Effiziente Belüftung von Schulgebäuden: Diese Möglichkeiten gibt es

Dieser Wert hat in einer Reihe von Regelwerken Einzug gehalten, u. a. in die VDI 6040 und die ArbStättV, ASR 3.6. Erreichbar sind sie mit drei Varianten von Lüftungsanlagen für unterschiedliche Budgets und Hochbauten.

Rote Ampeln für die Fensterlüftung

Bauliche und gebäudetechnische Belange müssen sowohl bei der Planung von Schulneubauten als auch bei der Konzeption von Schulsanierungsmaßnahmen zwingend auf den genannten Richtwert abgestimmt sein. Von elementarer Bedeutung ist hierbei die aus repräsentativen Messungen gewonnene Erkenntnis, dass eine reine Fensterlüftung nicht geeignet ist, während der Unterrichtseinheiten gute Innenraumluftqualitäten verbunden mit einem gleichzeitig behaglichen Innenraumklima zu gewährleisten. Die Motivation zum Öffnen der Fenster während der Unterrichtseinheit erfolgt nahezu ausschließlich aus subjektivem Empfinden mit der Konsequenz meist schon erhöhter Schadstoffkonzentration im Raum.

Sogenannte „Lüftungsampeln“ können dem in gewissen Grenzen entgegenwirken. Jedoch sollte die Temperaturdifferenz von einströmender Luft zur Raumluft aus Behaglichkeitsgründen und um Zuglufterscheinungen zu vermeiden nicht höher als maximal 4 K (4 °C) betragen. Dieses Anforderungsprofil kann allein mittels Fensterlüftung speziell bei winterlichen Außentemperaturen nicht erreicht werden, so dass dann trotz „roter Ampel“ auf das Öffnen der Fenster verzichtet wird.

Der negative Aspekt geöffneter Fenster bei Schulgebäuden in der Nähe von Hauptverkehrsstraßen, Flughäfen oder dgl. und die damit verbundenen Schallemissionen sei hier nur ergänzend erwähnt. Eine ausschließliche Fensterlüftung ist auch aus energetischer Sicht abzulehnen, da im Winterhalbjahr unkontrolliert und häufig über einen unnötig langen Zeitraum kalte und auf Raumtemperatur zu erwärmende Außenluft in das Gebäude einströmt.

Mechanische Lüftung ist Standard

Der Einsatz einer mechanischen Be- und Entlüftung ist quasi unumgänglich bei der Sanierung bzw. dem Neubau von schulischen Einrichtungen. Der Luftaustausch erfolgt auf diese Weise durch effiziente Wärmerückgewinnung energetisch optimiert bzw. kontrolliert mit vorkonditionierter Außenluft, zudem kontinuierlich und bedarfsgerecht. Letzteres ist insbesondere bei Schulsanierungsmaßnahmen von Bedeutung, die mit dem Austausch der Fenster und der damit verbundenen deutlich erhöhten Dichtigkeit der Gebäudehülle einhergehen.

Denn bei einer unzureichenden Lüftung droht Schimmelbefall wie zahlreiche Praxisbeispiele aus der Vergangenheit belegen. Die zentrale Planungsaufgabe besteht darin, die Lüftungsanlage mit ihren Komponenten bedarfsgerecht und möglichst wirtschaftlich zu dimensionieren. Neben dem Außenluftvolumenstrom haben auch das Lüftungssystem, die Lufteinbringung und -absaugung, die Art der Luftauslässe, die Größe des Lüftungskanalnetzes und des Lüftungsgerätes sowie die Mess- und Regelungstechnik Einfluss auf das Ergebnis der Luftqualität und auch auf die Investitions- und Betriebskosten.

Grundsätzlich bieten sich drei Arten von mechanischen Lüftungssystemen an:

• Dezentrale, d. h. raumweise Lüftungssysteme;
• Zentrale Lüftungssysteme mit Zentralgerät(en) und Kanalsystem;
• Hybridsystem, d. h. mechanisch Grundlüftung mit geringeren Luftmengen und unterstützender Fensterlüftung.

Dezentrale Lüftung – Platzsparende Einzelgeräte

Eine dezentrale Variante wird vor allem im Rahmen von Schulsanierungen angewendet. Der Vorteil dieser Geräte besteht darin, dass auch bei den meist eingeschränkt vorhandenen Platzverhältnissen eines Bestands-Schulgebäudes nahezu immer die Möglichkeit gegeben ist, im Bereich von Fensterbrüstungen oder auch oberhalb von Fensterstürzen diese Kompaktgeräte anzuordnen.

Aber auch im Rahmen von Schulneubauten kann eine dezentrale Lüftungsvariante durchaus in die planerischen Überlegungen einbezogen werden, wenn aufgrund enger Budgetvorgaben Einsparpotenzial im baulichen Bereich generiert werden muss. Dezentrale Lüftungsgeräte sind eine gute Wahl, wenn die Geschosshöhen möglichst gering sein sollen und auf Untergeschosse verzichtet wird, die eigentlich Technikflächen für raumgreifendes lüftungstechnisches Equipment bereitstellen würden.

Dezentrale Geräte verfügen über eine integrierte, aktuellen Effizienzanforderungen genügende Wärmerückgewinnung sowie alle für die Regelung erforderlichen mess- und regelungstechnischen Komponenten. Zudem bieten die meisten Geräte auf dem Markt Schnittstellen zur Aufschaltung auf die übergeordnete Gebäudeleittechnik. Es sollten Geräte mit möglichst hohen Luftleistungen bevorzugt werden oder aber mehrere Geräte pro Klassenraum zur Ausführung kommen.

Eine große Fehlerquelle bei der Projektierung stellt die Festlegung der spezifischen Außenluftmengen dar, da diese häufig nur mit 15 – 20 m³/h pro Person in Ansatz gebracht werden. Dieser Wert entspricht zwar weiterhin den Empfehlungen des Passivhaus-Instituts, aktuelle Praxiserfahrungen zeigen jedoch, dass dieser Wert zu gering angesetzt ist, um CO_²-Konzentrationen von unter 1000 ppm dauerhaft zu erreichen. Werte von 25 – 30 m²/h pro Person sind als bedarfsgerecht anzusehen. Bei einer Klassenstärke von 30 Schülern entspricht dies einer Luftleistung von 900 m³/h pro Unterrichtsraum.

Diese Leistungsdaten sollten die dezentralen Geräte aufweisen können. Der Luftvolumenstrom sollte möglichst nach der Raumluftqualität (CO_²-Gehalt) geregelt werden. Damit beim Betreten des Klassenzimmers eine gute Luftqualität angetroffen wird, sollte die Lüftung ca. eine halbe Stunde vor Unterrichtsbeginn über ein Zeitprogramm eingeschaltet werden. Es wird empfohlen, die Lüftung auch nach Unterrichtsende nochmals für einen Spülbetrieb einzuschalten.

Nachteilig ist bei der dezentralen Variante der relativ intensive Wartungs- und Reparaturaufwand aufgrund der hohen Anzahl von Einzelgeräten. Hinsichtlich der lüftungsspezifischen Investitionskosten ist bei der Wahl eines dezentralen Lüftungskonzepts kaum oder ein nur sehr geringes Einsparpotential gegenüber der zentralen Variante gegeben. Der Kostenvorteil beim Einbau eines dezentralen Lüftungskonzepts in einem Neubau ist primär im hochbaulichen Bereich angesiedelt. Zudem erfordert eine dezentrale Variante bei einem Schulneubau spezielle architektonische Überlegungen mit Blick auf die Integration der Vielzahl von Ansaug- bzw. Ausblasöffnungen in der Außenfassade.

Zentrale Lüftung – eine für alle

Zentrale Lüftungssysteme kommen in erster Linie bei der Projektierung von Schulneubauten zum Einsatz, da bei der architektonischen Konzeption die speziellen Anforderungen von vornherein Berücksichtigung finden können. So sind die Geschoss- bzw. Raumhöhen so zu wählen, dass zumindest in Teilbereichen ausreichend Platz für Zu- und Abluft-Verteilkanalsysteme in den Deckenbereichen gegeben ist. Zudem muss Platz für die Zentralgeräte der Raumflufttechnik vorgehalten werden.

Da die freie Aufstellung von Lüftungsgeräten auf Dächern aus optischen Gründen architekturseits oft kritisch bewertet wird, müssen innerhalb der Schulgebäude Technikflächen berücksichtigt werden. Aufgrund der technisch bedingt immer größer werdenden Lüftungszentralgeräte müssen diese Technikbereiche zunehmend raumgreifende Ausmaße annehmen, d. h. es müssen relativ große Flächen bereitgestellt werden, welche nicht für schulische Nutzungen herangezogen werden können.

Ist das Baubudget relativ niedrig angesetzt, steht ein zentrales Lüftungskonzept in einem angespannten Verhältnis zu dem hochbaulich kostenintensiv zu berücksichtigenden Anforderungsprofil. Andererseits bietet ein zentrales Lüftungskonzept den architekturseits im allgemeinen hoch bewerteten Vorteil, dass das lüftungstechnisch erforderliche Equipment bis auf die Luftauslässe nahezu „unsichtbar“ in die Innengestaltung des Schulgebäudes integriert werden kann.

Weiterhin sprechen der geringere Wartungsaufwand gegenüber der dezentralen Variante sowie die wesentlich geringere Anzahl von Ansaug- und Ausblasöffnungen in der Außenfassade für ein zentrales Lüftungskonzept. Demgegenüber sind die bei zentralen Lüftungssystemen meist aufwändigeren Maßnahmen zur Umsetzung brandschutztechnischer Auflagen sowie die komplexeren Verknüpfungen der regelungstechnischen Komponenten bei der Bewertung einzubeziehen.

Vor allem letztgenannter Aspekt ist beachtenswert, da oft regelungsrelevante Komponenten unterschiedlicher Hersteller angeboten und eingebaut werden. Hinsichtlich der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik sind diese zwar theoretisch kompatibel, in der Praxis führt dies aber häufig zu Problemen, deren Behebung sich im Nachhinein meist sehr kostenintensiv darstellt.

Hybridsystem – Das Beste aus zwei Systemen

Die zuvor erwähnte dritte Variante, das sogenannte Hybridsystem, findet vor allem dann Anwendung, wenn sich die haustechnischen Investitionskosten nur in einem eng gesteckten Rahmen bewegen dürfen. Die Auslegung der lüftungstechnischen Komponenten erfolgt beim Hybridsystem unter dem Aspekt der Kostenoptimierung. Die Luftmengen werden bewusst so gering gewählt, dass ein ausreichender Luftaustausch nur durch mechanische Lüftung nicht immer gewährleistet werden kann.

Dies reduziert die Dimensionen der lüftungstechnischen Komponenten mit der Folge geringerer Investitionen, hat aber zur Konsequenz, dass unterstützend noch ein Luftaustausch über Fensterlüftungen erfolgen muss. Grundvorrausetzung für ein Hybridsystem ist, dass alle relevanten Aufenthaltsbereiche über zu öffnende und zudem ausreichend dimensionierte Fenster verfügen, um die Möglichkeit der Fensterlüftung weitgehend ausnutzen zu können. An dieser Stelle sei erwähnt, dass unabhängig vom gewählten Lüftungssystem außerhalb der Heizperiode Fensterlüftung so oft wie möglich genutzt werden sollte.

Für das Hybridsystem sprechen psychologische Gründe. Im Praxisbetrieb zeigt sich immer wieder, dass die Möglichkeit zur persönlichen Einflussnahme auf das Innenraumklima, wie Fenster öffnen oder Temperaturregelung, von hoher Bedeutung für die Nutzer ist. Die Einbeziehung physiologischer und psychologischer Einflüsse auf die Befindlichkeit des Menschen stellt ein wichtiges Kriterium für Lernen und Arbeiten in Schulen dar.

Auf den „menschlichen Faktor“ achten!

Zentral gesteuerte Lüftungsanlagen ohne die Möglichkeit der individuellen Einflussnahme können zu einer latent ablehnenden Haltung der Nutzer führen. Somit ist die Interaktion zwischen Nutzer, räumlichen Gegebenheiten und gebäudetechnischer Ausstattung ein nicht zu unterschätzender Aspekt und sollte bei den planerischen Überlegungen nicht gänzlich unbeachtet bleiben.

Sollen die verschiedenen Nutzergruppen in Schulen grundsätzlich die Möglichkeit erhalten, aktiv Einfluss nehmen zu können, kommen hybride Lüftungskonzepte dem Bedürfnis nach eigenständigem Handeln und Wohlbefinden am besten entgegen. Dabei wird die Grundlüftung über eine mechanische Lüftungsanlage durchgeführt, zusätzlich kann über Fensterlüftung eine individuelle Zusatzlüftung erfolgen. Damit solche Konzepte in der Praxis funktionieren, müssen Lehrkräfte und Schüler in die Systematik der erforderlichen Lüftungsintervalle und -zeiten eingewiesen werden.

Eine sensorgesteuerte CO_²-Ampel leistet hier unterstützend gute Dienste. Sie zeigt an, wann die CO_²-Konzentrationen in einen kritischen Bereich kommen, und unterstützt das eigenverantwortliche Handeln der Nutzer.

Frühzeitig den Bedarf analysieren

Ob ein zentrales, dezentrales oder hybrides Lüftungssystem zur Anwendung kommt, bedarf der projektbezogenen Einzelanalyse. Bereits im Vorentwurfsstadium eines Neubaus oder einer Schulsanierung sollte daher eine integrale Planung mit den beteiligten Fachingenieuren und Nutzern durchgeführt werden. Innenraumlufthygiene, Emissionsverhalten der Baustoffe, Brandschutz, Schallschutz sowie funktionale Anforderungen müssen mit- und zueinander optimiert werden.

Dieser Artikel von Guido Fehren erschien zuerst in KK Die KÄLTE + Klimatechnik-Ausgabe 05/2022. Dipl.-Ing.  Guido Fehren ist zuständig für Planung, Projektleitung und Projektüberwachung bei der pbr AG, Osnabrück.