des Umweltbundesamtes ein [2].

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Tabelle 0-2: Betrachtung der Frischluftmengen

Luftqualität Außenluftmenge Wert

Personenanzahl 25

Luftvolumen [l/s] 390

Luftvolumen [l/s/pro Person] 15,6

Unter den oben getroffenen Annahmen wird die Kategorie I nach EN 16798-1 bezüglich der emp- fohlenen Menge an Frischluft eingehalten.

3.2 Qualitative Bewertung 3.2.1 Lüftungssystem

Das Lüftungssystem funktioniert in seiner ursprünglichen Auslegung.

Optimierungspotenzial besteht an zwei Punkten:

I. Installation von unterschiedlich großen Ansaugschlitzen am Verteilerrohr (kleinere Schlitze nahe des Hauptstrangs, größere Schlitze Richtung Rohrende), um eine gleichmäßige Ab- saugung über die gesamte Rohrlänge zu erreichen.

II. Verlängerung der Verteilerrohre über die gesamte Breite der sitzenden Personen.

3.2.2 Verteilung der Luftgeschwindigkeiten

Die Luftgeschwindigkeiten wurden auf Knöchelhöhe und Atmungsebene (ca. 1 m über dem Fuß- boden) beurteilt. Im Mittel wurden Luftgeschwindigkeiten unter 0,15 m/s erreicht, was als behaglich eingestuft werden kann. Stellenweise werden jedoch Luftgeschwindigkeiten bis 0,25 m/s erreicht, was bei Lufttemperaturen um die 20°C und wenig darüber als Zugluft wahrgenommen werden kann.

3.2.3 Temperatur/Behaglichkeit

Eine thermische Gebäudesimulation hat gezeigt, dass bei einer Heizleistung von ca. 50 W/m², einer Personenbelegung von 25 Personen und der Zuluft von 15 °C bei einer Außentemperatur von -5 °C im Raum 20 °C erreicht werden. Dies kann für den Winterfall als behaglich eingestuft werden.

3.2.4 Atemluftverteilung

Die Atemluftverteilung zeigt, dass eine indirekte Infektion durch eine Aufkonzentrierung der Aero- sole durch die hohe Luftwechselrate unwahrscheinlicher wird. Die Luft steigt nach oben und wird dort abgezogen. Auf der Zuluft-abgewandten Seite bildete sich eine geringfügig höhere CO2-Kon- zentration aus als auf der Zuluft-zugewandten Seite (Unterschied jedoch nur im zweistelligen ppm- Bereich).

Die Menge der Zuluft zeigt für die Personenbelegung einen Wert von ca. 15,6 l/s/Person und ist nach DIN EN 16798-1 als Kategorie I einzuordnen.

Die CO2-Konzentrationen liegen unter 695 ppm im Schnitt und sind auch nach EN 16798-1 als Kategorie I einzuordnen. Dementsprechend wird der vom Umweltbundesamt angesetzte Richtwert

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4 Zusammenfassung

Unter Berücksichtigung der angesetzten Randbedingungen zur Atmung, Heizung und Lüftung zeigt sich, dass das System eine gute Luftqualität herstellt. Die Behaglichkeit ist in der Simulation nicht final geklärt worden, was mit einer Messung unterstützt werden sollte. Die ersten Ergebnisse zei- gen aber, dass die Geschwindigkeiten im Bereich unter 0,25 m/s liegen und die Temperaturen im Winterfall 20°C nicht unterschreiten.

Anmerkung: Die hier beschriebenen Ergebnisse gelten für die definierten Randbedingungen des Testraumes. Änderungen im System könnten andere Ergebnisse zur Folge haben. Die simulativ ermittelten Ergebnisse sollten mit Messungen validiert werden.

5 Literatur

[1] DIN EN 16798-1 (2021) Energetische Bewertung von Gebäuden - Lüftung von Gebäuden - Teil 1: Eingangsparameter für das Innenraumklima zur Auslegung und Bewertung der Ener- gieeffizienz von Gebäuden bezüglich Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik – Mo- dul M1-6; Deutsche Fassung EN 16798-1:2019. DIN-Normenausschuss Heiz- und Raum- lufttechnik sowie deren Sicherheit (NHRS), DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau), DIN-Normenausschuss Lichttechnik (FNL). April 2021

[2] IRK (2008) Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft. Mitteilungen der Ad-hoc-Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte der Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes und der Obersten Landesgesundheitsbehörde. Bundesgesundheits- blatt 51:1358-1369

Frankfurt, den 05.10.2021

TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH Industrie Service Umwelttechnik

Dr. M. Binder Yannick Renaud

Messstellenleiter, Sachverständiger Strömungssimulationsexperte