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Die Wirkung einer Lüftungsanlage hängt von den Luftströmungen im Raum ab. Die Luftströmungen werden massgeblich von der Zuluft
bestimmt: Temperatur, Ort, Geschwindigkeit und Richtung der Einführung. Beim Ausströmen aus einem Zuluftdurchlass in den Raum bildet die Luft (wie Flüssigkeiten) in der Regel einen Strahl
aus.
Bei einem Abluftdurchlass ist das Strömungsbild anders. Ein Abluftdurchlass beeinflusst die Strömungen im Raum nicht. Selbst in Achsrichtung sind nahe dem Durchlass keine höheren Geschwindigkeiten festzustellen, da die Luft von allen Seiten gleichmässig zum Durchlass strömt.
Es gibt zwei Grenzfälle von Luftströmungen im Raum, welche beide nicht in reiner Form vorkommen:
- die vollständige Mischungslüftung und
- die ideale Verdrängungslüftung (Kolbenströmung).
5.3.1 Verhalten von Fluidstrahlen
5.3.1 Verhalten von Fluidstrahlen – 5.3.2 Mischungslüftung – 5.3.3 Quelllüftung – 5.3.4 Verdrängungslüftung
Bild 5.7 zeigt einen Freistrahl, wie er z.B. bei Weitwurfdüsen (oder Rohreinmündungen in Wasserspeichern) auftritt. Mit zunehmendem Abstand von der Mündung wird der Strahl dicker und langsamer, da er Raumluft mitreisst (Induktion). Die Strahlachse krümmt sich, wenn die Zuluft eine andere Dichte als die Raumluft aufweist. Wenn der Strahl in einem flachen Winkel zur Oberfläche austritt, wird er abgelenkt und legt sich an die Oberfläche an (Wandstrahl). Dieser nach Coanda benannte Effekt wird z.B. bei Dralldurchlässen ausgenutzt (Bild 5.8). Zwei parallele, nahe beieinander befindliche Strahlen legen sich in gleicher Weise aneinander.
Bild 5.7 Freistrahl im Heiz- und Kühlfall, Vertikalschnitt [Rec1]
Bild 5.8 Anlegen eines Strahls an eine Oberfläche (Coanda-Effekt)
5.3.2 Mischungslüftung
5.3.1 Verhalten von Fluidstrahlen – 5.3.2 Mischungslüftung – 5.3.3 Quelllüftung – 5.3.4 Verdrängungslüftung
Bei vollständiger Durchmischung der Zuluft mit der Raumluft würde sich keine Temperaturschichtung und keine Schichtung der Schadstoffkonzentration einstellen. Bei allen Durchlässen mit nennenswerten Austrittsgeschwindigkeiten (Kugeldurchlässe, Diffusionsgitter) tritt eine weitgehende Durchmischung ein, die Schichtung ist deshalb relativ gering (Bild 5.9). Die Platzierung der Zuluftdurchlässe ist nicht wichtig, sofern der Strahlbereich der Durchlässe den Aufenthaltsbereich nicht tangiert. Die Platzierung der Abluftdurchlässe spielt keine Rolle, wenn die Schichtung gering ist. In hohen Räumen stellt sich eine gewisse Schichtung ein; die Abluftdurchlässe sollten dann bei der wärmeren, belasteteren Luft oben eingebaut werden. Die Mischungslüftung ist die häufigste Art der Lufterneuerung.
Bild 5.9 Luftführungen im Raum, von oben nach unten abnehmende Durchmischung der Raumluft
5.3.3 Quelllüftung
5.3.1 Verhalten von Fluidstrahlen – 5.3.2 Mischungslüftung – 5.3.3 Quelllüftung – 5.3.4 Verdrängungslüftung
Bei der Quelllüftung wird die Zuluft mit geringer Untertemperatur (etwa 2 K) und kleiner Geschwindigkeit in Bodennähe dem Raum zugeführt. Die Luft verteilt sich in Bodennähe im ganzen Raum als «Zuluftsee». Dort, wo Luft benötigt wird, wird auch Wärme produziert (Personen und Geräte). Die auf diese Weise erwärmte Luft steigt an die Decke, wo sie abgesaugt wird. Durch die relativ ausgeprägte Schichtung der Temperatur und der Schadstoffe kann der Aussenluftwechsel besonders im Winter reduziert werden. Im Übrigen wird aber die Durchmischung verstärkt, wenn die Quellluftdurchlässe nicht schichtungsgerecht (d.h. oben) angebracht werden oder wenn zur Erhöhung der Kühlleistung Kühldecken vorhanden sind.