Wärmeabfuhr und Belüftung eingebauter AV-Technik

Sobald AV-Technik hinter eine Wand, in einen geschlossenen Schrank oder in ein Möbel zieht, muss die Wärme, die sie erzeugt, aktiv wieder herausgeführt werden — sonst stellt sich im Aufbau eine Temperatur ein, die die Geräte begrenzt oder abschaltet. Die Entscheidung ob passiv, aktiv oder gar nicht einbauen steht bei der flächenbündigen TV-Integration. Diese Seite beantwortet die Frage danach: wie viel Querschnitt, wie viel Höhenunterschied und wie warm es damit wird.

Was tatsächlich Wärme wird

Die Auslegungsgröße muss man nicht schätzen, sie steht im Handbuch: die Leistungsaufnahme. Für Quellgeräte, Prozessoren, Netzwerktechnik und Steuerungen gilt praktisch exakt, dass die aufgenommene elektrische Leistung vollständig zu Wärme wird — sie geben nichts anderes ab.

Bei Endstufen und AV-Receivern ist die Rechnung anders, aber nicht komplizierter: Die Wärme im Schrank ist die aufgenommene Leistung abzüglich der Leistung, die über die Lautsprecherkabel den Schrank verlässt. Der Haken daran ist, dass beide Größen gemeinsam steigen. Bei gehobener Lautstärke mit mehreren Kanälen nimmt der Verstärker deutlich mehr auf, und der Anteil, der als Wärme hängen bleibt, steigt mit — je nach Verstärkerbauart unterschiedlich stark. Das ist der Grund, warum eingebaute Elektronik nicht beim Fernsehen ausfällt, sondern in der lautesten Szene.

Für die Auslegung ist die konservative und einfache Regel deshalb: Nimm die Leistungsaufnahme laut Handbuch als Wärmelast an. Bei Quellgeräten stimmt das, bei Verstärkern liegst Du damit auf der sicheren Seite.

Wie viel Querschnitt für wie viel Wärme

Ein geschlossener Aufbau mit einer Öffnung unten und einer oben kühlt sich durch Kaminwirkung: Die warme Luft im Inneren ist leichter als die kalte draußen, dadurch entsteht ein Druckunterschied, und der treibt eine Strömung an. Wie warm es dabei im Aufbau wird, hängt an drei Größen: der Wärmelast P, dem wirksamen freien Querschnitt A und dem Höhenunterschied H zwischen Zuluft- und Abluftöffnung. Den Rechenweg dorthin — die Strömungsgleichung, zusammengeführt mit der Wärmebilanz der Raumluft und aufgelöst nach der Übertemperatur — führt die auftriebsgetriebene Lüftung. Für die Planung zählt, was dabei herauskommt.

Ein Rechenbeispiel. Ein geschlossener Technikschrank, 150 W Wärmelast, Zuluft und Abluft je 280 cm² frei, 0,6 m Höhenunterschied zwischen den Öffnungen, Raum bei 22 °C. Der wirksame Querschnitt beider Öffnungen zusammen beträgt rund 200 cm² (warum, steht im nächsten Abschnitt). Eingesetzt ergibt das eine Übertemperatur von etwa 13 K — im Schrank stellen sich also rund 35 °C ein.

Interessanter als der eine Wert sind die Exponenten, denn sie widersprechen der Intuition:

Hinter der ersten Zeile steht ein Exponent von 2/3, und er ist der Grund für die Überraschung: Doppelt so große Öffnungen bringen etwa ein Drittel weniger Übertemperatur statt der erwarteten Hälfte. Wer eine zu warme Konstruktion durch etwas größere Schlitze retten will, braucht also mehr Zuwachs, als er veranschlagt. Umgekehrt ist der Höhenunterschied ein schwacher Hebel: Ein Schrank doppelter Höhe hilft spürbar weniger als doppelt so große Öffnungen.

Warum die kleinere Öffnung fast allein entscheidet

Zuluft und Abluft liegen strömungstechnisch hintereinander, und dafür gilt nicht die Summe der beiden Flächen. Zwei gleich große Öffnungen von je 280 cm² ergeben zusammen einen wirksamen Querschnitt von rund 198 cm² — daher der Wert im Rechenbeispiel. Wie sich der wirksame Querschnitt aus zwei Öffnungen in Reihe ergibt, steht bei der auftriebsgetriebenen Lüftung.

Die praktische Folge ist wichtiger als die Rechnung: Ist eine der beiden Öffnungen deutlich kleiner als die andere, bestimmt sie das Ergebnis nahezu allein. Eine großzügige Abluftöffnung über einer knappen Zuluftöffnung bringt fast nichts.

Das ist der häufigste Ausführungsfehler bei Wandaufbauten und Technikmöbeln: Oben wird großzügig geöffnet, weil dort sichtbar die warme Luft steht, und unten reicht ein Spalt. Beide Öffnungen gehören gleich groß ausgeführt, und die kleinere ist die, über die man nachdenken muss.

Zum freien Querschnitt zählt nur, was tatsächlich offen ist. Ein Lochblech mit 40 % Lochanteil macht aus 280 cm² Fläche 112 cm² Querschnitt; ein akustisch wirksamer Bespannstoff davor senkt ihn weiter. Wer Lüftungsöffnungen aus optischen Gründen hinter Gittern oder Stoff versteckt, muss die Fläche entsprechend größer ausführen — das ist kein Detail der Ausführung, sondern eine Maßentscheidung in der Planung.

Wenn passiv nicht reicht: Lüfter

Reicht die Kaminwirkung nicht, bleibt der Lüfter. Für seine Auswahl gelten die Ventilatorgesetze, und eines davon entscheidet praktisch alles: Der Volumenstrom steigt proportional zur Drehzahl, die abgegebene Schallleistung dagegen etwa mit der fünften Potenz. In Dezibel ausgedrückt ändert sich der Schallleistungspegel um rund 50 · log₁₀ des Drehzahlverhältnisses.

Halbierst Du die Drehzahl, halbiert sich der Volumenstrom — und der Pegel sinkt um etwa 15 dB. Das ist der Grund für die einzige Regel, die man sich hier merken muss: Ein großer, langsam laufender Lüfter ist einem kleinen, schnellen bei gleichem Volumenstrom um Größenordnungen überlegen. Zwei große Lüfter auf halber Drehzahl fördern zusammen so viel wie einer auf voller. Jeder von ihnen liegt dabei um die genannten 15 dB niedriger, und die zweite gleich laute Quelle legt energetisch 3 dB darauf — in Summe bleiben rund 12 dB Abstand zum einzelnen Lüfter bei voller Drehzahl. Die Rechnung dazu steht bei den Ventilatorgesetzen.

Für den Kinoraum kommt ein Punkt dazu, der bei der Auslegung gern übersehen wird. Ein temperaturgeregelter Lüfter läuft hoch, wenn die Technik warm geworden ist — also mit einer Verzögerung von Minuten gegenüber der Ursache. Die laute Szene, die ihn ausgelöst hat, maskiert ihn deshalb nicht mehr; er dreht auf, wenn der Film längst wieder leise ist. Wer im Kinoraum aktiv belüftet, sollte den Lüfter deshalb entweder dauerhaft langsam laufen lassen statt geregelt hochfahren, oder ihn aus dem Raum herausnehmen.

Wo die Grenze zum Technikraum liegt

Diese Seite behandelt Aufbauten, aus denen die Wärme in denselben Raum abgegeben wird — Wandaufbau, Schrank, Rack, Möbel. Damit ist die Grenze auch benannt: Passive oder aktive Belüftung verteilt die Wärme im Raum, sie schafft sie nicht weg. Für einen Fernseher und ein Quellgerät ist das belanglos. Bei einer vollständigen Kinotechnik mit mehreren Endstufen ändert sich die Frage — dann heizt die Technik den Raum, und das Thema heißt Raumkühlung, nicht Schrankbelüftung.

Der Umschlagpunkt ist keine feste Zahl, sondern folgt aus zwei Bedingungen: Die Übertemperatur im Aufbau bleibt mit vertretbarem Querschnitt nicht mehr unter dem, was die Geräte vertragen, oder die Wärmelast ist gegenüber der Heizlast des Raums nicht mehr klein. Trifft eines von beidem zu, gehört die Technik in einen eigenen, belüfteten Raum — und die einzige verbleibende Frage ist die nach den Kabelwegen dorthin.

Grenzen und Sonderfälle

Der Schrank in der Nische. Ein Technikschrank, dessen Zuluft aus einem geschlossenen Möbelkorpus oder einer Nische kommt, saugt seine eigene Abluft wieder an. Dann steht in der Rechnung nicht mehr die Raumtemperatur, sondern die Temperatur in der Nische — und die steigt mit. Die Zuluft muss aus dem Raum kommen, nicht aus dem Möbel.

Geräte übereinander. Im Rack sitzt jedes Gerät in der Abluft des darunterliegenden. Die Rechnung oben gilt für den Schrank als Ganzes; das oberste Gerät sieht mehr. Wärmste Geräte gehören deshalb nach oben, nicht nach unten — auch wenn schwere Endstufen aus Standsicherheitsgründen gern unten landen. Das ist ein echter Zielkonflikt und keiner, den man wegplanen kann; er spricht dafür, Endstufen gar nicht in denselben Schrank zu setzen.

Geschlossene Türen. Eine Glastür vor dem Rack ist optisch attraktiv und lüftungstechnisch der Punkt, an dem die meisten Aufbauten kippen — sie reduziert den freien Querschnitt auf das, was oben und unten verbleibt. Wenn eine Tür sein muss, gehört ihre Wirkung in die Rechnung.

Kleine Budgets. Wenn es eng wird, ist die richtige Reihenfolge eindeutig: erst die Öffnungen richtig groß, dann die Optik. Ein Lochblech kostet fast nichts, ein wegen Übertemperatur getauschter AV-Receiver kostet ein Vielfaches.

In der Planung

Ein Wohnzimmer, flächenbündiger Wandaufbau, dahinter sollen ein AV-Receiver und zwei Quellgeräte verschwinden. Die Konzeptfrage kommt zuerst und lautet nicht „welche Lüftung", sondern: Muss die Elektronik überhaupt hinter die Wand? Wenn ein Schrank an der Seitenwand oder ein Nebenraum in Frage kommt, ist das die bessere Antwort, weil sie das Problem auflöst statt es zu bewirtschaften.

Bleibt es beim Einbau, folgt das Verfahren aus der Rechnung oben: Leistungsaufnahmen aus den Handbüchern addieren, zulässige Übertemperatur aus der niedrigsten zulässigen Umgebungstemperatur der beteiligten Geräte ableiten, daraus den nötigen freien Querschnitt bestimmen — und ihn dann um den Faktor erhöhen, den Gitter oder Bespannung kosten. Zuluft unten und Abluft oben gleich groß, mit so viel Höhenunterschied, wie der Aufbau hergibt.

Erst danach die Gerätefrage, und sie fällt hier oft anders aus als erwartet: Ein Verstärker mit hohem Wirkungsgrad und geringer Ruheaufnahme kann eine Konstruktion möglich machen, die mit einem klassischen AV-Receiver nicht funktioniert. Die Wärmelast ist damit ein Auswahlkriterium wie die Kanalzahl — und es entscheidet früher, weil es die Bauform bestimmt.

Verknüpfte Inhalte

Die Entscheidung, ob Technik überhaupt in den Wandaufbau gehört, steht bei der flächenbündigen TV-Integration; diese Seite liefert die Auslegung dazu. Der Rechenweg hinter dem Beispiel steht bei der auftriebsgetriebenen Lüftung und der Wärmebilanz der Raumluft, die Pegelrechnung zum Lüfter bei den Ventilatorgesetzen. Warum ein hörbarer Lüfter im Kinoraum ein härteres Kriterium ist als im Wohnzimmer, klärt der Grundgeräuschpegel. Der Guide-Schritt zur Technik-Unterbringung ordnet das Thema in die Planungsreihenfolge ein.

Quellen

Die Lüftungsrechnung stützt sich auf die Standardbeziehung der auftriebsgetriebenen Gebäudelüftung und die Wärmebilanz; beide sind Standardbeziehungen der Gebäudetechnik und über eine CIBSE-Seminarunterlage zur natürlichen Lüftung belegt; Herleitung und Annahmen stehen auf den beiden Formelseiten, das Rechenbeispiel hier ist eigene Rechnung mit den oben genannten Werten. Die Aussage zum Lüftergeräusch folgt den Ventilatorgesetzen. Angaben zu Leistungsaufnahme, zulässiger Umgebungstemperatur und Schutzabschaltung sind gerätespezifisch und stehen in den Handbüchern; sie sind hier als Gattung genannt und nicht beziffert.