Erdregister

Erdregister gleichen Schwankungen der Aussenluft Konditionen, mit denen die Wohnungslüftung   arbeiten muss aus. Das Erdregister wärmt im Winter die Luft bis auf ca. 0°C vor und kühlt sie im Sommer auf ca. 25°C ab.

Das hat den Vorteil, dass im Gerät auf eine Frostschutzschaltung bzw. Frostschutzvorrichtung verzichtet werden kann und im Sommer durch das Lüften keine Wärmelast anfällt, da die Luft mit ca. 25°C statt mit Aussenluft Konditionen einströmt. Eine wirkliche Kühlung, d.h. eine Abfuhr der internen und externen Last kann die Lüftungsanlage aufgrund der geringen Luftmenge des KWL Gerätes welche ja aufgrund des Hygienebedarfes ausgelegt wurde nicht bewirken.

Luftdurchströmtes Erdregister 

Das Prinzip, eines Luft-Erdregister, ist eigentlich sehr simpel. Es sind im Erdreich verlegte, luftdurchströmte Rohre, die der KWL Anlage vorgeschaltet sind und dabei die Speicherwirkung des Erdreiches zur Lufterwärmung bzw. Luftkühlung nutzen.

Im Winter wird dabei die Erdwärme zur Luftvorwärmung (Energieersparnis) und als Vereisungsschutz für das KWL Lüftungsgerät   genutzt. Eine ständige Austrittstemperatur über -2°C ist Ziel des Erdregisters. Die für den Vereisungsschutz minimal zulässige Temperatur ist vom Wärmetauscher abhängig – je besser der Wärmetauscher, umso höher die notwendige Temperatur nach dem Erdregister. Je besser die Wärmerückgewinnung ausgelegt wird um so höher beginnt die Vereisung.

Eine Vereisung findet immer abluftseitig statt, wenn die in der Abluft enthaltene Feuchte den Taupunkt erreicht und an den Wärmetauschflächen anfriert. Die aus dem Erdreich nutzbare Energiemenge hängt sehr stark von der allgemeinen Erdreichbeschaffenheit bzw. vom Hinterfüllungsmaterial ab. Bei einem Sandboden beträgt die aus dem Erdreich gewonnene Wärmemenge (bei 180 m³/h, Rohr 200 mm, 40 m, 1,5 m unter dem Erdreich) nach dem Berechnungsprogramm des Passivhausinstitutes für den Zeitraum Oktober bis März ca. 900 kWh (bei 75% Jahresnutzungsgrad der Heizung entspricht dies ca. 120 Liter Öl). Die Jahresarbeitszahl des Erdregister beträgt bei eingesetzten EC Ventilatorenim Wohnungslüftungsgerät ca. 38. Dies bedeutet, dass 38mal mehr Wärme aus dem Erdreich gewonnen wurde, als elektrische Energie für die zusätzliche Ventilatorleistung im KWL Gerät aufgewendet werden musste. Von so einer Arbeitszahl können die Wärmepumpen nur träumen.

Im Sommer kann das Erdreich zur leichten Abkühlung der Luft verwendet werden. Ziel ist eine Zulufttemperatur unter 25°C. Aufgrund der Abkühlung im Erdreich bildet sich je nach Aussenluftbedingungen und Abkühlung Kondensat im Erdregister. Daher muss es mit einem Mindestgefälle von 2% verlegt werden. An der tiefsten Stelle des Erdregister (beim Wohnungslüftungsgerät) ist für eine fachgerechte Kondensatableitung mit doppeltem Siphon zu sorgen.

Der „Kühleffekt“ des Erdregister wird jedoch sehr oft überschätzt. Die jährliche Kühlenergie für ein typisches Einfamilienhaus bezogen auf die Aussentemperatur beträgt ca. 700 kWh pro Jahr (180 m³/h, Rohr 200 mm, 40 m, 1,5 m unter dem Erdreich). Davon können nicht 100% genutzt werden, da diese teilweise in die Übergangszeit fällt. Für die „heissen“ Monate Juni, Juli und August liefert das Erdregister gemäss obigen Beispiel ca. 450 kWh Kühlenergie aus dem Erdreich. Die Temperatur nach dem Wohnungslüftungsgerät bleibt bei diesem Beispiel immer unter 25°C. Als Vergleich: Ein südliches Dachflächenfenster von 1,5 m² Glasfläche bedeutet in den Monaten Juni, Juli und August  ebenfalls einen Wärmeeintrag von ca. 450 kWh. Diese geringe Kühlleistung ist durch die zu geringe Luftleistung des Wohnungslüftungsgerät für diesen Anwendungsfall bedingt. 

In den Übergangszeiten (Frühjahr, Herbst) kann der Erdregister Betrieb je nach momentaner Temperaturen (Aussen- bezw. Erdreich) zu ungewünschten Heiz- bezw. Kühlenergieübertragungen führen (z.B. unerwünschte Kühlung der Luft, wenn die Aussenlufttemperatur im Frühjahr am Tag höher als Erdreichtemperatur ist). Theoretisch vermieden werden diese Einträge durch einen temperaturgesteuerten Bypass zur Umgehung des Erdregister. Bei entsprechend definierter Grenztemperaturen (meist +5 bis +8°C als Grenze bei Heizbetrieb bezw. +15 bis +18°C als Grenze beim Kühlbetrieb) wird dann zwischen Direktansaugung und Ansaugung über das Erdregister umgeschaltet.

Die Ventilatoren des Komfort Lüftungsgerät laufen weiter. Aus energetischer Sicht ist die Installation eines Erdregister-Bypass nur sinnvoll, wenn diese Klappe auch wirklich dicht schliesst. Sonst vermindert die Falschluft (insbesondere in kalten Wintertagen bezw. im Hochsommer) die Wirkung des Register und der finanzielle Mehraufwand (Motorklappe, Steuerung,…) ist dann keinesfalls gerechtfertigt. Manuelle Systeme sind nicht zu empfehlen, da in der Überganszeit, aber auch im Sommer bezw. an milden Wintertagen teilweise eine tägliche Umschaltung (Tag/Nach) notwendig ist und der Mensch eine zu grosse Fehlerquelle für die Steuerung der Wohnungslüftung währe. Dieser Bypass stellt eine Zusatzinvestition und auch eine mögliche zusätzliche Fehlerquelle (Klappe defekt, Steuerung falsch eingestellt, …) dar, zudem ist es aus hygienischer Sicht besser, wenn die Leitungen des Erdregister kontinuierlich durchströmt werden. Unserer Meinung nach ist für eine Wohnungslüftung davon abzusehen.

Hinweise zur Ausführung eines Erdregister für eine Komfortlüftung 

Rohrmaterial Unbedenkliche Materialien mit möglichst hohen Lambda-Werten (λ) verwenden. z.B. Polyethylen (λ = 0,35 W/mK) oder Polypropylen (λ = 0,22 W/mK)) bezw. Vermeidung von PVC (Polyvinylchlorid, λ = 0,16 W/mK) aus ökologischen Gründen. Es sind auch spezielle Kunststoffrohre für Erdwärmetauscher erhältlich. Z.B dünnes PP-Rohr mit einer besonders hohen Wärmeleitfähigkeit (λ = 0,51 W/mK) und Bruchfestigkeit durch eine eingeschlossene Schicht aus Magnesium-Silikat. Das Rohr sollte möglichst dünn (Wärmeleitung), innen glatt sein und bei den Stössen eine weitgehend ungehinderte Weiterleitung des entstehenden Kondensates ermöglichen. Kunststoffschläuche haben zwar den Vorteil, dass sie schnell verlegt werden und mit wenigen bzw. ohne Stöße auskommen, jedoch ist eine Verlegung mit kontinuierlichem Gefälle nur sehr schwer zu realisieren. Erdregister aus Betonrohren (λ = 2,0 W/mK) haben zwar eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, sie sind aber aufgrund ihrer rauen Innenoberfläche (Reinigung, Strömungswiderstand), mangelhaften Dichtigkeit gegenüber Wassereintritt von außen (Verbindungsstellen, Rohrbruch durch Setzungen), Undichtheit gegenüber Radon, u.s.w. nicht zu empfehlen.

Verlegetiefe Je grösser die Verlegetiefe ist, umso günstigere Temperaturniveaus herrschen im Erdreich für den Betrieb der Wohnungslüftungsanlage. Das beste Kosten/Nutzen-Verhältnis wird, je nach den Verhältnissen des konkreten Bauvorhabens, bei Tiefen zwischen 1,5 und 2,0 m erreicht. In Ausnahmefällen und bezw. oder bei Hanglagen kann das Optimum auch deutlich tiefer liegen. Die Mindesttiefe sollte 1,2 Meter betragen.

Erdregister-Länge Der Richtwert für die Wohnungslüftung für ein Einfamilienhaus liegt zwischen 30 und 40 Metern je Strang (Achtung: Parallelverlegung von zwei Strängen à 20 Meter erfüllen die Frostschutzfunktion normalerweise nicht). Das Optimum für jede Komfortlüftung kann mit dem Programm des Passivhaus Institut berechnet werden. Zu kurze Registerlängen bedeuten keinen ausreichenden Vereisungsschutz des KWL Gerätes und zu lange Längen bedeuten zu grosse Druckverluste und Kosten für die Komfort Lüftungsanlage.

Verlegeart bei einem Komfortlüftungsgerät   für ein Einfamilienhaus wird normalerweise eine Verlegung im Einrohrverfahren durchgeführt. Bei grösseren Luftmengen welche bei einer kontrollierten Wohnunglüftungsgerät für mehrere Wohnungen entstehen können, ist der Einsatz des Tichelmannsystem  vorzusehen. Die Rohre sollten dabei einen Mindestabstand (Achse zu Achse) von 0,80 Meter haben. Befindet sich das Register für das KWL Gerät unter einer Bodenplatte ist aufgrund der geringeren Regeneration des Erdreich der Mindestabstand zu verdoppeln. Erdregister-Durchmesser in Abhängigkeit des Volumenstroms, sollte die Luftgeschwindigkeit maximal 1,5 m/s betragen. Dies bedeutet zumindest DN 200 für ein Einfamilienhaus (170 m³/h). Unter 1m/s sollte die Luftgeschwindigkeit aufgrund des Wärmeüberganges aber auch nicht betragen. Durchmesser über 300 mm sollten ebenfalls vermieden werden, da sich das Verhältnis hinsichtlich Umfang und Fläche massiv verschlechert. Geringer Druckverlust Die Druckverluste in den verlegten Rohre sollte möglichst niedrig gehalten werden. Dies ist durch die Anforderungen glattes Rohr und geringe Luftgeschwindigkeit indirekt schon definiert worden. In der Praxis ergibt sich bei einer Länge von 30 bis 40 Metern und einer Luftgeschwindigkeit von 1,0 bis 1,5 m/s ein Druckverlust von ca. 20 Pa für den EC- Ventilator   im Wohnungslüftungs Gerät .

Hygienische Anmerkungen (Flückiger, 1997) Die mikrobielle Zusammensetzung der Zuluft und der Luft nach dem Erdregister wurde im Vergleich zur Aussenluft vom Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie in Zürich untersucht. Bei den untersuchten Objekten handelte es sich um Einfamilienhäuser (EFH), Mehrfamilienhäuser (MFH), Schulen und Bürogebäude, welche mit Zement- oder Kunststoffrohren (PE, PVC) als Verlegematerial ausgeführt sind. Der Jahresverlauf der Keimbelastung zeigt eine saisonale Abhängigkeit in der Aussenluft. Die Pilzsporenkonzentration liegt im Winter sehr tief und erreicht im Sommer ihr Maximum. Die Bakterienkeime lagen im Sommer niedriger als in den Übergangszeiten. Die Pilzkonzentration nimmt im Erdregister massiv ab. Auch bei den Bakterien ist prinzibiel eine Abnahme im Erdregister festzustellen. 

Das Erdregister verringert nach dieser Studie überraschenderweise sogar die Belastung an Pilzen und Bakterien durch Sedimentation. Deutliche Unterschiede haben sich auch bei Kontrollierten Wohnungslüftungen für Einfamilienhäuser und grösseren Anlagen durch die Konstruktionsweise ergeben. In Querschächten, wo die Luft nur sehr langsam strömt wird die Sedimentation der Luftkeime begünstigt. Der Einfluss des Filters war bei der Bakterienkonzentration weniger deutlich zu erkennen als bei der Pilzkonzentration. Diese nimmt beim Feinstaubfilter um 80-100% ab, beim Grobfilter nur um 40-80%. Die Bakterien hingegen reduzieren sich um 50-100% bzw. 0-80%. Die relative Luftfeuchtigkeit hat ebenfalls einen massgebenden Einfluss. Nach der Studie von Flückiger ist der Einsatz von Erdregister aus lufthygienischer Sicht bedenkenlos. Die richtige Konstruktion, die Wahl des Rohrmaterials und besonders der Filter sind aber trotzdem gewissenhaft zu überlegen. Des weiteren muss eine regelmässige Wartung der Kontrollierten Wohnungslüftungs Anlage sichergestellt werden.

Sole – Erdwärmetauscher 

In den letzten Jahren wurden, insbesondere für grössere Objekte, auch verstärkt Erdregister auf Solebasis verwirklicht (Eigener Solekreislauf – analog zu einer Wärmpumpe), welcher die Funktion eines luftdurchströmten Erdregister bei der Komfortlüftung ersetzt. Dies ist speziell in radonbelasteten Gebieten von besonderem Interesse. Die optimale Regelmöglichkeit ist ein Vorteil des Systems, jedoch kann bei einer Funktionsstörung die Vereisungssicherheit des KWL Gerätes nicht gewährleistet werden, d.h. das System bzw. das KWL Gerät benötigt eine entsprechende Einrichtung.

Entscheidungshilfe Sole-Erdregister oder Luft-Erdregister beim Einsatz bei der Kontrollierten Wohnungslüftung?

Vorteile Luft-Erdregister für das KWL Gerät 

  • Kein Strombedarf für die zusätzliche Pumpe bezw. Regelung (nur Strom für erhöhten Druckverlust)
  • Sole/Luft Wärmetauscher hat einen geringeren Druckverlust  auf der Luftseite (ca. 2 bis 5 Pa) als das Lufterdregister (ca. 10-15 Pa)
  • Optimale Ausfallsicherheit da keine zusätzlichen Pumpen oder Ventilatoren verwendet werden.
  • Kostenvorteile bei kleinen Gebäuden (Einfamilienhaus) für die Comfort Lüftung , wenn eine Verlegung in der Baugrube rund um das Haus ohne nennenswerte zusätzliche Erdarbeiten möglich ist. In radonbelasteten Gebieten sollte auf einen Luft-Erdregister verzichtet werden.

Vorteile Sole-Erdregister für das KWL Gerät

  • Regelbarkeit über Pumpe
  • Höhere Hygiene
  • Kostenvorteile bei größeren Gebäuden (Mehrfamilienhäuser)

Tendenziell bedeutet dies, dass für Einfamilienhäuser eher ein Luft-Erdregister und für Mehrfamilienhäuser   eher ein Sole-Erdregister die bessere Variante für die Kontrollierte Wohnungslüftung darstellt.