Atmen in 10.000 Metern Höhe

Die Luftversorgung der Flugzeugkabine
Dünne Luft außen – Atemluft innen

Moderne Verkehrsflugzeuge fliegen in mehr als zehn Kilometern Höhe. Und obwohl die Luft dort oben für einen Menschen viel zu dünn zum Atmen ist, können die Passagiere innerhalb des künstlichen Überdrucks der Flugzeugkabine ganz normal ein- und ausatmen. Aber woher bekommt die Luft den zum Atmen nötigen Druck, wenn sie draußen doch viel zu dünn ist? Die primäre Quelle für die Luftversorgung der Kabine liegt bei fast allen modernen Flugzeugmustern in den Triebwerken. Hier sorgen mehrere Kompressorstufen dafür, dass die angesaugte dünne Luft für den anschließenden Verbrennungsprozess unter hohem Druck verdichtet wird. Ein kleiner Teil dieser Druckluft wird dabei kontrolliert aus dem Triebwerk abgezapft. Diese „Zapfluft" hat nicht nur einen hohen Druck, sondern ist durch die Verdichtung sehr heiß und wird daher auch zum Enteisen der Tragflächen verwendet

Für die Luftversorgung der Kabine hingegen wird sie von Wärmetauschern auf etwa 200 Grad Celsius vorgekühlt. Vom Cockpit aus regelbare Ventile steuern anschließend die Zufuhr der heißen Luft in die Klimaanlage, wo sie auf ein für Menschen angenehmes Maß abkühlt. Diese abgekühlte Außenluft gelangt anschließend in eine Mischkammer. Hier wird sie in einem bestimmten Verhältnis mit einem Teil der bereits genutzten Umluft aus der Kabine („recirculated air") vermischt. Anschließend wird die vermischte Luft durch Regelventile in die Flugzeugkabine geleitet, die dafür in mehrere Zonen aufgeteilt ist. 

Klimazonen auch im Flugzeug

Die Aufteilung der Kabine in Zonen ermöglicht eine unabhängige Temperaturregelung bestimmter Bereiche oder Buchungsklassen. Bei letzteren kann die Sitzdichte zwischen First Class und Economy Class in derart hohem Maße variieren, dass sich die hier von den Passagieren abgestrahlte Wärme unterschiedlich bemerkbar macht. So kann es vorkommen, dass manche Zonen gekühlt, andere wiederum erwärmt werden müssen, um eine angenehme Temperatur herzustellen. Soll eine Zone erwärmt werden, kann die Besatzung die kühle Luft aus der Klimaanlage für die jeweilige Zone ganz gezielt mit heißer Außenluft anreichern, die ohne Kühlung an den Klimaanlagen und der Mischkammer vorbeigeführt wird. Soll eine Zone abgekühlt werden, wird entsprechend weniger heiße Luft beigemischt. Die vom Cockpit aus voreingestellte Kabinentemperatur kann auf dem ECAM (Electronic Centralised Aircraft Monitor) abgelesen werden, außerdem kann die Kabinen-Crew über Push-Buttons die Temperatur für jede Kabinenzone um einige Grad Celsius nachregeln. In wie viele Zonen die Kabine aufgeteilt ist, entscheidet die Größe des Flugzeugs. Ein Airbus der A320-Serie beispielsweise besitzt zwei Kabinenzonen, die größere A330/340-Serie bis zu sechs, hinzu kommt jeweils eine getrennte Zone für das Cockpit. Wie schon die Passagiere bekommen auch die Piloten ihre Atemluft aus der Mischkammer, in der die Außenluft und Umluft in einem bestimmten Verhältnis vermengt werden. Die Umluft erhöht die Luftfeuchtigkeit in der Kabine, was das Wohlbefinden der Menschen an Bord steigert. 

Filter im Umluftkreislauf lassen Viren und Bakterien keine Chance

Die ständige Beimischung von gefilterter Umluft aus der Kabine verbessert auch die Reinheit der Atemluft. Während der Rezirkulation durchläuft die Umluft so genannte HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Air). Dieser Ausdruck beschreibt mikrobiell getestete Filter die mehr als 99,999 Prozent aller Viren und Bakterien aus der Kabinenluft entfernen. Eine solche Filtration ist allerdings nur beim Umluftanteil möglich, da die HEPA-Filter für die 200 Grad Celsius heiße Zapfluft nicht geeignet sind. Ergänzende Aktivkohlefilter können diesen Temperaturen jedoch standhalten und zusätzlich für eine Verringerung unangenehmer Gerüche sorgen. Zusätzlich wird ständig an der Verbesserung von Einsetzbarkeit und Effizienz der Filter geforscht.

Bei einem Airbus A340-300 liegt das Verhältnis zwischen Zapfluft und Umluft bei etwa 60 zu 40 Prozent. Der Anteil der Rezirkulation an der Kabinenluft wird bei neu entwickelten Flugzeugmustern kontinuierlich gesteigert. Der Airbus A380-800 beispielsweise verbraucht trotz seiner größeren Kabine 60 Prozent weniger Zapfluft als die Boeing 747-400, die er bei vielen Fluggesellschaften ersetzt. Die Luftfahrtbehörden schreiben einen bestimmten Frischluftanteil in der Kabinenluft gesetzlich vor, um die Passagiere jederzeit ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen. Dessen Anteil an der Luft beträgt unabhängig von der Höhe 21 Prozent. Bei vielen Flugzeugtypen bekommt der Fluggast jedoch sogar das bis zu Achtzigfache der gesetzlich vorgeschriebenen Luftmenge, trotz der Beimischung von 40 Prozent „gebrauchter" Umluft. Im Beispiel-Airbus A340-300 ist der Luftaustausch so groß, dass pro Stunde 30-mal die gesamte Kabinenluft ausgetauscht wird, also einmal etwa alle zwei Minuten. 

Permanent kontrollierter Überdruck

Bei kommenden Flugzeuggenerationen wie der Boeing 787 wird die Zapfluftentnahme aus den Triebwerken dagegen völlig entfallen, um die Triebwerke hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz weiter zu optimieren. Die unverzichtbare Versorgung mit Außenluft wird dann anderweitig erfolgen, beispielsweise durch eine Staudruckquelle außen am Rumpf oder durch Kompressoren.

Damit der Druck trotz aller Luftzufuhr in die Kabine nicht immer höher wird, sorgt ein Ventil für einen permanenten Ausgleich mit der Atmosphäre und hält den Überdruck im Flugzeug in einem festgelegten Rahmen. Von einem Computer gesteuert überwacht das Auslassventil die Druckveränderungen in der Kabine und lässt, möglichst gleichmäßig, Luft in die Umgebung ab. Dabei beachtet die Computer-Logik auch die Flughöhe und den Außendruck, die beide in die Berechnung des Druckausgleichs in der Kabine eingehen, beispielsweise um das bei Passagieren unbeliebte Druckgefühl auf den Ohren zu minimieren. Somit herrschen an Bord eines Verkehrsflugzeuges jederzeit angenehme Bedingungen für die Passagiere, auch in Höhen, wo die Luft für einen Menschen viel zu dünn ist.