Luftumwälzer, Deckenventilatoren: Welche Regeln gelten für die Raumaufteilung?

Luftumwälzer, Deckenventilatoren: Welche Regeln gelten für die Raumaufteilung?

Die Steinmetze des Inka-Reiches kannten keinen Zement. Dafür beherrschten sie ihre Technik so gut, dass sie in der Lage waren, aus behauenen Steinen Verbindungen mit einer perfekten Fuge herzustellen, deren Technik uns noch heute beeindruckt.

Der größte der unten abgebildeten Blöcke, der für seine 12 Ecken berühmt ist, ist etwa 1 m hoch. Er wurde vor sieben Jahrhunderten in eine Mauer in der Stadt Cuzco in Peru eingesetzt.

Abbildung 1: Der 12-eckige Stein aus Cuzco  

Den Raum optimal zu nutzen, ist auch der Wunsch der Techniker der Neuzeit. In modernen Gebäuden hat es oberste Priorität, das richtige Puzzleteil an die richtige Stelle zu setzen. Denn die richtige Verlegung von Materialien und Systemen bestimmt den Komfort und die Lebensqualität der Bewohner.

Wagen wir eine Analogie: Mit der richtigen Anordnung der Luftumwälzer werden sich bewegte Luftvolumina so perfekt aneinander anpassen wie Volumina aus erstarrtem Stein.

Das Keilrahmensystem für Deckenventilatoren: eine Einsparung von Mitteln und Ressourcen

Warum ist eine genaue Anpassung zwischen verschiedenen Deckenventilatoren so wichtig?

Zwei Imperative müssen miteinander in Einklang gebracht werden: der Budget-Imperativ und der Imperativ des thermischen Komforts.

Zu wenig Luftumwälzer in einem bestimmten Raum, und der Komfort wird unzureichend.

Zu viele Luftumwälzer im selben Raum, und das Budget gerät aus dem Ruder.

Bei der Erstellung des Layouts sind nicht nur diese Anforderungen zu beachten, sondern auch :

• der Ästhetik,
• Mindestabstände zwischen den Ventilatoren und zu vertikalen Wänden,
• des potenziellen Konflikts mit der Beleuchtung
• des Durchgangs von Netzwerken.

Calepinage von Deckenventilatoren mit Schaufeln: ein begrenzter Einflusskegel

Diese Deckenventilatoren sind oft leistungsstark, haben aber oft nur einen begrenzten Einflussbereich, wie das folgende Bild zeigt.

Abbildung 2 – Verteilung der Luftgeschwindigkeit mit einem Schaufelventilator (Quelle: Gao et al., Universität von Kalifornien in Berkeley)

Unter diesen Umständen ist es interessant, die Rückmeldungen aus den tropischen Gebieten Frankreichs in Übersee zu berücksichtigen. In diesen Breitengraden gibt es für übliche Deckenventilatoren (Durchmesser 1,32 m) bereits Empfehlungen.

Unterkünfte

RTAA DOM (siehe S.12) et RT Guadeloupe (siehe S.37): in jedem Schlafzimmer muss ein Deckenventilator installiert werden können. Im Wohnzimmer wird bei einer Fläche von bis zu 20 m² ein Luftumwälzer verlangt, darüber hinaus zwei.

Büros

Die RT Guadeloupe sehen für Büros und Geschäfte eine Mindestdichte von 1 Punkt pro 20 m² Geschossfläche vor, die für Arbeitsplätze oder den Empfang von Publikum genutzt werden.

Klassenzimmer

Es gibt keine Vorschriften im eigentlichen Sinne, aber Erfahrungsberichte empfehlen eine Dichte von 1 Luftsprudler (Mindestdurchmesser 1,32 m) für eine Fläche von 10 bis 12 m².

Am Lehrerarbeitsplatz sollte ein spezieller Luftumwälzer installiert werden, sowohl aus Leistungsgründen als auch, um die besondere räumliche Positionierung der Lehrer zu berücksichtigen.

Welchen Abstand sollten Sie zwischen Deckenventilatoren und Wänden einerseits und zwischen den Luftumwälzern selbst andererseits einplanen?

Die Lufttechnik ist eine komplexe Disziplin.

Bei ehrgeizigen Projekten können CFDs (Computational Fluid Dynamics), numerische Simulationen der Fluiddynamik, durchgeführt werden. Natürlich sind solche Studien teuer und können nicht bei allen Projekten systematisch durchgeführt werden.

Heute gehen wir aufgrund von Rückmeldungen von folgenden Einrichtungsschemata aus:

• Mindestabstand zwischen Fans und Wänden: 1 Blattdurchmesser (z. B. 1,32 m)
• Mindestabstand zwischen den Ventilatoren: 2 Blattdurchmesser
• Gleichmäßige Verteilung der Ventilatoren im Raum

Dies verbietet also die Installation von Ventilatoren, die dicht an den Wänden entlanglaufen, oder von Ventilatoren, deren Blätter sehr dicht beieinander stehen.

Im Folgenden finden Sie eine visuelle Empfehlung für die Platzierung von Deckenventilatoren.

Abbildung 3 – Empfohlener Mindestabstand zwischen den Ventilatoren und zu den Wänden

Schaufellose Deckenventilatoren: Gleichmäßigere Luftverteilung

Deckenventilatoren wie die von Exhale Fans haben eine ganz bestimmte Funktionsweise: Sie blasen Luft mit hoher Geschwindigkeit (zwischen 3 und 4 m/s) horizontal in Deckenhöhe. Die Luft nutzt dann die Wände, um zurückzuprallen und so den Raum zu belüften. Die Luftgeschwindigkeit ist im Raum gleichmäßiger als bei herkömmlichen Ventilatoren mit Schaufeln, wie die folgende Abbildung zeigt.

Abbildung 4 – Verteilung der Luftgeschwindigkeit mit dem Exhale-Deckenventilator

Dieses Bild zeigt die verschiedenen Luftgeschwindigkeiten in einem Raum, den wir am 28.5.2021 in Biot instrumentiert haben.
Dazu verwendeten wir das Messgerät Testo 400, das wir im Sitzen an verschiedenen Stellen im Raum auf Höhe der Taille, des Oberkörpers und des Kopfes positionierten.
Der vollständige Testbericht wird auf Anfrage zur Verfügung gestellt.

Eine andere Herangehensweise an die Raumaufteilung: Eine Berechnung der durchschnittlichen Luftgeschwindigkeit verwenden?

Im Rahmen der neuen Umweltvorschriften RE2020 wurde eine Berechnungsformel [i] eingeführt, deren Nutzen von den Fachleuten schnell erkannt wurde. Sie lautet wie folgt:

Luftgeschwindigkeit = 0,0032 x Mischungsverhältnis

• Die Umwälzrate ist das Verhältnis zwischen dem Luftstrom des oder der Umwälzgeräte in m/s im Verhältnis zum Raumvolumen in m3.
• Die Luftgeschwindigkeit ist die durchschnittliche Geschwindigkeit in m/s im Raum.

Die Berechnung der RE2020-Gradstunden wirkt sich direkt auf diese Berechnung aus (siehe unseren Artikel, in dem die Auswirkungen der Gradstunden dargestellt werden). Bei verschiedenen Tests in leeren Räumen haben wir festgestellt, dass diese Formel der Realität recht nahe kommt. Allerdings handelt es sich hierbei um eine Durchschnittsgeschwindigkeit für den gesamten Raum. So wird die Geschwindigkeit in der Vertikalen eines Ventilators mit Schaufeln höher sein, aber wie oben dargelegt, nimmt die Geschwindigkeit, sobald man sich mehr als einen Durchmesser von der Außenkante der Schaufeln entfernt, im oberen Bereich des Körpers drastisch ab. Unter diesem Gesichtspunkt wirkt ein Ventilator ohne Schaufeln auf einen größeren Bereich ein, allerdings mit einem generell geringeren Luftstrom als die als leistungsfähig geltenden Ventilatoren mit Schaufeln. Es ist daher ratsam, sich bei der Erstellung eines Raumplans bewusst zu sein, dass die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit in einem Raum durch die Art des verwendeten Materials gewichtet werden muss, da nicht alle Stellen im Raum gut abgedeckt werden können. Die folgende Grafik, die sich speziell mit Büros befasst, zeigt übrigens, wie sich Möbel auf die Luftgeschwindigkeit auswirken.

Abbildung 5 – Auswirkungen eines Rauchgenerators, der einen Deckenventilator simuliert, ohne und mit Tisch; Quelle: Gao & Al.

Luftgeschwindigkeit und dynamische thermische Simulation (DTS)

Die gewünschte Luftgeschwindigkeit ist ebenfalls ein Thema. Man kann z. B. feststellen, dass eine Luftgeschwindigkeit von mehr als 1 m/s nicht unbedingt für eine Büroumgebung geeignet ist (Gefahr von umherfliegenden Blättern). Auch wenn eine positive thermische Wirkung bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten auftreten kann, zeigt das folgende Diagramm [ii], dass ein Minimum von 0,30 m/s angestrebt werden sollte, um eine effektive Kühlung zu erreichen.

Abbildung 6 – Diagramm aus dem Woods Ventilation Guide..

In diesem Stadium kann STD einen sehr nützlichen Beitrag leisten, indem es die Anzahl der Stunden simuliert, in denen eine bestimmte Temperatur überschritten wird. Dies ermöglicht es dann, eine Luftgeschwindigkeit zu finden, die die gewünschte äquivalente Kühlung bewirkt.

Vorsicht vor dem Stroboskopeffekt

Dieser Effekt ist den Fachleuten in Überseefrankreich wohlbekannt, da sie seit vielen Jahren damit konfrontiert sind.

Beleuchtung und Luftumwälzer mit Flügeln vertragen sich nicht immer gut. Es sei übrigens darauf hingewiesen, dass diese Problematik bei Deckenventilatoren ohne Flügel nicht besteht..

Abbildung 7 – Rotorblätter und Lichtfeld [iii] Um den Stroboskopeffekt (gleichmäßiges Abschneiden des Lichts durch die vorbeifliegenden Rotorblätter) zu vermeiden, muss darauf geachtet werden, dass die Rotorblätter im Verhältnis zum Lichtfeld weit auseinander liegen.

Abbildung 8 – Rotorblätter und Lichtfeld – Deckenmontage [iv] Bei der Montage an einer abgehängten Decke müssen die Ventilatoren im angrenzenden Raum zwischen vier Leuchten positioniert werden.

Deckenhöhe: Einhaltung der Norm

Es ist wichtig, darauf zu achten, dass die Sicherheitsnorm NF EN IEC 60335-2-80 eingehalten wird. Diese schreibt eine Mindesthöhe von 2,30 m unter den Rotorblättern vor, und wir haben einen ausführlichen Text zu diesem Thema veröffentlicht.

Deckenventilatoren einbauen: Die Kunst und die Art und Weise

Die Keilschrift versöhnt zwei Talente.

Zunächst einmal die Fähigkeit, den Raum richtig zu erfassen, insbesondere die Interaktion mit der Umgebung. Sie müssen also nicht nur an den Nutzer denken, sondern auch an die Beleuchtung und andere Netzwerke, die eine erfolgreiche Implementierung bestimmen werden.

Dann muss man die Dinge berechnen können: wenn möglich, sich auf eine dynamische thermische Simulation stützen, die gewünschten Luftgeschwindigkeiten bestimmen, die Menge an Geräten bestimmen, die in einem bestimmten Raum benötigt werden.

Wenn Sie also Ihre Projekte zur Installation von Deckenventilatoren zu einem vollen Erfolg machen wollen, sollten Sie immer diesen doppelten Ansatz im Hinterkopf behalten und Technik und Ästhetik miteinander verbinden.

[i] Siehe Seite 979 der RE2020-Berechnungsmethode [ii] Das Givoni-Diagramm, das Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit integriert, scheint uns für tropische Klimazonen gut geeignet zu sein, für das französische Mutterland jedoch weniger praktikabel. Wir haben in der Tat wenig Rückmeldungen über ein feuchtigkeitsbedingtes Unbehagen in gemäßigtem Klima. Aus diesem Grund bevorzugen wir das zweidimensionale Diagramm (Temperatur und Luftgeschwindigkeit). [iii] Dieses Diagramm ist ein Auszug aus dem CBE – Berkeley Dimensioning Guide. [iv] Bildquelle: CBE Dimensionierungsleitfaden – Berkeley