Ein günstiges Lernklima schaffen

Besonders in Schulen kommen viele Menschen auf relativ kleinem Raum zusammen und müssen über längere Zeit effizient arbeiten und lernen. Um frische Luft in den Raum zu lassen, wird meist ganz klassisch stoßgelüftet.

Dies reicht aber nicht aus, um ein Klassenzimmer konstant und ausreichend mit frischer Luft zu versorgen. Dazu muss man sich nur vor Augen halten, dass ein Erwachsener ca. 20 Atemzüge pro Minute macht. Bei ungefähr 30 Personen in einem Raum wird klar, wie schnell die Luft in einem geschlossenen Zimmer tatsächlich verbraucht wird.

CO₂-Niveaus geben Aufschluss über die Luftqualität

Einen guten Richtwert für die CO₂-Konzentration in Klassenräumen gibt die sogenannte Pettenkofer-Zahl. Eine Sättigung von 0,1 % oder von 1000 parts per million (ppm) ist hier ein Richtwert für gute Luftqualität. Eine kurze Rechnung belegt diesen Wert: Der Mensch atmet 9 l Luft jede Minute aus (20 Atemstöße pro Minute, 450 ml Atemvolumen). Die ausgeatmete Luft enthält 4 % CO₂ (40 000 ppm). Das sind 21 l CO₂ je Person und Stunde. 30 m³ hinausströmende Luft sind 30 000 l mit 0,1 % (Pettenkofer-Zahl) und enthalten 30 l CO₂ (30 000 x 0,001).

Die von außen einströmende Luft bringt 30 000 x 350 ppm = 10,5 l CO₂ hinein. Per Saldo werden 19,5 l CO₂ hinaustransportiert. Das entspricht nahezu der ausgeatmeten Kohlendioxidmenge.

Auch beim Sauerstoff unterscheiden sich eingeatmete und ausgeatmete Luft um rund 4 % in der Sauerstoffkonzentration. Wenn also genug CO₂ abgeführt wird, kommt auch genug Sauerstoff in die Frischluft.

Dieser Wert variiert allerdings je nach Gebiet, da beispielsweise Stadtluft eine höhere Belastung aufweist als Landluft. Anhand der Pettenkofer-Zahl lassen sich außerdem vier unterschiedliche CO₂-Niveaus einteilen, die ebenfalls Aufschluss über die Luftqualität geben:

• 400 – 1000 ppm: normaler CO₂-Gehalt in Räumen mit Menschen und guter Frischluftzufuhr.
• 1000 – 2000 ppm: Hier kommt es bereits zu Müdigkeit und Konzentrationsschwierigkeiten.
• 2000 – 5000 ppm: Zu Kopfschmerzen und Müdigkeit kommt allgemeines Unwohlsein.
• Ab 5000 ppm: Ab diesem Wert besteht die Gefahr, aufgrund einer CO₂-Vergiftung in Ohnmacht zu fallen.

Frische Luft: wichtig für Wohlbefinden und Lernerfolg

Der CO₂-Gehalt in einem Klassenraum kann bereits nach kurzer Zeit auf 2000 ppm oder höher steigen – vor dem Hintergrund der Niveaus ein alarmierendes Zeichen. Denn dort, wo Schüler für das Leben lernen und vorbereitet werden sollen, plagen sie sich stattdessen mit Kopfschmerzen und Konzentrationsschwierigkeiten herum.

Mit der Betrachtung solcher Zahlen wird bereits klar, wie wichtig ein ausreichender Luftaustausch in Schulen ist. Verschärfend kommt hinzu, dass die Gebäudehüllen immer dichter werden und so für einen geringen Energieverlust sorgen. Bei einem falschen Lüftungsverhalten oder einer unzureichenden Be- und Entlüftung drohen hier auch Gefahren wie hohe Luftfeuchte, Kondensat und Schimmelbildung. Darum ist es sowohl bei Neubauten als auch bei sanierten Altbauten wichtig, für eine gleichbleibend hohe Raumluftqualität zu sorgen. Richtig ausgelegte und installierte Lüftungsanlagen führen Luftschadstoffe und hohe Kohlendioxid-Konzentrationen sicher ab und verwandeln alle Räume in sauerstoffreiche Lernoasen. Auch die Luftfeuchtigkeit wird vollautomatisch auf ein unschädliches Maß begrenzt – das sorgt zusätzlich für ein angenehmes Raumklima. Weitere Vorteile von Lüftungsanlagen sind:

• Fenster müssen in der Heizperiode nicht mehr geöffnet werden
• Kälte, Außenlärm und Luftschadstoffe bleiben draußen
• Filter reinigen die einströmende Luft von Staub und Pollen, was besonders Allergikern zugutekommt.

Sind die Räumlichkeiten beispielsweise in den Ferien ungenutzt, sorgen Lüftungsanlagen lediglich für die notwendige Mindestlüftung und somit für den Bestandsschutz des Gebäudes.

Zentral oder dezentral lüften – oder beides?

Am Markt gibt es mittlerweile eine große Bandbreite an Geräten, die für jede Einbausituation die richtige Lösung bieten. So gibt es neben standardisierten Produkten, die schnell ab Lager verfügbar sind, auch höchst flexible Geräte, die individuell an die Kundenwünsche angepasst werden. Doch die erste Frage, die sich bei der Planung einer Lüftungsanlage stellt, ist, ob zentrale oder dezentrale Geräte zum Einsatz kommen werden. Beide Möglichkeiten bieten eine Vielzahl von Vorteilen, je nach Gebäudevoraussetzungen empfiehlt sich jedoch die eine oder andere Lösung eher.

In Neubauprojekten ist es beispielsweise unproblematisch, zentrale Lösungen einzuplanen, bei Sanierungen kommen immer öfter dezentrale Lüftungsgeräte zum Einsatz. Das bedeutet, dass in jeden Raum, der belüftet werden soll, ein individuelles Lüftungsgerät eingebaut wird. Diese Einbauweise hat gerade für Schulen klare Vorteile: Die Planung gestaltet sich einfach und ist bautechnisch gut umsetzbar. Der Einbau einer dezentralen Lüftung lässt sich problemlos während des laufenden Betriebs umsetzen, schließlich ist immer nur ein einzelner Raum nicht verfügbar. Die Arbeiten nehmen nur ein bis anderthalb Tage in Anspruch, sodass die Schüler schnell wieder zurück in ihren Klassenraum können und der organisatorische Anspruch auf ein Minimum reduziert wird. Die Renovierung der Räume kann außerdem genau an die Möglichkeiten und das Budget der jeweiligen Schule angepasst werden. Mit Kosten zwischen 7000 und 10 000 Euro kann so immer dann ein Raum nachgerüstet werden, wenn wieder Geld zur Verfügung steht.

Bei zentralen Schullüftungen ist dies nicht möglich. Bereits im Vorfeld muss hier genau geplant werden, denn das benötigte Luftverteilsystem hat einen größeren Platzbedarf und einen entsprechend höheren baulichen Aufwand – zwei Faktoren, die sich auch auf die Kosten auswirken. Für Neubauten ist die Planung gut umsetzbar, bei einem nachträglichen Einbau müssen alle Räume zeitgleich renoviert werden – im laufenden Schulbetrieb oft kaum umsetzbar. Bei beiden Lösungen ist ein Fassadeneingriff nötig, hier sind zentrale Lösungen allerdings im Vorteil, da nur zwei Bohrungen in der Fassade vorgenommen werden müssen. Bei einer dezentralen Lösung erhält jedes einzelne Gerät zwei Wanddurchführungen in der Fassade.

Die immer häufiger zu findenden Ganztagsschulen können am besten mit einer Kombination aus beiden Varianten versorgt werden: Klassenräume werden über dezentrale Lüftungsgeräte versorgt, Versammlungs- und Multifunktionsräume wie Aulen, die zu Kantinen umgebaut werden, erhalten eine zentrale Lösung.

Energiesparende und geräuscharme Lüftungstechnik

Lüftungsexperten, wie Airflow Lufttechnik, haben beide Varianten im Portfolio und können somit immer die optimale Lösung anbieten. Dabei arbeiten alle Lüftungsgeräte nach derselben Funktionsweise: Frische Außenluft wird über einen Ansaugstutzen angesogen und strömt in die Wärmerückgewinnung. Dort wird die frische Außenluft aufgewärmt und anschließend in den Raum geleitet. Dafür wird die Wärme der nach außen strömenden, verbrauchten Raumluft genutzt. Dabei sind die Ströme voneinander getrennt, sodass keine Luftvermischung entsteht. Dieser Wechselzyklus ermöglicht einen trockenen Wärmerückgewinnungsgrad von bis zu 85 %. Ventilatoren sorgen für eine optimale Druck-/Volumenstromkennlinie, wodurch sich Betriebskosten reduzieren lassen. Für wechselnde Lüftungsanforderungen empfiehlt sich eine bedarfsgeführte Regelung, die die Ventilatorleistung an die tatsächlichen Anforderungen anpasst.

Die energiesparenden und hocheffizienten EC-Ventilatoren sind mit 30 dB(A) dabei so geräuscharm, dass keine Lärmbelästigung für Schüler entsteht. Für die Regelung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten: Eine digitale Steuerung mit individuellen Einstellungen gewährleistet die automatische Regelung der Geräte, an der mitgelieferten Bedieneinheit kann neben zahlreichen Anwenderparametern auch ein individuelles Wochenprogramm eingestellt werden. Eine weitere Alternative ist die Regelung über verschiedene externe Sensoren, die beispielsweise die Feuchte, den CO₂-Gehalt oder die Luftqualität messen, um eine optimale Raumluft zu erzielen. Sowohl dezentrale als auch zentrale Geräte können optional an eine Gebäudeleittechnik angeschlossen werden. Durchdachte Schutzfunktionen verhindern das Einfrieren des Wärmetauschers, leiten Kondensat ab und stoppen die Luftzufuhr bei Bedarf automatisch. Das verhindert unnötige Schäden an der Anlage.

Gleichmäßiger Zuluftstrom mittels Coanda-Effekt

Bei der dezentralen Lüftung sorgt der Coanda-Effekt für die gleichmäßige Zuluftverteilung über die gesamte Fläche und beugt so Zugerscheinungen vor. Wichtig ist allerdings die richtige Platzierung der Anlage, da sonst die Gefahr einer eingeschränkten bzw. einseitigen Durchströmung des Raumes besteht. Der Grund dafür liegt in der Wirkungsweise des Coanda-Effekts: Die einströmende Luft hält sich an der Decke, bevor sie langsam absinkt und sich in diesem Prozess mit der Raumluft vermischt. Bei allen decken- und wandhängenden Geräten der dezentralen Bauweise wird die frische Luft mit relativ hoher Geschwindigkeit eingeblasen und gleitet sieben bis acht Meter an der Decke entlang.

Dabei zieht sie die Raumluft mit sich, was eine effiziente Mischung der Frisch- und Raumluft sichert. Gleichzeitig sorgt das Mitziehen für eine einheitliche Luftqualität und senkt gleichzeitig die Luftgeschwindigkeit des Zuluftstroms, wodurch Zugluft vermieden wird. Hierbei sind jedoch bauliche Restriktionen zu beachten, damit der Luftstrom nicht abreißt und der Effekt nicht verloren geht. Deshalb müssen herabhängende Lampen, Streben oder Balken bereits bei der Planung der Platzierung bedacht werden.

Bodenmodelle arbeiten ebenfalls nach diesem Prinzip. Allerdings wird bei diesen Geräten die Frischluft in aufsteigender Richtung eingeblasen und verteilt sich dann über den beschriebenen Coanda-Effekt im Raum.

Sowohl Decken-/Wand- als auch Standmodelle eignen sich zum Einsatz in Schulen. Allerdings bieten die Decken-/Wandgeräte eine zusätzliche Platzersparnis und sind vor Vandalismus geschützt.

Die aktuelle Raumluftqualität immer im Blick

Zahlreiche Schulen hat Airflow bereits mit der jeweils passenden Lüftungstechnik ausgestattet. So wurde z. B. in der Integrierten Gesamtschule (IGS) Wardenburg (Landkreis Oldenburg) im Rahmen einer energetischen Sanierung auch eine abgestimmte Lüftungstechnik eingebaut. Die unterschiedlich großen Räume erhielten dezentrale Lüftungsgeräte mit verschiedenen Luftvolumenströmen, sodass jeder Raum genau die Luftmenge erhält, die er benötigt.

Um die Geräuschbelastung auf ein Minimum zu reduzieren, kommt hier ergänzend eine einzigartige Technik zum Einsatz: Der Schall wird dank integrierter Richtmikrofone mit Gegenschall gedämpft. Diese aktive Schallkontrolle funktioniert bei niederfrequentem Schall besonders gut. So liegt die Lärmbelastung im geregelten Zustand bei nur ca. 30 dB(A). Volumenstromabhängige Lamellen mit Motorsteuerung sorgen darüber hinaus für eine konstante, vollständige Belüftung der Räume.

Die korrekt eingebauten und einregulierten Lüftungsgeräte versorgen jeden Raum konstant mit frischer Luft. Um die aktuelle Raumluftqualität im Blick zu haben, empfiehlt sich zusätzlich der Einsatz eines CO₂-Monitors. Dieser zeigt zuverlässig immer die aktuelle CO₂-Konzentration, die relative Feuchte sowie die Umgebungstemperatur an. Drei verschiedene Modelle in unterschiedlichen Größen hat auch Airflow im Portfolio: Die kleinste Variante ist unauffällig, zeigt aber gleichzeitig alle wichtigen Werte an. Der größte CO₂-Monitor ist nicht nur gut vom ganzen Raum aus ablesbar, sondern veranschaulicht zusätzlich mit einem Ampelsystem sehr gut, wann die Luftqualität schlechter oder sogar kritisch wird.

Dipl.-Kfm Werner Ruß ist Geschäftsführer der Airflow Lufttechnik GmbH, 53349 Rheinbach, www.airflow.de