CFD- und Standortanalyse zur Optimierung der Innenraumluftqualität in nachhaltigem sozialen Wohnungsbau durch Integration von Windfängern

Kühlere Wohnungen ohne Strom

Während Städte heißer und dichter werden, sind viele Familien auf Klimaanlagen angewiesen, um ihre Wohnungen bewohnbar zu halten. Diese Kühlung hat jedoch ihren Preis: höhere Energiekosten und mehr Treibhausgasemissionen. Diese Studie untersucht, wie eine einfache Dachkonstruktion, inspiriert von traditionellen Gebäuden des Nahen Ostens und Windfänger genannt, einkommensschwache Wohnungen in Ägypten kühler und frischer halten kann – mit nahezu keinem Energieaufwand.

Alte Ideen für das neue Stadtleben

Windfänger sind hohe Dachschächte, die Außenwinde auffangen und in die darunterliegenden Räume leiten. Sie werden seit Jahrhunderten in heißen, trockenen Regionen eingesetzt, um Häuser auf natürliche Weise zu kühlen. Zugleich erweitert sich das soziale Wohnungsbauprogramm in der modernen ägyptischen Stadt rasch, um erschwingliche Wohnungen für niedrige und mittlere Einkommen bereitzustellen. Diese Gebäude sind häufig einfache Betonblöcke, die sich schnell aufheizen und stark von Klimaanlagen und Ventilatoren abhängig sind. Die Autoren fragten, ob die Ergänzung solcher Standardblöcke um Windfänger die Innenraumluftqualität und das Komfortempfinden verbessern, gleichzeitig den Energieverbrauch senken und so den Klimazielen und Gesundheitszielen des Landes dienen könnte.

Strömungstests in realen Wohnungen

Das Forschungsteam wählte ein typisches ägyptisches Sozialwohnungsgebäude mit mehreren identischen Etagen und ohne eingebaute Windfänger aus. Sie maßen die tatsächlichen Luftgeschwindigkeiten in den Räumen mit Handgeräten und erstellten dann detaillierte 3D-Computermodelle von zwei repräsentativen Wohnungen: einer nach Nordwesten und einer nach Südwesten ausgerichteten Einheit. Mithilfe der Computational Fluid Dynamics – fortgeschrittener Strömungssimulationen, die in der Technik gebräuchlich sind – untersuchten sie, wie sich die Luft in jeder Wohnung unter lokalen Windbedingungen bewegen würde. Entscheidend war, dass sie zuerst prüften, ob die Computerdaten mit ihren Messungen vor Ort übereinstimmten; die Abweichungen lagen bei weniger als etwa 6,5 Prozent, was Vertrauen schuf, dass die Simulationen verlässlich vorhersagen können, wie neue Entwürfe funktionieren würden.

Wo die Türme stehen, ist entscheidend

Für jede Wohnung testete das Team mehrere Layouts und veränderte sowohl Anzahl als auch Position der Dachwindfänger. In der nordwestlich ausgerichteten Einheit wurden drei Fälle untersucht: kein Windfänger, einer am Balkon und einer über einem hinteren Schlafzimmer. Dort erwies sich ein einzelner Windfänger, sorgfältig über dem dritten Schlafzimmer platziert, als beste Lösung und erhöhte die natürliche Lüftungsrate insgesamt um etwa 7 Prozent im Vergleich zu keiner Windfängeranlage. Diese Anordnung erlaubte frischer Luft, hinten einzutreten und durch vorhandene Öffnungen an der Vorderseite zu strömen, wodurch die Querbelüftung gestärkt wurde, ohne die wesentlichen Druckunterschiede zu stören, die den Innenraumbetrieb antreiben.

Hilfe für die am schwersten zu kühlenden Wohnungen

Die nach Südwesten ausgerichtete Wohnung startete aus einer schlechteren Position: Ihre Orientierung erzeugte deutlich schwächere natürliche Luftströmung, sodass Räume eher stagnierend waren. Die Forscher untersuchten sieben verschiedene Kombinationen, von einem einzelnen Windfänger in einem Raum bis zu drei Windfängern für Wohnzimmer und Schlafzimmer. Schon ein einzelner Turm brachte Verbesserungen, doch die größte Veränderung ergab sich durch die Verteilung von drei Windfängern im Wohnzimmer und in den wichtigen Schlafzimmerbereichen. In dieser Konfiguration verbesserte sich die durchschnittliche Lüftungsrate um etwa 45,7 Prozent gegenüber dem Originalentwurf. Interessanterweise erreichte ein gut gewähltes Paar von Windfängern – für Wohnzimmer und ein hinteres Schlafzimmer – nahezu dieselbe Wirkung wie die Dreifachlösung, was zeigt, dass eine kluge Platzierung fast so wirkungsvoll sein kann wie das Hinzufügen weiterer Geräte.

Gesündere, günstigere und nachhaltigere Wohnungen

Für Nicht-Fachleute ist die Schlussfolgerung klar: Durch das durchdachte Platzieren weniger einfacher Dachschächte können diese Standardwohnblöcke kühler, frischer und gesünder werden, während sie weit weniger Strom für die Klimatisierung verbrauchen. Die Studie zeigt, dass Windfänger am effektivsten sind, wenn sie klare Wege schaffen, damit Luft an der Druckseite des Gebäudes eintritt, durch die Hauptwohnräume – insbesondere das Familienwohnzimmer – zieht und an Niederdruckzonen wieder austritt. Die Autoren empfehlen, Windfänger von Anfang an in soziale Wohnungsbauentwürfe zu integrieren und sogar in Bauvorschriften zu verankern. Auf Tausende von Einheiten hochskaliert, könnte dieser passive Kühlansatz den nationalen Energieverbrauch senken, Verschmutzung und hitzebedingte Erkrankungen reduzieren und die moderne Baupraxis wieder mit einer lang etablierten Architekturtradition verbinden, die an heiße Klimazonen angepasst ist.

Zitation: Abdelhady, M.I., Habba, M.I.A., Alsaber, M.A. et al. CFD and site analysis for optimizing indoor air quality in sustainable social housing via windcatcher integration. Sci Rep 16, 9684 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39870-0

Schlüsselwörter: Windfänger-Belüftung, passive Kühlung, Innenraumluftqualität, sozialer Wohnungsbau, nachhaltige Gebäude