Luftströmungsrechner — Luftwechsel pro Stunde (ACH) & CFM

Rechner für den Luftvolumenstrom

Ein Rechner für den Luftvolumenstrom ermittelt Luftwechsel pro Stunde (ACH): die Anzahl der vollständigen Ersetzungen der Raumluft innerhalb einer Stunde. Er kann auch umgekehrt den Luftvolumenstrom ermitteln, den ein Ventilator oder eine Lüftungsöffnung bereitstellen muss, um einen bestimmten ACH-Wert zu erreichen.

Was bedeutet Luftwechsel pro Stunde?

Ein Ventilator oder eine Lüftungsöffnung führt einem Raum Luft zu und drückt verbrauchte Luft nach außen. Entspricht dieser Luftvolumenstrom dem Raumvolumen pro Stunde, erhält der Raum 1 Luftwechsel pro Stunde. Werden innerhalb einer Stunde zwei Raumvolumen bewegt, beträgt der Wert 2 ACH. Ein höherer ACH-Wert bedeutet meist frischere Luft, weniger eingeschlossene Feuchtigkeit und weniger Schwebstoffe. Ein sehr hoher ACH-Wert verursacht jedoch auch höhere Kosten, da ein stärker laufender Ventilator mehr Energie verbraucht und mehr Luft zuführt, die erwärmt oder gekühlt werden muss.

Formel für den Luftvolumenstrom

Der ACH-Wert entspricht dem Luftvolumenstrom geteilt durch das Raumvolumen. Das Volumen ist das Produkt aus Länge, Breite und Höhe, wobei alle Größen in derselben Einheit angegeben werden.

$\text{Volumen} = L \times W \times H$

Im metrischen Einheitensystem wird der Luftvolumenstrom in Kubikmetern pro Stunde (m³/h) angegeben. Damit entspricht die Zeiteinheit bereits dem „pro Stunde“ im ACH-Wert:

$\text{ACH} = \frac{\text{Luftvolumenstrom (m³/h)}}{\text{Volumen (m³)}}$

Im angloamerikanischen Maßsystem wird der Luftvolumenstrom meist in CFM, also Kubikfuß pro Minute, angegeben. Durch Multiplikation mit 60 wird er vor der Division durch das Raumvolumen in Kubikfuß pro Stunde umgerechnet:

$\text{ACH} = \frac{60 \times \text{Luftvolumenstrom (CFM)}}{\text{Volumen (ft}^3\text{)}}$

Erforderlicher Luftvolumenstrom für einen bestimmten ACH-Wert

Zur Auslegung eines Ventilators oder Luftreinigers wird die Formel so umgestellt, dass der Luftvolumenstrom statt des ACH-Werts berechnet wird.

$\text{Erforderlicher Luftvolumenstrom (m}^3\text{/h)} = \text{ACH} \times \text{Volumen (m}^3\text{)}$

$\text{Erforderlicher Luftvolumenstrom (CFM)} = \frac{\text{ACH} \times \text{Volumen (ft}^3\text{)}}{60}$

Durchgerechnetes Beispiel

Ein Besprechungsraum ist 5 m lang, 4 m breit und 3 m hoch. Sein Volumen beträgt:

$5 \times 4 \times 3 = 60 \text{ m}^3$

Eine Lüftungsöffnung führt 360 m³/h Luft zu. Ihr ACH-Wert beträgt:

$\text{ACH} = \frac{360}{60} = 6$

Im Raum findet ein 6-facher Luftwechsel pro Stunde statt.

Dieselben Zahlen lassen sich auch umgekehrt verwenden. Ein Raum mit 6.000 ft³ (170 m³), der 6 ACH benötigt, erfordert:

$\frac{6 \times 6{,}000}{60} = 600 \text{ CFM}$

Empfohlene Luftwechselraten nach Raumart

Der richtige ACH-Wert hängt davon ab, wie ein Raum genutzt wird. Eine Küche oder ein Bad braucht mehr Luftwechsel als ein Schlafzimmer, weil Kochen und Baden Feuchtigkeit und Gerüche erzeugen. Dies sind übliche Richtwertbereiche aus der Praxis. Örtliche Bauvorschriften und Normen wie ASHRAE 62.1 haben bei regulierten Projekten Vorrang.

Um das Risiko luftübertragener Krankheiten zu senken, empfehlen die US-amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention (CDC), in belegten Innenräumen mindestens 5 Luftwechsel pro Stunde mit sauberer Luft anzustreben. Für Krankenhäuser nennen die Leitlinien der CDC zur Infektionskontrolle ein Minimum von 6 Luftwechseln pro Stunde für ein Patientenzimmer und 12 für ein Isolierzimmer für durch die Luft übertragbare Infektionen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Luftvolumenstrom und ACH? Der Luftvolumenstrom ist ein Luftvolumen pro Zeiteinheit, gemessen in m³/h oder CFM. ACH setzt diesen Luftvolumenstrom ins Verhältnis zur Größe eines bestimmten Raums. Derselbe Ventilator ergibt in einer kleinen Abstellkammer einen hohen ACH-Wert und in einer großen Halle einen niedrigen.

Was bedeutet CFM? CFM steht für Kubikfuß pro Minute, die Standardeinheit des Luftvolumenstroms bei Ventilatoren, Luftreinigern und Klimaanlagen. Wird CFM mit 60 multipliziert, ergibt das Kubikfuß pro Stunde, wie es die ACH-Formel benötigt.

Ist ein höherer ACH-Wert immer besser? Nicht immer. Luftwechsel über den Bedarf eines Raums hinaus verschwenden Ventilatorenergie und die Energie, die zum Heizen oder Kühlen der einströmenden Luft aufgewendet wird. Meist ist es das Ziel, den empfohlenen Bereich für die Raumart einzuhalten.

Dimensioniert dieser Rechner ein gesamtes HVAC-System? Nein. Er dimensioniert die Lüftungsrate für einen einzelnen Raum. Eine vollständige HVAC-Planung berücksichtigt zusätzlich Heiz- und Kühllasten, Kanalverluste und Mindestaußenluftmengen je nach Belegung.

Warum multipliziert die Formel für angloamerikanische Einheiten mit 60? CFM misst den Luftvolumenstrom pro Minute, ACH dagegen Luftwechsel pro Stunde. Die Multiplikation von CFM mit 60 rechnet Minuten in Stunden um, bevor durch das Raumvolumen geteilt wird.

Referenzen

1. U.S. Centers for Disease Control and Prevention (NIOSH). How Much Ventilation Is Enough? CDC: 5 Luftwechsel pro Stunde anstreben — mindestens 5 ACH anstreben, um luftübertragene Viruspartikel zu verringern.
2. U.S. Centers for Disease Control and Prevention. Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities (2003), Appendix B: Air. CDC zur Infektionskontrolle in der Umgebung, Anhang B — Mindest-ACH insgesamt von 6 für Patientenzimmer und 12 für Isolierzimmer für durch die Luft übertragbare Infektionen.