Lernfeld 13 · Prüfung Teil 2

Luftwechsel, Luftvolumenstrom und Außenluft

Luftwechsel, Luftvolumenstrom, Außenluft je Person und Luftgeschwindigkeit im Kanal mit Formeln, Merksätzen und typischen Prüfungsfehlern.

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Darum geht es

Die Luftwechselrate $n$ gibt an, wie oft das Raumvolumen in einer Stunde rechnerisch ausgetauscht wird. Multiplizierst du sie mit dem Raumvolumen, erhältst du den Volumenstrom in $m^{3} / h$ . Umgekehrt teilst du den Volumenstrom durch das Raumvolumen, um den Luftwechsel zu bestimmen. Das Raumvolumen ist Länge mal Breite mal Höhe.

In Räumen, in denen sich Menschen aufhalten, richtet sich die Außenluft oft nach der Personenzahl. Als Überschlagswert rechnet man mit etwa $30 m^{3} / h$ je Person. Liefern Personenwert und Luftwechsel unterschiedliche Volumenströme, ist der größere maßgebend.

Für den Kanal gilt die Kontinuitätsgleichung. Volumenstrom gleich Querschnitt mal Geschwindigkeit. In Wohnungslüftungen begrenzt man die Geschwindigkeit meist auf etwa 3 m/s, damit Strömungsgeräusche und Druckverluste klein bleiben. Bei der Einregulierung sollen Zu- und Abluft ungefähr gleich groß sein. Ist die Abluft deutlich größer, entsteht Unterdruck in der Wohnung; das stört besonders bei Feuerstätten.

Das solltest du dir merken

Luftwechsel mal Raumvolumen ergibt den Volumenstrom.
Überschlägig rund 30 m³/h Außenluft je Person.
Doppelte Geschwindigkeit halbiert den nötigen Querschnitt, macht aber deutlich mehr Lärm und Druckverlust.
Zu- und Abluftvolumenstrom sollen bei balancierten Anlagen nahezu gleich sein.

Formeln

Volumenstrom aus Luftwechsel: $V ˙ = n \cdot V_{R}$; $V ˙$ Volumenstrom in m³/h, $n$ Luftwechsel in 1/h, $V_{R}$ Raumvolumen in m³
Kontinuitätsgleichung: $V ˙ = A \cdot v$; $V ˙$ Volumenstrom in m³/s, $A$ Querschnitt in m², $v$ Luftgeschwindigkeit in m/s
Kreisquerschnitt: $A = \frac{π \cdot d ^{2}}{4}$; $A$ Querschnitt in m², $d$ Innendurchmesser in m

Typische Fehler in der Prüfung

Volumenstrom in m³/h mit Geschwindigkeit in m/s verrechnet, ohne durch 3600 zu teilen.
Rechteckkanal in Millimetern gelassen statt in Meter umgerechnet.
Bei Personen- und Luftwechselwert den kleineren statt den größeren Volumenstrom gewählt.
Grundfläche statt Raumvolumen mit dem Luftwechsel multipliziert.

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Zufallszahlen

In einen Raum mit $230 m^{3}$ Rauminhalt werden $450 m^{3} / h$ Zuluft eingeblasen. Berechnen Sie die Luftwechselrate in 1/h. Runden Sie auf zwei Nachkommastellen.

Tipps aus der Werkstatt

Luftwechselrate n = V̇ / V in 1/h. Rechne den Volumenstrom immer in m³/h, wenn das Raumvolumen in m³ steht, und achte auf m³/s gegenüber m³/h (Faktor 3600).
Strömungsgeschwindigkeit im Kanal v = V̇ / A. Halber Durchmesser heißt ein Viertel der Fläche und damit vierfache Geschwindigkeit, was Geräusche und Druckverlust stark erhöht.
Wärmeleistung der Luft: Q̇ = ρ · cp · V̇ · ΔT. Mit V̇ in m³/s, ρ in kg/m³ und cp in kJ/(kg·K) kommt direkt kW heraus. Ohne gegebene Werte rechnest du mit ρ ≈ 1,2 kg/m³.

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24 Aufgaben zu „Luftwechsel, Luftvolumenstrom und Außenluft“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in SHK (2016), Lernfeld 13; DIN 1946-6. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.