Komponenten einer RLT-Anlage: Aufbau, Funktion und Auslegung

Einführung

Eine raumlufttechnische Anlage (RLT-Anlage) besteht aus einer Reihe funktional aufeinander abgestimmter Komponenten, die gemeinsam die Luftaufbereitung, den Lufttransport und die Raumluftqualität sicherstellen. Die VDI 6022 Blatt 1 fordert, dass alle luftführenden Bereiche so gestaltet, betrieben und instandgehalten werden, dass eine zusätzliche Belastung der Zuluft durch Kontaminationen sicher vermieden wird – eine Anforderung, die unmittelbar auf die Auslegung jeder einzelnen Komponente wirkt. Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Baugruppen einer zentralen RLT-Anlage systematisch von der Luftführung über die Aufbereitungsfunktionen bis zur Regelung, mit Hinweisen auf Berechnungsgrundlagen, relevante Normen und typische Auslegungsfehler.

Eine zentrale RLT-Anlage verarbeitet mehrere Luftströme, die normativ klar definiert sind: Außenluft (AUL) wird angesaugt, als Zuluft (ZUL) in den Raum eingebracht, als Abluft (ABL) abgeführt und als Fortluft (FOL) nach außen geleitet. Optional wird Umluft (UML) aus dem Abluftpfad zurückgeführt und mit Außenluft gemischt.

Die Komponenten einer RLT-Anlage lassen sich in folgende Funktionsgruppen gliedern:

1. Luftführung und Absicherung: Außenluftöffnung, Wetterschutzgitter, Absperrklappen, Brandschutzklappen
2. Filterung: Vor- und Nachfilter
3. Wärmerückgewinnung (WRG): Platten-, Rotations- oder Kreislaufverbundsystem
4. Luftaufbereitung: Vorerhitzer, Kühler/Entfeuchter, Nacherhitzer, Befeuchter
5. Förderung: Zuluft- und Abluftventilator
6. Schalltechnik: Schalldämpfer im Zu- und Abluftpfad
7. Kanalnetz, Regelorgane und Luftdurchlässe
8. Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR)

Die Reihenfolge der Komponenten im Gerät folgt i. d. R. dem Strömungsweg: Außenluftöffnung → Filter → WRG → Vorerhitzer → Befeuchter → Kühler → Nacherhitzer → Ventilator → Schalldämpfer → Kanalnetz → Raum. Die genaue Anordnung hängt vom Anlagentyp und den Hygieneanforderungen ab (→ DIN EN 13053:2020).

Außenluftöffnung, Wetterschutzgitter und Ansaugbereich

Der Außenluftansaugpunkt bestimmt maßgeblich die Eingangsluftqualität. Wetterschutzgitter schützen die Anlage vor Regenwasser, Insekten und grobem Schmutz; ihre freie Querschnittsfläche muss so bemessen sein, dass die Anströmgeschwindigkeit 2 m/s nicht wesentlich überschreitet, um Wassereintrag zu vermeiden.

Bei der Lage des Außenluftansaugs sind Mindestabstände zu Fortluftöffnungen, Verkehrsflächen und anderen Emissionsquellen einzuhalten. Die VDI 6022 Blatt 1 (Abschnitt 5.2) verlangt, dass die Außenluftansaugung so positioniert wird, dass keine Rückzirkulation der Fortluft in den Außenluftpfad möglich ist. Als Faustformel gilt ein Mindestabstand von 2 m zwischen Fortluft- und Außenluftöffnung; bei Gebäuden mit ungünstiger Windexposition sind strömungstechnische Nachweise erforderlich.

Typischer Planungsfehler: Außenluftansauger werden häufig im Bereich von Parkplätzen, Kühlturm-Abwärme oder Fortluftöffnungen positioniert. Das führt zu erhöhten Schadstoffkonzentrationen in der Außenluft und kann die Filterstandzeiten erheblich verkürzen.

Luftfilter: Filterklassen, Anordnung und Auslegung

Luftfilter sind die erste aktive Schutzbarriere gegen Partikel in der Außenluft und gleichzeitig der Schutz aller nachgelagerten Komponenten vor Verschmutzung. Seit der Ablösung der EN 779 durch ISO 16890 (2018) werden Partikelfilter nach ihrer Abscheideeffizienz für die Fraktionen ePM₁, ePM₂,₅ und ePM₁₀ klassifiziert (→ ISO 16890:2016, umgesetzt in DIN EN ISO 16890).

Die VDI 3803 Blatt 4:2023 gibt in Verbindung mit VDI 6022 Blatt 1 (Berichtigung 2023) Empfehlungen für die Filterstufenauswahl:

Tabelle nach VDI 6022 Blatt 1 Berichtigung 2023 / VDI 3803 Blatt 4:2023

Bei der Auslegung ist zu beachten, dass zweistufige Filtration gegenüber einstufiger in der Regel hygienisch vorteilhafter ist, da ein Vorfilter die Beladung des Feinfilters und damit dessen Standzeit erheblich verlängert. Vor Einbau eines Luftbefeuchters schreibt VDI 3803 Blatt 1:2020 aus hygienischen Gründen mindestens die Filterklasse ISO ePM₂,₅ 65 % oder höher für die erste Filterstufe vor.

Druckverlust und Energiebedarf: Der Druckverlust eines Filters steigt mit zunehmender Beladung. Für die Ventilatorauslegung wird der mittlere Druckverlust zwischen frischem und vollbeladenen Filter herangezogen. Richtwerte für neue Filter liegen bei 50–150 Pa je nach Filterklasse; vollbeladene Filter können 200–300 Pa erreichen. Ein zu später Filterwechsel erhöht den Energiebedarf der Ventilatoren und kann die Betriebssicherheit der Anlage beeinträchtigen.

Wärmerückgewinnung (WRG): Typen, Wirkungsgrade und Auslegung

Die Wärmerückgewinnung ist die energetisch wirksamste Einzelmaßnahme in einer RLT-Anlage. Sie überträgt Wärme (und ggf. Feuchte) aus dem Abluftstrom auf den Zuluftstrom, bevor die Fortluft das Gebäude verlässt. Die Leistungsbeschreibung erfolgt normativ nach EN 308 über die Rückwärmzahl (auch: thermischer Wirkungsgrad) η.

Plattenrückgewinner (rekuperativ)

Plattenwärmetauscher trennen Zu- und Abluft vollständig durch wärmeleitende Trennwände. Es findet kein Luftaustausch statt, weshalb diese Bauform hygienisch unkritisch und auch in Anlagen mit erhöhten Hygieneanforderungen (VDI 6022) einsetzbar ist. Erreichbare Rückwärmzahlen liegen bei 60–85 %, je nach Bautiefe und Luftmengen.

Bei tiefen Außentemperaturen besteht Vereisungsgefahr im Wärmetauscher. Gegenläufige Plattenwärmetauscher sind anfälliger als gleichströmige, weshalb Frostschutzmaßnahmen (Vorerhitzer oder Bypass-Bypassregelung) eingeplant werden müssen.

Rotationswärmetauscher (regenerativ)

Der rotierende Wärmespeicherkörper überträgt durch Drehbewegung abwechselnd Wärme aus dem Abluft- in den Zuluftstrom. Rückwärmzahlen bis 85 % sind erreichbar. Hygroskopisch beschichtete Rotoren ermöglichen zusätzlich die Rückgewinnung von Feuchte (Rückfeuchtezahl nach EN 308). Der Nachteil: Es gibt einen geringen Übertrag von Abluft in den Zuluftstrom (Leckage), der bei sensiblen Anwendungen berücksichtigt werden muss.

Kreislaufverbundsystem (KVS)

Das KVS verbindet Zu- und Abluftgerät hydraulisch über einen Wasserkreislauf. Es eignet sich für räumlich getrennte Geräteaufstellung (kein gemeinsamer Luftkanal), weist jedoch systembedingt geringere Rückwärmzahlen auf (typisch 45–65 %).

Berechnungsbeispiel: Für einen Zuluftstrom von V̇ = 10.000 m³/h (= 2,78 m³/s), eine Außenlufttemperatur von ϑ_AUL = –10 °C und eine Ablufttemperatur von ϑ_ABL = 22 °C sowie eine Rückwärmzahl von η = 0,75 ergibt sich die rückgewonnene Wärmeleistung:

(mit ρ = 1,2 kg/m³ und cₚ = 1,0 kJ/(kgK) als Näherungswerte für trockene Luft bei 0 °C)

Diese Leistung steht dem Vorerhitzer direkt als Entlastung zur Verfügung und reduziert den Heizenergieeinbedarf entsprechend.

Heiz- und Kühlregister: Vorerhitzer, Nacherhitzer und Kühler

Vorerhitzer

Der Vorerhitzer ist im Außenluftpfad vor dem Wärmerückgewinner angeordnet. Seine einzige Aufgabe ist der Frostschutz: Er erwärmt die Außenluft bei tiefen Temperaturen soweit, dass der WRG nicht vereist. Die Regelung erfolgt über die Ablufttemperatur am Abluftaustritt des WRG; unterschreitet diese einen Grenzwert (typisch 0 °C bis –5 °C je nach Bauart), öffnet der Vorerhitzer graduell.

Nacherhitzer

Der Nacherhitzer bringt die Zuluft auf die gewünschte Zulufttemperatur. Er ist der zentrale Wärmequell im Zuluftpfad und bestimmt maßgeblich die Heizlastdeckung der Anlage.

Leistungsberechnung Nacherhitzer:

Für V̇ = 2,78 m³/s, ϑ_ZUL = 22 °C und ϑ_nach_WRG = 18 °C (Zulufttemperatur nach WRG bei Auslegungszustand):

Kühler und Entfeuchter

Der Kühler senkt die Zulufttemperatur im Sommerbetrieb und entfeuchtet die Luft, wenn die Taupunkttemperatur der Zuluft unterschritten wird. Bei der Auslegung ist zwischen sensibler und latenter Kühlleistung zu unterscheiden, da beide Anteile im hx-Diagramm (→ Mollier-Diagramm) dargestellt und berechnet werden.

Typischer Planungsfehler: Der Kühler wird auf die Spitzenlast bei maximaler Außenlufttemperatur ausgelegt, ohne den Teillastbetrieb zu berücksichtigen. Moderne Auslegungsregeln nach DIN EN 16798-1 empfehlen eine Auslegung auf Basis von 1 %-Klimadaten (stündliche Überschreitungswahrscheinlichkeit von 1 % pro Jahr).

Luftbefeuchter: Typen, Hygieneanforderungen und Auslegung

Die Befeuchtung der Zuluft ist aus hygienischer Sicht die anspruchsvollste Funktion einer RLT-Anlage. Befeuchter stellen einen Nährboden für Mikroorganismen dar, wenn sie nicht fachgerecht geplant, betrieben und gewartet werden. Die VDI 6022 Blatt 1 stellt daher an Befeuchter besonders hohe Anforderungen.

Dampfbefeuchter

Dampfbefeuchter erzeugen Wasserdampf durch elektrische oder gas-/dampfbeheizte Verdampfung. Der Dampf wird in den Luftstrom eingedüst und kondensiert hygieneunkritisch, da die hohen Temperaturen im Dampferzeuger eine Keimfreiheit sicherstellen. Sie gelten als hygienisch unkritischste Befeuchterart und sind in Anlagen mit hohen Hygieneanforderungen (Krankenhäuser, DIN 1946-4) die Regel.

Adiabate Befeuchter (Umlaufsprühbefeuchter, Hochdruckdüsen)

Adiabate Befeuchter nutzen die Verdunstungsenergie der Zuluft und können keine Energie zur Lufterwärmung beisteuern; die Zulufttemperatur sinkt durch die Befeuchtung. Sie sind energieeffizient, erfordern aber besonders konsequentes Hygienemonitoring (Wasserqualität, Standzeiten, Reinigungsintervalle) gemäß VDI 6022 Blatt 1 Abschnitt 6.

Auslegungsformel für den Befeuchterbedarf:

Für V̇ = 2,78 m³/s, Δx = 3 g/kg:

Ventilatoren: Typen, Kennlinien und Leistungsaufnahme

Ventilatoren erzeugen den für den Lufttransport erforderlichen Druckunterschied und sind die Hauptenergieverbraucher in RLT-Anlagen. In modernen Anlagen werden überwiegend Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln eingesetzt, da diese einen flachen Kennlinienverlauf und hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Ventilatorbauarten

Radialventilator: Erzeugt hohen statischen Druck, geeignet für komplexe Kanalsysteme mit hohen Widerständen. In RLT-Geräten überwiegend als freies Laufrad (EC-Technologie) oder als riemengetriebenes Aggregat.

Axialventilator: Für große Volumenströme bei geringem Druckverlust (z. B. Kühltürme, Fortluftöffnungen, einfache Be- und Entlüftung).

EC-Ventilatoren: Elektronisch kommutierte Motoren (EC-Motoren) ermöglichen stufenlose Drehzahlregelung ohne separate Frequenzumrichter. Sie weisen über den gesamten Teillastbereich hohe Wirkungsgrade auf und entsprechen den Anforderungen der ErP-Verordnung (EU) 2016/2281.

Leistungsberechnung und SFP-Wert

Die elektrische Leistungsaufnahme des Ventilators ergibt sich aus:

mit V̇ in m³/s, Δp_ges in Pa und η_ges als Gesamtwirkungsgrad (typisch 0,55–0,75 für gut ausgelegte Radialventilatoren).

Der Spezifische Ventilatorleistungsbedarf (SFP) nach DIN EN 16798-3 beschreibt das Verhältnis von elektrischer Leistungsaufnahme zum geförderten Luftvolumenstrom:

Berechnungsbeispiel: Für einen Zuluftventilator mit V̇ = 2,78 m³/s, Δp_ges = 600 Pa und η_ges = 0,65:

Grenzwerte für SFP sind in DIN EN 16798-3 (Anhang A) sowie der ErP-Richtlinie festgelegt. Für Klasse SFP 4 gilt ein Richtwert von ≤ 1.250 J/m³.

Schalldämpfer: Funktion, Bauarten und Einbaupositionen

Schalldämpfer reduzieren die Schallausbreitung im Kanalnetz. Die dominanten Schallquellen in RLT-Anlagen sind der Ventilatorschall (breitbandig) sowie strömungsinduziertes Geräusch an Formstücken, Klappen und Durchlässen.

Absorbierender Schalldämpfer

Der häufigste Typ in RLT-Anlagen: Das Kanalinnere ist mit schallabsorbierendem Material (Mineralwolle, Akustikschaum) ausgekleidet. Absorptionsschalldämpfer wirken breitbandig und sind besonders effektiv bei mittleren und hohen Frequenzen (> 250 Hz). Die Dämpfung je Meter hängt von der Kanalgeometrie, der Belagsdicke und dem Absorptionskoeffizienten des Materials ab.

Kulissenschalldämpfer

Kulissen unterteilen den Kanalquerschnitt in mehrere schmale Strömungskanäle. Die vergrößerte Absorberfläche erhöht die Dämpfung bei gleicher Baulänge, erhöht aber auch den Druckverlust. Sie werden bevorzugt eingesetzt, wenn hohe Einfügungsdämpfung auf geringer Baulänge erforderlich ist.

Einbaupositionen: Schalldämpfer werden typischerweise zwischen Ventilator und Kanalnetz (Primärschalldämpfer) sowie vor Raumluftdurchlässen (Sekundärschalldämpfer) angeordnet. In der Planung ist der Druckverlust des Schalldämpfers in die Anlagenkennlinie einzurechnen.

Planungshinweis: Die VDI 2081 Blatt 1 enthält die Berechnungsgrundlagen für die akustische Auslegung von Lüftungsanlagen und definiert zulässige Schalldruckpegel nach Raumkategorie.

Klappen: Absperrklappen, Regelklappen und Brandschutzklappen

Absperrklappen

Absperrklappen schließen den Luftpfad vollständig, wenn die Anlage außer Betrieb ist (Frostschutz, Energieeinsparung). Sie werden motorisch angetrieben und sind in der Regel federrücklaufend ausgeführt (Fail-Safe-Schließung bei Stromausfall).

Regelklappen / Volumenstromregler

Regelklappen stellen den Volumenstrom stufenlos ein. In Variablen-Volumenstrom-Anlagen (VVS) werden Volumenstromregler (VSR) eingesetzt, die den Volumenstrom anhand eines internen Drucksensors konstant halten, unabhängig vom schwankenden Kanaldruck.

Brandschutzklappen (BSK)

Brandschutzklappen unterbrechen im Brandfall die Verbindung zwischen Brandabschnitten über das Kanalnetz. Sie fallen bei Überschreiten einer definierten Auslösetemperatur (typisch 72 °C) automatisch in die Schließstellung. Einbau, Typ und Prüfpflichten richten sich nach DIN EN 15650, der Leitungsanlagen-Richtlinie (LAR) und den jeweiligen Landesbauordnungen. Brandschutzklappen müssen nach Einbau und in definierten Intervallen auf Funktion geprüft werden.

Kanalnetz: Querschnitte, Materialien und Druckverlust

Das Kanalnetz transportiert die konditionierte Luft vom RLT-Gerät zu den Räumen und die Abluft zurück. Die Kanalquerschnitte sind für die Einhaltung zulässiger Strömungsgeschwindigkeiten ausgelegt:

Querschnittsbemessung:

Für V̇ = 2.000 m³/h = 0,556 m³/s und v = 5 m/s:

→ Entspricht einem Rechteckkanal von ca. 400 × 280 mm oder einem Rundkanal mit d ≈ 376 mm.

Materialien: In der Praxis werden überwiegend Rechteckkanäle aus verzinktem Stahlblech eingesetzt. Für runde Querschnitte (Spiralfalzrohre) sind Fertigteile nach DIN EN 1506 genormt. In Reinraum- und Küchenanwendungen kommen Edelstahlkanäle zum Einsatz.

Hygieneanforderung: Kanäle müssen so ausgeführt sein, dass Ablagerungen auf ein Mindestmaß begrenzt werden und eine Reinigung i. d. R. nicht erforderlich ist (VDI 6022 Blatt 1, Abschnitt 5.2). Inspektionsöffnungen sind in regelmäßigen Abständen vorzusehen (DIN EN 15780, VDI 6022).

Luftdurchlässe: Einblasöffnungen und Abluftventile

Luftdurchlässe bringen die Zuluft in den Raum ein und führen die Abluft ab. Ihre Auswahl und Anordnung bestimmen die Raumluftströmung (Luftführung) und damit maßgeblich die thermische Behaglichkeit und die Schadstoffverdünnung im Raum.

Die wesentlichen Typen sind:

• Drallauslässe: Erzeugen eine drallartige Ausblasrichtung; hohe Induktionswirkung, gut geeignet für Deckeneinbau
• Schlitzauslässe: Einbau in Fenster- oder Fassadennähe; gerichteter Luftstrom entlang der Fassade
• Quelllüftungsauslässe: Bodennahe Einbringung mit geringer Ausblasgeschwindigkeit (< 0,3 m/s); Prinzip der Verdrängungslüftung
• Abluftventile: Einfache tellerförmige Auslassöffnungen im Abluftbereich

Die Auslegung der Durchlässe erfolgt nach Herstellerkatalogen (Schallleistungspegel, Induktionszahl, Wurfweite) unter Einhaltung der zulässigen Raumschallpegel nach DIN EN ISO 7730 und VDI 2081.

Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR)

Die MSR-Technik ist das Nervensystem der RLT-Anlage. Sie überwacht den Betriebszustand, regelt die Luftmengen und -temperaturen und schützt die Anlage vor Fehlfunktionen.

Typische Messgrößen in einer RLT-Anlage:

• Temperaturen: Außenluft, Zuluft, Abluft, nach WRG, Raumtemperatur
• Drücke: Filterdifferenzdruck, Kanaldruck für VVS-Betrieb
• Luftfeuchte: Relative oder absolute Zuluftfeuchte, Raumfeuchte
• CO₂ oder Mischgas: Für bedarfsgeführte Lüftung (Demand Controlled Ventilation, DCV)

Kaskadenregelung

In modernen RLT-Anlagen wird die Zulufttemperatur häufig über eine Kaskadenregelung gesteuert: Der Raumtemperaturregler (Führungsregler) gibt als Sollwert eine Zulufttemperatur vor, der Zulufttemperaturregler (Folgeregler) steuert die Heiz-/Kühlleistung entsprechend. Diese Struktur entkoppelt die träge Raumregelung von der schnellen Lufttemperaturregelung und verbessert die Regelgüte erheblich.

Variabeler Volumenstrom (VVS)

Im VVS-Betrieb regeln Volumenstromregler (VSR) die Luftmenge je Raum oder Zone bedarfsgerecht. Der Ventilator wird über einen Frequenzumrichter drehzahlgeregelt; ein Drucksensor im Kanalnetz hält den Referenzdruck konstant. Bei sinkender Gesamtlast reduziert sich die Ventilatordrehzahl und damit die elektrische Leistungsaufnahme – bei P ∝ n³ ist die Energieeinsparung im Teillastbetrieb erheblich.

Auslegungshinweis: Im VVS-Betrieb muss bei sinkender Ventilatordrehzahl der Mindestaußenluftvolumenstrom sichergestellt werden. Hierzu sind gesonderte Regelstrategien erforderlich (Außenluftvolumenstromregelung, CO₂-basierte Mindestluftmenge oder drehzahlabhängige Mindestöffnungsstellung der Mischklappe).

Fazit

Eine RLT-Anlage ist ein System aus aufeinander abgestimmten Komponenten, die nur in ihrem funktionalen Zusammenspiel die geforderte Luftqualität, thermische Behaglichkeit und Energieeffizienz sicherstellen. Die Auslegung jeder Baugruppe – von der Filterklasse bis zum Ventilatorkennlinienpunkt – beeinflusst sowohl den Komfort als auch den Jahresenergiebedarf der Anlage. Die VDI 6022 Blatt 1 und DIN EN 13053 bilden die normativen Grundlagen für Planung, Ausführung und Betrieb.