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

[1] RICHTLINIE DES RATES vom 21. Dezember 1988 zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedsstaaten über Bauprodukte (89/106/EWG) 

[2] VERORDNUNG (EU) Nr. 305/2011 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTES UND DES RATES vom 9. März 2011 zur Festlegung harmonisierter Bedingungen für die Vermarktung von Bauprodukten und zur Aufhebung der Richtlinie 89/106/EWG des Rates 

[3] RICHTLINIE 2002/91/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTES UND DES RATES vom 16. Dezember 2002 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden 

[4] RICHTLINIE (EU) 2024/1275 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTES UND DES RATES vom 24. April 2024 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden 

[5] Gesetz zur Einsparung von Energie in Gebäuden (Energieeinsparungsgesetz – EnEG) vom 22 Juli 1976 (BGBl I S. 1873), geändert durch Erstes Gesetz zur Änderung des Energieeinsparungsgesetzes vom 20. Juni 1980 (BGBl I S. 701) 

[6] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV) vom 24. Juli 2007 

[7] DIN EN 13779 (September 2007) Lüftung von Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme 

[8] DIN EN 16798-3 (November 2017) Energetische Bewertung von Gebäuden – Lüftung von Gebäuden – Teil 3: Lüftung von Nichtwohngebäuden – Leistungsanforderungen an Lüftungs- und Klimaanlage und Raumkühlsysteme (Module M5-1, M5-4) 

[9] DIN EN 1507 (Oktober 1994) Lüftung von Gebäuden – Luftleitungen – Rechteckige Luftleitungen aus Blech; Festigkeit und Dichtheit; Anforderungen und Prüfung – aktuell gültige Ausfertigung Juli 2006 

[10] DIN EN 12237 (Februar 1996) Lüftung von Gebäuden – Luftleitungen – Runde Luftleitungen aus Blech; Festigkeit und Dichtheit; Anforderungen und Prüfung – aktuell gültig Ausfertigung Juli 2003 

[11] Gesetz zur Einsparung von Energie und zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung in Gebäuden (Gebäudeenergiegesetz (GEG)) vom 08.August. 2020 (BGBl. I S. 1728), das zuletzt durch Artikel 1 des Gesetzes vom 16. Oktober 2023 (BGBl. 2023 I Nr. 280) geändert worden ist 

[12] DIN 1946-2 (Januar 1994) Raumlufttechnik – Gesundheitstechnische Anforderungen (VDI-Lüftungsregeln) 

[13] DIN V 24194-2 (November 1984) Kanalbauteile für lufttechnische Anlagen, Dichtheit, Dichtheitsklassen von Luftkanalsystemen 

[14] VDI 6022 Blatt 1 (Januar 2018) Raumlufttechnik, Raumluftqualität – Hygieneanforderungen an Raumlufttechnische Anlagen und Geräte (VDI-Lüftungsregeln) 

[15] Arbeitsstättenverordnung vom 12. August 2004 (BGBl. IS. 2179), die zuletzt durch Artikel 4 10 des Gesetzes vom 27. März 2024 (BGBl. 2024 I Nr. 109) geändert worden ist 

[16] ASR A3.6 (Januar 2021) – Technische Regeln für Arbeitsstätten – Lüftung – zuletzt geändert GMB 2018 S. 474 

[17] RLT-Anlagen – Empfehlung Nr. 166 AMEV (Juli 2023) Hinweise zur Planung, Ausführung und Betrieb von Raumlufttechnischen Anlagen für öffentliche Gebäude 

[18] VDI 3803 Blatt 1 (Mai 2020) Raumlufttechnik – Bauliche und technische Anforderungen – Zentrale RLT-Anlagen (VDI-Lüftungsregeln) 

[19] Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) – Teil C (Oktober 2023): Allgemeine technische Vertragsbedingungen (ATV) für Bauleistungen 

[20] DIN 18379 (April 2010) Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) – Raumlufttechnische Anlagen (aktuell gültig Ausfertigung September 2019) 

[21] DIN EN 12599 (Januar 2013) Lüftung von Gebäuden – Prüf- und Messverfahren für die Übergabe raumlufttechnischer Anlagen 

[22] VDI 6022 Blatt 4 (August 2012) Raumlufttechnik, Raumluftqualität – Qualifizierung von Personal für Hygienekontrollen, Hygieneinspektionen und die Beurteilung der Raumluftqualität 

[23] DIN V 18599-3 (September 2018) Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung – Teil 3: Nutzenergiebedarf für die energetische Luftaufbereitung 

[24] DIN V 18599-7 (September 2018) Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung – Teil 7: Endenergiebedarf von Raumlufttechnik- und Klimakältesystemen für den Nichtwohnungsbau 

[25] HFL 2002 (Herstellerverband für Luftleitung e. V.) (April 2024) Luftdichtheit von eckigen Luftleitungen und Formstücken 

[26] HFL 3002 (Herstellerverband für Luftleitung e. V.) (April 2024) Luftdichtheit von runden Luftleitungen und Formstücken sowie lufttechnische Komponenten 

[27] Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) – Infoblatt zu den förderfähigen Maßnahmen und Leistungen – Sanieren (Version 10.0 • Inkraft getreten 01.07.2025) 

https://www.bafa.de/DE/Energie/Effiziente_Gebaeude/Foerderprogramm_im_Ueberblick/ 

[28] Richtlinie für die Bundesförderung für effiziente Gebäude – Nichtwohngebäude (BEG NWG) vom 09. Dezember 2022 (Bekanntmachung im Bundesanzeiger am Freitag 30. Dezember 2022 – BAnz AT 30.12.2022 B3) 

https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/bundesfoerderung-fuer-effiziente-Gebaeude-beg.html 

[29] Richtlinie für die Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM) vom 21. Dezember 2023 (Bekanntmachung im Bundesanzeiger am Freitag 29. Dezember 2023 – BAnz AT 29.12.2023 B1) 

https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/bundesfoerderung-fuer-effiziente-Gebaeude-beg.html 

[30] DIN EN 15727 (Oktober 2010) Lüftung von Gebäuden – Luftleitungen und Luftleitungsbauteile, Klassifizierung entsprechend der Luftdichtheit und Prüfung 

[31] Bundesförderung für effiziente Gebäude – Liste der technischen FAQ – BEG EM (Version 6.1 • Inkraft getreten 18.07.2024) 

http://www.bafa.de/SharedDocs/Downloads/DE/Energie/beg_liste_technische_faq.html 

[32] Gesetz über das Inverkehrbringen und die Bereitstellung von Messgeräten auf dem Markt, ihre Verwendung und Eichung sowie über Fertigpackungen (Mess- und Eichgesetz – MessEG) vom 25. Juli 2013 (BGBl. I S.2722, 2723), das zuletzt durch Artikel 38 des Gesetzes vom 23. Oktober 2024 (BGBl. 2024 I Nr. 323) geändert worden ist 

[33] DIN 94701 (Februar 2021) Lufttechnische Systeme – Luftzähler und Luftenergiezähler – Anforderung