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Mein Beitrag zum Internet - mbzi.de

Richtig Lüften

Energie wird immer teurer, die Heizkosten explodieren, der Klimawandel schreitet voran, die Katastrophe lässt sich nicht mehr abwenden, oh Gott, wir werden alle zuerst pleite sein und dann verhungern.... naja, vermutlich nicht, aber mehr Energieeffizienz ist auf jeden Fall nötig und wie das beim unvermeidlichen "Lüften" gehen kann, will ich im Folgenden etwas genauer zu erklären.

Warum überhaupt Lüften

Die energieeffizienteste Art des Lüftens ist auf jeden Fall, es einfach nicht zu machen. Von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen, von denen mir keine bekannt ist, "nicht lüften" aber keine Option.

Wenn wir im Winter in unseren mehr oder weniger gut geheizten Innenräumen sitzen - weniger gut geheizt wäre besser - machen wir mehrere Dinge, die einen regelmäßigen Luftaustausch unbedingt erforderlich machen:

  1. Das insgesamt normalerweise kleinste Problem: Wir verbrauchen Sauerstoff und erzeugen dafür Kohlendioxid. Die Luft im Innenraum wird durch unsere Atmung immer ärmer an Sauerstoff und immer reicher an Kohlendioxid. Dem müssen wir entgegenwirken und die Luft ab und an gegen frische, unverbrauchte, sauerstoffreiche Außenluft austauschen. Insgesamt kommen wir mit dem Sauerstoff in einem durchschnittlichen Raum aber ziemlich lange aus und der Verbrauch von Sauerstoff ist ein eher untergeordnetes Problem.
  2. Wir stinken :-) Naja, zumindest sondern wir allerlei Substanzen ab, die irgendeine Art von Geruch bilden. Irgendwann riecht es einfach nicht mehr gut in einem schlecht gelüfteten Raum. Wer schon im Zimmer ist, nimmt das normalerweise nicht wahr, aber wer von außen rein kommt, wird den Raum mit einem lauten "puuuh" betreten - Zeit zum Lüften also. Der Geruch ist eher ein Komfortproblem und ließe sich vermutlich aushalten.
  3. Der wichtigste Grund: Wasser. Im Winter ist die kalte Außenluft sehr arm an Wasser, weil kalte Luft viel weniger Wasser aufnehmen kann als Warme. Durch unsere Ausdünstungen und den Umgang mit Wasser, insbesondere mit warmem Wasser, erhöhen wir kontinuierlich die Luftfeuchtigkeit im Innenraum. Da die Innenräume wärmer sind, kann die warme Innenluft mehr Wasser aufnehmen als die kältere Außenluft. Leider ist die Luft im Innenraum nicht überall gleich warm. An kalten Fensterscheiben oder kälteren Stellen der Außenwand oder in kühleren Ecken oder.... ist die Luft kälter und kann dort weniger Wasser speichern. Das überschüssige Wasser kondensiert und schlägt sich als Kondenswasser an diesen kühleren Stellen nieder. Diese dadurch dauerhaft feuchten oder sogar nassen Stellen in den Innenräumen stellen einen optimalen Lebensraum für viele Mikroorganismen dar, insbesondere Schimmel. Die Schimmelsporen, die sich in der Folge in den Wohnräumen verbreiten, sind gesundheitsschädlich. Schimmelbildung muss also unbedingt vermieden werden. Aus diesem Grund müssen wir die Innenraumluft immer dann austauschen, wenn die Luftfeuchtigkeit einen so kritischen Wert erreicht hat, dass Kondenswasserbildung kurz bevorsteht.

Der einzige Grund für das Lüften, ist also der Austausch der feuchten Innenraumluft gegen trockene, geruchlose, sauerstoffreiche Außenluft. Wenn Du die Fenster öffnest, weil Dir im Winter irgendwo zu warm ist, solltest Du unbedingt stattdessen die Einstellung der Heizung korrigieren!

Worauf es ankommt

Tja, eigentlich ganz einfach: Maximaler Luftaustausch mit minimalem Wärmeverlust. Aber wie ist das zu erreichen? An dieser Stelle sind alle Bewohner einer Wohnung mit kontrollierter Be- und Entlüftung fein raus, denn sie können sich auf die Lüftungsautomatik verlassen, hoffentlich.

Für alle anderen will ich im Folgenden Versuchen zu erklären, wie maximaler Luftaustausch mit minimalem Energieverlust möglich sein könnte - gar nicht so einfach, denn alle Wohnungen und auch alle Heizungen sind anders und einen unter allen Umständen richtigen Weg wird es kaum geben. Unter allen Umständen falsch ist allerdings das dauerhaft gekippte Fenster, doch dazu später mehr.

Das Ziel: Maximaler Luftaustausch bei minimalem Wärmeverlust!

Minimaler Wärmeverlust - wie viel ist das?

Ziel des Lüftens ist ein möglichst vollständiger Luftaustausch im Raum. Leider ist die Außenluft oft deutlich kälter als die Innenluft vorher war, weshalb nach dem Lüften immer Energie aufgewendet werden muss, um die vorherige Temperatur wieder herzustellen. Allerdings ist für das Aufwärmen von Luft relativ wenig Energie notwendig. Die spezifische Wärmekapazität von Luft beträgt etwa 1,005 kJ/(kg·K) (Quelle: Wikipedia), d.h. um 1 kg Luft um 1 °C zu erwärmen sind etwa 1005 J Energie notwendig.

Nimmt man nun einen Raum mit etwa 20 m2 Grundfläche und einer Höhe von 2,70 m an, so passen in diesen 54 m3, also 54000 Liter Luft. Nimmt man weiterhin an, dass die Außentemperatur 5 °C beträgt, so entspricht dies etwa 68,58 kg kalter Luft, die beim Lüften in den Raum gelangen (Dichte der Luft bei 5 °C: 1,27 kg/m3; Quelle: Wikipedia). Um diese Luft nun um 15 °C auf die angestrebten 20 °C Innenraumtemperatur zu erwärmen, sind also etwa 1033844 J bzw. etwa 1034 kJ Wärmeenergie nötig.

Luftvolumen:20 m2 · 2,7 m = 54 m3 Luftmasse:54 m3·1,27 kg/m3 = 68,58 kg Energie:68,58 kg · (20 °C - 5 °C) · 1,005 kJ/(kg·°C) ≈ 1034 kJ

Das sind etwa 247 kcal. Mit dieser Energiemenge könnte man z.B. zehn Liter Wasser um ca. 25 °C erwärmen. Tauscht man also die Luft in dem Beispielraum einmal vollständig aus, so sind zur Wiederherstellung der vorherigen Temperatur bei einer Temperaturdifferenz zwischen innen und außen von 15 °C mindestens diese 1034 kJ oder 257 kcal oder 287 Wh oder 0,287 kWh Energie nötig.

Natürlich ist diese Rechnung etwas idealisiert, denn....

  1. ....normalerweise wird es nicht gelingen, die Luft wirklich zu 100 % auszutauschen und....
  2. ... in der Regel wird sich das Mauerwerk rund um die geöffneten Fenster ebenfalls etwas abkühlen, ehe man das Lüften beendet hat und...
  3. ... ein Teil der frischen Luft wird schon während des Lüftens im Raum etwas Wärme aufnehmen dann wieder hinaus gelüftet werden.

Trotzdem sind die berechneten 247 kcal ein recht guter Richtwert für den Energiebedarf eines Lüftungsvorgangs in dem obigen hypothetischen Szenario. Irgendwo in dieser Größenordnung wird der Energiebedarf einer Lüftung des Beispielraumes liegen.

Die Wiedererwärmung nach dem Lüften - woher kommt die Energie?

Nach dem Lüften, egal ob perfekt oder nicht, ist die Luft im Raum zunächst ziemlich kalt. In dem Modell von gerade ist sie nur 5 °C warm und wir hätten gerne 20°C. Wir müssen demnach für den Beispielraum der Luft die oben berechneten 257 kcal Wärmeenergie neu hinzufügen, um die gewünschte Temperatur wieder zu erreichen.

257 kcal oder 0,287 kWh klingt zunächst nach einer ziemlich beträchtlichen Energiemenge. Verglichen mit der Gesamtmenge Wärmeenergie, die im Raum z.B. in Wänden, Decke, Boden, Möbeln, .... gespeichert ist, ist das aber ziemlich wenig. Auch für eine "normale" Zentralheizung ist diese Energieportion eher klein und es ist sehr schwierig, eine so vergleichsweise kleine Menge Wärmeenergie durch die Heizung präzise in den Raum zu dosieren - eigentlich geht das immer schief und der Raum wird überheizt.

Um im Raum nach dem Lüften wieder kuschelige 20 °C Lufttemperatur zu erreichen, braucht man also eine Wärmequelle, die sich ausreichend gut dosieren lässt, um die Raumluft nicht deutlich zu sehr zu erwärmen. Und diese Wärmequelle ist in allen Räumen bereits vorhanden, es ist der Raum selbst. Die Bausubstanz des Hauses und das Inventar speichern eine so große Menge Wärmeenergie, dass sie sich durch den Verlust dieser kleinen Energieportion nicht merklich abkühlen. Man muss der Luft im Raum also nur genug Zeit geben, um sich an den noch warmen Wänden wieder aufzuwärmen und hat den Energieverlust durch das Lüften ohne erhöhte Heizleistung ausgeglichen - und ohne Überheizung des Raumes.

Bild eines einfachen aber temperaturgeregelten 
             Heizkörperthermostaten
Einfacher Heizkörperthermostat mit Temperaturregelung

Dieses "Zeit geben" ist aber leider vielfach nicht ohne manuelles Eingreifen möglich, denn viele Heizkörper sind temperaturgeregelt und reagieren auf den lüftungsbedingten Temperaturabfall mit einer deutlich erhöhten Heizleistung und in der Folge einer deutlichen Überheizung des Raumes. Der einfache Thermostat auf dem Foto öffnet beispielsweise immer dann SOFORT das Heizventil, wenn die Temperatur fällt und schließt es erst wieder, wenn die eingestellte Zieltemperatur erreicht ist. Dadurch fließt während des Lüftens und unmittelbar danach sehr viel warmes Wasser in den Heizkörper und es werden sehr viel mehr als die benötigten 257 kcal Energie in den Raum transportiert und dann nach und nach an die Luft abgegeben. Die Luft erwärmt sich in der Folge dann auf deutlich mehr als die oben angestrebten 20 °C. Eine Überheizung des Raums und ein deutlich erhöhter Energiebedarf sind die Folge.

Wenn man also solch "dumme" Thermostate hat, die ein geöffnetes Fenster nicht erkennen oder nicht angemessen darauf reagieren können, ist es unbedingt nötig, während des Lüftens und auch noch eine ganze Weile danach die Heizung im Raum auf "0" zu regeln, um diese völlig übertriebene Gegenheizen des "dummen" Thermostaten zu vermeiden. Erst wenn sich die Luft im Raum "von selbst" wieder auf die angestrebte Temperatur erwärmt hat, sollte man die Thermostate wieder auf die vorherige Einstellung zurückstellen. "5" wie auf dem Foto führt aber immer zu einer Überheizung und sollte niemals gewählt werden.

Moderne "smarte" oder "intelligente" Thermostate können das Lüften und auch das geöffnet Fenster erkennen und hoffentlich angemessen darauf reagieren. Durch sie kann ggf. die Überheizung auch ohne manuellen Eingriff vermieden werden. Da solche "smarten" Thermostate nicht mehr so teuer sind und die Heizung einer der größten Energiefresser neben dem Auto ist, würde ich auch in einer Mietwohnung zu einer Umrüstung raten. Eine intelligente Heizungssteuerung kann vielfach die Heizkosten relativ stark senken und vermeidet viele Fehler beim Lüften - vorausgesetzt alles funktioniert planmäßig.

Maximaler Luftaustausch aber wie?

Wenn die frische Außenluft kälter ist als die teuer aufgeheizte Innenluft, ist jeder Luftaustausch unvermeidlich mit einem Wärmeverlust verbunden. Die in der wärmeren Innenraumluft gespeicherte zusätzliche Wärme ist beim Lüften durch geöffnete Fenster und Türen in jedem Fall verloren, da sie mit der warmen, "verbrauchten" Luft das Gebäude verlässt. Dieser Verlust ließe sich nur mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung vermeiden. Wenn Du sowas hättest, hättest Du diesen Text aber vermutlich nicht bis hierher gelesen, also betrachten wir im Folgenden nur den Fall des Lüftens durch die Fenster.

Wichtig ist, möglichst nicht mehr als die unvermeidliche Menge Energie an die Außenwelt zu verlieren. Gründe für diesen zusätzlichen Wärmeverlust könnten sein:

Daraus ergibt sich die eigentlich allen bekannte Regel:

Zum Lüften sollten alle Fenster und Türen des Raumes kurze Zeit so weit wie möglich geöffnet werden.

Durch die maximale Öffnung des Raumes wird eine maximal hohe Austauschgeschwindigkeit für die Luft erreicht und die Frischluft hat kaum Zeit, sich an den Wänden zu erwärmen und danach noch wieder aus dem Raum zu entweichen. Gleichzeitig wird ein bestmöglicher Luftaustausch gewährleistet. Leider steht dieser Idee sehr häufig die Dekoration auf der Fensterbank im Weg....

Was man falsch machen kann

Verluste durch längeres Lüften

Lüftet man sehr lange, so wird nicht nur die Luft im Raum ausgetauscht, sondern es werden auch die Wände und die Möbel im Verlauf des Lüftens deutlich abgekühlt. Zum erneuten Aufheizen der Innenwände ist je nach Wandmaterial unterschiedlich viel Energie erforderlich. Nehmen wir mal an, dass der obige Beispielraum 2 Türen zu 2 m * 1 m und zwei Fenster mit je 3 m2 Fläche enthält und die Wände aus Ziegeln bestehen und die Decke aus Beton ist. Weiterhin ist der Boden mit einem isolierenden Teppich belegt, sodass er deutlich langsamer abkühlt und beim etwas zu langen Lüften seine Temperatur praktisch nicht ändert. In diesem Fall ergibt sich für diesen Raum:

Wikipedia gab für Ziegel eine volumenbezogene Wärmekapazität von 1,344 J/(K*cm3) und für Beton eine von 1,584 - 2,156 J/(K*cm3) an, d.h. um einen Kubikzentimeter Ziegel um 1 °C zu erwärmen, sind 1,344 J Energie nötig. 20 m2 sind nun 200.000 cm2 und 38,6 m2 sind 386.000 cm2. Nimmt man nun an, dass durch ein längeres Lüften der äußere Zentimeter von Wand und Decke sich um jeweils nur 1 °C abgekühlt haben, also sehr wenig, so haben sich insgesamt 200.000 cm3 Beton und 386.000 cm3 Ziegel um 1 °C abgekühlt. Rechnet man nun mit dem kleinsten Wert für Beton, so ist zum erneuten Aufwärmen der Decke um 1 °C eine Energiemenge von

200.000 cm3 · 1,584 J/(K·cm3) · 1 K = 316.000 J = 316 kJ

nötig. Für die Ziegelwände ergibt sich auf die gleiche Weise eine Energiemenge von etwa 519 kJ.

386.000 cm3 · 1,344 J/(K·cm3) · 1 K = 519.000 J = 519 kJ

Insgesamt sind also zum Erwärmen des äußersten Zentimeters der Wände und der Decke um nur 1 °C bzw. 1 K

316 kJ + 519 kJ = 835 kJ

erforderlich. Dies entspricht etwa 200 kcal und ist nur unwesentlich weniger, als zum Erwärmen der gesamten Luft des Raumes um 15 °C erforderlich ist. Lässt man die Wände entsprechend weiter auskühlen oder ist die Wärmekapazität der Materialien größer (was ein langsameres Abkühlen zur Folge hätte), so steigen die Energiemengen, die zum erneuten Aufwärmen der Wände und der Decke benötigt werden, sehr schnell an. Je länger man nun lüftet, desto stärker kühlen diese Gebäudeteile aus, insbesondere in der Nähe der geöffneten Fenster. Man sieht unmittelbar, dass das Lüften möglichst schnell erfolgen sollte, wobei trotzdem die gesamte Luft im Raum ausgetauscht werden sollte, denn dies ist ja das eigentliche Ziel des Lüftens gewesen.

Natürlich ist dieser Modellrechnung sehr praxisfern, denn die Wände werden sich nicht so schön gleichmäßig in der oben beschriebenen Weise abkühlen. Trotzdem zeigt die Rechnung relativ deutlich: Wenn man beim Lüften die Wände deutlich auskühlen lässt, weil man die Fenster einfach sehr lange offen lässt, verliert man sehr viel mehr Energie, als dies durch den bloßen Luftaustausch möglich gewesen wäre.

Das gekippte Fenster - der Albtraum schlechthin

Wird in einem Raum eines (oder mehrere) Fenster permanent gekippt, so sorgt dies zwar für einen permanenten Luftaustausch und macht separates Lüften unnötig, führt aber auch zu einem permanenten Wärmeverlust, eben genau durch diesen Luftaustausch. Dieser Wärmeverlust muss dann durch eine permanent etwas höher eingestellte Heizung ausgeglichen werden, sodass man im Verlaufe eines Tages deutlich mehr Heizenergie zur Aufrechterhaltung einer angenehmen Innenraumtemperatur benötigt, als wenn man wie oben beschrieben lüften würde.

gekippte Fenster im Winter bei Temperaturen rund um den Gefrierpunkt
So sollte es nicht sein: Dieses Foto von einem Senioren- und Pflegezentrum im südlichen NRW habe ich am 11.12.2022 bei leichtem Frost aufgenommen. Die 11 von insgesamt 32 gekippten Fenster sind leicht blau hinterlegt.

Auf dem Foto sieht man, wie es nicht sein sollte. Das dort abgebildete Gebäude sieht von außen recht modern, auch wenn man das auf dem Bild nicht erkennen kann, aus und ist vermutlich leidlich gut gedämmt. Bei dieser Art zu lüften, ist das Geld für die Dämmung aber zum Fenster hinaus geworfen - im wirklichen Wortsinn.

In vielen Gebäuden befinden sich direkt unterhalb solcher halbhohen Fenster die Heizkörper. Bei dieser Anordnung aus Fenster und Heizkörper "fällt" im Winter bei gekipptem Fenster die kalte Luft in den Raum am Heizkörper vorbei und nimmt dort relativ viel Wärme auf. Im Gegenzug strömt warme Luft von der Zimmerdecke aus dem Fenster. Im schlimmsten Fall entsteht direkt vor dem Fenster eine Luftzirkulation, die permanent Wärme von der Heizung nach draußen transportiert, ohne jedoch die Luft an den weit vom Fenster entfernten Bereichen des Raumes auszutauschen. Wenn man dann noch einen Heizkörper mit "dummen" Thermostat wie auf dem Foto weiter oben hat, heizt die Heizung mit voller Kraft gegen das gekippte Fenster, denn die ins Zimmer "fallende" kalte Luft strömt dann direkt am Thermostat vorbei und lässt ihn das Ventil dauerhaft komplett öffnen. Die Luftzirkulation rund um das Fenster wird dadurch weiter beschleunigt und der Abtransport von Heizungsenergie durch das Kippfenster wird schneller - ein super Effekt, wenn man Geld und Energie vernichten und Klimawandel beschleunigen möchte. Wenn man das nicht will, ist das gekippte Fenster im Winter die schlechteste aller denkbaren Lüftungsideen.

Schimmel durch unzureichendes Lüften

Natürlich kann man zu wenig lüften und sich dadurch ein Schimmelproblem einhandeln, wie eingangs bereits erklärt. Wer Anzeichen dafür entdeckt, sollte sein Lüftungsverhalten prüfen und ggf. korrigieren.