Das Verfahren der Nachtlüftung nutzt die kühle Nachtluft, um thermische Gebäudemassen während der Nacht herunterzukühlen. Dies geschieht dadurch, dass kühle Nachtluft durch offene Fenster und/oder Lufteinlassöffnungen das Gebäude entweder frei oder mechanisch unterstützt durchströmt und dabei die in der Gebäudemasse angesammelte Wärme dem Gebäude entzieht. Hierzu sind neben höheren nächtlichen Luftwechselraten (> 2hE-1) auch das Vorhandensein einer hohen Speicherkapazität des Gebäudes notwendig – d. h. die Hitze, die tagsüber durch Wände, Decken, Gebäudeeinrichtung gespeichert wird, soll durch die nächtliche Entwärmung wieder abgeführt werden. Dies setzt voraus, dass im Gebäude hohe Speichermassen (Beton, ...) vorhanden sind und diese nicht durch Decken- oder Wandverkleidungen vom Rauminneren entkoppelt sind.

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Als Lüftungsverfahren werden die freie (natürliche), mechanische und hybride Nachtlüftung unterschieden.

Freie/natürliche Nachtlüftung
Bei den freien Lüftungsverfahren sind die natürliche Lüftung durch öffenbare Fenster, sowie die Querlüftung über Fenster oder über automatisch betätigte Ein- und Auslassklappen an gegenüberliegenden Raumwänden zu nennen. Weiterhin wird auch in vielen freien Lüftungskonzepten der thermische Auftrieb im Gebäude genutzt. Die freie/natürliche Lüftung wird durch Druckdifferenzen als Resultat von Temperaturdifferenzen zwischen der Gebäudeaußenhülle und dem Innenraum hervorgerufen, welche einen Luftzug herbeiführen. Oft arbeiten natürliche Lüftungssysteme zusätzlich mit Windströmungen oder benutzen durch Temperatur induzierte Kaminwirkungen. Ob zusätzliche Windeffekte eingesetzt werden können, ist abhängig von der Gebäudeform, dem Standort des Gebäudes sowie von der vorherrschenden Windrichtung und -geschwindigkeit.

Beim Kamineffekt ist im Inneren des Gebäudes die Temperatur höher als draußen. Warme Luft steigt im Innern des Gebäudes empor, nimmt die Gebäudehitze auf und entweicht schließlich oben im Bereich des Gebäudedachs. Im Gebäude steigt der Luftdruck somit nach oben an - hierdurch kann kältere Luft in die tieferen Gebäudeteile nachströmen.

Mechanische Nachtlüftung
In mechanisch betriebenen Lüftungskonzepten wird der Luftwechsel über eine Lüftungsanlage (meist Abluftanlage) und definierte Lüftungsöffnungen fest eingestellt. Diese Lüftungssysteme nutzen ebenfalls die sommerliche Nachtkühle der Umgebungsluft aus. Mithilfe von Ventilatoren wird Luft über Fenster bzw. automatisch betriebene Lufteinlässe, oftmals mit Hilfe eines zentralisierten Gebäudeautomationssystems definiert, durch das Gebäude gespült.

Für einzelne Zonen müssen oftmals individuelle Sequenzen programmiert werden, die auch Ausnahmeregelungen vorsehen, wie z. B. das Schließen der Fenster bei Regen, Feueralarm oder bei nächtlichen Aufenthalten der Gebäudenutzer.

Die Vorteile eines mechanischen Systems liegen auf der Hand: Luftbewegungen innerhalb des Gebäudes können auch über weite Strecken kontrolliert werden. Im Vergleich zur rein natürlichen Lüftung ermöglicht die mechanische Nachtlüftung eine stabilere Temperatureinstellung. Die Probleme offener Fenster insbesondere in den unteren Stockwerken des Gebäudes, wie z. B. Lärm und Abgasbelastung sowie Sicherheitsbedenken, können durch geeignete Lufteinlässe vermieden werden.

Ein hybrides Lüftungskonzept sieht eine Kombination aus freier und mechanischer Lüftung vor – dies bietet den Nutzen einer ressourcenschonenderen freien Lüftung, die bei nicht ausreichenden Luftwechselraten einen oder mehrere Abluftventilatoren hinzuschaltet.

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