Behaglichkeit und Wohnluftqualität (IBF05) Kristin - Forum

3. Internationales Branchenseminar für Frauen 2005
Behaglichkeit und Wohnluftqualität
Kristin Lenz
Dipl.-Ing., Bauphysik
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
Holzkirchen, Deutschland
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Behaglichkeit und Wohnluftqualität
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Behaglichkeit und Wohnluftqualität
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Behaglichkeit und Wohnluftqualität
1 Feuchtetechnische Untersuchungen zur Beurteilung und Erhaltung der Wohnluftqualität und Behaglichkeit
1.1
Einleitung
Energieeinsparung ist in Deutschland und Europa stets ein aktuelles Thema. Mit Einführung
der Energieeinsparverordnung 2002 wurden die Regelungen für den Energieverbrauch und
die Anforderungen an die Luftdichtheit von Gebäuden nochmals verschärft. Die neuen, energetischen Anforderungen an die Gebäudehülle führen unweigerlich zu einer deutlichen Veränderung des Innenraumklimas. Ein vor allem durch die dichtere Gebäudehülle reduzierter
Luftwechsel kann zu einem Anstieg der Raumluftfeuchte und somit zu einem unbehaglicheren
Klima führen. Nun stellt sich natürlich die Frage, wie wirkt sich diese Veränderung des Innenraumklimas in Abhängigkeit der Bauweise und der verwendeten Materialien im Bezug auf die
Behaglichkeit und die Wohnluftqualität aus. Um diese Fragestellung zu klären, wurden am
Fraunhofer-Institut für Bauphysik in Holzkirchen diverse Untersuchungen durchgeführt. Es
wurden verschiedene Materialien, die im Innenausbau verwendet werden, in Hinblick auf das
Feuchtepufferverhalten untersucht und es wurden Freilandversuche in Wohnhäuser unterschiedlichster Bauweise unter Betrachtung der Temperatur- und Feuchteverhältnisse in ausgewählten Räumen durchgeführt. Einige Ergebnisse der Untersuchungen in Wohnhäusern
werden nachfolgend beschrieben und unter Betrachtung der Behaglichkeit beurteilt.
2 Grundlagen zur Behaglichkeit und Wohnluftqualität in Räumen
2.1
Behaglichkeitskriterien
Das Empfinden der Behaglichkeit wird durch verschiedene Umgebungseinflüsse und der einzelnen Person beeinflusst. Das Behaglichkeitsempfinden ist hauptsächlich von zwei Komponenten abhängig, von den Temperatur- und Feuchteverhältnissen im Raum. Zusätzlich spielt
die Bekleidung und die Luftbewegung eine große Rolle. Die thermische Behaglichkeit ist eine
subjektive Empfindungsgröße. Bei der Behaglichkeit in Bezug auf die Raumluftfeuchte ist der
gesundheitliche Aspekt das Hauptkriterium.
2.2
Thermische Behaglichkeit
In Räumen steht der Mensch im ständigen Kontakt durch Wärmeabgabe zu seiner Umgebung, wenn die Wärmebilanz zwischen Körper und Umgebungsflächen ausgeglichen ist kann
das thermische Empfinden angenehm sein. Durchschnittlich kann bei leichter Arbeit bei einer
Raumlufttemperatur im Bereich von 18 - 22 °C, mit mittlerer Kleidung und geringer Luftbewegung von behaglichen Temperaturen gesprochen werden. Je nach Körperbau und Kleidung
kann dieses Empfinden jedoch stark variieren. Sobald mehrere Personen sich zusammen in
einem Raum aufhalten ist es sehr schwierig ein behagliches Raumklima einzustellen, da ein
Prozentsatz von 5 - 10 % der Personen bei gleich bleibender Temperatur immer unzufrieden
ist [6]. Ein wesentlicher Aspekt für das thermische Wohlbefinden in einem Raum sind die
Temperaturen der Umschließungsflächen. Diese sind wichtiger als die Lufttemperatur. Es ist
somit entscheidend in einem Raum ausgewogene Wärmestrahlungsverhältnisse zu erreichen
und störende Zugluft zu vermeiden.
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Bei der thermischen Behaglichkeit spielen die Wände, Fenster und Heizverfahren eine wesentliche Rolle [6]. Je besser der Wärmeschutz der umschliessenden Bauteile ist, desto ausgeglichener ist ihr Einfluss auf den Wärmehaushalt des Menschen [3]. Zusätzlich zu den
Temperaturverhältnissen in einem Raum spielen die Luftbewegungen eine ebenfalls wichtige
Rolle. Im Allgemeinen liegt die Grenze für Zugerscheinungen bei 0,1 - 0,3 m/s. Diese Grenze
sollte beim Einsatz von Lüftungsanlagen in der Planung bereits berücksichtigt werden [5].
2.3
Feuchtetechnische Behaglichkeit
Nicht nur die Temperaturverhältnisse in einem Raum beeinflussen das Wohlbefinden von
Personen, sondern auch die relative Feuchte im Raum trägt dazu bei. Die Feuchteverhältnisse in einem Raum werden durch viele Einflussfaktoren beeinflusst. Die Feuchteproduktion
hängt z. B. ab von Pflanzen, Koch-, Duschvorgängen und Wäschetrocknen im Raum. Ist die
Raumluftfeuchte niedriger als 30 % kann es zu Erkrankungen der Atemwege kommen, oder
wenn die Feuchte über 60 % ansteigt kann das Risiko von Schimmelpilzbewuchs und Entwicklung von Bakterien, Viren und Milben zunehmen. Laut [6] sollte die relative Raumluftfeuchte aus hygienischen Gründen durchschnittlich bei 50 % liegen.
Gesamt betrachtet ist der Nutzer durch Regelung der Heizung und der Lüftung gefordert ein
angenehmes individuelles Raumklima zu schaffen. In Abbildung 1 sind die Bereiche der Behaglichkeit in Abhängigkeit der Temperatur und der relativen Feuchte dargestellt. Für eine
optimale Gestaltung der Behaglichkeit in Räumen ist ein durchdachtes Komplettsystem von
Wandaufbau, Heizsystem und Lüftungsanlage wichtig.
100
unbehaglich feucht
Relative Feuchte [%]
80
60
behaglich
40
noch behaglich
20
unbehaglich Trocken
0
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
30,0
Temperatur [°C]
Abbildung 1:
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Behaglichkeitsdiagramm in Abhängigkeit der Temperatur und der relativen Feuchte
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2.4
Kriterien für eine gute Raumluftqualität
Die Raumluftqualität hängt ebenso wie die Behaglichkeit von mehreren Faktoren ab, allerdings ist die Bewertung der Luftqualität sehr Nutzer abhängig, weil jeder Mensch ein etwas
anderes Empfindungsvermögen für Gerüche hat. Die Raumluftqualität lässt sich aber trotzdem ebenso über einige Werte erfassen. Damit eine gute Raumluftqualität erreicht werden
kann, müssen Quellen und Grenzwerte bekannt sein. Es gibt verschiedenen Quellen, die zur
Verunreinigung der Luft führen können, nachfolgend sind einige aufgelistet [3]:
•
•
•
•
•
Stoffwechselprodukte des Menschen (CO2, Wasserdampf, CO, Gerüche)
Emissionen aus Möbeln und Baustoffen
Gerüche durch kochen und waschen
Staubentwicklung und mikrobiologische Belastung aus Textilien oder Haustieren
Verunreinigungen aus der Außenluft (Staub, Pollen, Abgase, Gerüche, …)
Ein Maßstab für Raumluftqualität ist die CO2 Konzentration. In der DIN 1946 - 2 [2] ist als
Empfehlung ein CO2-Grenzwert von 0,1 Vol.-% gefordert. Eine weitere Beurteilung der Raumluftqualität ist durch Geruchswerte möglich. Fanger formulierte zwei neue Bewertungsskalen;
die Größen „olf“ und „dezipol“.
Allgemein lässt sich sagen, dass die Raumluftqualität leidet, wenn nicht für ausreichend
Frischluftzufuhr gesorgt wird. Eine aus energetischem Gesichtspunkt dichtere Bauweise verändert also auch die Raumluftqualität.
3 Hygrothermische Verhältnisse in Wohnräumen
3.1
Freilanduntersuchungen
Die Behaglichkeit und die Luftqualität in Wohnräumen sind stark von den hygrothermischen
Verhältnissen abhängig. Um die Bedingungen unter realen Gegebenheiten zu untersuchen
wurden Messungen der Raumlufttemperatur und der Feuchte in mehreren Wohnhäusern
durchgeführt und unter Betrachtung der Behaglichkeit beurteilt. Bei den Versuchen wurden
verschiedene Bauweisen betrachtet, z. B. Mauerwerksbau, Holzrahmenbau und Holzblockbauweise, insgesamt wurden 11 verschiedene Häuser untersucht, welche sich in einem Umkreis von ca. 30 km von Rosenheim befinden. Nachfolgend werden beispielhaft die Ergebnisse von 2 Objekten näher erläutert. In Tabelle 1 sind diese beiden Häuser und die Räume, in
denen die Messdatenlogger standen, beschrieben.
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Tabelle 1: Beschreibung der untersuchten Häuser [1]
Gebäude:
Baujahr
Bauweise
Art
Wohnfläche
Messraum:
Art
Fläche
Rauminhalt
Heizung
Lüftung
Haus 1
1981
Mauerwerk
Einfamilienwohnhaus
180 m²
Haus 2
2000
Holzbauweise
Einfamilienwohnhaus
250 m²
Wohnzimmer
54 m²
130 m³
Kachelofen
manuell
Wohn- und Esszimmer
45 m²
180 m³
Kachelofen und Wandheizung
Lüftungsanlage
Außenwandaufbau:
Putz, 36,5 cm Mauerwerk, Putz
Holzbohlen, Flachsdämmung, PURDämmung, Außenschalung
Bei Haus 1 handelt es sich um ein größeres Einfamilienhaus in Massivbauweise (Mauerwerk),
welches von 5 Erwachsenen bewohnt wird. Der Raum, in dem der Datenlogger steht ist ein
nach Süden orientiertes Wohnzimmer, wobei sich außenseitig ein großes Vordach befindet.
Die Beheizung des Raumes erfolgt durch einen Kachelofen mit Außenluftzufuhr. Die Lüftung
erfolgt manuell.
Haus 2 unterscheidet sich in der Bauweise. Hier handelt es sich um ein Einfamilienhaus in
Holzbauweise, dass ebenfalls von 5 Erwachsenen bewohnt wird. Der Versuchraum ist ein
kombiniertes Wohn- und Esszimmer. Auf der Südseite des Raumes befindet sich ein Glasvorbau mit großer Fensterfläche. Die Raumumschließungsflächen sind hauptsächlich aus unbehandeltem Holz und der Raum wird durch einen Kachelofen und einer Wandheizung beheizt.
Die Lüftung erfolgt kontinuierlich über eine Lüftungsanlage.
Für die Untersuchungen wurden in den Messräumen jeweils ein Datenlogger installiert. In den
Datenlogger befinden sich ein kapazitiver Feuchtesensor und ein Temperaturmessfühler. Der
Messbereich der Sensoren liegt für die relative Feuchte zwischen 0 - 100 % mit einer Messgenauigkeit von ± 2 % und für die Temperatur bei -22 bis +60 °C und einer Messtoleranz von
± 0,3 °C. Während dem Messzeitraum wurden die Temperatur- und Feuchteverhältnisse kontinuierlich alle 10 Minuten gespeichert.
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3.2
Ergebnisse
Die gemessenen Temperatur- und Feuchteverhältnisse in den Versuchshäusern sind nachfolgend dargestellt. Die Werte werden in Bezug auf das Behaglichkeitsdiagramm nach Jahreszeiten ausgewertet. In den Diagrammen (Abbildung 2 - Haus 1; Abbildung 3 - Haus 2) sind
jeweils die Messwerte für die Uhrzeiten 8 Uhr morgens, 13 Uhr mittags und 20 Uhr abends
abgebildet. Durch die einzelnen Messpunkte ist es leichter zu erkennen, wann in den Versuchshäusern von einem behaglichen Klima gesprochen werden kann.
Abbildung 2:
Behaglichkeitsdiagramm mit den ermittelten Messwerten in Haus 1 aufgeteilt nach
Jahreszeiten
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Bei der Auswertung der Temperatur- und Feuchteverhältnisse in Haus 1 zeigt sich jahreszeitlich gesehen ein deutlicher Unterschied in Bezug auf Behaglichkeitskriterien. Im Winterzeitraum, dass heißt während der Heizperiode ist im Abbildung 2 oben links zu sehen, dass tagsüber Temperaturen zwischen 15 - 18 °C im Raum herrschen, abends sobald die Bewohner
sich im Raum aufhalten und die Heizung bzw. der Kachelofen betrieben wird ist ein Anstieg
der Temperatur in den behaglichen Temperaturbereich zu sehen. Die Feuchte schwankt
durchschnittliche zwischen 40 - 60 % r.F. und ist somit im behaglichen und unkritischen Bereich. In der Übergangszeit im Frühjahr schwankt die Temperatur und die Feuchte wesentlich
mehr, da in diesem Zeitraum nicht mehr bzw. nur selten geheizt wird. Im Sommer zeigt sich,
dass es in dem Raum zu einer sehr geringen Temperatur- und Feuchteschwankung kommt.
Durch die hohe Wärmespeicherkapazität und das große Vordach auf der Südseite kommt es
im Hochsommer hier zu keiner Überhitzung des Raumes. Im Herbst kommt es durch die jahreszeitlich bedingte Temperatur- und Feuchteschwankung wieder zu einer größeren Streuung
der Messpunkte, wobei der behagliche Temperatur- und Feuchtebereich zu dieser Jahreszeit
selten über- bzw. unterschritten wird.
Das untersuchte Haus 1 ist älteren Baujahrs und somit entsprechen das Dämmniveau und die
verbauten Fenster nicht einem modernen Standard. Dies führt zum hohen Temperaturabfall
nach Beendigung der Beheizung. Durch die Beheizung mittels eines Kachelofens lassen sich
die Temperaturen dann wieder sehr schnell von unter 16 auf über 22 °C bringen. Auf Grund
der benötigten hohen Wärmezufuhr steigen die Temperaturen dann allerdings schnell über
den behaglichen Bereich hinaus. Allerdings fällt auf, dass sich die Temperaturen trotz der extremen Schwankungen im Zeitraum der Hauptnutzung zwischen 16 und 22 Uhr im behaglichen Bereich um die 20 °C befinden. Auch schwanken die Innenraumluftfeuchten lange nicht
so stark, wie auf Grund der Abhängigkeit von der Innentemperatur angenommen werden
müsste. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich speziell in Zeiten hoher Temperaturen Bewohner im Raum aufhalten und somit durch die menschliche Feuchteproduktion die absolute
Feuchte in die Höhe treiben. Allein dadurch ist die geringe Schwankung der relativen Feuchte
allerdings nicht zu erklären. Deshalb ist anzunehmen, dass bei steigenden Temperaturen und
somit fallenden Innenraumluftfeuchten die inneren Raumoberflächen und die Raumausstattung die gespeicherte Feuchte abgeben und auf diesem Weg für einen Ausgleich der Raumluftfeuchte sorgen. Die geringen täglichen Schwankungen der Raumtemperatur im Sommer
von plusminus 2 °C und die geringen mittleren Temperaturen von 23 °C, trotz südorientierter
Lage, stechen heraus. Sie lassen sich auf die massive Bauweise, also hohe Speicherfähigkeit
der Baustoffe, aber vor allem auf die gute Beschattung der Fenster zurückführen. Die Innenraumfeuchte wird im Sommer hauptsächlich von der absoluten Feuchte außen und den Temperaturverhältnissen im Raum bestimmt, da die Feuchteproduktion im Raum keine hohen
Werte erreicht. Durch das vermehrte Lüftungsverhalten und offene Fenster im Sommer liegt
innen die gleiche absolute Feuchte wie außen (ci = ce) vor.
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Abbildung 3:
Behaglichkeitsdiagramm mit den ermittelten Messwerten in Haus 2 aufgeteilt nach
Jahreszeiten
Wie sich die Raumklimaverhältnisse in einem vergleichbaren Holzhaus moderner Bauart zur
selben Zeit einstellen ist nachfolgend in Abbildung 3 dargestellt. In Haus 2 werden in der Heizperiode mittlere Temperaturen zwischen 20 und 22 °C erreicht. Die Schwankung der
Temperatur bewegt sich sowohl im Sommer als auch im Winter in einem ähnlichen Bereich
von plusminus 2 °C. Trotzdem werden Maximalwerte von 26 °C im Winter und 29 °C im Sommer erreicht. Die Minimalwerte fallen extrem selten unter 18 °C. Der Mittelwert der relativen
Feuchte bewegt sich im Bereich zwischen 20 % Ende Februar und knappen 45 % in den Monaten Juni und Juli. Die absolute Feuchte der Raumluft bewegt sich sehr ähnlich der absoluten Feuchte außen. Auch im Winter ist die Feuchtelast selten höher als 2 g/m³. Im Sommer ist
die absolute Feuchte im Raum sogar oftmals ein wenig niedriger als die absolute Feuchte
außen.
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Der trotz des guten Dämmniveaus in Haus 2 installierte Kachelofen sorgt auch im Winter für
teilweise rapide Temperaturanstiege um bis zu 8 °C innerhalb sehr kurzer Zeit. Ist er nicht in
Betrieb sorgen die Wandheizung und die gute Dämmung für Temperaturen, die sich selten
unter 20 °C befinden. Die teilweise sehr hohen Temperaturen im Sommer resultieren aus erhöhter Sonneneinstrahlung durch die großen Glasflächen in der nicht optimal beschatteten
Südfassade. Die im Sommer wie Winter fast gleich hohen Temperaturschwankungen ergeben
sich im Winter aus dem Wechsel zwischen Beheizung und Auskühlung, im Sommer schwankt
die Innentemperatur auf Grund der Außentemperatur und Sonneneinstrahlung. Der niedrige
Luftfeuchtelevel und die geringen Schwankungen der Feuchte lassen sich auf mehrere Tatsachen zurückführen: Die kompletten inneren Oberflächen bestehen aus unbehandelten Holzflächen und die Lüftung des Messraumes erfolgt mechanisch. Feuchtespitzen, die zum Beispiel beim Kochen entstehen aber durch das große Raumvolumen sowieso nicht so stark
werden, werden durch Sorption der Feuchte in den Umschließungsflächen gedämpft. Der
Feuchteausgleich erfolgt dann durch den kontinuierlichen Luftwechsel, durch den zu hohe
Raumluftfeuchten abgeführt werden. Wegen dem kontinuierlichen Luftwechsel durch die Lüftungsanlage wird die im Raum erzeugte Feuchte abgeführt und so viel absolut trockenerer
Außenluft nachgeführt, dass die Luft im Innenraum austrocknet. Dieser, bei kalten Außentemperaturen sehr hohe, Luftwechsel sorgt deshalb im Winter für die niedrige Innenraumfeuchte.
Die niedrigen Luftfeuchten im Winter sind auch dafür verantwortlich, dass die Messwertpaare
der Temperatur und der relativen Feuchte, wie in Abbildung 3 dargestellt, nicht oder nur gerade noch im behaglichen Bereich liegen. Auch im Frühjahr und im Herbst liegen sie zum Teil
deshalb außerhalb des Behaglichkeitsbereichs. Zu jeder Jahreszeit liegen in diesem gut gedämmten Haus die Temperaturen zu den verschiedenen Tageszeiten im annähernd gleichen
Bereich. Allerdings sind die hohen Temperaturen im Sommer dafür verantwortlich, dass sich
die Messwertpaare oftmals außerhalb des behaglichen Bereichs befinden.
3.3
Zusammenfassung der Freilandversuche in Wohnräumen
Die ermittelten Ergebnisse der Untersuchungen in genutzten Wohnräumen zeigen, dass es
sehr schwierig ist ein Haus allein nach Bauart in Hinblick auf die Behaglichkeit zu beurteilen.
Das sich einstellende Raumklima in einem Gebäude ist von sehr vielen Einflussfaktoren und
Randbedingungen abhängig. Nicht nur alleine der Standort und die Ausrichtung des Gebäudes spielen eine große Rolle, sondern hauptsächlich kommt es auf die jeweilige Innenraumausstattung und das Nutzerverhalten an. Die Ausbildung der Wände spielt in Hinblick auf die
sich einstellenden Raumtemperaturen eine Rolle, denn je größer die Wärmespeicherfähigkeit
ist, umso besser können Temperaturspitzen z.B. im Sommer gepuffert werden und im Winter
kann die Wärme in Zeiten, in denen nicht bzw. nur wenig geheizt werden, wieder an die
Raumluft abgestrahlt werden.
Für die Behaglichkeit und auch für die Gesundheit ist die relative Luftfeuchte im Raum sehr
entscheidend. Dieser Parameter ist weit komplexer als die Temperatur, denn die sich einstellenden Feuchteverhältnisse in einem Raum sind abhängig von vielen Einflüssen wie die Beschaffenheit der Innenwandoberflächen, die Luftdichtigkeit bzw. Luftwechsel im Raum und der
internen Feuchteproduktion. Hauptsächlich wird die Innenraumfeuchte aber von der absoluten
Außenluftfeuchte im Sommer wie auch im Winter bestimmt. Im Sommer ist der dominierende
Einflussparameter der Luftwechsel im Raum, der durch offene Fenster und Türen sehr hoch
ist, so dass sich die die gleiche absolute Feuchte innen einstellt wie außen. Im Winter kommen alle anderen oben genannten Parameter noch zusätzlich zum tragen. Der tageszeitliche
Verlauf der relativen Innenraumfeuchte lässt sich durch die zahlreichen Einflüsse nicht verallgemeinern.
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Die Erkenntnisse dieser Untersuchung zeigen, dass es wegen der begrenzten Messmöglichkeiten und den vielen Einflussmöglichkeiten nicht möglich ist eine Aussage zu treffen, um zu
zeigen, ob die Behaglichkeit in Wohnräumen von der Bauart abhängen bzw. deutlich unterschiedlich ist. Allerdings zeigt sich in Räumen, die mit Holz verkleidet sind, dass der Verlauf
der relativen Raumluftfeuchte kontinuierlicher verläuft und dass Feuchtespitzen durch die Materialeigenschaften von Holz minimiert werden können [4].
4 Literaturverzeichnis
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Antretter, F.: Experimentelle Erfassung der hygrothermischen Verhältnisse in verschiedenen Wohnräumen und Ableitung typischer Randbedingungen für Berechnungen.
Diplomarbeit, Fachhochschule Rosenheim (2004).
Deutsches Institut für Normung: DIN 1946-2: Raumlufttechnik - Gesundheitstechnische
Anforderungen (VDI-Lüftungsregeln). Beuth Verlag, Berlin (1994).
Kainz, E.: Lüftungskonzepte zur Erhaltung der Raumluftqualität und gleichzeitiger
Vermeidung von Schimmelpilzen. Diplomarbeit, Fachhochschule Rosenheim (2004).
Künzel, H.M.; Holm, A.; et al: Interior climate in German living spaces and impact of
interior linings on moisture performance. Nicht veröffentlichter IBP-Bericht (2004).
Richter, W.: Handbuch der thermischen Behaglichkeit - Heizperiode. Verlag für neue
Wissenschaft GmbH, Bremerhafen (2003).
Terhaag, L.: Thermische Behaglichkeit - Grundlagen. In: Beckert, J.; Mechel, F.P.;
Lamprecht, H.-O.: Gesundes Wohnen: Wechselbeziehungen zwischen Mensch und
gebauter Umwelt; ein Kompendium. Beton-Verlag, Düsseldorf (1986), Seite 49 ff.
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