Was ist eigentlich ein Luftkurzschluss?

Der Begriff wird in jüngster Zeit häufiger im Kontext des Einbaus von Luftwärmepumpen verwendet. Er war aber schon vorher für Lüftungssysteme relevant, die die Raumluftqualität sicherstellen: Wenn Zu- und Abluftschächte zu dicht beieinander liegen, vermischt sich deren Luft. Das Ergebnis ist der sogenannte Luftkurzschluss. Er unterminiert den Effekt, den die Be- und Entlüftung eigentlich erzielen soll: den Abtransport verbrauchter, CO₂-reicher Luft und die Zufuhr frischer Außenluft.

Bei einer luftbasierten Wärmepumpe hat die unerwünschte Vermischung von Zu- und Abluft einen negativen energetischen Effekt: Die Wärmpepumpe saugt statt der Umgebungsluft die Luft im Raum an, was deren Erwärmung verhindert. Das wäre der Extremfall, doch auch schon die Vermischung beider Luftarten senkt die Effizienz der Wärmepumpe drastisch.

Warum ist ein Luftkurzschluss so problematisch?

Ein Luftkurzschluss hat zwei negative Effekte:

1. Das Lüftungssystem kann durch diesen Kurschluss von Zu- und Abluft die Raumluftqualität nicht sicherstellen. Der CO₂-Gehalt der Luft bleibt hoch. Wenn ein Gebäude gut gedämmt ist, also kein natürlicher Luftaustausch stattfindet, beeinträchtigt das bei geschlossenen Fenstern und Türen die Gesundheit der Bewohner.
2. Die Energieeffizienz einer Wärmepumpe ist gefährdet. Im harmloseren Fall verbraucht sie zu viel Strom und heizt ungenügend. Im schlimmsten Fall ist sie wirkungslos.

Das Problem ist schon länger bekannt. Die frühere Energieeinsparverordnung und seit 2020 das nachfolgende Gebäudeenergiegesetz forderten gleichermaßen immer energieeffizientere Bauweisen. Die Gebäudehüllen wurden immer dichter, Lüftungssystemen kam eine immer größere Bedeutung für den Luftaustausch zu. Etwa seit 2010 befassen sich schon Sachverständige mit dem Phänomen, dass wirklich dichte Gebäude zwar sehr energieeffizient sind, aber bei ungenügender Be- und Entlüftung zu ernsthaften Gefahren für die Gesundheit der Bewohner und auch für die Bausubstanz führen können. Der natürliche Luftwechsel höchst energieeffizienter Gebäude liegt wegen ihrer hohen Abdichtung weit unter dem Mindestluftwechsel, der aus innenraumhygienischen Gründen erforderlich wäre.

Feuchtigkeit und Schadstoffe in der Raumluft

Das Problem gab es bis in die frühen 2000er Jahre nicht. Erst dann entstanden sehr energieeffiziente, damit aber auch sehr dichte Gebäude. Die Folge der zu geringen Luftwechselrate ist Feuchtigkeit im Innenraum. Diese entsteht immer, so besonders beim Duschen oder Kochen, aber auch allein durch die Atemluft der Bewohner. Diese enthält neben Feuchtigkeit auch CO₂, das abgeführt und durch Sauerstoff aus der frischen Außenluft ersetzt werden muss. In einem hermetisch abgedichteten Raum würde ein Mensch durch seinen eigenen CO₂-Umsatz nach einer gewissen Zeit unweigerlich ersticken.

Hinzu kommen Luftschadstoffe, die aus Möbeln, Baumaterialien, Gegenständen, Reinigungs- und Pflegemitteln stammen. Sie gasen in die Innenraumluft aus und müssen vollständig abtransportiert werden, wenn sie keine Schäden verursachen sollen.

Kurzschluss bei Luft-Luft-Wärmepumpen

Zwar sind Luft-Luft-Wärmepumpen weniger effizient als die Modelle, die Wärme aus dem Boden gewinnen, aber sie lassen sich kostengünstig und überall installieren. Sollte sich deren Zu- und Abluft kurzschließen, kann die Wärmepumpe die angesaugte Luft nicht genügend aufwärmen. Der Extremfall wäre eine Abkühlung auf 0°C oder darunter, mithin eine Totalvereisung der Wärmepumpe. Solche Fälle werden wohl praktisch kaum auftreten, doch das Szenario zeigt auf, dass es für Installateure zur Hauptaufgabe gehört, den Luftkurzschluss zu verhindern.

Von geringeren Schäden berichten Besitzer von Wärmepumpen durchaus: Bei blockierten Abluftöffnungen, die beispielsweise durch das Verstellen des Abluftrohrs mit Hausrat entstanden (nicht durch eine Fehlkonstruktion), entstanden ernsthafte Schäden an der Wärmepumpe wie ein Defekt am Ventilator und eine leichte Vereisung. Servicetechniker kennen dieses Problem. Daher achten professionelle Installateure darauf, den Kurzschluss von Zu- und Abluft durch eine geeignete Führung der betreffenden Schächte mit ausreichendem Abstand zueinander zu verhindern.

Wie kann man einen Luftkurzschluss verhindern?

Der wichtigste Punkt ist der ausreichende Abstand zwischen den Anschlüssen für die Zu- und die Abluft. Daneben sollte man auch auf die Isolierung und Wärmedämmung der Luftschächte und auf deren leistungsschonende Verlegung achten. Es ist der kürzeste Weg zu wählen. Diese Intention könnte allerdings bei unzureichender Berechnung dazu führen, dass sie doch zu nah beieinanderliegen und damit ein Kurzschluss ihrer Luftströme erfolgt. Es gelten folgende Mindestabstände als Faustregel, wobei sich für jeden Raum eine gesonderte Berechnung empfiehlt:

• zwischen Außen- und Fortluft: 2,5 m
• Fortluft zum Dach: 10 cm
• Ab- und Zuluft zum Erdreich: 1,5 m
• Außenluft zu Schornstein: 2,5 m
• Abluft zum nächgelegenen Fenster einer Fremdwohnung: 2,5 m

Damit ist noch nicht der Abstand zwischen den Zu- und Abluftanschlüssen am Lüftungsystem geklärt, der für die Verhinderung des Kurzschlusses beider Luftströme entscheidend ist. Der Fachmann nennt die Vermischung dieser beiden Luftströme das sogenannte „Überströmen“. Für den Abstand beider Öffnungen von Zu- und Abluft kann es keinen exakten Wert geben, weil er von der Energie der Luftströme abhängt, die wiederum durch die Raumgröße und das damit nötige Volumen pro Stunde bestimmt wird. Es gilt aber auch hier als pauschale Richtlinie ein Mindestabstand von 2,5 m. In gelieferten Lüftungssysteme steht ein exakter Wert in der Einbauanleitung.

Neben dem Abstand der beiden Öffnungen für Zu- und Abluft spielen auch die Einbaulage des Kombigitters sowie sein Abstand zum Erdreich und zu den Hausinnenecken, die verwendeten Zu- und Abluftventile sowie nicht zuletzt die Leistungsfähigkeit des Lüftungssystems eine Rolle. Letztere lässt sich berechnen (siehe nächster Abschnitt). Bei den Ventilen gibt es verschiedene bauliche Ausführungen, so unter anderem Tellerventile und Quellauslässe. Die Ventile sollen unbedingt die Einregulierung des Volumenstroms ermöglichen. Für den Komfort sollen sie eine geräuschfreie Luftführung ermöglichen. Alle Abluftelemente benötigen Vorsatzfilter, damit Verunreinigungen nicht die Lüftungsleitungen und die Lüfter in ihrer Funktion beeinträchtigen.

Wie kann man einen bestehenden Luftkurzschluss beheben?

Wenn der Kurzschluss zwischen Zu- und Abluftstrom durch Messungen (meistens der CO₂-Konzentration) festgestellt wurde, ist das Lüftungssystem konstruktiv falsch ausgelegt und/oder wurde falsch eingebaut. Das beeinträchtigt sehr entscheidend die Raumluftqualität. Es gilt nun, den Abstand zwischen den Zu- und Abluftöffnungen zu vergrößern und zu ermitteln, ob das Lüftungssystem überhaupt die erforderliche Leistung für alle Räume des Hauses (oder der Wohnung) erbringt. Normalerweise soll diese Berechnung vor dem Einbau erfolgen, damit das Problem gar nicht erst auftaucht. Wer aber mit einem Kurzschluss der Luftströme konfrontiert wird, setzt sich in der Regel hin und rechnet selbst nach. Die nötige Abluftleistung für jeden einzelnen Raum errechnet sich wie folgt:

• Raumvolumen (Grundfläche x Höhe) x raumtypische Luftwechselrate = erforderliche Abluftleistung in m³/h

Die raumtypischen Luftwechselrate wird in der Maßeinheit 1/h angegeben. Der Wert von beispielsweise 7 1/h bedeutet, dass die Luft im Raum sieben Mal pro Stunde ausgetauscht werden soll, um die erforderliche Raumluftqualität zu gewährleisten. Diese Rate unterscheidet sich zwischen einzelnen Räumen je nach ihrer Belastung durch den Aufenthalt von Bewohnern und ihrer CO₂-Produktion sowie vor allem durch entstehende Feuchtigkeit durch Aktivitäten im Raum. Letzteres gilt als wichtigster Anhaltspunkt. Typische Luftwechselraten sind daher:

• Badezimmer: 7-10 1/h
• Küche: 6-10 1/h
• Wohn, Schlaf- und Kinderzimmer: 2-3 1/h
• Büro: 4-6 1/h

Wenn nun die Raumvolumina und die raumtypischen Luftwechselraten bekannt sind, lässt sich errechnen, ob das bestehende Lüftungssystem ausreichend groß dimensioniert ist, um die Raumluftqualität sicherzustellen. Die Leistung der Lüftungsanlage hat der Hersteller angegeben. Wichtig zu wissen: Die Anlagen sind vielfach so ausgelegt, dass sie nur insgesamt herauf- oder herabgeregelt werden können. Es ist in den meisten Fällen nicht möglich, die Lüftung für das Wohnzimmer etwas zu verstärken (bei einem Aufenthalt vieler Menschen in diesem Raum) und gleichzeitig im leeren Schlafzimmer abzusenken, um Energie zu sparen. Lediglich die Küche und das Bad verfügen über separate Ventilatoren.

In der Küche übernimmt die Dunstabzugshaube einen wichtigen Teil der Entlüftung, auch in fensterlosen Bädern springt mit dem Einschalten des Lichts meistens ein gesonderter Ventilator an. Das ist aber nicht immer der Fall. Eigenheimbesitzer stehen nun vielfach vor dem Problem, dass sie bei spürbar schlechter Raumluftqualität einen Fachmann kommen lassen, der eine Feuchtigkeits- und CO₂-Messung vornimmt, den Kurzschluss von Zu- und Abluft konstatiert, außerdem eine zu geringe Luftwechselrate feststellt und folgerichtig einen kompletten Wechsel der Lüftungsanlage empfiehlt. Das wäre enorm teuer, ist aber vielleicht nicht immer erforderlich. Es könnte sein, dass nur in einzelnen Bereichen die Raumluftqualität nicht genügt.

Ein Klassiker ist das Bad. Toilettengerüche und ein nach dem Duschen eingedampftes Badezimmer möchte niemand haben. Vielleicht liegen im sehr kleinen, fensterlosen Bad die Ein- und Auslassöffnungen der Luft zu dicht beieinander. Es könnte schon genügen, diese weiter voneinander zu entfernen. Zusätzlich empfiehlt sich die Berechnung, ob die Luftwechselrate für das Badezimmer genügt. Wir legen folgende Annahmen zugrunde:

• Fläche des Badezimmers: 8,0 m²
• Höhe: 2,30 m
• daraus errechnetes Raumvolumen: 18,4 m³
• mindestens nötige Luftwechselrate: 7 1/h
• nötige Mindestleistung der Lüftungsanlage: 18,4 x 7 = 128,8 m³/h

Die bereits vorhandene Lüftungsanlage des Hauses liefert wahrscheinlich für das Bad nicht die erforderliche Leistung. Es ließe sich aber ein zusätzliches System anschaffen und mit dem vorhandenen koppeln. Das ist nicht allzu teuer, wobei die Installation ein Fachmann vornehmen sollte. Dieser rückt auch gegebenenfalls die Öffnungen für die Zu- und Abluft auseinander, um jeglichen Kurzschluss der Luftströme auszuschließen.

Welche Auswirkungen hat ein Luftkurzschluss auf die Gesundheit der Bewohner?

Die gesundheitlichen Auswirkungen einer mangelnden Raumluftqualität sollte niemand unterschätzen. Unangenehme Gerüche, überhitzte und stickige Raumluft, aber auch feuchtkalte Zugluft können teilweise gravierende Gesundheitsschäden verursachen. Es sammeln sich im Raum sowie in Tapeten, Raumtextilien und Möbeln Schadstoffe und Schimmel an. Das bloße Stoßlüften genügt oftmals nicht und ist in einem fensterlosen Bad ohnehin nicht möglich. Dauerhaftes Lüften kostet zu viel Heizenergie.

Die Frage der guten Raumluft wurde in den letzten Jahrzehnten immer bedeutsamer, weil wir uns immer länger in Innenräumen aufhalten. Inzwischen sind es ca. 90% unserer gesamten Zeit. Ein Mensch atmet währenddessen mehr als 9,0 kg Luft ein und gibt sie CO₂-angereichert wieder ab. Das Lebensmittelministerium in Österreich bezeichnete daher Luft schon einmal als „unser wertvollstes Lebensmittel“. Die dortigen Experten zeigen sich überzeugt davon, dass ein schlecht belüfteter Raum gesundheitliche Beeinträchtigungen verursacht. Die Hauptgefahren sind:

• Schimmel
• ausgasende Schadstoffe aus dem Inventar und Reinigungsmitteln
• CO₂

Schimmelsporen existieren grundsätzlich in jeder Luft, doch sie vermehren sich nur bei schlechter Lüftung. Ausgasende Schadstoffe sind mehr oder minder stark vorhanden, doch es gibt sie immer. CO₂ ist eine bedeutsame Gefahrenquelle. Es führt zu Schläfrigkeit, Konzentrationsschwäche, Müdigkeit, Kopfschmerzen und im Extremfall zur Unterversorgung mit Sauerstoff, die im hermetisch geschlossenen Raum schließlich tödlich enden würde (siehe oben). In einem Klima mit viel Kohlendioxid vermehren sich außerdem Viren viel besser. Der CO₂-Gehalt der Luft wird in ppm (part per million) angegeben. Aus gesundheitlicher Sicht sind folgende Grenzwerte relevant:

• 1.000 – 1.400 ppm: Auftreten erster Symptome (Lüftungsempfehlung)
• ab 1.500 ppm: signifikante Müdigkeit, Konzentrationsschwäche, gegebenenfalls Kopfschmerzen, Lüftung dringend erforderlich
• ab 2.000 ppm: bleierne Müdigkeit, praktisch kein Arbeiten mehr möglich, deutlich erhöhte Ansteckungsgefahr mit Viren

Die Arbeitsschutzregel A3.6 legt folgerichtig in ihrem Absatz 3 eine zulässige CO₂-Höchstkonzentration von 1.000 ppm fest, bis zu der keine weiteren Maßnahmen der Be- und Entlüftung erforderlich sind. Wenn diese überschritten wird, müssen die Verantwortlichen Schritte unternehmen, um die Grenze wieder zu unterschreiten. Dauerhaft zu viel eingeatmetes CO₂ ist nicht nur temporär bedenklich: Es kann zu chronischen Beschwerden führen. Die Kopfschmerzen verschwinden dann auch nach dem Verlassen des Raumes nicht mehr. Den Betroffenen ist ständig unwohl, sie sind andauernd müde und leiden unter Schlafstörungen. Zudem entwickelt sich bei einigen von ihnen eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Allergenen.