Küchenlüftung in energieeffizienten Gebäuden

Die meisten Dunstabzugssysteme können wahlweise als Umluft- oder Abluftgerät betrieben werden. Im Abluftbetrieb wird der erfasste Kochwrasen nach außen geführt. Der Abluftvolumenstrom muss dem Raum mit geeigneten Maßnahmen wieder zugeführt werden. Welches System im Einzelfall zu empfehlen ist hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• bauliche Gegebenheiten und
• Eigentumsverhältnisse
• Art der Wohnraumlüftung (kontrollierte bzw. ventilatorgestützte oder freie Lüftung)
• energetischer Gebäudestandard
• städtebauliche Vorgaben, z. B. bezüglich der Fassadengestaltung

Ist eine kontrollierte Wohnraumlüftung vorhanden und sorgt ein Grundluftwechsel in der Küche für eine Abfuhr der Feuchtelasten, so wird gerade für Gebäude mit sehr geringem Heizwärmebedarf (Passivhaus oder Effizienzhaus 40), eine Umlufthaube empfohlen, da sie keine zusätzlichen Lüftungswärmeverluste und einen geringeren baulichen Aufwand bei der Installation verursacht. Wer jedoch ein Abluftsystem bevorzugt, etwa wegen des geringen Wartungsaufwands, muss darauf nicht verzichten. [2] enthält Empfehlungen für die Auswahl effizienter Systeme sowie Hinweise zur korrekten Berücksichtigung in der Gebäudeenergiebilanz.

Technische Bewertung

Erfassung des Kochwrasens

Im Rahmen der Studie [1] wurde deutlich, dass bisher zur Erfassung des Kochwrasens keine standardisierten Untersuchungsmethoden vorliegen. Entsprechend wird sie in eingeführten Bewertungsverfahren und Gerätekennzeichnungen (z. B. nach [3] oder [4]) noch nicht ausreichend berücksichtigt. Deshalb wurde ein auf einer optischen Auswertung basierendes neues Verfahren erprobt, um die Wirksamkeit und Unterschiede der Dunstabzugssysteme bezüglich ihrer Erfassung aufzuzeigen (Abb. 2). Bei dem Verfahren wird Wasserdampf unter definierten Bedingungen freigesetzt und bewertet, ob die Wasserdampfschwaden vollständig von der Dunstabzugshaube erfasst werden.

Um den Kochwrasen fotografisch sichtbar zu machen, wurde eine Digitalkamera mit hoher Kontrasteinstellung verwendet. Der Wasserdampf wird in einem mit Wasser gefüllten Kochtopf bei definierter Leistung des Kochfelds erzeugt (maximale Stufe). Die Position des Topfes entspricht hierbei den Vorgaben der DIN EN 61 591.

Abb. 3 zeigt die Ergebnisse einer fotografischen Auswertung. Eine Bildverarbeitung erzeugt die einzelnen Bilder aus bis zu 50 Einzelbildern. Hell sind die Bereiche, in denen im Versuch häufig Wrasen auftrat. Mit der getesteten Wandhaube konnte eine vollständige Wrasenerfassung bereits bei Stufe 2 erzielt werden.

Bei den untersuchten Systemen unterschied sich der erforderliche Luftstrom um bis zu 60 %. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass an der Wand montierte Dunstabzugshauben im Vergleich zu Kochfeldabsaugungen eine vergleichbare Wrasenerfassung mit deutlich geringeren Luftströmen erzielen.

Elektrische Leistungsaufnahme

Umluftsysteme müssen bisher nach [3] nicht gekennzeichnet werden, obwohl die elektrische Leistungsaufnahme dieser Systeme in der Regel höher als in der Abluft-Ausführung ist. Auch für Umluft-Dunstabzugssysteme sollte deshalb eine Kennzeichnungspflicht bestehen bzw. eingeführt werden.

Wie exemplarische Untersuchungen an Abluft-Dunstabzugssystemen zeigen, bildet die Kenngröße „fluiddynamische Effizienz“ (FDE) bedeutende Unterschiede in der elektrischen Leistungsaufnahme nicht ab (Abb. 4). Deutlich effizientere EC-Gebläse, die insbesondere im Teillastbetrieb Vorteile haben, werden mit der Kenngröße nicht adäquat bewertet. Durch einen breiteren Einsatz effizienter EC-Gebläse und strömungstechnisch optimierter Dunstabzugssysteme sind deutliche Einsparungen beim Strombedarf zu erwarten.

Relative Luftfeuchtigkeit

Ausgehend von einem erwarteten höheren Schimmelpilzrisiko durch die Feuchtigkeit, die beim Kochen in die Raumluft gelangt, wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens eine Parameterstudie zur Entwicklung der relativen Feuchtigkeit durchgeführt. Untersucht wurde, welcher ergänzende Luftwechsel zur Kompensation der zusätzlichen Feuchtequelle erforderlich ist, damit kein Schimmelpilzrisiko entsteht. Folgende Ergebnisse und Erkenntnisse können aus der Parameterstudie zusammengefasst werden:

• Der zusätzliche erforderliche Luftwechsel pro Wohnung zur Kompensation der Feuchteabgabe durch den Kochvorgang beträgt 0,01 bis 0,03 h^–1.
• Die Feuchtebelastung durch den Kochvorgang ist bezogen auf die gesamte Wohnung eher unkritisch.
• In den Küchen gibt es dennoch eine zumindest temporäre Belastung. Die Erfahrung von Küchenplanern bestätigt das.
• Bezüglich der Entwicklung der Raumluftfeuchte unkritisch sind Umluft-Dunstabzugshauben bei gleichzeitigem Grundluftwechsel durch eine kontrollierte Wohnungslüftung sowie Abluft-Dunstabzugshauben.

Des Weiteren wurde die Entwicklung der relativen Feuchtigkeit im bzw. unterhalb des Korpus untersucht. Gegenstand der Untersuchung war ein bereits von vielen Marktbeteiligten als kritisch eingestuftes System der Kochfeldabsaugung im Umluftbetrieb, wobei der Kochwrasen nach unten in den Sockelbereich des Unterschranks geführt und dort ausgeblasen wird, ohne den Wrasen über einen Kanal aus dem Sockelbereich herauszuführen.

Wie erwartet, muss diese Lösung als kritisch eingestuft werden. Sogar ohne Außenwände oder Wärmebrücken im Sockelbereich kann sich die relative Feuchtigkeit an den Oberflächen auf 80 bis 100 % erhöhen. Damit ist die Voraussetzung für Schimmelpilzwachstum selbst an Innenwänden gegeben.

Wechselwirkungen mit anderen TGA-Systemen

Ausgehend von normativen Anforderungen bezüglich des maximal zulässigen Unterdrucks wurde untersucht, ob die Unterdrücke für eine Abluft-Dunstabzugshaube mit Nachströmung über einen marktüblichen steuerbaren Außenluftdurchlass mit einem runden Querschnitt von 10,5 cm eingehalten werden können. Betrachtet wurden drei Varianten:

• ohne Feuerstätte – maximaler Differenzdruck zur Öffnung von Türen 50 bis 75 Pa
• mit raumluftunabhängiger Feuerstätte maximal 8 Pa
• mit raumluftabhängiger Feuerstätte maximal 4 Pa

Folgende Erkenntnisse können aus den Ergebnissen der Untersuchung abgeleitet werden (Außenluftdurchlass mit einem Durchmesser von 10,5 cm):

• Für sehr kleine Wohneinheiten (20 m²) sollten keine Abluft-Dunstabzugshauben eingesetzt werden, da hier schnell Unterdrücke erreicht werden können, die bereits bezüglich der Öffnung von Türen kritisch sind.
• In größeren Wohneinheiten (200 m²) mit raumluftabhängiger oder raumluftunabhängiger Feuerstätte können die zulässigen Unterdrücke nicht eingehalten werden.
• In größeren Wohneinheiten (200 m²) kann bei sehr dichter Gebäudehülle (z. B. in Passivhäusern) der für das Öffnen von Türen kritische Unterdruck nicht eingehalten werden.

Berechnet wurde auch, wie groß der Außenluftdurchlass für eine ausreichende Nachströmung abhängig von der Wohnungsgröße und dem Luftdichtheitskennwert sein muss und eine Matrix zusammengestellt [1]. Eine andere Möglichkeit besteht darin, durch das Kippen eines Fensters für ausreichende Luftnachströmung zu sorgen und mit einem Fensterkontaktschalter sicherzustellen, dass die Dunstabzugshaube ausschließlich bei geöffnetem Fenster betrieben werden kann.

Energetische Bewertung

Abluft-Dunstabzugshauben verursachen zusätzliche Wärmeverluste durch den Abluftbetrieb des Dunstabzugssystems, durch ungewollten Luftaustausch außerhalb des Betriebs und durch zusätzliche Transmissionswärmeverluste von Verschlussklappen. Je nach Nutzungsgewohnheiten können sie sich auf 450 bis rund 900 kWh/a pro Wohnungsküche mit Abluft-Dunstabzugssystem summieren. Überraschend ist, dass der Infiltrationsverlust bei Annahme marktgängiger Produkte einen maßgeblichen Anteil beiträgt. Neuere Produkte mit aufwendigeren Verschlusssystemen lassen deutlich geringere Infiltrationsverluste erwarten.

Besonderheiten für energieeffiziente Gebäude

Abhängig von der Wohnungsgröße (Annahme: zwischen 40 und 160 m²) beträgt der spezifische zusätzliche Wärmeverlust bei Abluft-Dunstabzugssystemen zwischen 3 und 23 kWh/(m²  a). Bei nahezu der Hälfte aller Wohneinheiten in Deutschland handelt es sich um eher kleinere Wohnungen. Werden nur Wohnungen mit 40 bzw. 60 m² betrachtet, beträgt der zu erwartende Wärmeverlust zwischen 7 und 23 kWh/(m²  a). Zum Vergleich: Der Heizwärmebedarf von Passivhäusern darf 15 kWh/(m²  a) nicht übersteigen.

Die Untersuchungen zeigen, dass der energetische Einfluss von Abluft-Dunstabzugssystemen insbesondere bei kleinen Wohnungen in Gebäuden mit sehr geringem Heizwärmebedarf maßgeblich werden kann.

Für Gebäude mit sehr geringem Heizwärmebedarf gelten deshalb folgende Empfehlungen:

• Umluft-Dunstabzugssysteme sind zu bevorzugen.
• Abluft-Dunstabzugssysteme sind möglich, hierzu sind bestimmte Aspekte zu beachten. Unter anderem müssen Abluftöffnung und gegebenenfalls Nachströmöffnungen mit dicht schließenden Abschlüssen versehen werden.

Kaum Kostenunterschiede

Die Gesamtkosten der beiden Systeme Abluft und Umluft unterscheiden sich kaum: Während bei Umluftsystemen jährliche Kosten für den Wechsel des Aktivkohlefilters anfallen, liegen Abluftsysteme bei den Installationskosten etwas höher und verursachen aufgrund der zusätzlichen Lüftungswärmeverluste höhere Heizenergiekosten.

Literatur

[1] Endbericht der „Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wohnküchen in energieeffizienten Gebäuden“. Passivhaus Institut, Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden, Institut für Holztechnologie Dresden, Naber GmbH, Dezember 2018. Veröffentlicht vom Fraunhofer IRB Verlag, www.irbnet.de, www.bit.ly/geb1647

[2] Leitfaden: Dunstabzugshauben für Wohnküchen in Passivhäusern: Darmstadt; Passivhaus Institut; 2019. www.passiv.de, www.bit.ly/geb1642

[3] Delegierte Verordnung (EU) Nr. 65/2014 der Kommission vom 1. Oktober 2013 zur Ergänzung der Richtlinie 2010/30/EU des Europäischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Energieverbrauchskennzeichnung von Haushaltsbacköfen und -dunstabzugshauben. Amtsblatt der Europäischen Union L 29/1 vom 31. Januar 2014, www.eur-lex.europa.eu, www.bit.ly/geb1643

[4] DIN EN 61 591 Haushalt-Dunstabzugshauben – Verfahren zur Messung der Gebrauchseigenschaft. Berlin: Beuth Verlag, März 2016 und Entwurf Mai 2018

studierte in Glauchau Versorgungs- und Umwelttechnik. Anschließend beschäftigte sie sich mit Lüftungskonzepten für Operationssäle in Krankenhäusern. Seit 2010 arbeitet die Diplom-Ingenieurin am Passivhaus Institut in Darmstadt mit Schwerpunkt Lüftungstechnik.

www.passiv.de

war als Diplom-Physiker von 1999 bis 2001 an der Universität Siegen tätig, wobei sein Schwerpunkt in den Fachgebieten Bauphysik und Solarenergie lag. Seit 2001 arbeitet er am Passivhaus Institut. Als Leiter des Arbeitsbereiches Gebäudetechnik beschäftigt er sich mit Energieeffizienzpotenzialen von Nichtwohngebäuden, der Gebäudetechnik sowie der Entwicklung von Energiebilanzverfahren.

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