Warum manche Räume wärmer wirken als andere: Architektur, Luftstrom und HVAC-Zonierung

Die Ausrichtung der Fenster, die Sonneneinstrahlung, die Dämmung, die Deckenhöhe, die Anordnung der Leitungen, die Lage des Raumes sowie die Luftzirkulation beeinflussen alle, wie schnell ein Raum Wärme aufnimmt oder verliert. Der Thermostat stellt eine weitere Einschränkung dar: In einem herkömmlichen Einzonen-System reagiert er auf die Bedingungen an einer Stelle, anstatt jeden Raum unabhängig zu messen.

Die Kenntnis dieser Faktoren hilft dabei zu verstehen, warum allein das Ändern des Thermostats selten ein anhaltendes Problem bezüglich der Raumkomfortbedingungen löst.

Sonneneinstrahlung führt zu unterschiedlichen Kühllasten

Räume, die in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind, können zu derselben Tageszeit sehr unterschiedliche Wärmezuwächse erleben.

Westausgerichtete Fenster sind ein gängiges Beispiel. Im Sommer können sie starkes Nachmittagssonnenscheinlicht erhalten, wenn die Außentemperaturen bereits hoch sind. Ein im Gegensatz dazu liegender, schattiger Raum kann eine deutlich geringere Kühllast aufweisen, selbst wenn beide Räume eine ähnliche Fläche haben.

Der Effekt hängt nicht nur von der Ausrichtung ab. Die Glasfläche sowie die Eigenschaften bezüglich der solaren Wärmegewinnung, äußere Schattenelemente, Dachüberhänge, die umliegende Bepflanzung sowie die thermischen Eigenschaften der umgebenden Wände und des Deckens beeinflussen alle, wie viel Wärme in den Raum gelangt.

Daher können große Fenster einen erheblichen Einfluss auf die maximale Kühlbedarfslast haben.

Ein nach Westen ausgerichteter Raum mit viel Glasfläche kann eine höhere maximale Kühllast aufweisen als ein Innenraum ähnlicher Größe. Bei einer ordnungsgemäßen Planung der Lüftungs- und Klimaanlagen sollte dieser Unterschied in einer Raum für Raum durchgeführten Lastberechnung berücksichtigt werden, gegebenenfalls auch in der Menge an Zuluft, die dem Raum zugeordnet wird.

Dieser Unterschied ist wichtig, denn allein die Fläche sagt dem Planer der Lüftungs- und Klimaanlagen nicht, wie viel Heizung oder Kühlung ein Raum benötigt.

Warum sind die oberen Stockwerke oft wärmer?

Oberste Stockwerke haben häufig größere Kühlprobleme, weil mehrere Faktoren bezüglich Wärmeübertragung und Luftstrom gleichzeitig auftreten.

Räume direkt unter einem Dachboden können durch die Decke sowie die umgebende Gebäudehülle Wärme aufnehmen. Bei warmem Wetter kann die Sonneneinstrahlung auf dem Dach die Temperaturen im Dachboden erheblich erhöhen, wodurch der Wärmefluss in die klimatisierten Räume zunimmt, wenn die Dämmung oder die Luftdichtheit unzureichend sind.

Lüftungsrohre sind ein weiterer Faktor.

In vielen Häusern führen die Rohre, die das Obergeschoss versorgen, durch einen Dachboden. Wenn diese Rohre undichten, eine unzureichende Dämmung aufweisen, zu klein sind oder durch ihre Länge sowie Anschlüsse übermäßige Druckverluste haben, können die Räume im Obergeschoss weniger klimatisierte Luft erhalten, als es die Planung vorsieht.

Die Schwerelosigkeit kann ebenfalls zu vertikalen Temperaturunterschieden in einem Gebäude beitragen, doch die gängige Aussage, dass „Wärme aufsteigt“, ist zu vereinfacht, um zu erklären, was in einem tatsächlichen Haus geschieht. Die Luftzirkulation wird außerdem durch Zuluft- und Abluftströme, Druckunterschiede, Leckagen durch die Gebäudehülle, offene Treppen sowie mechanische Mischung beeinflusst.

Deshalb löst das Herunterdrehen des Thermostats im Erdgeschoss möglicherweise kein Komfortproblem im Obergeschoss. Das untere Stockwerk kann überkühlt werden, während die eigentliche Ursache im Obergeschoss unverändert bleibt.

Große Fenster verändern das thermische Verhalten eines Raumes

Weitflächige Verglasungen können zu den attraktivsten Merkmalen der modernen Wohnarchitektur gehören. Große Fenster und Schiebetüren bringen Tageslicht herein, erhöhen die optische Offenheit und verbinden Innenräume mit Außenbereichen.

Sie beeinflussen außerdem die Heiz- und Kühllasten.

Moderne Verglasungen können im Vergleich zu älteren Fenstern den Wärmeübergang erheblich verringern, insbesondere wenn geeignete niedrigemissive Beschichtungen sowie isolierte Glasaufbauten verwendet werden. Dennoch verhält sich eine große verglaste Fläche anders als eine isolierte, undurchsichtige Wand.

Direkte Sonneneinstrahlung kann eine starke Kühllast verursachen, insbesondere an Ost- und Westfassaden.

Baukundliche Lösungen können diese Last verringern, bevor das Lüftungsklimatisierungssystem darauf reagieren muss. Äußere Verdunkelungen, richtig konzipierte Überhänge, geeignete Verglasungen, Fensterbeschattungen sowie die Gestaltung des Geländes können alle den Sonneneintrag beeinflussen.

Durch die Verringerung des solaren sowie konduktiven Wärmeeintrags an der Gebäudehülle lässt sich manchmal besser das Komfortproblem lösen als durch den Ausbau der Kühlkapazität.

Hohe Decken beeinflussen den Komfort – aber nicht auf einfache Weise

Eine hohe Raumhöhe beherbergt tatsächlich mehr Luft als ein Raum mit derselben Bodenfläche und niedrigerer Deckenhöhe, doch die Leistungsfähigkeit der Lüftungs- und Klimaanlagen sollte nicht einfach durch Multiplikation von Bodenfläche und Deckenhöhe bestimmt werden.

Die Heiz- und Kühllasten hängen vom gesamten thermischen Umfeld ab.

Bei einer Raum für Raum durchgeführten Berechnung werden Faktoren wie Bauweise von Wänden und Decken, Verglasung, Ausrichtung, äußere Bedingungen, Infiltration und interne Wärmegewinne berücksichtigt. Die Deckenhöhe kann die Menge der sichtbaren Gebäudehülle sowie die Verteilung der Luft beeinflussen, ist aber nur ein Teil der Berechnung.

In hohen Räumen kann es aufgrund mangelnder effektiver Luftmischung zu einer vertikalen Temperaturstratifikation kommen.

Deshalb sind die Ein- und Auslassstellen wichtig. Das System muss gelüftete Luft in den belegten Teil des Raumes liefern und einen effektiven Weg zurück zum Lüftungsgerät schaffen.

Lüftungsfans können das wahrgenommene Wärmegefühl verbessern, indem sie die Luftzirkulation um die Anwesenden erhöhen. Sie verringern jedoch nicht die thermische Kühllast des Raumes und beheben auch kein Problem bei der Verteilung der Luft durch das Lüftungs- und Klimasystem.

Falls ein hoher Raum ständig unangenehm warm bleibt, sollten Luftstrom und Kühllast geprüft werden, anstatt anzunehmen, dass die Lösung einfach ein leistungsstärkerer Kühlschrank ist.

Offene Raumaufteilungen und geschlossene Räume verhalten sich unterschiedlich

Luft bewegt sich in der Regel freier durch eine offene Küche, ein Esszimmer und einen Wohnbereich als durch mehrere geschlossene Schlafzimmer.

Dieser Unterschied kann die Leistung des Lüftungs- und Klimasystems beeinflussen.

Wenn sich die Tür eines Schlafzimmers schließt, setzt das Lüftungsgerät weiterhin Luft frei. Diese Luft benötigt dennoch einen effektiven Weg zurück zur Rückseite des Lüftungs- und Klimasystems.

Falls der Rückluftweg zu eng ist, kann das Schlafzimmer im Verhältnis zu angrenzenden Räumen unter Überdruck geraten. Die zugeführte Luftmenge kann abnehmen, und Druckunterschiede können dazu führen, dass Luft durch Risse oder andere Leckstellen in der Gebäudehülle entweicht.

Abschließend können je nach Haus Lösungen wie spezielle Rückluftkanäle, Übertragungsgrills, Übergangsröhren oder andere Methoden zur Druckausgleichung erforderlich sein.

Einfach nur ein größeres Zuluftgrill zu installieren, behebt nicht das Fehlen eines Rückluftwegs.

Dieses Problem ist insbesondere nach Umbauten relevant. Ein Raum, der früher direkt in den Rest des Hauses führte, kann sich nach dem Hinzufügen von Wänden oder Türen anders verhalten.

Ein Thermostat repräsentiert möglicherweise nicht das ganze Haus

Die meisten herkömmlichen Wohnheizungs- und Klimasysteme verlassen sich auf einen einzigen Thermostat.

Diese Anordnung funktioniert gut, wenn die von dem Thermostat gesteuerten Bereiche ähnliche Heiz- und Kühleigenschaften aufweisen. Probleme entstehen, wenn das Haus Räume mit erheblich unterschiedlichen Belastungen enthält.

Betrachten wir einen Thermostat, der sich in einem schattigen Flur im Erdgeschoss befindet. Sobald diese Zone 23°C erreicht, kann der Kühlschaltzyklus stoppen. Gleichzeitig kann ein Schlafzimmer im Obergeschoss, das der Nachmittagssonne ausgesetzt ist, noch einige Grad wärmer sein.

Die Klimaanlage hat korrekt auf den Thermostat reagiert. Der Thermostat weiß einfach nicht, was im Schlafzimmer vor sich geht.

Auch die Platzierung ist wichtig.

Ein Thermostat, der direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, in der Nähe einer Heizungsanlage liegt, durch eine häufig geöffnete Außentür beeinflusst wird oder von einer ungewöhnlichen internen Wärmequelle betroffen ist, kann keine repräsentativen Werte für den von ihm gesteuerten Bereich liefern.

Dies ist ein Grund, warum anhaltende Komfortprobleme als Problem der Raumaufteilung und Lastverteilung bewertet werden sollten, anstatt sie nur als Problem der Thermostat-Einstellungen zu betrachten.

Wann ist die HVAC-Raumaufteilung nützlich

In einigen Häusern gibt es vorhersehbare Temperaturunterschiede, weil verschiedene Bereiche des Gebäudes tatsächlich zu unterschiedlichen Zeiten gekühlt oder beheizt werden müssen.

In solchen Fällen können richtig konzipierte HVAC-Raumaufteilungssysteme ein Kanalsystem in separat steuerbare Bereiche aufteilen. Thermostate oder Sensoren kommunizieren mit einem Bereichssteuerungssystem, während motorisierte Dämpfer den Luftstrom zu den Teilen des Hauses regulieren, die Heizung oder Klimatisierung benötigen.

Ein typisches zweistöckiges Haus trennt beispielsweise die Schlafzimmer im Obergeschoss von den Wohnräumen im Erdgeschoss. Ein anderes Haus könnte ein stark verglastes Büro oder eine Hauptwohnung in einer eigenen Zone unterbringen, da die Belastungs- und Belegungsmuster dort von denen des restlichen Stockwerks abweichen.

Ziel ist es nicht einfach nur, Leitungen in ungenutzten Räumen zu verschließen.

Durch die Einteilung in Zonen ändert sich, wie die Luftströmung durch das Lüftungs- und Klimasystem fließt, weshalb Kapazität der Leitungen, Leistung des Gebläses, statischer Druck, Einordnung der Geräte sowie Mindestanforderungen an die Luftströmung alle berücksichtigt werden müssen.

Ein schlecht konzipiertes zonales System kann einen übermäßigen Druck erzeugen oder die Luftströmung durch die Geräte verringern. Ein richtig konstruiertes System berücksichtigt sowohl die Situation, in der nur eine Zone Bedarf hat, als auch die, in der mehrere Zonen gleichzeitig gekühlt oder beheizt werden müssen.

Verschaltbare und stufenweise steuerbare Lüftungs- und Klimaanlagen bieten oft größere Flexibilität, da die Systemleistung sich enger an die sich ändernden Anforderungen der einzelnen Bereiche anpassen kann.

Zonierung löst nicht jedes Problem mit ungleichmäßigen Temperaturen

Ein heißer Raum ist noch kein Beweis dafür, dass das Haus eine Zonierung benötigt.

Das gleiche Symptom kann durch einen verstopften Filter, beschädigte Leitungen, unzureichenden Rückstrom der Luft, schlechte Dämmung, übermäßige Sonneneinstrahlung oder eine fehlerhafte Betriebsweise der Anlagen entstehen.

Dieser Unterschied ist wichtig, denn die Zonierung kann keinen grundlegenden Verteilungsfehler beheben.

Falls ein Schlafzimmer aufgrund eines zerdrückten oder abgetrennten Rohrs deutlich weniger Luftstrom erhält, behebt das Hinzufügen eines weiteren Thermostats das Problem mit den Rohren nicht. Wenn eine Decke im Obergeschoss durch einen unzureichend gedämmten Dachboden übermäßig Wärme aufnimmt, kann das Umleiten mehrer gekühlter Luftmengen das zugrunde liegende Problem nur verdecken.

Vor der Neugestaltung der Steuerelemente sollte das bestehende System auf Folgendes überprüft werden:

• eine ausreichende Zuluftmenge;
• effektive Rückluftwege;
• Durchlässe und Einschränkungen in den Leitungen;
• geeignete Größe der Leitungen;
• Zustand von Filtern und Gebläsen;
• Dämmung des Dachbodens sowie Luftdichtigkeit;
• Lage des Thermostats;
• Funktion und Leistungsfähigkeit der Anlagen.

Die richtige Lösung hängt davon ab, welche dieser Bedingungen tatsächlich zur Temperaturdifferenz führt.

Bereichsweise Lastberechnungen liefern bessere Ergebnisse

Wenn Unterschiede in der Behaglichkeit anhalten, können bereichsweise durchgeführte Berechnungen der Heiz- und Kühllast helfen, architektonische Probleme von Problemen bei der Luftverteilung zu unterscheiden.

Profis im Bereich Heizung, Lüftung und Klimatisierung in Wohngebäuden verwenden häufig die ACCA Manual J-Verfahren, um Heiz- und Kühllasten zu schätzen. Bei der Berechnung werden weitaus mehr Faktoren berücksichtigt als nur die Gesamtfläche des Hauses.

Jeder Raum kann aufgrund seiner Ausrichtung, der Verglasung, des Bausystems, der Lage sowie der Nutzung eine andere Last aufweisen.

Diese Lasten beeinflussen wiederum spätere Entwurfsentscheidungen, einschließlich der Auswahl der Geräte sowie der Luftmenge, die die einzelnen Räume benötigen.

Das ist zuverlässiger, als versuchen zu wollen, ein Komfortproblem durch Schätzung der Gerätegröße oder Anpassung von Dämpfern zu lösen, ohne zu wissen, wie viel Klimatisierung jeder Raum tatsächlich benötigt.

Eine zu große Geräteauswahl ersetzt keine ordnungsgemäße Lastanalyse. Ein überdimensioniertes System kann zwar schnell die gewünschte Temperatur erreichen, führt jedoch zu kürzeren Betriebszyklen, was eine weniger konstante Temperaturverteilung und Feuchtigkeitskontrolle zur Folge haben kann.

Innengestaltung kann die Verteilung der Lüftungsanlage beeinflussen

Auch nach der Installation des Lüftungssystems können die Heiz- und Kühleigenschaften sich ändern.

Möbel, die über einem Fußbodenventilator platziert werden, können den Luftstrom einschränken. Lange Vorhänge können die Lüftungsgitter verdecken. Schränke oder eingebaute Elemente können die Rückluftöffnungen stören.

Renovierungen können sogar noch größere Auswirkungen haben.

Die Umwandlung eines offenen Raums in ein abgeschlossenes Büro verändert die Art und Weise, wie Luft in diesen Raum gelangt und wieder entweicht. Der Einbau großer Glastüren kann die Sonneneinstrahlung verändern. Die Umgestaltung eines Dachbodens oder die Modifikation der Decke kann sowohl die Wärmedämmung als auch die Anforderungen an die Lüftungsrohre beeinflussen.

Daher sollte bei umfangreichen Umbauprojekten die Planung der Lüftungsanlage parallel zu den architektonischen und gestalterischen Entscheidungen erfolgen – und nicht erst nach Abschluss der Bauarbeiten.

Dämmung und Luftdichtigkeit gehören zur Komfortberechnung

Luft- und Klimaanlagen können nur bis zu einem gewissen Grad die Schwächen der Gebäudehülle ausgleichen.

Dämmung verringert den leitenden Wärmeübergang durch Wände, Decken und Böden. Luftdichtung begrenzt die unkontrollierte Bewegung von Luft durch Spalten und Durchbrüche in der Gebäudehülle.

Zugänge zum Dachboden, eingelassene Geräte, Durchbrüche für Leitungen sowie Spalten um Gebäudeteile können alle zu unerwünschtem Wärmeübergang oder Luftlecks führen.

Diese Bedingungen betreffen oft bestimmte Räume stärker als andere.

Ein Schlafzimmer direkt unter einem schlecht gedämmten Bereich des Dachbodens benötigt möglicherweise mehr Kühlung als ein angrenzender Raum. Ein Raum über einer Garage verhält sich möglicherweise anders als ein Raum, der von gekühltem Raum umgeben ist.

Durch Behebung dieser Probleme der Gebäudehülle kann die Belastung selbst verringert werden, anstatt das Lüftungs- und Klimasystem dazu zu zwingen, sie endlos auszugleichen.

Die Ursache finden, bevor man die Lösung wählt

Beständige Temperaturunterschiede zwischen den Räumen haben in der Regel eine physikalische Erklärung.

Ein nach Westen ausgerichtetes Schlafzimmer kann durch starke Nachmittagssonne belastet werden. Ein Raum im Obergeschoss kann von Wärmestromen aus dem Dachboden sowie schwacher Lüftungsleistung beeinträchtigt sein. Ein geschlossenes Büro verfügt möglicherweise nicht über einen ausreichenden Rückstromweg. Ein Thermostat kann mehrere Räume steuern, die sich nicht wie eine einzige Wärmezone verhalten.

Die nützliche erste Frage lautet daher nicht: „Auf welche Temperatur sollte der Thermostat eingestellt werden?“

Sondern: „Warum hat dieser Raum eine andere Belastung oder erhält einen anderen Luftstrom als der Rest des Hauses?“

Sobald das geklärt ist, wird die Lösung deutlich klarer.

Mannchmal liegt die Lösung in einer besseren Abdichtung oder Isolierung. Manchmal ist eine Reparatur der Lüftungsrohre oder eine Verbesserung der Rückluft notwendig. In Häusern mit völlig unterschiedlichen Nutzungsmustern und Wärmelasten kann eine Zonierung angebracht sein.

Die beste Lösung hängt davon ab, herauszufinden, welcher Teil des Hauses das Ungleichgewicht verursacht – die Gebäudehülle, das Lüftungssystem, die Steuerungselemente oder die Raumlast selbst.