Der Stack-Effekt: Wie es funktioniert und seine Auswirkungen auf Ihre Energieeffizienz

Von Patti Dees

Der Stack-Effekt, auch Kamineffekt genannt, treibt den Luftstrom durch Gebäude. Die Steuerung der Luftbewegung in und durch ein Gebäude kann die Energieeffizienz steigern und Geld sparen.

Was ist der Stack-Effekt?

Der Stapeleffekt ist eine Luftbewegung, die durch thermische Unterschiede verursacht wird. Luft mit höherer Temperatur ist weniger dicht als kühlere Luft. Wenn die wärmere Luft aufsteigt, entsteht eine Druckdifferenz mit niedrigerem Druck darunter und höherem Druck darüber. In Gebäuden im Winter lässt der niedrigere Druck kühlere Luft von außen in die unteren Stockwerke strömen. Die Temperatur der kühleren Luft beginnt zu steigen und setzt den Zyklus fort. Im Sommer oder in wärmeren Klimazonen ist der Stapeleffekt umgekehrt. Die heiße Luft von außen dringt in den oberen Teil des kühleren Gebäudes ein und erzeugt einen Luftzug nach unten.

Jedes Gebäude hat ein neutrales Druckniveau (NPL), wobei die Druckdifferenz zwischen dem Gebäude und seiner Umgebung gleich ist. Die Luftbewegung in oder aus dem Gebäude wird entlang dieser Ebene reduziert und nimmt von ihr weiter zu. Geräte, die aktiv Luft in oder aus dem Gebäude bewegen, wie z. B. Abgassysteme, bewegen den NPL-Standort im Gebäude. Die Kenntnis des NPL eines Gebäudes ermöglicht es Designern und Gebäudemanagern, sich auf Kontrollmaßnahmen dort zu konzentrieren, wo sie am dringendsten benötigt werden.

Wenn der Stapel gegen dich ist

Der Stack-Effekt kann von Vorteil sein, aber nur, wenn Sie seine Auswirkungen geplant haben. Ohne Planung kann der Stapeleffekt einige ernsthafte Probleme verursachen, insbesondere in hohen Gebäuden. Beispiele hierfür sind:

• Belastung für HLK-Geräte, da sie mit Luftverlusten oder zusätzlicher Belastung zu kämpfen haben. Ineffiziente HLK-Systeme erhöhen die Energie- und Wartungskosten, und eine unzureichende Temperaturregelung verringert den Komfort der Insassen.
• Feuchtigkeit dringt in das Gebäude ein und schafft die Voraussetzungen für Schimmel- und Bakterienwachstum. Das Eindringen von Feuchtigkeit ist ein ernstes Problem, das Gebäude schädigt und gesundheitliche Probleme der Bewohner verursacht.
• Türen und Aufzüge erfordern möglicherweise mehr Kraft zum Öffnen oder Schließen, oder das Gegenteil kann der Fall sein und sie können leicht zuschlagen.
• Luft, die durch Risse strömt, erzeugt Lärm.
• Luftbewegungen können den Brandschutz beeinträchtigen und Flammen und Rauch verbreiten. In einigen Fällen können Gebäudebereiche, die dem kältesten Luftstrom ausgesetzt sind, gefrorene Sprinkleranlagen aufweisen.

Planer, Bauherren und Facility Manager können Maßnahmen ergreifen, um die Auswirkungen dieses Effekts zu mindern. Einige sind grundlegende Energieeffizienzmaßnahmen, wie das ordnungsgemäße Abdichten und Isolieren von Rohröffnungen in der Gebäudehülle, um Leckagen zu vermeiden, oder das Entwerfen dichter Außenwände. Die Bestimmung, wo Luft am wahrscheinlichsten in das Gebäude gelangt, entweder durch Öffnungen oder über Lecks, ist der erste Schritt zur Kontrolle des Stapeleffekts. Die Modellierung und Bewertung von Szenarien mit Winddruck- und Temperaturextremen sind ebenfalls wichtige Werkzeuge, mit denen Fachleute einen Plan für spezifische Gebäudebedürfnisse erstellen.

Stacking Ihre Vorteile

Natürliche Lüftung kann Eigentümer und Gebäudemanager Geld sparen, bis zu 30 Prozent in einigen Fällen. Designmerkmale sollten sich darauf konzentrieren, Frischluft mit aktueller Luft zu mischen und den Effekt innerhalb des Gebäudes zu kontrollieren.

Riegelfenster und Innenwände im Innenbereich leiten den Strom durch belegte Bereiche um. Ein indirekter Weg ermöglicht die Bewegung frischerer Luft, um sich mit abgestandener Luft zu vermischen und diese zu entfernen. Die inneren Auslassöffnungen sollten sich über den Zufuhröffnungen befinden, damit der Stapeleffekt abgestandene Luft nach oben und außen fegt. Neue Gebäude, die auf natürliche Belüftung ausgelegt sind, sollten so positioniert werden, dass sie im Sommer Wind fangen und im Winter die Exposition blockieren.

Bevor Sie sich auf den Stapeleffekt verlassen, um eine natürliche Belüftung zu gewährleisten, sollten Sie einige der Grenzen berücksichtigen. Natürliche Belüftung beinhaltet keine Feuchtigkeitskontrolle. Gebäudehöhe und -breite sind wichtig. Zentrale Bereiche sehr breiter Gebäude profitieren nicht allein von natürlichen Lüftungsbemühungen. Darüber hinaus sehen Gebäude mit niedrigen Decken keinen signifikanten Luftstrom durch den Stapeleffekt. Eine ventilatorgestützte Belüftung kann erforderlich sein. Moderne Sicherheits- und Brandschutzvorschriften können auch einige Gestaltungsmöglichkeiten einschränken, die historisch an Orten wie Treppenhäusern verwendet wurden.

Da Stack-Effekte unvermeidbar sind, können Gebäudedesigns unerwünschte Effekte begrenzen und gleichzeitig Luftströmungsmuster nutzen.

Biografie:

Patti Dees ist Chemieingenieurin und Autorin. Sie spinnt ihre polymathe Natur, um klare und informative Stücke zu technischen Themen zu produzieren.

Weiterführende Literatur:

• https://global.ctbuh.org/resources/papers/download/3084-stack-effect-in-high-rise-buildings-a-review.pdf
• https://www.trane.com/content/dam/Trane/Commercial/global/products-systems/education-training/engineers-newsletters/airside-design/admapn003en_0502.pdf
• https://www.buildingscience.com/documents/digests/bsd-014-air-flow-control-in-buildings