INSTATIONÄRE THERMISCHE KONVEKTION

DIE BASIS ZUR RISIKOABSCHÄTZUNG FÜR EINE INFEKTION DURCH VIRENBELASTETE AEROSOLE.

Erfahren Sie, wie moderne Messtechnik und Strömungsphysik helfen, das Infektionsrisiko durch Aerosole in Innenräumen zu bewerten – und wie Sie diese Erkenntnisse für Ihre Raumlufttechnik nutzen können. Ideal für Fachleute aus Gebäudetechnik, Hygiene, Lüftungstechnik und Facility Management.

(Stand Dezember 2021)

AUTOR:

© Dipl.-Ing. (FH) Wolf Rienhardt 

Spezialist in den Bereichen Planung, Training und Consulting für energieeffiziente Gebäudesystemtechnik sowie Fachautor mit Veröffentlichungen über die Thematik der technischen Lufthygiene sowie deren Energieeffizienz und Mitglied im Deutschen Fachverband für Luft und Wasserhygiene (DFLW).

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ITK – DER SCHLÜSSEL ZUR BEWERTUNG DER LUFTQUALITÄT UND INFEKTIONSGEFAHR IN INNENRÄUMEN

Um an jedem Ort eines Raumes eine gute Luftqualität und eine gleichmäßige Reduzierung von Schadstoffen durch die Lüftung des Raumes gewährleisten zu können, ist eine vollständige Durchmischung der Raumluft mittels Raumluftströmung erforderlich. Eine Form der Raumluftströmung, die im Gebäudebereich aufgrund der oftmals im unteren Raumbereich angeordneten Wärmequellen (sowie der sich im Raum befindenden Personen) häufig anzutreffen und zu einer bestimmbaren zeitlichen Durchmischung der Raumluft geeignet ist, ist die in Abbildung 1 schematisch dargestellte sog. Instationäre Thermische Konvektion (ITK) [1-6].

Soll oder muss zusätzlich zur Durchmischung der Raumluft eine bestimmte Luftqualität (z.B. CO2 -Konzentration) eingehalten werden, wird in der Regel mit Hilfe einer Raumlufttechnischen Anlage (RLT-Anlage) gesundheitlich zuträgliche und ggf. aufbereitete Außenluft als Zuluft in den Raum gefördert. Diese wird mit der Raumluft vermischt und dann als Abluft aus dem Raum nach draußen gefördert. Dabei wird durch die, über die Luftdurchlässe in den Raum einströmende und ausströmende Luft, eine Raumluftströmung erzeugt, die durch die ITK oftmals überlagert wird.

INHALTLICHE GLIEDERUNG:

1. Einführung in die ITK
   • Grundlagen der instationären thermischen Konvektion
   • Bedeutung für die Raumluftdurchmischung
   • Relevanz für die Luftqualität und Aerosolverteilung
2. Messmethodik und Versuchsaufbau
   • Sensorik zur Erfassung von Temperatur, Feuchte, CO₂ und Luftgeschwindigkeit
   • Durchführung im Rahmen des DFLW-Fachsymposiums in Potsdam
   • Validierung der ITK durch Messdaten
3. Analyse der Raumluftqualität
   • Vergleich von „Nullmessung“ und Messungen mit Personen im Raum
   • Einfluss der Teilnehmenden auf Luftparameter
   • Oszillationen als Nachweis der ITK
4. Berechnung der Vermischungszeit
   • Anwendung des Lorenz-Modells und der Rayleigh-Bénard-Konvektion
   • Bestimmung der Periodendauer und Strömungswalzen
   • Ableitung der Luftdurchmischung im Raum
5. Infektionsrisiko durch Aerosole
   • Szenarien mit und ohne FFP2-Masken
   • Einfluss der Maskenleckage und Raumgeometrie
   • Berechnung des Ansteckungsrisikos bei verschiedenen Virusvarianten
6. Praktische Anwendungen
   • Empfehlungen für die Regelung von RLT-Anlagen
   • Entwicklung eines ITK-fähigen Temperaturfühlers (THM)
   • Bedeutung für zukünftige Lüftungskonzepte
7. Glossar & Infoboxen
   • Begriffe wie „operative Temperatur“, „Oszillation“, „Aerosol“, „Verpassungsleckage“ verständlich erklärt

8. Zitierte Normen und wissenschaftliche Quellen

   • u.a. Rayleigh-Zahl (Ra ≥ 10⁸) als Schwellenwert für ITK

   • Literaturquellen [1–10], z.B.:Gundlach et al. (2016), GI Gebäudetechnik

     • Chillà & Schumacher (2012), EPJ E

     • Schumacher et al. (2021), TU Berlin DOI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/11975