Airbus, Arbeitstreffen, 01 - HTW Berlin

Projektbericht:

Raumluftkonditionierung in

Schulen bei Neubau und

Sanierung unter Beachtung

ökonomischer, ökologischer

und soziokultureller Aspekte

In Kooperation zwischen:

Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und

Umwelt (SenStadtUm) und

Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

(HTW Berlin)

Impressum

I

Impressum

Herausgeber

Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt

Referat ZF V-I

Württembergische Straße 6

10707 Berlin

Inhalte und Bearbeitung

Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin

Prof. Dr.-Ing. habil. Birgit Müller

M.Eng. Maxim Geier

M.Eng. Philipp Krimmel

Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt

Dipl.-Ing. Wolfram Müller

Dipl.-Ing. Kathrin Richter-Kowalewski

Redaktionsstand: 05.11.2016

Kritik und Anregungen bitte weiterleiten an:

Wolfram Müller (ZF V-I 32)

[email protected]

Tel. (030) 9(0)139-4321

Fax. (030) 9(0)139-4291

Information im Internet

http://lueftung-in-schulen.htw-berlin.de

mailto:[email protected]

http://lueftung-in-schulen.htw-berlin.de/

Inhaltsverzeichnis

II

Inhaltsverzeichnis

IMPRESSUM .......................................................................................................... I

INHALTSVERZEICHNIS .......................................................................................... II

1 EINFÜHRUNG ................................................................................................. 1

1.1 ZIELSETZUNG ............................................................................................. 4

2 NORMATIVE VORGABEN, RICHTLINIEN UND EMPFEHLUNGEN .............................. 6

2.1 AUSLEGUNG LUFTVOLUMENSTRÖME .................................................................... 8

2.1.1 Zusammenfassung Auslegung der Luftvolumenströme .................................29

2.2 THERMISCHE BEHAGLICHKEIT ..........................................................................30

2.2.1 Raumlufttemperatur ................................................................................33

2.2.2 Zusammenfassung Raumlufttemperatur ....................................................38

2.2.3 Relative Luftfeuchte ................................................................................39

2.2.4 Zusammenfassung relative Luftfeuchte ......................................................41

2.2.5 Luftgeschwindigkeiten (Behaglichkeit) .......................................................41

2.2.6 Zusammenfassung Luftgeschwindigkeit (Behaglichkeit) ...............................43

2.3 AKUSTISCHE GRENZWERTE .............................................................................44

2.3.1 Zusammenfassung akustische Grenzwerte .................................................47

2.4 REGELUNG VON RLT-ANLAGEN ........................................................................48

2.4.1 Zusammenfassung Regelung von RLT-Anlagen ...........................................51

2.5 PLANUNG UND BETRIEB VON RLT-ANLAGEN .........................................................52

3 FREIE LÜFTUNG ............................................................................................73

3.1 GRUNDLAGEN ZUR FREIEN LÜFTUNG ..................................................................74

3.1.1 Fensterlüftung ........................................................................................75

3.1.2 Schachtlüftung .......................................................................................79

3.1.3 Schachtlüftung in Schulen ........................................................................81

3.1.4 Fazit zu Schachtlüftung in Schulen ............................................................84

3.2 ANFORDERUNGEN AN FREIE LÜFTUNG NACH ASR A3.6 ............................................85

3.3 LUFTAUSTAUSCH ÜBER FENSTER NACH VDI 2078 ..................................................89

3.4 VOLLSTÄNDIG GEÖFFNETES FENSTER .................................................................90

3.5 FENSTER IN KIPPSTELLUNG .............................................................................91

3.6 BEISPIEL ZUM LUFTAUSTAUSCH ÜBER FENSTER ......................................................93

3.7 ZUSAMMENFASSUNG FENSTERLÜFTUNG ............................................................. 101

Inhaltsverzeichnis

III

4 UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE ..................................................................... 103

4.1 VON DER HTW-BERLIN UNTERSUCHTE SCHULEN ................................................. 104

4.2 MESSERGEBNISSE ..................................................................................... 106

4.3 OBJEKTBESCHREIBUNG ................................................................................ 106

4.3.1 Messergebnisse Fensterlüftung (Heizperiode) ........................................... 107

4.3.2 Messergebnisse maschinelle Lüftung (Heizperiode) ................................... 111

4.3.3 Messergebnisse Fensterlüftung (Kühlperiode) ........................................... 115

4.3.4 Zusammenfassung Messergebnisse HTW Berlin ........................................ 118

4.4 ERKENNTNISSE AUS WEITEREN PROJEKTEN......................................................... 119

4.4.1 CO2-Konzentrationen in Klassenräumen ................................................... 122

4.4.2 Zusammenfassung Ergebnisse anderer Projekte ....................................... 125

5 SIMULATION ............................................................................................... 126

5.1 EINFÜHRUNG THERMISCHE SIMULATION ............................................................ 126

5.2 ZIELSTELLUNG.......................................................................................... 127

5.3 BESCHREIBUNG DER SIMULATIONSPROGRAMME ................................................... 127

5.3.1 DesignBuilder ....................................................................................... 128

5.3.2 QUIRL/CO2 ........................................................................................... 131

5.4 ERSTELLEN EINES SIMULATIONSMODELLS .......................................................... 133

5.4.1 Typenschulbauten ................................................................................. 134

5.4.2 Modell zum Gebäudetyp „SK Berlin“ ....................................................... 135

5.4.3 Interne Wärmegewinne ......................................................................... 141

5.4.4 Validierung des Modells ......................................................................... 146

5.5 SIMULATIONSERGEBNISSE ............................................................................ 148

5.5.1 Energetischer Vergleich von Lüftungskonzepten ........................................ 148

5.5.2 Effektivität von Sonnenschutzsystemen ................................................... 151

5.5.3 Effektivität der Nachtauskühlung ............................................................ 157

6 WIRTSCHAFTLICHE BETRACHTUNG MASCHINELLER LÜFTUNG .......................... 164

6.1 KOSTENERMITTLUNG NACH VDI 2067 ............................................................. 166

6.1.1 Kapitalgebundene Kosten/Investitionskosten ............................................ 167

6.1.2 Bedarfsgebundene Kosten ...................................................................... 168

6.1.3 Betriebsgebundene Kosten ..................................................................... 170

6.1.4 Jahresgesamtkosten .............................................................................. 172

6.1.5 Bewertung der Kosten unter Einbezug des Nutzens ................................... 180

6.1.6 Zusammenfassung wirtschaftliche Betrachtung ......................................... 183

Inhaltsverzeichnis

IV

7 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................... 184

ABKÜRZUNGEN ................................................................................................. 186

BEGRIFFSDEFINITION........................................................................................ 187

EINHEITEN UND FORMELZEICHEN ....................................................................... 189

8 LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................. 192

Einführung

1

1 Einführung

Die Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt (SenStadtUm) und die

Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW Berlin) haben im Oktober

2012 eine längerfristige Kooperation vereinbart. Die Kooperationspartner

streben die gemeinsame Durchführung von Vorhaben an, die maßgeblich dazu

beitragen sollen, die landeseigenen Gebäude energieeffizienter, nachhaltiger

und für die Nutzer behaglicher zu gestalten. Ziel der Kooperation ist die

gemeinsame Forschung, insbesondere zur Verbesserung der Raumluftqualität

in Schulen bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs von Strom,

Wärme und bei der Lüftung und Kühlung.

Ein großer Teil der vorhandenen Schulgebäude befindet sich heute in einem

sanierungsbedürftigen Zustand. Solche Gebäude weisen einen über-

durchschnittlich hohen Energieverbrauch in Bezug auf Wärme und Strom auf.

Die Behaglichkeit wird im Sommer durch Überhitzung und im Winter durch die

hohe CO2-Konzentration in den Klassenräumen infolge nicht ausreichender

Lüftung stark beeinträchtigt.

Bei sanierten Schulgebäuden werden in erster Linie die Anforderungen der

geltenden Energieeinsparverordnung (EnEV) umgesetzt. Die Gebäudehülle wird

bewusst luftdicht erstellt, um die energetischen Vorgaben zu erfüllen. Die

Kehrseite dichter Gebäude ist der geringe natürliche Luftwechsel, welcher zur

Anreicherung von chemischen und biologischen Stoffen u.a. CO2 in

Innenräumen führen kann. Eine bedarfsgerechte Lüftung durch Fenster führt in

den Wintermonaten zu hohen Wärmeenergieverlusten und ist aus

energetischer Sicht nicht akzeptabel.

Frische Luft ist aber notwendig, um die Anreicherung schädlicher Stoffe und

geruchliche Beeinträchtigungen zu vermeiden, sowie das Wohlbefinden und die

Leistungsfähigkeit der Nutzer sicherzustellen. In durchgeführten Studien wurde

nachgewiesen, dass sich die Leistungsfähigkeit der Personen bei schlechter

Raumluftqualität verschlechtert und gesundheitliche Beeinträchtigungen

häufiger auftreten. Eine Verbesserung der Raumluftqualität führt zu einer

Einführung

2

Leistungssteigerung, reduziert gesundheitliche Beeinträchtigungen und steigert

das allgemeine Wohlbefinden der Personen [3,31,32,33,47,48,49,50].

Aus diesem Grund sind lüftungstechnische Maßnahmen unerlässlich um eine

dauerhaft akzeptable Luftqualität mit einer CO2-Konzentration unter 1000 ppm

zu erreichen. Öffentliche Investitionen folgen stets dem Prinzip der

Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Sparsamkeit. Maschinelle Lüftungs-

konzepte sollen deshalb optimal für den jeweiligen Schultyp ausgewählt und

auf ihn angepasst sein. Bei der Planung sind sämtliche Kosten für die

Investition, Instandhaltung und den Betrieb zu ermittelten. Im Rahmen der

Zusammenarbeit zwischen Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt

und der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin wurde ein Leitfaden

erstellt, der Empfehlungen zur Raumluftkonditionierung in Schulen gibt.

Zur Bearbeitung der Aufgabe wurden an mehreren Berliner Schulen, die sich in

bestimmten Merkmalen hinsichtlich des Gebäudetyps, der durchgeführten

Sanierungsmaßnahmen und Lüftungsart unterscheiden, Luftqualitäts-

untersuchungen durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse sind in einem

ausführlichen Bericht (Untersuchungsbericht) zusammengefasst. Eine

Kurzfassung der Ergebnisse wird im vorliegenden Projektbericht zur Verfügung

gestellt. Zeitgleich wurden Ergebnisse bundesweit durchgeführter Projekte

ausgewertet. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den durchgeführten

Untersuchungen dienen als Grundlage für die Empfehlungen zur Sicherstellung

einer hygienischen und gesundheitlich akzeptablen Raumluftqualität in Schulen.

Die für die Recherche verwendeten Quellen sowie zusätzliche Literatur sind in

einer Datenbank hinterlegt. Zur Kommunikation und für den Datenaustausch

zwischen den Kooperationspartnern ist eine Internetpräsenz sowie eine

Kommunikationsplattform aufgebaut worden. Die Webseite ist unter der

Adresse http://lueftung-in-schulen.htw-berlin.de/ erreichbar.

Mit Hilfe von Simulationsmodellen wurden für einige der untersuchten

Schultypen unterschiedliche Lüftungssysteme nach ökologischen und

ökonomischen Aspekten untersucht. Die Simulationsergebnisse sind in einem

zusätzlichen Bericht (Simulationsbericht) ausführlich beschrieben. Für die

vorliegende Ausarbeitung wurden nur die wesentlichen Ergebnisse dem

Simulationsbericht entnommen.

Einführung

3

Der Leitfaden baut auf den Untersuchungsergebnissen auf und gibt auf

Grundlage gewonnener Erkenntnisse Empfehlungen für die Sanierungs-

maßnahmen und Neubauvorhaben.

Das Kooperationsprojekt soll dazu beitragen, die landeseigenen Gebäude

energieeffizienter und nachhaltiger zu gestalten und dient der Gewinnung

wissenschaftlicher Ergebnisse auf Seiten der HTW Berlin. Die gewonnenen

Erkenntnisse werden den Baudienststellen Berlins in geeigneter Weise zur

Verfügung gestellt.

Einführung

4

1.1 Zielsetzung

Eine gute Luftqualität in den Klassenräumen ist notwendig, um gesundheitlich

zuträgliche Atemluft zur Verfügung zu stellen und die Voraussetzungen für

hohe Leistungen und Arbeitskonzentration seitens der Schüler und des

Lehrpersonals zu schaffen. Die aktuelle Situation in vielen Schulen zeigt, dass

aufgrund der hohen Belegungsdichte, die Fensterlüftung allein nicht ausreicht

um eine akzeptable Raumluftqualität zu erreichen. Vor allem im Winter wird zu

wenig oder gar nicht gelüftet, da die einströmende kalte Luft

Zugerscheinungen hervorruft und als unbehaglich empfunden wird. Aus

energetischer Sicht stellt die Fensterlüftung keine optimale Lösung dar, weil in

den Wintermonaten beim Lüften zwangsläufig ein großer Wärmeverlust auftritt.

Aufgrund dieser Tatsache erweist sich der Einsatz maschineller

Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung als sinnvoll und notwendig, um

eine akzeptable Luftqualität dauerhaft sicherzustellen. Doch bringt der Einsatz

von Lüftungsanlagen neue Herausforderungen mit sich. Bei Neubauten von

Schulen können raumlufttechnische Systeme von Beginn an eingeplant werden.

In bestehenden Schulgebäuden ist der nachträgliche Einbau häufig mit viel

Aufwand verbunden und manchmal nicht möglich. Der Platzbedarf, die

Investitionskosten und der Betrieb einer Lüftungsanlage sind beträchtlich und

müssen im Vorfeld immer geprüft werden. Aufgrund dessen ist der Aufwand

sehr groß, ein passendes Lüftungssystem für eine Bestandsschule zu finden.

Außer der konventionellen Lüftungstechnik kann auch der Einsatz innovativer,

intelligenter Lüftungskonzepte wie hybride Lüftungssysteme in verschiedenen

Kombinationen aus energetischer und lüftungstechnischer Sicht sinnvoller sein

und in Ausnahmefällen die einzige Lösung für eine gute Raumluftqualität,

darstellen.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, geeignete Lüftungssysteme für

unterschiedliche Schultypen zu finden. Es gilt zu prüfen, welche

Raumlufttechnische Systeme nach wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten

für vorhandene Schultypen am besten geeignet sind. Als Ergebnis dieser

Forschungsarbeit soll ein Leitfaden für Raumluftkonditionierung in Schulen

Einführung

5

erstellt werden, welcher als Planungshilfe den Baudienststellen Berlins zur

Verfügung gestellt wird.

Normative Vorgaben, Richtlinien und Empfehlungen

6

2 Normative Vorgaben, Richtlinien und Empfehlungen

Im Wesentlichen bilden folgende Normen, Richtlinien und technische Regeln

die Grundlage im Hinblick auf die Raumluftqualität, Planung, Ausführung und

Betrieb maschineller Lüftung sowie Planung und Ausführung freier Lüftung.

Normen und Richtlinien:

DIN EN 13779 Lüftung von Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen

und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme.

DIN EN 15251 Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und

Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität,

Temperatur, Licht und Akustik.

DIN EN ISO 7730 Analytische Bestimmung und Interpretation der

thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMV- und des PPD-

Indexes und Kriterien der lokalen thermischen Behaglichkeit.

DIN EN 12831 Heizungsanlagen in Gebäuden, Verfahren zur Berechnung

der Norm-Heizlast

VDI 6040 Raumlufttechnik Schulen Anforderungen

DIN EN 15239:2007-08 Lüftung von Gebäuden - Gesamtenergieeffizienz

von Gebäuden - Leitlinien für die Inspektion von Lüftungsanlagen

DIN 4109 Schallschutz im Hochbau Anforderungen und Nachweise;

Änderung A1

DIN 4108-2:2013-02 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden -

Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz

DIN EN 12599:2013-01- Lüftung von Gebäuden Prüf- und Messverfahren

für die Übergabe raumlufttechnischer Anlagen

VDI 6022 Blatt 1: Raumlufttechnik, Raumluftqualität-

Hygieneanforderungen an Raumlufttechnische Anlagen und Geräte

VDI 2078:2012-03 Berechnung der Kühllast und Raumtemperaturen von

Räumen und Gebäuden


7

VDI 6026 Blatt 1:2008-05 Dokumentation in der Technischen

Gebäudeausrüstung - Inhalte und Beschaffenheit von Planungs-,

Ausführungs- und Revisionsunterlagen.

VDI 2081 Blatt 1:2001-07 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in

Raumlufttechnischen Anlagen.

VDI 2067 Blatt 1:2012-09, Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen

Grundlagen und Kostenberechnung

Technische Regeln zu Anforderungen der Arbeitsstättenverordnung

ASR A3.6 Lüftung (Technische Regeln für Arbeitsstätten)

ASR A3.5 Raumtemperatur (Technische Regeln für Arbeitsstätten)

Planungshinweise:

AMEV RLT Anlagenbau

UBA Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden

GUV-V S1 Unfallverhütungsvorschrift Schulen


8

2.1 Auslegung Luftvolumenströme

Laut DIN EN 13779 heißt es: „Die Zuluftqualität in Gebäuden, die für den

Aufenthalt von Menschen bestimmt sind, muss so sein, dass unter

Berücksichtigung der zu erwartenden Emissionen aus inneren Verunreinigungs-

quellen (menschlicher Stoffwechsel, Aktivitäten und Arbeitsverfahren,

Baustoffe, Möbel) und der Lüftungsanlage selbst eine geeignete Raumluft-

qualität erreicht werden kann [5]. Übliche gasförmige Verunreinigungen, die

bei der Bewertung der Außenluft für die Auslegung von Lüftungs- und

Raumkühlsystemen berücksichtigt werden müssen, sind Kohlenmonoxid,

Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide und flüchtige organische

Verbindungen (VOC) [5]. Im Rahmen der Anlagenauslegung sind die

Außenluftvolumenströme festzulegen. Wenn die Zuluft auch Umluft enthält, ist

dies ebenfalls in der Auslegungsdokumentation anzugeben [5]. Um

Missverständnisse zu vermeiden, wird empfohlen, die Zuluftqualität auch durch

Festlegung der Konzentrationsgrenzen, die für bestimmte Verunreinigungen

(z.B. CO2, VOC) in der Raumluft gelten, zu definieren [5]. Deshalb ist eine

Angabe der zu erwartenden Emissionen aus den Innenraum-

Verunreinigungsquellen erforderlich; wenn möglich, sollte diese auf die

Konzentrationsgrenzen und Emissionsnormen bezogen sein [5].“

Die von der HTW Berlin durchgeführten Untersuchungen an Schulen zeigen,

dass vor allem in den Wintermonaten in Klassenräumen ohne maschinelle

Lüftungssysteme hohe CO2-Konzentrationen vorherrschen. Die Messwerte

hängen in erster Linie von der Belegungsdichte ab und liegen über weite Teile

des Unterrichtes im Bereich hygienisch auffälliger (1000 bis 2000 ppm) und

hygienisch inakzeptabler Werte (CO2 > 2000 ppm). Bei voller Belegung der

Klassenräume ist es in den Wintermonaten kaum möglich, allein mit Hilfe der

Fensterlüftung akzeptable CO2-Konzentrationen sicherzustellen.

Die flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) dürfen ebenfalls nicht außer

Acht gelassen werden, da diese sich in besonders dichten Gebäuden, die nach

EnEV gebaut oder saniert wurden, aufgrund des geringen natürlichen

Luftwechsels in den Räumen stark anreichern können. Zur Beurteilung der

Luftqualität in Schulen anhand der Konzentration von Schadstoffen ist es


9

ausreichend, sich auf Kohlendioxid und die Summe der flüchtigen organischen

Substanzen zu beschränken, da diese Stoffe maßgeblich durch die Schüler und

deren Aktivitäten sowie durch Bauprodukte und Innenraummaterialien

abgegeben werden und nur durch einen angemessenen Luftaustausch reduziert

werden können. In DIN EN 13779 wird die Raumluft in vier Qualitätsstufen

unterteilt (IDA 1 bis 4). Anhand dieser Qualitätsstufen ergeben sich

unterschiedliche Außenluftvolumenströme je Person bzw. je m2 Grundflache.

Die EnEV 2009 fordert, dass zum Zwecke der Gesundheit ein Mindestluft-

wechsel sichergestellt ist. Anhaltswerte für Mindestluftwechselzahlen können

der DIN EN 12831 entnommen werden. Für Klassenräume beträgt die

Mindestluftwechselzahl nmin bei 2,0 h-1 [35]. Für die belegungsfreie Zeit wird

laut DIN EN 13779 und DIN EN 15251 ein Mindestluftwechsel von 0,1 l/s*m²

bis 0,2 l/s*m² (0,36m³/h*m² bis 0,72 m3/h*m²) empfohlen [5,6]. Das

entspricht einer Luftwechselrate von 0,1 bis 0,2 h-1 bei einem Klassenraum mit

55 m² Raumfläche und 165 m³ Raumvolumen.

Luftqualität

In [3] wird die Raumluftqualität wie folgt definiert: „Die Raumluftqualität

umfaßt alle nichtthermischen Wirkungen der Raumluft, die Einfluß auf

Wohlbefinden und Gesundheit des Menschen haben [3].“ Zu den

nichtthermischen Wirkungen gehören z.B.:

Chemische Verunreinigungen:

flüchtige organische Verbindungen (VOC)s

CO2

Gerüche

Biologische Verunreinigungen:

Viren

Bakterien

Pilze

Endotoxine oder Glucane

Physikalische Faktoren:

Luftfeuchtigkeit

Lärm


10

Psychologische Faktoren:

Stress

optische, akustische und olfaktorische Reize

Im vorliegenden Bericht wird die Luftqualität Anhand von Konzentrationen für

CO2 und TVOC in Innenräumen definiert. Zusätzlich erfolgt die Bewertung der

Raumluftqualität nach den Kriterien der thermischen Behaglichkeit. Dazu

gehören:

Raumlufttemperatur

relative Luftfeuchte und

lokale Luftgeschwindigkeiten am Arbeitsplatz

Thermische Behaglichkeit wird oft als der Zustand definiert, bei dem der

Mensch mit seiner thermischen Umgebung zufrieden ist, sich insgesamt

thermisch neutral fühlt (d.h., dass er nicht weiß, ob ein höherer oder ein

niedrigerer Wert der Umgebungstemperatur vorzuziehen ist) [3].


11

Luftqualität in Abhängigkeit von der CO2-Konzentration

Tabelle 1: Klassifizierung der Raumluftqualität nach DIN EN 13779 [5]

Die Tabelle 1 enthält in den Spalten 1 bis 3 die Vorgaben der DIN EN 13779. In

der 3. Spalte steht der Anteil der CO2-Konzentration der Innenraumluft an der

CO2-Gesamtkonzentration. Die 4. Spalte stellt beispielhaft absolute

CO2-Konzentrationen in der Innenraumluft bei einer Außenluftkonzentration

von 400 ppm dar. Spalte 5 zeigt den erforderlichen Außenluftvolumenstrom

um die gewünschte Raumluftqualität sicherzustellen. DIN EN 13779 gibt

Empfehlungen für die Planung und Ausführung lüftungstechnischer Anlagen in

allen Nichtwohngebäuden, die für den Aufenthalt von Menschen bestimmt sind.

Bei der Planung und Auslegung Raumlufttechnischer Anlagen empfiehlt DIN EN

13779, wenn keine weiteren Angaben zur geforderten Raumluftqualität

vorliegen, die Auslegung der Volumenströme nach Raumluftkategorie IDA 2

vorzunehmen [5]. Der Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden

(UBA) verweist auf die DIN EN 13779 als Planungsgrundlage für die

Ausführung lüftungstechnischer Anlagen sowie für Schulgebäude als auch für

alle Nichtwohngebäude [7].

Absolute CO2-

Konzentration in

der Innenraumluft

bei 400 ppm CO2 in

der Außenluft

[ppm]

Erhöhung der CO2-

Konzentration

gegenüber der

Außenluft [ppm]

> 1000

≤ 800

800-1000

1000-1400

> 1400

> 6-10

(> 22-36)

< 6

(< 22)

BeschreibungKategorie

IDA 1

IDA 2

IDA 3

IDA 4

Lüftungsrate/

Außenluftvolum

enstrom

[l/s/Person]

([m3/h/Person])

Hohe

Raumluft-

qualität

Mittlere

Raumluft-

qualität

Mäßige

Raumluft-

qualität

Niedrige

Raumluft-

qualität

≤ 400

400-600

600-1000

> 15

(> 54)

> 10-15

(> 36-54)


12

DIN EN 15251 beschreibt die Eingangsparameter für das Raumklima zur

Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden hinsichtlich der

Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik. Laut der Norm heißt es: „Die

vorliegende Norm enthält sowohl Parameter, die Eingang in andere Normen

finden, und verwendet Parameter aus anderen Normen [6].“

Im Hinblick auf die Auslegung der Luftvolumenströme verweist die

DIN EN 15251 u.a. mehrfach auf die oben erwähnte DIN EN 13779. Zu

beachten ist jedoch eine andere Bezeichnung der Kategorien. Im Vergleich zu

der DIN EN 13779 mit der Bezeichnung (IDA 1 bis IDA 4) werden die

Kategorien in der DIN EN 15251 nach Nummern klassifiziert.

Tabelle 2: Beschreibung der Kategorien nach DIN EN 15251 [6]

Die Tabelle 2 beschreibt die Anwendbarkeit der verwendeten Kategorien. In

Bezug auf die Auslegung empfiehlt die DIN EN 15251 folgendes: „Für die

Auslegung von Lüftungsanlagen und die Berechnung der Heiz- und Kühllasten

muss die geforderte Lüftungsrate in den Auslegungsunterlagen entweder auf

nationalen Anforderungen beruhend oder unter Anwendung der in dieser Norm

empfohlenen Verfahren festgelegt werden. Es können Auslegungen für

unterschiedliche Kategorien der Raumluftqualität vorgesehen werden, die einen

Einfluss auf die erforderlichen Luftvolumenströme haben. Die unterschiedlichen

Kategorien der Luftqualität können auf verschiedene Weise angegeben werden,

Kombination der Lüftung für Personen und Bauteile, Lüftung je m2 Grundfläche,

Lüftung je Person oder entsprechend den geforderten CO2-Werten. Im Falle

einer CO2-geregelten Lüftung sollte die CO2-Konzentration die Auslegungswerte

nicht überschreiten [6].“ Empfohlene CO2-Konzentrationen sind in Tabelle 3

dargestellt.

Kategorie

II normales Maß an Erwartungen; empfohlen für neue und renovierte Gebäude

Beschreibung

annehmbares, moderates Maß an Erwartungen, kann bei bestehenden

Gebäuden angewendet werden

Werte außerhalb der oben genannten Kategorien. Diese Kategorie sollte

nur für einen begrenzten Teil des Jahres angewendet werden

I

III

IV

hohes Maß an Erwartungen für Räume, in denen sich sehr empfindliche und

auffälige Personen mit besonderen Bedürfnissen aufhalten, z.B. Personen

mit Behinderungen, kranke Pesrsonen, sehr kleine und ältere Personen


13

Tabelle 3: Empfohlene CO2-Konzentrationen nach DIN EN 15251 [6]

*anstatt von kleiner-als-Zeichen (<) muss das größer-als-Zeichen (>) stehen.

Die empfohlenen CO2-Konzentrationen nach DIN EN 15251 sind vergleichbar

mit den Vorgaben der DIN EN 13779.

Im 19. Jahrhundert führte Max von Pettenkofer Untersuchungen zur

Luftqualität durch. In Bezug auf die CO2-Konzentration in Innenräumen

betrachtete er den Menschen als die alleinige Verunreinigungsquelle im Raum.

Seine Empfehlung zur CO2-Konzentration in Innenräumen liegt bei 0,1 Vol. %

bzw. 1000 ppm. Dieser Wert wird häufig auch als Pettenkofer-Zahl bezeichnet

und bildet auch heute noch in vielen Normen die Empfehlungsgrundlage. Bei

seinen Untersuchungen ging er von einem Grundpegel in der Außenluft von

500 ppm CO2 aus [8].

Pettenkofer erläuterte dazu: „Der Kohlensäuregehalt allein macht die

Luftverderbnis nicht aus, wir benützen ihn bloss als Maassstab, wonach wir

auch noch auf den grössern oder geringeren Gehalt an andern Stoffen

schliessen, welche zur Menge der ausgeschiedenen Kohlensäure sich

proportional verhalten [9].“

„Aus diesen Versuchen geht zur Evidenz hervor, dass uns keine Luft behaglich

ist, welche in Folge der Respiration und Perspiration der Menschen mehr als

1 pro mille Kohlensäure enthält. Wir haben somit ein Recht, jede Luft als

schlecht und für einen beständigen Aufenthalt als untauglich zu erklären,

welche in Folge der Respiration und Perspiration der Menschen mehr als 1 pro

mille Kohlensäure enthält [9].“

„Ich bin auf das lebendigste überzeugt, dass wir die Gesundheit unserer

Jugend wesentlich stärken würden, wenn wir in den Schulhäusern, in denen sie

durchschnittlich fast den fünfthen Theil des Tages verbringt, die Luft stets so

gut und rein erhalten würden, dass ihr Kohlensäuregehalt nie über 1 pro mille

anwachsen könnte [9].“

I

II

III

IV

Kategorie

800

Empfohlene CO2-Konzentrationen oberhalb der

Konzentration in der Außenluft für

Energieberechnungen und Bedarfsregelung in [ppm]

*< 800

Absolute CO2-Konzentration in der

Innenraumluft (bei 400 ppm CO2-

Konzentration in der Außenluft) in [ppm]

*< 1200

1200

900

750350

500


14

Die Ad-hoc-Arbeitsgruppe der Innenraumlufthygienekommission und der

Obersten Landesgesundheitsbehörden (Ad-hoc AG IRK/AOLG) hat eine

Bewertung für Kohlendioxid in der Innenraumluft vorgelegt. Danach werden

Leitwerte für die Kohlendioxidkonzentrationen in der Innenraumluft festgelegt,

die bezogen auf die aktuelle vorliegende Konzentration als Momentanwerte zu

sehen sind. Es wird unterschieden in: „hygienisch unbedenklich“ (CO2 < 1000

ppm), „hygienisch auffällig“ (CO2 im Bereich zwischen 1000 - 2000 ppm) und

„hygienisch inakzeptabel“ (CO2 > 2000 ppm). Bei Überschreiten eines CO2-

Wertes von 1000 ppm soll gelüftet werden, bei Überschreiten von 2000 ppm

muss gelüftet werden. Eine Unterschreitung von 1000 ppm ist in beiden Fällen

anzustreben. Kann durch Lüften allein die Situation auf Dauer nicht verbessert

werden, sind lüftungstechnische Maßnahmen zu ergreifen oder ist eine

Verringerung der Zahl der Schülerinnen und Schüler im Klassenraum

vorzunehmen [2,10].

Tabelle 4: Gesundheitlich-hygienische Leitwerte der Ad-hoc AG IRK/AOLG [2]

Die in Tabelle 4 dargestellten CO2-Leitwerte sind CO2-Konzentrationen

(Momentanwerte), die während der Messung (an einem repräsentativen Ort im

Raum) mit einer ausreichenden zeitlichen Auflösung (Mittelungsdauer

üblicherweise < 2 min) ermittelt werden. Messstrategie nach VDI 4300-9 [2].

Gemäß Arbeitsstättenverordnung muss in umschlossenen Arbeitsräumen unter

Berücksichtigung der Arbeitsverfahren, der körperlichen Beanspruchung und

der Anzahl der Beschäftigten sowie der sonstigen anwesenden Personen

ausreichend gesundheitlich zuträgliche Atemluft vorhanden sein. Ausreichend

und gesundheitlich zuträglich bedeutet, wenn die Atemluft im Wesentlichen der

Außenluftqualität entspricht. Wenn die Außenluft im Sinne des

Immissionsschutzrechts unzulässig belastet oder erkennbar beeinträchtigt ist,

> 2000 Hygienisch inakzeptabelBelüftbarkeit des Raumes prüfen ggf. weitergehende Maßnahmen

prüfen

CO2- Konzentration (ppm) Hygienische Bewertung

< 1000 Hygienisch unbedenklich

1000-2000 Hygienisch auffäligLüftungsmaßnahme (Außenluftvolumenstrom bzw. Luftwechsel

erhöhen) Lüftungsverhalten überprüfen und verbessern

Keine weiteren Maßnahmen

Empfehlungen


15

z. B. durch Fortluft aus Absaug- oder RLT-Anlagen, starken Verkehr, schlecht

durchlüftete Lagen, sind im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung gesonderte

Maßnahmen (z. B. Beseitigung der Quellen, Verlegen der Ansaugöffnung bei

RLT-Anlagen) zu ergreifen. In Tabelle 5 sind CO2-Konzentrationen und als

Beispiel geeignete Maßnahmen zur Reduzierung des CO2-Gehalts in der

Raumluft aufgeführt.

Tabelle 5: CO2 -Konzentration in der Raumluft (ASR A3.6) [11]

Für die Auslegung der Außenluftvolumenströme laut ASR A3.6 gilt: „Der

Außenluftvolumenstrom ist nach dem Stand der Technik so auszulegen, dass

Lasten (Stoff-, Feuchte-, Wärmelasten) zuverlässig abgeführt werden und die

CO2-Konzentration von 1000 ppm (siehe Tabelle 5) eingehalten wird. Dabei

sind die entsprechenden Vorgaben, z.B. DIN-Normen und VDI-Richtlinien, zu

berücksichtigen. Die CO2-Konzentration gilt als ein anerkanntes Maß für die

Bewertung der Luftqualität [11].“ Die CO2-Konzentration von 1000 ppm ist

sowohl bei maschineller als freier Lüftung laut ASR A3.6 einzuhalten [11].

In der folgenden Tabelle werden zum Vergleich Empfehlungen der maximal

zulässigen CO2-Konzentration in der Innenraumluft einiger europäischer Länder

dargestellt. Näheres dazu ist in der Bekanntmachung des Umweltbundesamtes

(Mitteilungen der Ad-hoc-Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte der Innenraum-

lufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes und der Obersten

Landesgesundheitsbehörden) enthalten [2].

CO2 -Konzentration

[ml/m3] bzw. [ppm]

Maßnahmen

<1000 • Keine weiteren Maßnahmen (sofern durch die

Raumnutzung kein Konzentrationsanstieg über 1000 ppm

zu erwarten ist)

1000-2000

• Lüftungsverhalten überprüfen und verbessern

• Lüftungsplan aufstellen (z. B. Verantwortlichkeiten festlegen)

• Lüftungsmaßnahme (z. B. Außenluftvolumenstrom oder

Luftwechsel erhöhen)

>2000 • weitergehende Maßnahmen erforderlich (z. B. verstärkte

Lüftung, Reduzierung der Personenzahl im Raum)


16

Tabelle 6: CO2-Grenzwerte einiger EU-Länder [2]

Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) hat

im Rahmen einer kooperativen Zusammenarbeit mit der Deutschen

Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.V. einen Kriterienkatalog zur

ganzheitlichen Betrachtung und Bewertung von Nachhaltigkeitsaspekten für

Gebäude entwickelt. Mit dem Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)

steht ein quantitatives Bewertungsverfahren für Büro, Verwaltungsbauten und

Unterrichtsgebäude zur Verfügung [14]. Laut dem Informationsportal für

nachhaltiges Bauen heißt es: „Die Bemühungen der deutschen Bundes-

regierung sind dabei darauf gerichtet - mit dem neuartigen ganzheitlichen

Nachhaltigkeitsansatz - ein wissenschaftlich fundiertes und planungsbasiertes

Bewertungssystem für nachhaltige Gebäude zu schaffen. Es zeichnet sich durch

die umfassende Betrachtung des gesamten Lebenszyklus von Gebäuden unter

Berücksichtigung der ökologischen, ökonomischen, soziokulturellen Qualität

sowie den technischen und prozessualen Aspekten und durch ein transparentes,

objektiv nachvollziehbares Bewertungssystem aus und spiegelt damit auch die

internationalen Entwicklungen im Bereich Normung zum Nachhaltigen Bauen

wieder [14].“ Die BNB-Bewertungsmethodik umfasst fünf Kriterien an denen

die Qualität eines Gebäudes gemessen wird.

< 800 ppmin mechanisch belüfteten Räumen bei 400

ppm CO2 in der Außenluft

Österreich

durchschnittliche CO2-Konzentration in

Sitzhöhe soll 1500 ppm nicht überschreiten,

es soll möglich sein zu jdem Zeitpunkt die

CO2-Konzentration auf 1000 ppm

herabzusetzen

Großbritannien < 1500 ppm

Dänemark 1000 ppmin Kindertagesstätten, Schulen und

Büroräumen

< 1000 ppmin natürlich belüfteten Räumen bei 400 ppm

CO2 in der Außenluft

maximal zulässige CO2-Konzentration

der InnenraumluftLand

Finnland 1200 ppm

Bemerkungen

gilt allgemein für die Innenraumluft

1000 ppm in Wohnräumen, Schulen und BüroräumenNorwegen

Schweden


17

Dabei handelt es sich um:

Ökologische Qualität

Ökonomische Qualität

Soziokulturelle und funktionale Qualität,

die von zwei zusätzlichen Kriterien:

technische Qualität und

Prozessqualität

als Querschnittsqualitäten beeinflusst werden [14].

Abbildung 1: BNB-Bewertungsmethodik [14]

Die fünf Teilkriterien werden jeweils getrennt bewertet und mit festgelegter

Gewichtung zu einer Gesamtnote verrechnet [14].

Abbildung 2: Gewichtung der Teilkriterien der BNB-Bewertungsmethodik [14]

Die Standortmerkmale werden getrennt von den Objektqualitäten bewertet

und als zusätzliche Information angegeben [14].


18

Die Bewertung der Qualitäten erfolgt nach den quantifizierbaren bzw.

beschreibbaren Messgrößen, die in den zugehörigen Kriteriensteckbriefen

definiert sind [14]. Insgesamt kann in jedem Kriterium eine maximale

Bewertung mit 100 Punkten erreicht werden [14]. Abschließend werden die

ökologischen, ökonomischen und soziokulturellen Aspekte unter Einbeziehung

technischer und prozessualer Leistungen in einer Gesamtnote zusammen-

gefasst [14].

Abbildung 3: Zuordnung der Erfüllungsgrade zu Gebäudenote und Zertifikat

Weitere Informationen wie die Berechnungsregel zur Ermittlung einer

Gesamtnote, Mindestanforderungen sowie die notwendig einzuhaltenden

Randbedingungen, sind dem Dokument BNB_Berechnungsregel im

Informationsportal „Nachhaltiges Bauen“ zu finden [14]. Im der folgenden

Tabelle ist als Beispiel die Bewertung des personenbezogenen

Außenvolumenstroms bei maschineller Lüftung nach dem Kriteriensteckbrief

mit der Nummer 3.1.3 dargestellt.

Tabelle 7: Bewertung des Außenvolumenstroms nach BNB 3.1.3 [12]


19

Die Berechnung der personenbezogenen Außenluftvolumenströme basieren auf

CO2-Belastungen durch die Atemluft von 20 l/h pro Person Atemluft in

allgemeinen Klassenräumen und von 14,3 l/h pro Person in Grundschulen [14].

Der erforderliche Luftvolumenstrom, um eine bestimmte CO2-Konzentration

sicherzustellen, kann mit Hilfe einer Bilanzgleichung berechnet werden. Der

Mensch verbraucht in Abhängigkeit von der Tätigkeit eine bestimmte Menge an

Luft. Die ausgeatmete Luft enthält 4 Vol. % CO2 (40000 ppm)[3]. Bei einer

normalen Tätigkeit benötigt ein Mensch ca. 0,5 m3 Luft pro Stunde [3]. Für die

Berechnung des nötigen Außenluftvolumenstroms muss noch die obere Grenze

der CO2-Konzentration im Raum sowie die CO2-Konzentration der Außenluft

festgelegt bzw. ermittelt werden [3].

Im Folgenden wird als Beispiel eine Berechnung durchgeführt. Als höchster

CO2-Gehalt im Raum wird die Pettenkofer-Zahl mit 0,1 Vol. % bzw. 1000 ppm

angenommen. Für die CO2-Konzentration in der Außenluft wird ein Wert von

450 ppm festgelegt.

1 𝑝𝑝𝑚 = 10−6 = 1 𝑇𝑒𝑖𝑙 𝑝𝑟𝑜 𝑀𝑖𝑙𝑙𝑖𝑜𝑛 = 0,000001 = 0,0001%

Zunächst wird die von einem Menschen abgegebene CO2- Menge berechnet.

4 𝑉𝑜𝑙. 𝑃𝑟𝑜𝑧𝑒𝑛𝑡 = 40000𝑝𝑝𝑚 = 0,04 = 4%

�̇� = 0,5𝑚3

ℎ∗ 0,04 = 0,02

𝑚3

ℎ= 20 𝑙/ℎ (1)

�̇� anfallende schädliche Stoffe 𝑙/ℎ

Ein Mensch gibt bei normaler Tätigkeit 20 l/h CO2 ab.

Ferner wird der notwendige Außenluftvolumenstrom, um den festgelegten

Leitwert von 1000 ppm sicherzustellen, berechnet.

𝑞�̇� = �̇�

𝑘𝑖 − 𝑘𝑎 (2)


20

𝑞�̇� Außenluftvolumenstrom pro Person 𝑚³/ℎ

𝑘𝑖 erwünschte oder zulässige Schadstoffkonzentration im

Raum

𝑝𝑝𝑚

𝑘𝑎 Schadstoffkonzentration der Außenluft 𝑝𝑝𝑚

𝑘𝑖 = 1000𝑝𝑝𝑚 = 0,001 = 0,1%

𝑘𝑎 = 450𝑝𝑝𝑚 = 0,00045 = 0,045%

𝑞�̇� = 0,02

𝑚3

ℎ0,001 − 0,00045

= 36,4 𝑚3/ℎ

Bei einer CO2-Konzentration in der Außenluft von 450 ppm ist ein

Volumenstrom von 36,4 m³/h je Person erforderlich, um die CO2-Konzentration

im Raum bei 1000 ppm zu halten.

Jede Person gibt an die umgebende Luft u.a. auch Wasserdampf ab. In

Abhängigkeit von der umgebenden Lufttemperatur, Aktivität und dem Alter der

Person variiert die Feuchteabgabe. In der nachfolgenden Grafik sind

Orientierungswerte der Feuchteabgabe des Menschen bei einer sitzenden

Tätigkeit in Abhängigkeit von der Empfindungstemperatur dargestellt [27].

Abbildung 4: Feuchteabgabe des Menschen in kg/h*Person [27]


21

Die Wasserdampfkonzentration in Luft wird als „absolute Feuchte“ bezeichnet.

Die Wasseraufnahmefähigkeit der Luft hängt von der Temperatur ab, welche

mit steigendender Temperatur zunimmt [27].

Als „relative Feuchte“ wird das Verhältnis der vorhandenen Wasserdampf-

konzentration zur maximal löslichen Konzentration bezeichnet. Die relative

Luftfeuchte wird entweder in Prozent oder als Zahl angegeben [27]. Bei 100 %

relativer Feuchte ist die Luft gesättigt und kann keine Feuchte mehr

aufnehmen. Wird zusätzliche Feuchte zugeführt oder kühlt sich gesättigte Luft

ab, bildet sich Tauwasser. In geschlossenen Räumen tritt Tauwasser nicht

sofort auf, weil Baustoffoberflächen eine bestimmte Menge an Feuchte

aufnehmen und so als Puffer dienen. Bei langanhaltender Feuchtezufuhr

erreichen auch Baustoffe eine maximale Wassersättigung. Dies führt u.U. zur

Schimmel- und Feuchteschäden. Ausführliche Beschreibung zu Schäden durch

Schimmelpilz sind im "Schimmelpilzsanierungs-Leitfaden" zu finden [46].

Neben hohen CO2-Konzentrationen in Klassenräumen kann auch der

Wasserdampfgehalt aufgrund dichter Belegung eine kritische Konzentration

erreichen.

Im Folgenden wird die Feuchteentwicklung am Beispiel eines Klassenraumes

dargestellt. Als Orientierungswert wird für die Feuchteabgabe ein Wert von

38 g/h Wasserdampf bei 20 °C und leichter Tätigkeit, gemäß [27],

angenommen. Bei durchschnittlicher Klassenraumbelegung von 25 Personen

ergibt sich ein Gesamtwert von 950 g Wasserdampf der über Haut und

Atemluft an die Umgebung pro Stunde abgegeben wird.

Für die Berechnung der absoluten Feuchte wird die Referenzdichte der Luft in

Meereshöhe bei 20 °C angenommen. Die Referenzdichte der Luft beträgt rund:

ρ = 1,2 kg/m³. Bei einem durchschnittlichen Raumvolumen eines Klassen-

raumes von ca. 160 m³ beträgt die Masse der Luft rund 192 kg.

1,2 𝑘𝑔/𝑚3 ∗ 160𝑚3 = 192 𝑘𝑔

Bei Annahme einer gleichmäßigen Durchmischung der Luft und einer

Feuchtezufuhr von 950 g ergibt sich eine Steigerung der absoluten Feuchte um

ca. 4,9 g/kg Luft innerhalb einer Stunde.


22

950 𝑔

192 𝑘𝑔= 4,9 𝑔/𝑘𝑔

Zum besseren Verständnis wird die Feuchteentwicklung im Mollier h,x-

Diagramm am Beispiel eines Klassenraumes dargestellt, Abbildung 5. Außer

der Feuchte geben die Menschen auch Wärme ab, der Temperaturanstieg wird

mit 2 K angenommen. Im Ausgangszustand beträgt die relative Feuchte im

Klassenraum ca. 19 % bzw. absolute Feuchte 2,8 g/kg. Weitere Feuchtequellen

werden nicht berücksichtigt. Die Außenlufttemperatur liegt bei -1 °C und hat

80 % rel. Feuchte. Luftaustausch zwischen innen und außen findet nicht statt.

Die grau umrandete Fläche stellt den Behaglichkeitsbereich dar. Im h,x-

Diagramm ist es zu erkennen, dass der Feuchtegehalt auf ca. 46 % ansteigt.

Bei weiterer Feuchtezufuhr und ohne Luftwechsel würde der Feuchtegehalt,

bereits nach zwei Stunden den Behaglichkeitsbereich verlassen und einen

kritischen Verlauf annehmen. Bei vorhandenem Luftaustausch würde der

Feuchtegehalt unter angenommenen Bedingungen langsamer ansteigen.


23

Abbildung 5: h,x-Diagramm, Feuchtentwicklung ohne Luftwechsel


24

Luftqualität in Abhängigkeit von der VOC-Konzentration

Die folgendene Information wurde dem Leitfaden für die Innenraumlufthygiene

in Schulgebäuden entnommen.

In der Innenraumluft lässt sich praktisch immer eine Vielzahl flüchtiger

organischer Verbindungen (VOC aus dem Englischen für Volatile Organic

Compounds) nachweisen. Die VOC werden als Gruppe unterschiedlichster

Verbindungen durch den Siedepunkt charakterisiert und von den leicht

flüchtigen, schwer und nicht flüchtigen organischen Verbindungen

unterschieden [7].

Wegen der Vielzahl der unterschiedlichen VOC ist es bei dieser Substanzgruppe

besonders schwierig, eine umfassende gesundheitliche Bewertung

vorzunehmen. Viele VOC können in sehr hohen Konzentrationen, die an

gewerblichen Arbeitsplatzen, jedoch nicht in Schulen auftreten, nerven-

schädigend wirken. Einige VOC können im Atemtrakt Reizwirkungen auslösen,

da sich im Stoffwechsel der Nasenschleimhaut irritative Abbauprodukte bilden

können [7].

Für einzelne VOC und Verbindungsgruppen werden von der Ad-hoc-

Arbeitsgruppe aus Mitgliedern der Innenraumlufthygiene-Kommission (IRK)

des Umweltbundesamtes und der obersten Gesundheitsbehörden der Länder

(Ad-hoc AG IRK/AOLG) nach einem Basisschema Innenraumrichtwerte

abgeleitet, deren Einhaltung auch in Schulinnenräumen empfohlen wird, siehe

Tabelle 8 [7].

Der Richtwert II ist wie folgt definiert: „Der Richtwert II (RW II) ist ein

wirkungsbezogener, begründeter Wert, der sich auf die gegenwärtigen

toxikologischen und epidemiologischen Kenntnisse zur Wirkungsschwelle eines

Stoffes unter Einführung von Unsicherheitsfaktoren stützt. Er stellt die

Konzentration eines Stoffes dar, bei deren Erreichen bzw. Überschreiten

unverzüglich Handlungsbedarf besteht, da diese Konzentration geeignet ist,

insbesondere für empfindliche Personen bei Daueraufenthalt in den Räumen

eine gesundheitliche Gefährdung darzustellen [7].“

Der Richtwert I ist wie folgt definiert: „Der Richtwert I (RW I) ist die

Konzentration eines Stoffes in der Innenraumluft, bei der im Rahmen einer


25

Einzelstoffbetrachtung nach gegenwärtigem Erkenntnisstand auch bei

lebenslanger Exposition keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu

erwarten sind. Eine Überschreitung ist mit einer über das übliche Maß

hinausgehenden, hygienisch unerwünschten Belastung verbunden. Der RW I

kann als Sanierungszielwert dienen. Er soll nicht „ausgeschöpft“, sondern nach

Möglichkeit unterschritten werden [7].“

Tabelle 8: Richtwerte für die Innenraumluft der Ad-hoc-AG IRK/AOLG

(Stand 2014) [15].

Verbindung Richtwert II

1)

(mg/m3)

Richtwert I1)

(mg/m³) Jahr der

Festlegung

2-Ethylhexanol 1(v) 0,1(v) 2013

Ethylenglykolmonomethylether (EGME, CAS-Nr. 109-86-4)

0,2 [= 0,05 ppm]

0,02 2013

Diethylenglykolmethylether (DEGME, CAS-Nr. 111-77-3)

6 (v)

[= 1 ppm] 2 (v) 2013

Diethylenglykoldimethylether (DEGDME, CAS-Nr. 111-96-6)

0,3 [= 0,06 ppm]

0,03 2013

Ethylenglykolmonoethylether (EGEE, CAS-Nr. 110-80-5)

1 [= 0,4 ppm]

0,1 2013

Ethylenglykolmonoethylether-acetat (EGEEA, CAS-Nr. 111-15-9)

2 [= 0,4 ppm]

0,2 2013

Diethylenglykolmonoethylether (DEGEE, CAS-Nr. 111-90-0)

2 (v)

[= 0,4 ppm] 0,7 (v) 2013

Ethylenglykolbutylether (EGBE, CAS-Nr. 111-76-2)

1 [= 0,3 ppm]

0,1 2013

Ethylenglykolbutyletheracetat (EGBEA, CAS-Nr. 112-07-2)

2 (v)

[= 0,3 ppm] 0,2 (v) 2013

Diethylenglykolbutylether (DEGBE, CAS-Nr. 112-34-5)

1 (v)

[= 0,2 ppm] 0,4 (v) 2013

Ethylenglykolhexylether (EGHE, CAS-Nr. 112-25-4)

1 0,1 2013

2-Propylenglykol-1-methlylether (2PG1ME, CAS-Nr. 107-98-2)

10 1 2013


26

Dipropylenglykol-1-methylether (D2PGME, CAS-Nr. 34590-94-8; 13429-07-7; 20324-32-7; 13588-28-8; 55956-21-3 )

7 (v)

[=1 ppm] 2 (v) 2013

2-Propylenglykol-1-ethylether (2PG1EE, CAS-Nr. 1569-02-4)

3 [=0,5 ppm]

0,3 2013

2-Propylenglykol-1-tertbutylether (2PG1tBE, CAS- Nr. 57018-52-7)

3 [=0,5 ppm

0,3 2013

Default-Wert: Glykolether mit unzureichender Datenlage

0,05 ml/m

3 [=0,05

ppm]

0,005 ml/m

3 [=0,005

ppm] 2013

Methylisobutylketon 1 0,1 2013

Ethylbenzol 2 0,2 2012

Alkylbenzole, C9-C15 1 0,1 2012

Kresole 0,05 0,005 2012

Phenol 0,2 0,02 2011

2-Furaldehyd 0,1 0,01 2011

Zyklische Dimethylsiloxane D3-D6 (Summenrichtwert)

4 0,4 2011

Benzaldehyd 0,2 0,02 2010

Benzylalkohol 4 0,4 2010

Monozyklische Monoterpene (Leitsubstanz d-Limonen)

10 1 2010

Aldehyde, C4 bis C11 (gesättigt, azyklisch, aliphatisch)

2 0,1 2009

C9-C14-Alkane / Isoalkane (aromatenarm) 2 0,2 2005

Naphthalin 0,03 0,01 2013

Terpene, bicyclisch (Leitsubstanz α-Pinen)

2 0,2 2003

Tris(2-chlorethyl)phosphat (TCEP) 0,05 0,005 2002

Diisocyanate Erläuterungen hierzu sind auf der Webseite (Webadresse unten) zu

finden 2000

Quecksilber (als metallischer Dampf) 0,00035 0,000035 1999

Styrol 0,3 0,030 1998

Stickstoffdioxid (NO2)

0,35 (30 Min-Wert)

k.A. 1998

0,06 (7

Tage-Wert) k.a.

Dichlormethan 2 (24 h) 0,2 1997

Kohlenmonoxid 60 (½ h) 6 (½ h) 1997

15 (8 h) 1,5 (8 h)


27

Pentachlorphenol (PCP) 0,001 0,0001 1997

Toluol 3 0,3 1996

Acetaldehyd 1 0,1 2013

1)

Üblicherweise handelt es sich um Langzeitwerte. Davon abweichende Mittelungszeiträume sind in Klammern angegeben, z.B. 24 Stunden (h).

Quelle:

Umweltbundesamt

(v) = Vorsorgerichtwert

Die Tabelle wird in gewissen Abständen aktualisiert und ist im Internet immer

verfügbar unter:

http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/377/bilder/dateie

n/12_gesundheit_kommission_innraumlaufthygiene_empfehlungen_und_richtw

erte20140617.xlsx

Beim Überschreiten der Richtwerte wird folgendes empfohlen: „Eine

Überschreitung des Richtwertes I weist auf eine erhöhte, aus hygienischer

Sicht unerwünschte Exposition hin. Unter dem Gesichtspunkt der

Verhältnismäßigkeit sind in dem Konzentrationsbereich zwischen RW I und RW

II zunächst keine baulichen oder sonstigen quellenbezogenen Veränderungen

vorzunehmen, sondern es ist vor allem verstärkt zu lüften und

einzelfallbezogen verstärkt zu reinigen [7].

Für den Gesamtgehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (englisch: Total

Volatile Organic Compounds TVOC) wurden von der Ad-hoc-AG IRK/AOLG

Empfehlungen zur Begrenzung der Raumluftkonzentrationen erarbeitet. Der

TVOC-Wert ist aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung des in der

Innenraumluft auftretenden Substanzgemisches nicht toxikologisch begründet,

sondern stellt eine hygienische Gesamtbeurteilung für VOC dar (Tabelle 9) [7].

http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/377/bilder/dateien/12_gesundheit_kommission_innraumlaufthygiene_empfehlungen_und_richtwerte20140617.xlsx




28

Tabelle 9: Leitwerte für TVOC in der Innenraumluft [15]

Für die Auslegung des Außenluftvolumenstroms für Klassenräume eignet sich

die Summe der flüchtigen organischen Substanzen (VOC) nur bedingt. Es ist

sinnvoller von vornherein durch die Auswahl geeigneter Bauprodukte und

sonstiger Materialien erhöhte Konzentration von Schadstoffen in der Luft zu

vermeiden.

Stufe Konzentrationsbereich [mg TVOC/m3] Hygienische Bewertung

1 ≤ 0,3 mg/m3 Hygienisch unbedenklich

2 > 0,3-1 mg/m3

Hygienisch noch unbedenklich, sofern keine Richtwertüberschreitungen für Einzelstoffe bzw. Stoffgruppen vorliegen

3 >1-3 mg/m3 Hygienisch auffällig

4 >3-10 mg/m3 Hygienisch bedenklich

5 >10 mg/m3 Hygienisch inakzeptabel


29

2.1.1 Zusammenfassung Auslegung der Luftvolumenströme

Zur Ermittlung der notwendigen Außenluftmenge für eine gute

Raumluftqualität in Klassenräumen eignet sich die CO2-Konzentration als

Leitparameter für Innenräume, in denen sich Personen aufhalten, am besten.

Ein Anstieg des CO2–Gehalts in der Luft kann bei gleicher Raumbelegung nur

durch einen Luftaustausch reduziert werden. In den Wintermonaten ist es mit

Hilfe der Fensterlüftung kaum möglich, akzeptable Konzentrationen in

Klassenräumen sicherzustellen. Sowohl normative Vorgaben als auch

gesundheitlich-hygienische Leitwerte bestätigen die seit Pettenkofer bekannten

Anforderungen an die Innenraumluftqualität und geben eine absolute CO2-

Konzentration von < 1000 ppm als Zielwert vor. Die Ad-hoc-Arbeitsgruppe der

Innenraumlufthygienekommission und der Obersten Landesgesundheits-

behörden (Ad-hoc AG IRK/AOLG) empfiehlt die Einhaltung von:

gesundheitlich abgeleiteten Richtwerten

(RW I, Vorsorgerichtwerte)

gesundheitlich-hygienischen Leitwerten

CO2-Leitwert: ≤ 1000 ppm

TVOC-Leitwert: ≤ 1 mg TVOC/m³

(hygienisch noch unbedenklich, sofern keine Richtwertüberschreitungen für

Einzelstoffe bzw. Stoffgruppen vorliegen)

Die Leitwerte gelten für alle dauerhaft genutzten Innenräume. Bei der

Einhaltung der CO2-Konzentration von ≤ 1000 ppm in Innenräumen, in denen

sich mehrere Personen aufhalten, weisen auch andere Schadstoffe in der Regel

gesundheitlich unbedenkliche Konzentrationen auf. Die Begrenzung der

Formaldehydkonzentration ist ausreichend geregelt. Es besteht kein Bedarf,

Formaldehyd als Einzelwert aufzuführen [10].


30

2.2 Thermische Behaglichkeit

Die DIN EN ISO 7730 beschreibt Verfahren zur analytischen Bestimmung und

Interpretation der thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMV- und

des PPD-Indexes und Kriterien der lokalen thermischen Behaglichkeit.

Das Behaglichkeitsempfinden jedes Menschen ist sehr subjektiv und wird von

vielen Faktoren beeinflusst. Zu den Hauptfaktoren der thermischen

Behaglichkeit gehören:

Temperatur (Luft, Umschließungsflächen)

Feuchte

Luftgeschwindigkeit, Turbulenzgrad

Gesamtwärmeabgabe des Menschen (Bekleidung/Tätigkeit)

Thermische Behaglichkeit wird oft als der Zustand definiert, bei dem der

Mensch mit seiner thermischen Umgebung zufrieden ist, sich insgesamt

thermisch neutral fühlt (d.h., dass er nicht weiß, ob ein höherer oder ein

niedrigerer Wert der Umgebungstemperatur vorzuziehen ist) [3]. Laut DIN EN

ISO 7730 heißt es: „Das menschliche Wärmeempfinden hängt im Wesentlichen

vom thermischen Gleichgewicht (Wärmebilanz) des Körpers als Ganzem ab.

Dieses Gleichgewicht wird durch körperliche Tätigkeit und Bekleidung sowie

durch die Parameter des Umgebungsklimas, das sind Lufttemperatur, mittlere

Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte, beeinflusst. Sofern

diese Faktoren geschätzt oder gemessen wurden, kann das Wärmeempfinden

für den Körper als Ganzes vorausgesagt werden, indem das vorausgesagte

mittlere Votum (predicted mean vote, PMV) berechnet wird [4].“ Zur

Abschätzung der thermischen Unbehaglichkeit oder Unzufriedenheit wird aus

dem PMV der PPD-Wert (predicted percentage of dissatisfied) berechnet.

Der PPD-Wert ist der vorausgesagte Prozentsatz an unzufriedenen Personen

bezogen auf ein bestimmtes Umgebungsklima.

Die DIN EN 15251 gibt Empfehlungen für das thermische Raumklima, welche

für die Kategorien (I-IV) Grenzwerte für PMV und PPD beinhalten (Tabelle 10).


31

Tabelle 10: Beispiele empfohlener Kategorien für die Auslegung maschinell

geheizter und gekühlter Gebäude [6]

Der PMV-PPD-Index berücksichtigt den Einfluss folgender thermischer

Parameter (Bekleidung, Aktivität, Lufttemperatur, mittlere Strahlungs-

temperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte) und kann direkt als Kriterium

verwendet werden [6]. Die Kategorie II gilt als Basis für die Planung und

Auslegung.

In Tabelle 11 sind Beispiele für die Anforderungen an die operative Temperatur

und maximale mittlere Luftgeschwindigkeit für unterschiedliche

Umgebungskategorien und Raumarten dargestellt.

Kategorie

Thermischer Zustand des Körpers insgesamt

PPD

% Vorausgesagtes mittleres

Votum (PMV)

I < 6 –0,2 < PMV < +0,2

II

< 10 -0,5 < PMV < +0,5

III < 15 -0,7 < PMV < +0,7

IV > 15 PMV < -0,7 oder +0,7 < PMV


32

Tabelle 11: Beispiele für Gestaltungskriterien für Räume in unterschiedlichen

Gebäudetypen [4]

Die Kategorieneinteilung der ISO 7730 wird der Nomenklatur der EN 15251

zugeordnet, sodass die Klassenbezeichnungen A, B und C der ISO 7730 den

Kategorien I, II und III der EN 15251 entsprechen [6]. DIN EN 15251

empfiehlt für den Neubau und sanierte Bestandsgebäude die Kategorie II als

Basis für die Planung und Auslegung. Abweichende Einstufungen müssen mit

dem Bauherrn vereinbart werden [6].

Gebäude-/ Raumtyp

Aktivität

Wm-2

Kategorie

Operative Temperatur °C

Maximale mittlere Luftgeschwindigkeita

m/s

Sommer (Kühlungs-

periode)

Winter (Heizperiode)

Sommer (Kühlungs-

periode)


Einzelbüro Bürolandschaft Konferenzraum Auditorium Cafeteria/ Restaurant Klassenraum

70

A

24,5 1,0

22,0 1,0

0,12

0,10

B

24,5 1,5

22,0 2,0

0,19

0,16

C

24,5 2,5

22,0 3,0

0,24

0,21b

Kindergarten

81

A 23,5 1,0 20,0 1,0 0,11 0,10b

B 23,5 2,0 20,0 2,5 0,18 0,15b

C 23,5 2,5 22,0 3,5 0,23 0,19b

a Die maximale mittlere Luftgeschwindigkeit beruht auf einem Turbulenzgrad von 40 % und einer Lufttemperatur, die gleich der operativen Temperatur nach 6.2 und Bild A.2 ist. Für den Sommer und Winter wird eine relative Luftfeuchte von 60 % bzw. 40 % angewendet. Zur Bestimmung der maximalen mittleren Luftgeschwindigkeit wird sowohl im Sommer als auch im Winter die niedrigere Temperatur des Bereichs gewählt.

b Unter einem Grenzwert von 20 °C


33

2.2.1 Raumlufttemperatur


Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur,

Licht und Akustik

Für die Festlegung der Raumlufttemperatur gibt die DIN EN 15251 folgende

Empfehlung: “In den meisten Fällen kann die mittlere Raumlufttemperatur als

Auslegungstemperatur verwendet werden, falls jedoch die Temperaturen von

großen Raumoberflächen signifikant von der Lufttemperatur abweichen, sollte

die operative Temperatur verwendet werden [6]. In Tabelle 12 sind Beispiele

für empfohlene Werte der Innenraumtemperatur in Klassenräumen für die

Auslegung von Gebäuden und RLT-Anlagen dargestellt.

Tabelle 12: Empfohlene Auslegungswerte für die operative Temperatur [6]

Unter der Beachtung der Parameter für die Bekleidung und Aktivität, liegt die

Auslegungstemperatur für Klassenräume laut DIN EN 15251 bei 20 °C

(Mindestwert für Heizperiode). Der Höchstwert für die Kühlperiode

beträgt 26 °C.

Gebäude- bzw. Raumtyp

Kategorie

Operative Temperatur °C

Mindestwert für Heizperiode

(Winter), ~ 1,0 clo

Höchstwert für Kühlperiode

(Sommer), ~ 0,5 clo

Klassenraum

Sitzend ~1,2 met

I 21,0 25,0

II 20,0 26,0

III 19,0 27,0


34

DIN EN 13779 Lüftung von Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen und

Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme

Die DIN EN 13779 enthält keine Auslegungswerte für die Raumlufttemperatur,

verweist jedoch auf die schon erwähnte DIN EN 15251. Die operative

Temperatur wird nach DIN EN 13779 wie folgt berechnet:

𝜃0 = 𝜃𝑎+𝜃𝑟

2 (3)

𝜃0 die operative Temperatur am betrachteten Ort °𝐶

𝜃𝑎 die Raumtemperatur °𝐶

𝜃𝑟 die mittlere Strahlungstemperatur aller Oberflächen

(Wände, Fußboden, Decke, Fenster, Heizkörper usw.)

bezogen auf den betrachteten Ort im Raum

°𝐶

Laut DIN EN 13779 heißt es: “Wenn nicht anders vereinbart, muss die

festgelegte operative Temperatur für einen Bereich in der Mitte des Raumes

bei einer Höhe von 0,6 m über dem Boden gelten [5].“

Technische Regeln für Arbeitsstätten ASR A3.5 Raumtemperatur

Die Technischen Regeln für Arbeitsstätten (ASR) konkretisieren die

Forderungen der Arbeitsstättenverordnung (ArbStättV) und geben den Stand

der Technik, Arbeitsmedizin und Arbeitshygiene sowie sonstige gesicherte

arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse für das Einrichten und Betreiben von

Arbeitsstätten wieder [16].

Die Arbeitsstättenregel (ASR A3.5 Raumtemperaturen) beschreibt die

Raumtemperatur in Abhängigkeit von der Arbeitsschwere und Körperhaltung.

Die Mindestwerte für die Raumtemperatur sind in Tabelle 13 dargestellt.


35

Tabelle 13: Mindestwerte der Lufttemperatur in Arbeitsräumen [16]

Die Arbeitsschwere ist in der ASR A3.5 wie folgt definiert:

Tabelle 14: Arbeitsschwere nach ASR A3.5 [16]

Gemäß der Definition, ist die körperliche und geistige Beanspruchung der

Schüler und des Lehrpersonals in Schulen eher einer leichten und sitzenden

Tätigkeit zuzuordnen. Demnach soll der Mindestwert der Raumlufttemperatur

in Klassenräumen 20 °C betragen. Der Höchstwert der Raumlufttemperatur soll

26 °C nicht überschreiten [16].

Für weitere Räume gelten gemäß ASR A3.5 folgende Lufttemperaturen: „In

Pausen-, Bereitschafts-, Sanitär-, Kantinen- und Erste-Hilfe-Räumen muss

während der Nutzungsdauer eine Lufttemperatur von mindestens +21 °C

herrschen; in Toilettenräumen darf die Lufttemperatur durch Lüftungsvorgänge,

die durch die Benutzer ausgelöst werden, kurzzeitig unterschritten

werden [16].“

Überwiegende Körperhaltung

Arbeitsschwere

leicht

mittel

schwer

Sitzen

+20 °C

+19 °C

-

Stehen, Gehen

+19 °C

+17 °C

+12 °C

Arbeitsschwere

Beispiele

leicht

leichte Hand-/Armarbeit bei ruhigem Sitzen bzw. Stehen

verbunden mit gelegentlichem Gehen

mittel

mittelschwere Hand-/Arm- oder Beinarbeit im Sitzen, Gehen

oder Stehen

schwer

schwere Hand-/Arm-, Bein- und Rumpfarbeit im Gehen oder

Stehen


36

Übermäßige Sonneneinstrahlung

Im Falle einer übermäßigen Sonneneinstrahlung durch Fenster, Oberlichter und

Glaswände kann es schnell zu einer Erhöhung der Raumtemperatur über

+26 °C kommen. Diese Bauteile sind mit geeigneten Sonnenschutzsystemen

auszurüsten. Störende direkte Sonneneinstrahlung auf den Arbeitsplatz ist zu

vermeiden [16]. In Tabelle 15 sind Beispiele aus der ASR A3.5 für

Sonnenschutzsysteme dargestellt.

Tabelle 15: Gestaltungsbeispiele für Sonnenschutzsysteme [16]

Ein effizienter Sonnenschutz erfolgt durch automatisch und motorisch

betriebene Außenjalousien, die vor der morgendlichen Sonneneinstrahlung

schließen. Die Automatik hat ein hochfahren der Jalousien bei stärkerem Wind

(Steuerung über Anemometer) zu veranlassen. Zur Vermeidung des Einsatzes

von Kunstlicht müssen sich die Lamellen optimal einstellen lassen.

Bei der Gestaltung von Sonnenschutzsystemen sind die Ausrichtung der

Arbeitsräume und die jeweiligen Fensterflächenanteile zu beachten. Außerdem

können z. B. Vordächer, Balkone, feststehende Lamellen oder Bepflanzungen

einen wirkungsvollen Sonnenschutz bieten [16].

Wenn die Außenlufttemperatur über +26 °C liegt und unter der Voraussetzung,

dass geeignete Sonnenschutzmaßnahmen nach Tabelle 15 verwendet werden,

sollen beim Überschreiten einer Lufttemperatur im Raum von +26 °C

Gestaltungsbeispiele für Sonnenschutzsysteme

a)

Sonnenschutzvorrichtungen, die das Fenster von außen beschatten

(z. B. Jalousien oder hinterlüftete Markisen)

b)

im Zwischenraum der Verglasung angeordnete reflektierende Vorrichtungen

c)

innenliegende hochreflektierende oder helle Sonnenschutzvorrichtungen

d)

Sonnenschutzverglasungen (innerhalb eines

Sonnenschutzsystems, Blendschutz und Lichtfarbe sind zu

beachten)


37

zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden [16]. Beispielhafte Maßnahmen sind

in Tabelle 16 aufgeführt.

Tabelle 16: Beispielhafte Maßnahmen [16]

Bei Überschreitung der Lufttemperatur im Raum von +35 °C ist der Raum für

die Zeit der Überschreitung ohne technische Maßnahmen, organisatorische

Maßnahmen, persönliche Schutzausrüstungen wie bei Hitzearbeit, nicht als

Arbeitsraum geeignet [16].

DIN EN 12831 Heizungsanlagen in Gebäuden Verfahren zur Berechnung der

Norm-Heizlast

Die Norm zur Berechnung der Norm-Heizlast empfiehlt für die

Unterrichtsräume eine Auslegungstemperatur von 20 °C. Außerdem sind in der

DIN EN 12831 Norminnentemperaturen für andere Raumarten enthalten (z.B.

Büroräume, Flur etc.).

Beispielhafte Maßnahmen

a)

effektive Steuerung des Sonnenschutzes (z. B. Jalousien auch nach

Arbeitszeit geschlossen halten)

b)

effektive Steuerung der Lüftungseinrichtungen (z. B. Nachtauskühlung)

c)

Reduzierung der inneren thermischen Lasten (z. B. elektrische Geräte nur bei Bedarf betreiben)

d)

Lüftung in den frühen Morgenstunden

e)

Nutzung von Gleitzeitregelungen zur Arbeitszeitverlagerung

f)

Lockerung der Bekleidungsregelungen

g)

Bereitstellung geeigneter Getränke (z. B. Trinkwasser)


38

2.2.2 Zusammenfassung Raumlufttemperatur

Zusammenfassend gilt für die Auslegung der Innentemperatur in

Klassenräumen in der Heizperiode die normative Empfehlung von mindestens

20 °C . Die optimale operative Temperatur gemäß den Behaglichkeits-

anforderungen beträgt in der Heizperiode 22,0 ± 2,0 °C, in der Kühlperiode

24,5 ± 1,5 °C. Zur Vermeidung einer schnellen Erwärmung von Innenräumen

aufgrund übermäßiger Sonneneinstrahlung und bei Außenlufttemperaturen

über 26 °C sind Sonnenschutzsysteme unerlässlich. Geeignete Maßnahmen

sind in der ASR A3.5 beschrieben.


39

2.2.3 Relative Luftfeuchte

Die relative Luftfeuchte beeinflusst die Wärmetransportvorgänge an der

Oberfläche der menschlichen Haut und ist einer der Hauptfaktoren für das

menschliche Behaglichkeitsempfinden. In der Praxis wird auf eine Befeuchtung

der Raumluft in Schulgebäuden verzichtet. Laut DIN EN 15251 ist eine Be-

oder Entfeuchtung nur in besonderen Gebäuden wie Museen, in einigen

Gesundheitseinrichtungen, in der Prozesssteuerungs- und Papierindustrie usw.

erforderlich [6].



Licht und Akustik

Für die Dimensionierung von Be- und Entfeuchtung im Hinblick auf das

Behaglichkeitsempfinden des Menschen gibt die DIN EN 15251 folgende

Empfehlungen.

Tabelle 17: Beispiel für empfohlene Auslegungskriterien für die Feuchte in

Aufenthaltsbereichen bei installierten Be- und

Entfeuchtungsanlagen [6]

Für die ausgewiesenen Aufenthaltszonen gilt laut DIN EN 15251 der obere

Grenzwert von 65 % relativer Feuchte [6]. Zum unteren Grenzwert macht die

DIN EN 15251 keine eindeutigen Angaben gibt jedoch einen Hinweis, dass

unter 30 % relativer Feuchte gesundheitliche Beeinträchtigungen (z. B.

trockene Schleimhäute) und störende, statische Aufladungen auftreten

können [6]. Erhöhte Infektionsgefahr als Folge trockener Luft in Innenräumen

Art des Gebäudes bzw.

RaumesKategorie

Auslegungswert der

relativen Feuchte für

Entfeuchtung, in %

Auslegungswert der

relativen Feuchte für

Befeuchtung, in %

I 50 30

II 60 25

III 70 20

IV > 70 < 20

Räume, in denen die Feuchte-

kriterien durch die Belegung

durch Personen bestimmt

werden. Besondere Räume

(Museen, Kirchen usw.) können

andere Grenzen erfordern


40

ist laut Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) noch nicht

endgültig wissenschaftlich geklärt [39].

Technische Regeln für Arbeitsstätten ASR A3.6 Lüftung

Die ASR A3.6 gibt folgende maximale Feuchtelasten in Arbeitsräumen in

Abhängigkeit von der Temperatur an: „Fallen betriebstechnisch oder

arbeitsbedingt Feuchtelasten im Arbeitsraum an, dürfen aus physiologischen

Gründen die Werte nach Tabelle 18 nicht überschritten werden.

Tabelle 18: Maximale relative Luftfeuchtigkeit nach ASR A3.6 [17]

Witterungsbedingte Schwankungen bleiben laut ASR A3.6 unberücksichtigt.

Zur minimalen Grenze der relativen Feuchte sind in der ASR A3.6 keine

Angaben enthalten. Gemäß ASR A3.6 braucht die Raumluft nicht befeuchtet zu

werden. Für den Fall, dass Beschwerden auftreten, ist im Rahmen der

Gefährdungsbeurteilung zu prüfen, ob und ggf. welche Maßnahmen zu

ergreifen sind [11].

Lufttemperatur

relative Luftfeuchtigkeit

+20 °C

80 %

+22 °C

70 %

+24 °C

62 %

+26 °C

55 %


41

2.2.4 Zusammenfassung relative Luftfeuchte

Die relative Feuchte ist eines der Hauptkriterien, welches das

Behaglichkeitsempfinden des Menschen beeinflusst. Der optimale Bereich für

die relative Feuchte in Innenräumen liegt zwischen 30 % und 65 % [6]. Ohne

technische Einrichtungen lässt sich dieser Bereich zu bestimmten Jahreszeiten

und Wetterbedingungen nicht realisieren. In der Praxis wird in Schulgebäuden

auf eine maschinelle Befeuchtung im Winter bzw. Entfeuchtung im Sommer

verzichtet. ASR A3.6 gibt maximale Feuchtelasten in Abhängigkeit von der

Temperatur, die nicht überschritten werden dürfen, an. Zur minimalen Grenze

der relativen Feuchte macht ASR A3.6 keine Angaben und weist darauf hin,

dass die Raumluft üblicherweise nicht befeuchtet werden muss.

2.2.5 Luftgeschwindigkeiten (Behaglichkeit)

Die Luftgeschwindigkeit in einem Raum beeinflusst den konvektiven

Wärmeaustausch zwischen einer Person und der Umgebung. Dadurch wird die

allgemeine körperliche thermische Behaglichkeit (Wärmeverlust) beeinflusst,

die durch PMV und PPD angegeben wird, sowie die lokale thermische

Unbehaglichkeit auf Grund von Zugluft. Es gibt keine Mindestluft-

geschwindigkeit, die für die thermische Behaglichkeit erforderlich ist. Eine

erhöhte Luftgeschwindigkeit kann genutzt werden, um das Wärmeempfinden

durch eine erhöhte Temperatur auszugleichen [4]. Andererseits können hohe

Luftgeschwindigkeiten Beeinträchtigungen durch Zugluft verursachen. Für die

Kategorien des Umgebungsklimas nach DIN EN ISO 7730 gibt es zusätzlich zu

den PMV- und PPD-Werten eine prozentuale Angabe zu der durch Zugluft

verursachten Beeinträchtigung. Die Beeinträchtigung durch Zugluft wird als

draught rating (DR) bezeichnet. Weitere Informationen zur Berechnung sind in

der DIN ES ISO 7730 zu finden.

In Tabelle 19 sind die Grenzwerte der Kategorien zur Beurteilung des

Umgebungsklimas dargestellt. Zusätzlich zu den PPD- und PMV-Werten enthält

die Tabelle Beurteilungskriterien für die lokale Unbehaglichkeit (DR und PD).


42

Tabelle 19: Drei Kategorien des Umgebungsklimas [4]

Jede Kategorie schreibt einen maximalen Prozentsatz an Unzufriedenen für den

gesamten Körper (PPD) und für unterschiedliche Arten der lokalen

Unbehaglichkeit (PD) vor. Der DR-Wert gibt den maximalen Prozentsatz an

Menschen an, die sich durch Zugluft beeinträchtigt fühlen [4]. Die maximalen

mittleren Luftgeschwindigkeiten, nach Kategorien unterteilt, sind in der

Tabelle 20 dargestellt.

Tabelle 20: Maximale mittlere Luftgeschwindigkeiten [4]

Laut DIN EN ISO 7730 ist die höchstzulässige mittlere Luftgeschwindigkeit eine

Funktion der lokalen Lufttemperatur und des Turbulenzgrades. Der

Turbulenzgrad darf in Räumen mit Mischstrom-Luftverteilung von 30 % bis 60 %

schwanken. In Räumen mit Verdrängungslüftung oder ohne maschinelle

Lüftung darf der Turbulenzgrad geringer sein [4].

Kategorie

Thermischer Zustand des Körpers insgesamt

Lokale Unbehaglichkeit

PPD

%

PMV

DR %

PD %

Vertikaler Lufttemperatur-

unterschied

warmer oder kalter Fußboden

asymmetrische Strahlung

A < 6 0,2 < PMV < + 0,2 < 10 < 3 < 10 < 5

B < 10 0,5 < PMV < + 0,5 < 20 < 5 < 10 < 5

C < 15 0,7 < PMV < + 0,7 < 30 < 10 < 15 < 10

Gebäude-/ Raumtyp

Aktivität

Wm-2

Kategorie

Maximale mittlere Luftgeschwindigkeita

m/s

Sommer (Kühlungs-

periode)


Einzelbüro Bürolandschaft Konferenzraum Auditorium Cafeteria/ Restaurant Klassenraum

70

A

0,12

0,10

B

0,19

0,16

C

0,24

0,21b


43

Technische Regeln für Arbeitsstätten ASR A3.6 Lüftung

Im Folgenden die Forderungen der ASR A3.6 in Bezug auf die

Raumluftgeschwindigkeit:

(1) In den Aufenthaltsbereichen darf keine unzumutbare Zugluft auftreten.

(2) Zugluft ist vorwiegend von der Lufttemperatur, der Luftgeschwindigkeit,

dem Turbulenzgrad und der Art der Tätigkeit (d. h. Wärmeerzeugung durch

körperliche Arbeit) abhängig. Bei einer Lufttemperatur von +20 °C, einem

Turbulenzgrad von 40 % und einer mittleren Luftgeschwindigkeit unter

0,15 m/s tritt bei leichter Arbeitsschwere üblicherweise keine unzumutbare

Zugluft auf. Bei größerer körperlicher Aktivität, anderen Lufttemperaturen

oder anderen Turbulenzgraden kann der Wert für die mittlere

Luftgeschwindigkeit abweichen und ist im Rahmen der Gefährdungs-

beurteilung zu bewerten.

2.2.6 Zusammenfassung Luftgeschwindigkeit (Behaglichkeit)

Die Luftgeschwindigkeit lokal am Arbeitsplatz kann das Behaglichkeits-

empfinden des Menschen stark beeinflussen. Bei erhöhten Temperaturen kann

eine höhere Luftgeschwindigkeit dazu genutzt werden, das Wärmeempfinden

des Menschen auszugleichen. Bei niedrigeren Temperaturen verursachen

dieselben Luftgeschwindigkeiten Zugerscheinungen. Die mittlere lokale

Luftgeschwindigkeit kann deswegen nur als Funktion der lokalen

Lufttemperatur und des Turbulenzgrades betrachtet werden. Richtwerte sind in

der DIN EN ISO 7730 zu finden. So beträgt die maximale mittlere

Luftgeschwindigkeit im Sommer für Klassenräume in der Kategorie B im

Sommer (Kühlperiode) 0,19 m/s, im Winter (Heizperiode) 0,16 m/s.

Entscheidend für den Turbulenzgrad ist die Lüftungsart bzw. Strömungsart und

die Geschwindigkeit mit der die Luft in die Räume eingebracht wird. In Räumen

mit Verdrängungslüftung oder ohne maschinelle Lüftung ist der Turbulenzgrad

deutlich geringer im Vergleich zu der Mischstrom-Luftverteilung. Unabhängig


44

davon auf welche Weise die Luft in den Raum eingebracht wird, darf im

Aufenthaltsbereich keine unzumutbare Zugluft auftreten (ASR A3.6) [11]. Beim

Lüften über Fenster im Winter ist es aufgrund hoher Temperaturunterschiede

nicht möglich, dauerhaft zugluftfreie Verhältnisse sicherzustellen.

2.3 Akustische Grenzwerte

In Räumen, die maschinell belüftet oder entlüftet werden, können

Lärmbelästigungen durch die RLT-Anlage auftreten. Nationale Regelungen und

Normen enthalten zulässige Höchstwerte für den Schalldruckpegel, die als

Richtwert bei der Planung und Auslegung Raumlufttechnischer Anlagen

einzuhalten sind.



Die DIN EN 13779 schreibt folgendes vor: “Die Anlage ist so auszulegen, dass

die Anforderungen und festgelegten maximalen Zielwerte des

Schalldruckpegels im Raum eingehalten werden. Bei der Auslegung sind

sämtliche Geräuschquellen, auch benachbarte Räume, und die Schallabnahme

innerhalb der Anlage zu berücksichtigen [5].“ In Tabelle 21 sind Standardwerte

dargestellt. Laut DIN EN 13779: “Die Werte können überschritten werden,

wenn die sich im Raum aufhaltende Person den Betrieb der Anlage

beeinflussen kann. Zum Beispiel kann ein Klimagerät für einen Raum einen

höheren Schalldruckpegel erzeugen, wenn sein Betrieb von der sich im Raum

aufhaltenden Person geschaltet wird, jedoch sollte auch in diesem Fall ein

Überschreiten der Auslegungswerte des Schalldruckpegels eingeschränkt

werden, zum Beispiel auf 10 dB(A) [5].“


45

Tabelle 21: A-bewerteter Auslegungsschalldruckpegel nach DIN EN 13779 [5]



Licht und Akustik

Die DIN EN 15251 enthält weitere Vorgaben zum Schalldruckpegel und schreibt

folgendes vor: “Bei der Lüftungsauslegung sind die erforderlichen Schallpegel

in den Auslegungsunterlagen auf der Grundlage von nationalen Anforderungen

oder unter Anwendung der in dieser Norm aufgeführten Werte anzugeben. Der

von der HLK-Anlage ausgehende Schall kann die Nutzer stören und verhindern,

dass der Raum oder das Gebäude bestimmungsgemäß genutzt werden kann.

Der Schallpegel in einem Raum lässt sich mit Hilfe des A-bewerteten

äquivalenten Schalldruckpegels bewerten [6].“ In Tabelle 22 sind Kriterien des

Innenlärmpegels für einige Räume und Gebäude zusammengefasst.

Gebäude-/Raumart Empfohlener Bereich

Schalldruck dB(A)

Klassenraum, Kindergarten 35 – 45


46

Tabelle 22:*A-bewerteter Auslegungsschalldruckpegel nach DIN EN15251 [6]

Die Überschreitung der vorgegebenen Höchstwerte ist möglich, wenn das

Raumklimagerät vom Nutzer gesteuert wird, doch selbst in diesem Falle sollte

der Anstieg des Schalldruckpegels über die in Tabelle 22 angegebenen Werte

auf 5 dB(A) bis 10 dB(A) begrenzt werden [6]. Vollständige Tabelle kann der

DIN EN 15251 entnommen werden.

ANMERKUNG: Mit dem A-bewerteten Schalldruckpegel wird die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres

mit Hilfe von unterschiedlichen Filtern simuliert. Dabei werden Schalldrücke in den verschiedenen

Frequenzbereichen unterschiedlich bewertet. Die gemessene Schalldruckpegel wird in dB(A) angegeben und

ist im ganzen Schallpegelbereich gültig [3].

VDI 2081 Blatt 1:2001-07 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in

Raumlufttechnischen Anlagen

Die VDI 2081 befasst sich mit den Geräuschquellen, die durch Raumluft-

technische Anlagen verursacht werden und gibt Empfehlungen zur Minderung

des Schalldruckpegels. In der folgenden Tabelle sind Richtwerte für

Schalldruckpegel der RLT Anlagen sowie die mittlere Nachhallzeit für

Unterrichtsräume dargestellt.

Gebäude

Art des Raums

Schalldruckpegel dB(A)

Typischer Bereich Standard-Auslegungswert

Schulen Klassenräume

Flure

Turnhallen

Lehrerzimmer

30 bis 40

35 bis 50

35 bis 45

30 bis 40

35

40

40

35

Sport Überdachte Sportstadien

Schwimmhallen

35 bis 50

40 bis 50

45

45

Allgemein Toiletten

Umkleidekabinen

40 bis 50

40 bis 50

45

45


47

Tabelle 23: Richtwerte für Schalldruckpegel der RLT-Anlagen und mittlere

Nachhallzeiten [26]

Die durch „x“ gekennzeichneten Raumarten gehören gemäß DIN 4109 zu den „schutzbedürftigen Räumen“.

Die vollständige Tabelle kann in der VDI 2081 eingesehen werden.

2.3.1 Zusammenfassung akustische Grenzwerte

In den nationalen Normen sind Höchstwerte für Schalldruckpegel für vielfältige

Räume und Gebäude definiert. Die DIN EN 15251 unterscheidet bei Schulen

zusätzlich noch nach Art des Raumes (Klassenräume, Flure, Turnhallen,

Lehrerzimmer). Für Klassenräume gilt als Standardauslegungswert 35 dB(A).

Der Höchstwert von 45 dB(A) gemäß DIN EN 13779 darf nicht überschritten

werden. Nach DIN EN 15251 liegt der Höchstwert bei 40 dB(A). Die VDI 2081

empfiehlt 35 dB(A) für hohe Anforderungen bis max. 40 dB(A)bei niedrigen

Anforderungen. Die Empfehlung in Bezug auf die Nachhallzeit liegt laut VDI

2081 bei 1 Sekunde. Für Klassenräume ist es empfehlenswert, den Schallpegel

nach hohen Anforderungen auszulegen und 35 dB(A) nicht zu überschreiten.

Raumart Beispiel A-Schalldruckpegel

in dB *)

Anforderungen

Mittlere

Nachhallzeit

in s (aus Literatur und

Messungen) hoch niedrig

Unterrichtsräume × Klassen- und Seminarraum

× Hörsaal 35

35 40

40 1,0

1,0


48

2.4 Regelung von RLT-Anlagen

In Bezug auf Regelung und Überwachung raumlufttechnischer Anlagen in

Nichtwohngebäuden empfiehlt die DIN EN 13779 folgendes: „Jede Lüftungs-

und Klimaanlage oder jedes Raumkühlsystem erfordert einen geeigneten

Betrieb und eine angemessene Instandhaltung, sodass die erwünschten

Konditionen im Raum sichergestellt sind, ein energieeffizienter Betrieb in allen

Situationen gesichert ist, Emissionen aus der Lüftungsanlage in den Raum

vermieden werden, im Allgemeinen eine gute Raumluftqualität vorhanden ist

und Schäden sowie vorzeitiges Versagen der Anlage verhindert werden. Es

wird empfohlen, ein Pflichtenheft für Betrieb, Wartung und Instandhaltung zu

erstellen, das eine Beschreibung der Regelungsart und der Wartungs- und

Instandhaltungsmaßnahmen sowie die Zeitabstände und Zuständigkeiten

enthält (siehe auch EN 15240 und EN 15239) [5].“

In Bezug auf Wartung, Betrieb und Instandhaltung sind Anforderungen der VDI

6022 zu beachten: „Ziel der Richtlinie ist eine ganzheitliche Formulierung von

hygienisch begründeten baulichen, technischen und organisatorischen

Anforderungen hinsichtlich der Planung, der Fertigung, der Ausführung, des

Betreibens und der Instandhaltung von Raumlufttechnischen Anlagen.

Die VDI 6022 verweist für die Organisation des Betreibens auf die

Richtlinienreihe VDI 3810, für die Durchführung der maschinellen Wartung auf

das Einheitsblatt VDMA 24186 sowie auf die Hinweise zur Instand-

haltungsplanung in der VDI 6023 Blatt 1.


49



Allgemeine Anforderungen an die Regelung und Überwachung

In DIN EN 13779 heißt es: “Das Verfahren zur Regelung und Überwachung

sämtlicher Systeme ist festzulegen. Bei einigen Anwendungen ist es sinnvoll,

für das erste Jahr (die ersten Jahre) des Betriebs und die Zeit danach

unterschiedliche Verfahren festzulegen. Im Rahmen der Überwachung des

Energieverbrauchs muss eine regelmäßige Überprüfung des Energieverbrauchs

von wichtigen einzelnen Systemen sowie des Gebäudes insgesamt möglich sein.

Daher sind bereits in einer frühen Projektphase ein Messkonzept festzulegen

und die erforderlichen Messgeräte zu installieren. Bei Änderungen der Nutzung

und der Anforderungen sollte eine Anpassung der Anlage vorgenommen

werden [5].“

In Tabelle 24 sind mögliche Regelungsarten der Raumluftqualität dargestellt.

Tabelle 24: Mögliche Arten der Regelung der Raumluftqualität [5]

Kategorie Beschreibung

IDA – C1 Die Anlage läuft konstant.

IDA – C2 Manuelle Regelung (Steuerung)

Die Anlage unterliegt einer manuellen Schaltung.

IDA – C3 Zeitabhängige Regelung (Steuerung)

Die Anlage wird nach einem vorgegebenen Zeitplan betrieben.

IDA – C4 Belegungsabhängige Regelung (Steuerung)

Die Anlage wird abhängig von der Anwesenheit von Personen betrieben (Lichtschalter, Infrarotsensoren usw.).

IDA – C5 Bedarfsabhängige Regelung (Anzahl der Personen)

Die Anlage wird abhängig von der Anzahl der im Raum anwesenden Personen betrieben.

IDA – C6 Bedarfsabhängige Regelung (Gassensoren)

Die Anlage wird durch Sensoren geregelt, die Raumluftparameter oder angepasste Kriterien messen (z. B. CO2-, Mischgas- oder VOC-Sensoren). Die angewendeten

Parameter müssen an die Art der im Raum ausgeübten Tätigkeit angepasst sein.


50

Ferner schreibt die DIN EN 13779: „Bessere Effizienz lässt sich im Allgemeinen

durch Anwendung einer vorausschauenden Regelung erreichen. Bei der

Regelung ist der Zeitfaktor zu berücksichtigen. Für die Klassen IDA C5 und C6

sind veränderbare Luftvolumenströme vorzusehen. Wenn der variierbare

Bereich der Luftvolumenströme große Druckschwankungen hervorrufen kann,

sollte dies durch Verwendung eines Systems zur Druckregelung oder durch

eine entsprechende Regelung des Luftvolumenstroms berücksichtigt werden.

Das thermische Umgebungsklima in einem Raum kann entweder durch die

Lüftungsanlage allein oder in Verbindung mit anderen Einrichtungen, wie Kühl-

/Heizdecken, -böden usw. geregelt werden [5].“

Bedarfsgeregelte Lüftung

Laut DIN EN 13779 gilt: „Die praktische Erfahrung zeigt, dass mit einem

bedarfsgerechten Betrieb der Energieverbrauch einer Lüftungsanlage oft

wesentlich reduziert werden kann. Bei wechselndem Bedarf kann die

Lüftungsanlage so betrieben werden, dass bestimmte Kriterien im Raum erfüllt

werden. In Räumen, die von Personen genutzt werden, können für eine

Regelung der Lüftung entsprechend dem tatsächlichen Bedarf folgende

Sensoren angewendet werden:

Bewegungssensoren;

Zählsensoren;

CO2-Sensoren (werden hauptsächlich in Räumen mit Rauchverbot

verwendet);

Mischgas-Sensoren (werden auch in Räumen mit Raucherlaubnis

verwendet);

Infrarotsensoren

In Räumen mit bekannten Emissionen kann die Konzentration der wichtigsten

Verunreinigung als Eingangssignal verwendet werden [5].“


51

2.4.1 Zusammenfassung Regelung von RLT-Anlagen

Die Regelung soll eine gute Innenraumluftqualität sicherstellen und gleichzeitig

energieeffizient sein. In der Praxis hat sich der bedarfsgeregelte Betrieb als

sinnvoll und energieeffizient erwiesen. In Räumen mit bekannten Emissionen

kann die Konzentration der wichtigsten Verunreinigung als Eingangssignal

verwendet werden. Für Klassenräume ist es empfehlenswert, die

CO2-Konzentration als Regelparameter für eine bedarfsgerechte Regelung zu

verwenden. Allgemein gilt, dass eine bessere Effizienz mit vorausschauender

Regelung erreicht werden kann. Vor Unterrichtsbeginn ist eine einstündige

Spülung der Räume mit einem einfachen Luftwechsel sicherzustellen.


52

2.5 Planung und Betrieb von RLT-Anlagen

Die DIN EN 13779 gibt Empfehlungen wie die Planung von

Raumlufttechnischen Anlagen vom Beginn bis zur Aufnahme des normalen

Betriebes durchzuführen ist.

Der Verlauf der Projektierung ist durch folgende Schritte gekennzeichnet,

entnommen aus [5]:

a) Beginn des Projektes;

b) Festlegung der Auslegungsbedingungen und Anforderungen;

c) Überprüfung bei amtlichen Stellen und auf Einhaltung geltender Vorschriften;

d) Planung;

e) Installation;

f) Überprüfung der Installation;

g) Betriebsbeginn, Funktionsprüfung, Einregulierung, Prüfung mit Erstellen von

Berichten;

h) Erklärung an den Auftraggeber, dass die Installationsarbeiten abgeschlossen

sind;

i) gemeinsame Vollständigkeitsprüfung, Funktionsprüfungen,

Funktionsmessungen und besondere Messungen nach EN 12599;

j) Übergabe der Anlage und der wesentlichen Dokumentation mit Anweisungen

bezüglich Betrieb und Instandhaltung an den Auftraggeber;

k) Betrieb und Instandhaltung;

l) regelmäßige Überprüfung (siehe EN 15240 und EN 15239);

m) Überwachung des Energieverbrauchs durch Buchhaltung oder eine andere

Form der Aufzeichnung.


53

Für die einzelnen Bereiche werden im Anhang C der DIN EN 13779 Checklisten

zur Verfügung gestellt: (im Folgenden werden nur für die Lüftungsanlagen

relevanten Checklisten aufgeführt)

Checkliste für die Planung der Lüftungs- oder Klimaanlage

Die folgende Checkliste sollte vom Architekten und Planer der Lüftungs- oder

Klimaanlage zur Hilfe genommen werden:

a) klare und schriftlich festgelegte Definition der Planungsgrundlagen;

b) bedarfsabhängige Außenluftzufuhr in Fällen von wechselnder Nutzung;

c) korrekte Berechnung der Heiz- und Kühllast als Grundlage für die

Dimensionierung der Anlage;

d) Anwendung realistischer innerer Lasten;

e) direktes Abführen von örtlichen Wärme-, Verunreinigungs- und

Feuchtigkeitslasten;

f) gute Lüftungseffektivität im Raum durch Nutzung von Verdrängungslüftung

oder hochwirksamer Mischlüftung;

g) Nutzung der Möglichkeiten der freien Kühlung;

h) Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung;

i) individueller Betrieb bei individueller Nutzung;

j) Möglichkeiten der Nutzung alternativer Verfahren wie Lufterdregister,

Erdsonden, adiabatische Kühlung;

k) Verwendung von Anlagen auf Wassergrundlage bei abzuführenden

Wärmelasten;

l) Messkonzept zur Überwachung der Funktion und des Energieverbrauchs der

Anlage;

m) Konzept zur Kontrolle und Reinigung der Anlage.


54

Checkliste für die Auslegung einzelner Komponenten

Die folgende Checkliste soll den Installateuren bei der detaillierten Auslegung

der Bauteile helfen:

a) niedriger Energieverbrauch bei der Luftförderung (niedrige Geschwindig-

keiten, kurze Wege, gute aerodynamische Form);

b) gute Wirkungsgrade von Ventilatoren, Antrieben und Motoren unter allen

Bedingungen;

c) optimierte Wärmerückgewinnung;

d) geregelte Befeuchtung oder keine Befeuchtung;

e) geregelte Kühlung oder keine Kühlung;

f) Kaltwassertemperatur so hoch wie möglich;

g) Dämmung von Kältemittel- und Kaltwasserleitungen gegen Kondensation

und Energieverluste;

h) Möglichkeiten der Kontrolle und Reinigung des Luftleitungssystems und der

Bauteile;

i) luftdichte Leitungen und Luftbehandlungseinheiten;

j) optimierte Energieversorgung.


55

Checkliste für die Nutzung der Anlage

Die folgende Checkliste soll hauptsächlich den Eigentümern und Nutzern des

Gebäudes helfen. Diese Liste sollte nach Fertigstellung regelmäßig überprüft

werden; für eine regelmäßige Überprüfung der Anlage nach EN 15240

(Klimaanlagen) und EN 15239 (Lüftungsanlagen) sollte eine entsprechende

Dokumentation bereitgehalten werden.

a) Betrieb mit festgelegten Raumtemperaturen;

b) Betrieb mit festgelegten Raumfeuchten;

c) bedarfsgerechter Betrieb der Anlagen;

d) korrekte Anwendung des Sonnenschutzes im Sommer und im Winter;

e) Minimierung innerer Wärmelasten im Sommer;

f) regelmäßige Kontrollen von Bauteilen (Filter, Antriebe, Sensoren);

g) regelmäßige Kontrolle des Energieverbrauchs;

h) regelmäßige Kontrolle des hygienischen Zustandes der Anlage;

i) Betriebsoptimierung nach den tatsächlichen Bedingungen und Anforderungen.


56

Technische Regel für Arbeitsstäten ASR A3.6 Lüftung

Die Technischen Regeln für Arbeitsstätten ASR A3.6 sagen bezüglich der

raumlufttechnischen Anlagen folgendes aus: „Raumlufttechnische Anlagen

(RLT-Anlagen) zur Lüftung sind erforderlich, wenn eine freie Lüftung nicht

ausreicht [11].“

Die Anforderungen an RLT-Anlagen lauten wie folgt:

1. RLT-Anlagen müssen dem Stand der Technik entsprechen und sind

bestimmungsgemäß zu betreiben.

2. Bei RLT-Anlagen ist die Zuluft (Außenluft/Umluft) vor der Zuführung in die

zu lüftenden Räume entsprechend den Anforderungen hinsichtlich der

Nutzung der Arbeitsstätte durch Luftfilter nach dem Stand der Technik zu

reinigen.

3. Die RLT-Anlage darf nicht selbst zur Gefahrenquelle (z. B. durch

Gefahrstoffe, Bakterien, Schimmelpilze oder Lärm) werden.

In Bezug auf die Luftführung stellt die ASR A3.6 folgende Forderungen auf:

1. Die Zuluft muss so verteilt werden, dass sie frei von unzumutbarer Zugluft

und in ausreichendem Maße in den Aufenthaltsbereich gelangt.

2. Lasten (Stoff-, Feuchte-, Wärmelasten) sind möglichst quellennah zu

erfassen. Natürliche Luftbewegungen (z. B. Thermik an warmen/heißen

Oberflächen) sind zu ermöglichen und sinnvoll auszunutzen.

3. Abluft aus Räumen mit Lasten (Stoff-, Feuchte-, Wärmelasten) darf als

Umluft nur dann genutzt werden, wenn Gesundheitsgefahren und

Belästigungen ausgeschlossen werden können.

4. Abluft aus Sanitärräumen, Raucherräumen und Küchen darf nicht als Zuluft

genutzt werden.

Wartung und Prüfung von RLT-Anlagen

Die im Folgenden dargestellten Forderungen richten sich in erster Linie an den

Arbeitgeber.


57

1. Der Arbeitgeber hat bereits vor dem Errichten oder Anmieten der

Arbeitsstätte zu überprüfen, ob die Forderungen hinsichtlich der Luftqualität,

Außenluftvolumenströme und Raumluftgeschwindigkeiten eingehalten

werden können. Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung nach § 3

ArbStättV ist zu überprüfen, ob die RLT-Anlage wirksam ist und die

Anforderungen erfüllt sind. Dabei sind Prüf- und Wartungsintervalle

festzulegen, die Herstellerangaben sind zu berücksichtigen.

2. Entsprechend § 4 Abs. 3 ArbStättV sind RLT-Anlagen nach den in Absatz 1

festgelegten Intervallen sachgerecht zu warten. Die Wartungsintervalle sind

so festzulegen, dass die

technischen,

hygienischen und

raumlufttechnischen (z. B. Einstellung und Zustand der Luftdurchlässe)

Eigenschaften und der sichere Betrieb der Anlage während der gesamten

Betriebszeit sichergestellt werden.

3. Die Funktionsfähigkeit der RLT-Anlage kann durch Messung, z. B. folgender

Größen, überprüft werden:

Kohlendioxidgehalt unter Nutzungsbedingungen,

Außenluftvolumenstrom,

zulässiger Differenzdruck an Filtern,

Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich,

Schalldruckpegel oder

Temperatur der Zuluft.

In speziellen Fällen können:

Druckgefälle zu benachbarten Räumen oder

Keimzahl der Zuluft

gemessen werden.

4. Der Arbeitgeber muss über die aktuellen Unterlagen der RLT-Anlagen

verfügen oder dazu Zugang haben, aus denen die Ergebnisse der Prüfung


58

bei Inbetriebnahme und insbesondere von Wartung und regelmäßigen

Prüfungen hervorgehen.

VDI 6022 Blatt 1: Raumlufttechnik, Raumluftqualität- Hygieneanforderungen

an Raumlufttechnische Anlagen und Geräte

Die VDI 6022 beschreibt Hygieneanforderungen an Raumlufttechnische

Anlagen und Geräte. Das Ziel dieser Richtlinie umfasst: „eine ganzheitliche

Formulierung von hygienisch begründeten baulichen, technischen und

organisatorischen Anforderungen hinsichtlich der Planung, der Fertigung, der

Ausführung, des Betreibens und der Instandhaltung von Raumlufttechnischen

Anlagen [24].“

Im Folgenden sind einige der wesentlichen Inhaltspunkte zusammengefasst.

Anwendungsbereich

„Die Richtlinienreihe VDI 6022 gilt für alle Räume oder Aufenthaltsbereiche in

Räumen, in denen sich bestimmungsgemäß Personen mehr als 30 Tage pro

Jahr oder regelmäßig länger als zwei Stunden je Tag aufhalten [24].“

gilt für alle Anlagen und Geräte sowie deren Komponenten, die die

Luftqualität beeinflussen

Anforderungen an Planung

„Gesundheitlich zuträgliche Raum- und Atemluft wird weitgehend durch die

hygienegerechte Planung von RLT-Anlagen bestimmt [24].“ Maßgeblich hierfür

sind [24]:

die Wahl der richtigen Luftvolumenströme unter Berücksichtigung der

personen- und stofflastenbezogenen Außenluftvolumenströme auch bei

ungünstigen Außenlufttemperaturen

die Lage der Außenluftdurchlässe

das richtig dimensionierte und platzierte Luftführungssystem

die weitgehende Vermeidung von Leckagen


59

die Möglichkeit der Inspektion und Reinigung nasser oder verschmutzter

luftführender Flächen

die Art der Zuluftzuführung

die Auswahl geeigneter Materialien, Geräte und

Luftaufbereitungsverfahren

die Verhinderung der Bildung feuchter Stellen außerhalb geplanter

Nassbereiche (Luftbefeuchter, Kühler mit Entfeuchtung)

die RLT-Anlage muss im luftführenden Bereich aus Materialien bestehen,

die weder gesundheitsgefährdende Stoffe emittieren noch im

bestimmungsgemäß feuchten Bereich einen Nährboden für Mikro-

organismen bilden können.

Die Materialien, die Oberflächengestaltung und die geometrischen Formen

der Anlagenkomponenten sollen einer Anhaftung und Ablagerung von

Verunreinigungen vorbeugen.

Alle Komponenten müssen für die erforderlichen Inspektions- und

Reinigungsarbeiten zugänglich sein.

Weitere Hinweise sind der VDI 6022 zu entnehmen.

Anforderungen Herstellung und Errichtung

Alle luftführenden Komponenten sind nach Fertigung zu reinigen.

Der Transport und die Lagerung der Komponenten muss

witterungsgeschützt, trocken und sauber erfolgen.

Luftführende Decken, Doppel- und Hohlraumböden müssen vor der

Inbetriebnahme gereinigt werden.

Die Verpackung und der Schutz der Komponenten darf erst unmittelbar

vor der Montage entfernt werden.

Die Sauberkeit der Komponenten ist vor dem Einbau zu prüfen,

gegebenenfalls ist eine gründliche Reinigung vorzunehmen.

Vor und während der Montageunterbrechungen sind die offenen Enden

oder Stellen gegen Eindringen von Baustellenstaub und Feuchtigkeit zu

schützen.


60

Auch nach dem Einbau müssen alle luftführenden Komponenten mit

vertretbarem technischem Aufwand zu inspizieren, zu reinigen und

gegebenenfalls zu desinfizieren sein.


Bei der Planung, Herstellung und Errichtung von dezentralen RLT-Geräten oder

Endgeräten und deren Komponenten gelten die gleichen Hygieneanforderungen

wie bei zentraler RLT-Technik [24]. Zusätzlich bestehen bei dezentralen

Lüftungsanlagen folgende Anforderungen [24]:

Befinden sind die Endgeräte hinter einer Verkleidung (z.B. Brüstung),

innerhalb der abgehängten Decke oder im Doppel- oder Hohlraumboden,

dann muss die Verkleidung so gestaltet sein, dass alle hygienerelevanten

Teile der Endgeräte leicht zugänglich und einzusehen sind.

Waagerechte Öffnungen müssen gegen Hineinfallen von Fremdkörpern

geschützt werden.

Die Oberflächen im Endgerät, in der Brüstung, in der Decke, im

Doppelboden etc., mit denen die Luft in direktem Kontakt ist, müssen die

gleichen Kriterien wie das Luftleitungssystem erfüllen und in gleichem

Maße zu reinigen sein.


Die VDI 6022 stellt eine Checkliste für Hygienekontrollen zur Verfügung. So

heißt es, dass der Ventilator alle 6 Monate auf Verschmutzung, Beschädigung

und Korrosion zu prüfen ist [24]. Die Luftleitungen sind alle 12 Monate auf

Verschmutzung, Korrosion und Wasserniederschlag an zwei bis drei

repräsentativen Stellen zu prüfen [24]. Die Luftfilter der ersten Filterstufe sind

spätestens nach 12 Monaten, die der weiteren Stufen nach 24 Monaten

auszuwechseln. Die maximale Filterstandzeit kann durch eine zusätzliche

Hygienekontrolle der betreffenden Filterstufe jeweils um ein Jahr verlängert

werden, wenn das Schutzziel erreicht wird [24].

Weitere Inhalte der Checkliste sind der VDI 6022 zu entnehmen.


61

Für den hygienegerechten Betrieb und die Instandhaltung der RLT-Anlagen

sind gemäß ArbStättV und Betriebssicherheitsverordnung die Betreiber

verantwortlich [24].

VDI 6026 Blatt 1:2008-05 Dokumentation in der Technischen

Gebäudeausrüstung - Inhalte und Beschaffenheit von Planungs-, Ausführungs-

und Revisionsunterlagen

Die VDI 6026 beschreibt, in welcher Phase des Projektverlaufs die

verschiedenen Unterlagen (Pläne, Zeichnungen, Berechnungen, Simulationen

etc.) zu erstellen sind, welche Informationen sie enthalten und wie sie

inhaltlich beschaffen sein müssen, um den Gesamterfolg einer Baumaßnahme

sicherzustellen [25]. Zusätzlich gibt sie Aufschluss über Schnittstellen der

jeweiligen Gewerke in der TGA untereinander. Mit dieser Richtlinie werden

keine neuen Begriffe eingeführt. Es werden bereits vorhandene Terminologie

und Begrifflichkeiten, die in der HOAI, VOB und DIN 276 enthalten sind,

verwendet [25].

Die Richtlinie beinhaltet folgende TGA-Gewerke [25]:

Abwasser-, Wasser-, Gasanlagen

Wärmeversorgungsanlagen

Raumlufttechnische Anlagen

Kälteanlagen

Starkstromanlagen

Fernmelde- und informationstechnische Anlagen

Förderanlagen

Gebäudeautomation (GA)

Laut der Richtlinie heißt es: „Die Planung inklusive der zugehörigen

Beschreibung ist durch den Auftraggeber zum Abschluss jeder Planungsphase

auf Übereinstimmung mit seinen funktionalen Planungsvorgaben zu prüfen, zu

genehmigen und abzunehmen [25].“

Im Folgenden sind die einzelnen Planungs- und Ausführungsphasen für die

Planung von Raumlufttechnischen Anlagen tabellarisch dargestellt. Es handelt


62

sich um einen Auszug aus der VDI 6026. Weitere Informationen können der

Richtlinie entnommen werden.

Grundlagenermittlung nach VDI 6026

Die Grundlagenermittlung dient der Ermittlung und Abstimmung, der

Nutzervorgaben sowie aller bei der Planung zu berücksichtigenden

Randbedingungen auf Grundlage der Bedarfsangaben des Auftraggebers [25].

In Abhängigkeit von den Anforderungen sind bereits an dieser Stelle

Spezialisten miteinzubeziehen. Darüber hinaus ist mit den zuständigen

Fachleuten (Brandschutzsachverständige, Statiker, Versorgungsunternehmen,

Genehmigungsbehörden etc.) Kontakt aufzunehmen [25]. Berechnungen sind

nur für eine erste überschlägige Ermittlung erforderlich. Zeichnerische

Leistungen sind noch nicht erforderlich [25].

Tabelle 25: Grundlagenermittlung [25]

Lfd. Nr. Raumlufttechnische

Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben eventuell Ermittlung und Abstimmung der Nutzervorgaben unter Berücksichtigung

der anerkannten Regeln der Technik, unter Hinzuziehung von Spezialisten

z. B. Brandschutzsachverständiger

Kontaktaufnahme mit Versorgern zur Ermittlung der Versorgungsmöglichkeiten

2 Berechnungen überschlägige Abschätzung des Primärenergieeinsatzes anhand von Flächenansätzen

3 Dimensionierung entfällt

4 Schemata entfällt

5 Grundrisse entfällt

6 Koordinationspläne entfällt

7 Anlagenbeschreibungen entfällt


63

Vorplanung nach VDI 6026

Die Vorplanung besteht aus einem textlichen und einem zeichnerischen

Teil [25]. Die Anforderungen sind stichpunktartig in Tabelle 26

zusammengestellt [25].

Tabelle 26: Vorplanung [25]


Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben Darstellung der Nutzervorgaben,

Annahmen bzw. Vorgaben aus den anerkannten Regeln der Technik

1a FM falls CAFM zusätzlich gewünscht: Mitwirken beim Einrichten der Struktur und Nomenklatur

2 Berechnungen

Auslegung nach überschlägig Luftwechsel Volumenströme für

einzelne Anlagen

Heiz-, Kühl-, Befeuchtungs- und Elektroleistungen

3 Bemessung

Flächen

Wirtschaftlichkeit

Anschlüsse

Komponenten, z. B.

Grobbemessung

Flächenbedarf in Zentralen, Schächten und abgehängten Decken

auch im Vergleich zu alternativen Lösungsmöglichkeiten

Verbrauchsdaten für die einzelnen alternativen Lösungsmöglichkeiten

aufgrund von Erfahrungswerten

Lüftungsgeräte, Lüftungsdecken, Ablufthauben

4 Schemata

z. B.

Funktions- bzw. Prinzipschemata zur Darstellung der Grundfunktionen

der geplanten Anlagen mit den wesentlichen Komponenten

für charakteristische Anlagen

5 Grundrisse

Maßstab 1 : 200

Zentralen

Komponenten, z. B.

Funktionsbereiche

Einstrichdarstellung Möblierung/Schnitte Luftdurchlässe

6 Koordination Abstimmung des technischen Gesamtkonzepts für eine passende technische

und wirtschaftliche Gesamtlösung unter Beachtung der Zielvorgaben

Abstimmen des Raumbedarfs aller Gewerke (z. B. VDI 2050)

und Mitwirkung bei der Koordinierung zu einem Ganzen

7 Erläuterung Fazit aus der Grundlagenermittlung bzw. Stellungsnahme, falls diese durch Dritte erstellt wurde. Der Erläuterungsbericht enthält alle Angaben, Anlagenbeschreibungen und Daten zur

Darstellung der Planung sowie der Variantenbetrachtungen, inklusive eines Vorschlags

zum technischen Gesamtkonzept oder einer Empfehlung.

8 Kosten Anlagenspezifisch getrennt nach Zonen, Bauteilen oder Funktionsbereichen nach Vorgaben des AG bzw. des Architekten bis zur 2. Stufe der DIN 276


64

Im Textteil sind Auslegungsberechnungen sowie die Dimensionierungsangaben

zu den Bauteilen als Grobbemessung zusammenzufassen. Die Flächen und der

Platzbedarf, insbesondere in Versorgungsschächten, abgehängten Decken,

Hohlraumböden und Verteiltrassen sind abzuschätzen [25]. Im zeichnerischen

Teil sind Trassen und größere Bauteilgruppen darzustellen; eine Darstellung

der beabsichtigten Möblierung mit Anlagen ist empfehlenswert [25].

Entwurfsplanung nach VDI 6026

Die VDI 6026 beinhaltet zwei Varianten zur Durchführung der

Entwurfsplanung. Es wird unterschieden in die Variante „normal weiter-

laufend“ und „hier endend“. Die Variante „normal weiterlaufend“ erfordert,

dass auf Grundlage der Grobbemessung aus der Vorplanung eine Verfeinerung

erfolgt. Die Endbemessung wird durch den gleichen Fachplaner erst in der

Ausführungsplanung durchgeführt [25].

In der Variante „hier endend“ wird davon ausgegangen, dass eine Übergabe

des Entwurfs für den späteren Ausführer erfolgt, der dann auch die Erstellung

der Ausführungsplanung übernimmt. Diese Variante erfordert deswegen eine

umfangreichere Planungsleistung [25].

Hinweis: In Berlin werden als Entwurfsplanung sämtliche Bauplanungs-

unterlagen bezeichnet.


65

Tabelle 27: Entwurfsplanung - "hier endend" [25]


Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben Darstellung der Nutzervorgaben, Berechnungen bzw. Vorgaben

aus den anerkannten Regeln der Technik = Grundlagen

Die Entwurfsplanung ist durch den Auftraggeber auf Übereinstimmung mit seinen funktionalen

Planungsvorgaben zu prüfen, zu genehmigen und die Planungsleistung abzunehmen.

1a FM bei CAFM: Fortführen der Struktur und Nomenklatur

2 Berechnungen

alle für das Brand-

schutzkonzept notwen-

digen Berechnungen

Es dürfen aus der Tiefe der Berechnungen später

keine grundsätzlichen Änderungen mehr resultieren.

Volumenströme Kühllast Heizlast

Kanalnetzberechnung mit druckbestimmenden Strän- gen und Dimensionierung des

gesamten Netzes

Thermische Gebäude- simulation bzw. Strömungs- simulationen sind ggf. Projektespezifisch mit Ziel- setzung der Untersuchung zu vereinbaren.

3 Bemessung

Hauptsächlich alle für das Brand- schutzkonzept notwendigen Dimensionierun- gen

Die Bemessung erfolgt auf der Grundlage der vorliegenden Berechnungen. Die Bemessung hat so zu erfolgen, dass grundsätzliche Änderungen in der

Ausführungsplanung bei unveränderten Planungsgrundlagen vermieden werden.

RLT-Geräte Wärmetauscher Schalldämpfer Luftdurchlässe Kanäle

4 Schemata Funktionsschema

Strangschema alle für das Brand-


digen Zeichnungen

Funktionsschemata zur Darstellung der Funktionen der geplanten Anlagen

mit den relevanten Anlagenbauteilen

für jede Anlage mit Funktion Gerät und Prinzip der Luftverteilung

alle Komponenten für einen sicheren Betrieb aufzeigen

5 Grundrisse

Maßstab 1 : 100

Einbauteile

hauptsächlich

Zentralen

Schnitte Schächte

Darstellung aller Ver- und Entsorgungsnetze

mit den wesentlichen Funktionsgruppen und Funktionselementen

Darstellung mit Haupt- Dimensionen

BSK, VSR, DK, Luftdurchlässe

Möblierung

Für Installationsschwerpunkte sind Schnitte zu liefern. Ein Installationsschwerpunkt liegt vor,

wenn mehrere Gewerke kreuzen, übereinander liegen oder gemeinsam ausfädeln.

Die Schnitte haben alle Gewerke zu berücksichtigen. Der Planer soll mit ihnen prüfen und

zeigen, dass der angenommene Installationsraum ausreichend ist und benötigt wird.

Belegung der Schächte an der Stelle der jeweils größten Installationsdichte,

inklusive Hinweis auf die Art des Brandschutzes

6 Koordination gemeinsame Schnittstellendefinition zwischen den Gewerken der KG 400,

nutzer- bzw. bauherrenseitigen oder bauseitigen Leistungen (Listen)

Die Koordination erstreckt sich in dieser Phase bereits auf die Ausführbarkeit der Planung.

Dazu sind eventuell Schnitte und Schachtausfädelungen erforderlich. 7 Bauangaben statisch relevante Durchbruchsgrößen und Lasten

In diesem Stadium der Planung brauchen diese Informationen nicht durch S+D-Pläne

gemacht werden. Die Angaben müssen jedoch eindeutig sein. 8 Erläuterung Fazit aus der Vorplanung bzw. Stellungnahme, falls diese durch Dritte erstellt wurde.

Der Erläuterungsbericht enthält alle Angaben, Beschreibungen, Daten und Zusammen-

stellungen, um die Planung nachvollziehen und beurteilen zu können.

9 Kosten Grundlage: Berechnung der Mengen von Bezugseinheiten der Kostengruppe und Multiplikation mit Kostenansatz bis zur 2. Stufe der DIN 276


66

Tabelle 28: Entwurfsplanung – "normal weiterlaufend" [25]


Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben Darstellung der Nutzervorgaben, Berechnungen bzw. Vorgaben

aus den anerkannten Regeln der Technik = Grundlagen

Die Entwurfsplanung ist durch den Auftraggeber auf Übereinstimmung mit seinen funktionalen Planungsvorgaben zu prüfen, zu genehmigen und die Planungsleistung abzunehmen.


2 Berechnungen



digen Berechnungen

Es dürfen aus der Tiefe der Berechnungen später

keine grundsätzlichen Änderungen mehr resultieren.

Volumenströme Kühllast Heizlast

Thermische Gebäude- simulation bzw. Strömungs- simulationen sind ggf. Projektespezifisch

mit Ziel- setzung der Untersuchung zu vereinbaren.

3 Bemessung

hauptsächlich



digen Dimensionierun-

gen

Die Bemessung erfolgt auf der Grundlage der vorliegenden Berechnungen. Die

Bemessung hat so zu erfolgen, dass grundsätzliche Änderungen in der

Ausführungsplanung bei unveränderten Planungsgrundlagen vermieden werden.

RLT-Geräte Wärmetauscher Luftdurchlässe

4 Schemata Funktionsschema

Strangschema alle für das Brand-


digen Zeichnungen

Funktionsschemata zur Darstellung der Funktionen der geplanten Anlagen falls erforderlich

für jede Anlage mit Funktion Gerät und Prinzip der Luftverteilung

alle Komponenten für einen sicheren Betrieb aufzeigen

5 Grundrisse

Maßstab 1 : 100

Einbauteile

hauptsächlich

Zentralen

Schnitte

Schächte

Darstellung aller Ver- und Entsorgungsnetze

mit den wesentlichen Funktionsgruppen und Funktionselementen

Darstellung mit Haupt- Dimensionen BSK, VSR, DK, Luftdurchlässe

Möblierung

Für Installationsschwerpunkte sind Schnitte zu liefern. Ein Installationsschwerpunkt liegt vor,

wenn mehrere Gewerke kreuzen, übereinander liegen oder gemeinsam ausfädeln.

Die Schnitte haben alle Gewerke zu berücksichtigen. Der Planer soll mit ihnen prüfen und

zeigen, dass der angenommene Installationsraum ausreichend ist und benötigt wird.

Belegung der Schächte an der Stelle der jeweils größten Installationsdichte,

inklusive Hinweis auf die Art des Brandschutzes

6 Koordination gemeinsame Schnittstellendefinition zwischen den Gewerken der KG 400,

nutzer- bzw. bauherrenseitigen oder bauseitigen Leistungen (Listen)

Die Koordination erstreckt sich in dieser Phase bereits auf die Ausführbarkeit der Planung.

Dazu sind eventuell Schnitte und Schachtausfädelungen erforderlich.

7 Bauangaben statisch relevante Durchbruchsgrößen und Lasten

In diesem Stadium der Planung brauchen diese Informationen nicht durch S+D-Pläne

gemacht werden. Die Angaben müssen jedoch eindeutig sein.

8 Erläuterung Fazit aus der Vorplanung bzw. Stellungnahme, falls diese durch Dritte erstellt wurde.

Der Erläuterungsbericht enthält alle Angaben, Beschreibungen, Daten und

Zusammenstellungen, um die Planung nachvollziehen und beurteilen zu können.

9 Kosten Grundlage: Berechnung der Mengen von Bezugseinheiten der Kostengruppe und Multiplikation mit Kostenansatz bis zur 2. Stufe der DIN 276


67

Genehmigungsplanung nach VDI 6026

Laut VDI 6026 heißt es: Die Genehmigungsplanung muss alle relevanten

Angaben enthalten, die für die öffentlich-rechtliche Genehmigung durch die

genehmigenden Stellen notwendig sind. Es wird empfohlen, den Umfang der

Genehmigungsunterlagen und deren Bearbeitungstiefe mit der genehmigenden

Behörde abzustimmen [25].

Tabelle 29: Genehmigungsplanung [25]


Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben Darstellung der im Entwurf abgestimmten Nutzervorgaben zur Vorlage bei den

Genehmigungsstellen; Darstellung, Berechnungen etc. nach den Vorgaben der

Genehmigungsstellen (in der Regel Wasserbehörden, Baubehörden, Feuerwehr etc.)

sowie anderer Stellen (EVU, VdS etc.)

Die Genehmigungsplanung wird durch die Genehmigungsstelle geprüft und genehmigt.


2 Berechnungen Die Festlegungen der Entwurfsplanung sind berücksichtigt, in die Genehmigungspläne über-

führt und beinhalten die Dimensionierung der Zentralen, Versorgungsanschlüsse und Trassen.

Umfang der beizufügenden Berechnungen ist mit der genehmigenden Stelle abzustimmen. Dazu gehören z.B.:

Volumenströme Geräte der Zentralen Heizlast

3 Bemessung

hauptsächlich

Die Bemessung erfolgt auf der Grundlage der vorliegenden Berechnungen des Entwurfs;

hierbei sind alle für das Brandschutzkonzept notwendigen Bemessungen zu berücksichtigen.

RLT-Geräte Wämeübertrager Schalldämpfer Luftdurchlässe Kanäle

4 Schemata

Funktionsschema

Strangschema

Funktionsschemata zur Darstellung der Funktionen der geplanten Anlagen

mit den relevanten Anlagenbauteilen sowie alle für das Brandschutzkonzept

notwendigen Darstellungen falls erforderlich

für jede Anlage mit Funktion Gerät und Prinzip der Luft- verteilung

alle Komponenten für einen sicheren Betrieb aufzeigen Messstellen

5 Grundrisse

Maßstab 1 : 100

Zentralen

Schächte

Darstellung aller Ver- und Entsorgungsnetze mit den wesentlichen Funktionsgruppen und

Funktionselementen sowie alle für das Brandschutzkonzept notwendigen Einbauteile

Darstellung mit Haupt- Dimensionen BSK, VSR, DK, Luftdurchlässe

Möblierung

Hinweis auf die Art des Brandschutzes

6 Erläuterung Der Erläuterungsbericht enthält alle Angaben, Beschreibungen, Daten und Zusammen-

stellungen, um die Planung nachvollziehen, beurteilen und genehmigen zu können.


68

Ausführungsplanung nach VDI 6026

Die Grundlage für die Ausführungsplanung ist die genehmigte Entwurfsplanung.

Sämtliche Berechnungen und Dimensionierungen sowie Beschreibungen der

Anlagenteile müssen vorhanden sein. Zeichnerisch sind Ein- und

Ausfädelungen von Leitungen und Leitungstrassen und deren Querungen

soweit notwendig durch Schnitte oder Ausschnittsvergrößerungen der Pläne

darzustellen, damit die Koordinierung der Gewerke deutlich wird [25].

Tabelle 30: Ausführungsplanung [25]


Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben Eine ausführungsreife Planungslösung,

in der die funktionalen Vorgaben des AG (Bausoll) umgesetzt wurden. Diese

ist mit allen Gewerken koordiniert, technisch und terminlich ausführbar.

Umsetzen der von der Behörde genehmigten und

dem Auftraggeber freigegebenen Planungsunterlagen.


2

2.1

Berechnungen

abschließende

Berechnungen

Die in der Entwurfsplanung erstellten Berechnungen sind in der Ausführungsplanung

zu überprüfen und fortzuschreiben und gegebenenfalls sind auch Simulationen zu erstellen.

Grundlegende Veränderungen und Abweichungen zur Entwurfsplanung

sind zu dokumentieren und zu begründen.

Vollständige Berechnung aller Anlagen/-teile unter Berücksichtigung aller Schnittstellen

zum Schallschutz, Brandschutz, Wärmeschutz

Angaben zum Schallschutz, Wärmeschutz, Brandschutz

Kühllast Heizlast vollständige

Kanalnetzberechnung

Volumenströme Leistungsbilanz Auslegung Zentralgeräte

3

3.1

3.2

Bemessung

Ver-/Entsorgung

Verteilung

Die Bemessung erfolgt auf der Grundlage der abschließenden Berechnungen.

RLT-Geräte Wärmeübertrager Befeuchter, Entfeuchter

Schalldämpfer Regelorgane Kanäle, Rohre Luftdurchlässe


69

Tabelle 31: Ausführungsplanung (Fortsetzung) [25]


Anlagen

KG 430

4

4.1

4.2

Schemata

Funktionsschemata

Strangschema/

Schaltplan

Schemata mit zugehörigen Leistungsdaten, Dimensionen, Voreinstellungen

und Komponenten inklusive Gebäudeautomationskomponenten,

die für eine Funktion der Anlage erforderlich sind

für jede Anlage mit Funktionskomponente und Prinzip der Luft- verteilung

mit Auslegungsdaten/ Parametern

5 Grundrisse

Maßstab 1 : 50 Ausführungsreife Darstellung inklusive der Koordination mit Dimensionen und Komponenten;

wenn sinnvoll, in Mehrstrichdarstellung

Es sind sämtliche Komponenten darzustellen,

die zur ordnungsgemäßen Funktion der Anlage erforderlich sind. Platzvorhaltungen,

Flächen zur Bedienung und Instandhaltung sowie Einbringungswege sind darzustellen,

z. B. gemäß VDI 2050.

Vollständige Bemaßung (inkl. Höhenangaben) von Trassen (Kanäle, Rohrleitungen, Elektro),

Apparaten, Komponenten (z. B. Kessel, RLT-Geräte, Behälter, Schaltschränke, Verteiler etc.)

mit genauen Bezugsmaßen zum Bauwerk und anderen Gewerken ist einzutragen.

Art und Umfang der erforderlichen Dämmung und des Brandschutzes sind anzugeben.

Vorgaben für Nach- und Überströmungen

5.1

5.2

5.3

5.4

Schnitte/Details

Maßstab mind. 1 : 50

bis 1 : 1

Schächte/Trassen

Schnittstellen

relevante Angaben für

andere Planungs-

beteiligte

Für Installationsschwerpunkte und Zentralen mit allen Gewerken

und der erforderlichen Bemaßung

Der Maßstab ist so zu wählen, dass Übersichtlichkeit und Verständnis gegeben sind.

Ein Installationsschwerpunkt liegt vor, wenn Gewerke kreuzen, übereinander liegen

oder gemeinsam ausfädeln.

Schachtbelegung und Schachtausfädelung mit allen darin geplanten Gewerken

inklusive der Brandschutzausführung

Die Zentralen und Schächte sind im Detail mit allen erforderlichen Schnitten darzustellen.

Nach Bedarf sind die Zeichnungen im angemessenen Maßstab darzustellen.

Eindeutige Darstellung von Schnittstellen einander tangierender Gewerke,

nutzer- bzw. bauherren- oder bauseitiger Leistungen

Darzustellen sind Anforderungen und Leistungsumfang z. B.

freier Querschnitt bauseitiger WSG etc.

z. B. für Deckenspiegel, Wandabwicklungen, Fliesenspiegel

Revisionsöffnungen

Schlitz- und Durchbruchangaben sowie Einbauten und Montageöffnungen mit genauer Positionierung

Bemaßung mit eindeutigen Bezugsmaßen zum Gebäude

6 Fortschreibung Sollte das Ergebnis der Ausschreibung Konstruktionsänderungen erforderlich machen,

so ist die Ausführungsplanung auf diese Ergebnisse hin fortzuschreiben.

7 Erläuterung Beschreibung der funktionalen Wirkungsweise der einzelnen Anlagen mit Angaben aller notwendigen Kenn-, Betrieb- und Auslegungsdaten


70

Montageplanung nach VDI 6026

Die Grundlage für die Montageplanung bildet die Ausführungsplanung.

Berechnungen und Bemessung der Anlagen sind zu prüfen. Im Rahmen der

Montageplanung sind Befestigungen für Leitungstrassen soweit erforderlich zu

dimensionieren. Montagepläne müssen für die Arbeit auf der Baustelle alle für

die ausführenden Handwerker notwendigen Angaben wie Festpunkte,

Leitungsabschnitte, Befestigungen, Bauteile, Einbauorte von Messfühlern,

Revisionsöffnungen enthalten, sodass die Ausführung keiner weiteren

Abstimmung zwischen den Gewerken bedarf [25].

Tabelle 32: Montageplanung [25]


Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben Die vom Auftraggeber übergebene koordinierte Ausführungsplanung,

in Papierform und auf Datenträger, ist zu überprüfen.

Die Unterlagen der Montageplanung dienen als Information für Auftraggeber, Objektplaner,

andere Auftragnehmer und Objektüberwachung.

Montageplanung ist die Ergänzung der übergebenen Ausführungsplanung

um die für die Montage notwendigen Angaben.

Sie ist mit dem Auftraggeber abzustimmen und von diesem freizugeben.


1b Zielvorgaben der

Prüfung Prüfung der Berechnung und Dimensionierung gem. ATV DIN 18 379, Abschn. 3.1.3 ff.

2 Schnittstellenangaben Angaben für die zur Montage vorgesehenen Einbauteile, z. B. Stromaufnahme, Gewichte der Einbauteile, Fundamentangaben, relevante Befestigungsteile,

Abdichtungen zum Gebäude, Angaben zu Datenpunkten

3 Schemata Vervollständigen der Funktions-, Regel- und Strangschemata für die Montage

Stromlaufpläne allpolig der Schaltschränke, Verteilungen und Unterverteilungen sowie

Schaltungsunterlagen und Klemmenlisten Anpassung der Funktionsbeschreibung

und Konfiguration der Software-Parameter für die Montage

4

4.1

Zeichnungen

Grundrisse

Maßstab 1 : 50 bis 1 : 10

Darstellung aller Anlagen mit allen Einbauteilen, die zur Montage der Anlage erforderlich

sind. Hierbei ist der Platzbedarf für Reparaturen und Instandhaltung zu berücksichtigen.

Erstellen der Montageplanung auf Basis der Ausführungsplanung um die für die Montage

relevanten Angaben, insbesondere auch Werkstattzeichnungen für Komponenten

Angaben zur Umsetzung brandschutztechnischer Maßnahmen

(Darstellung und Kennzeichnung) Luftleitungen mit Positionsbezeichnungen gemäß Stücklisten Angaben zu Leitungsverbindungen genaue Typbezeichnungen und techn. Daten der

Einbaukomponenten Darstellung von Halte- und Befestigungskonstruktionen soweit für die Montage erforderlich:

Anordnung und Bemaßung: Kennzeichnung der versch. Medienströme nach EN/DIN/VDI


71

Tabelle 33: Montageplanung (Fortsetzung) [25]


Anlagen

KG 430

4.2

4.3

Schnitte und Details

Fundamentangaben

• Angaben zu

Wärmedämmungen

• Angaben über Trassenführungen

• Einbaustellen für Mess-, Regel- u. Stellorgane, mit Angabe von Soll- und Grenzwerten

• Angaben zur Einstellung von Drossel- und Regelarmaturen

• Liefergrenzen und Übergabepunkte zu angrenzenden Leistungen

• Hinweise für die Werkstatt, Angaben für die Vorfertigung

• Raumdaten (z. B. Luftmengen, Temperatur, Feuchte)

eindeutige Darstellung von Schnittstellen einander tangierender Gewerke

Sofern für die Montage erforderlich, sind für die Zentralen, Trassen und Schächte

Schnitte und Details im erforderlichen Maßstab anzufertigen.

Fundamentpläne müssen Angaben über Abmessungen, Lasten sowie Hinweise zum Aufbau

und den Beschichtungen des Fundamentes enthalten.

Die für den Bau relevanten techn. Daten (z. B. Emissionswerte) sind anzugeben.

5 Weitere relevante

Angaben für andere Baubeteiligte

Kennzeichnung und Bemaßung von Inspektions- und Wartungsöffnungen

für technische Komponenten, die eine Zugänglichkeit erfordern

Bei den angrenzenden Gewerken ist die Zugänglichkeit dieser Bauteile

durch geeignete Maßnahmen (z. B. Öffnungen, Klappen) zu gewährleisten.

6 Anlagenbeschreibungen Die vom Bauherren/Planer übernommenen Anlagenbeschreibungen sind um bauspezifische und betriebliche Angaben, die Auswirkungen auf die

Montage und Inbetriebnahme haben, zu ergänzen.

7 Baustelleneinrichtung,

Baulogistik Es sind Angaben zu machen über z. B. Baustelleneinrichtungen, Lagerflächen,

Transportwege und Liefertermine, die eine Koordination der Baulogistik ermöglichen.


72

Revisionsunterlagen nach VDI 6026

Revisionsunterlagen enthalten sämtliche Unterlagen und Angaben, die zum

Betreiben (Bedienen, Inspizieren, Warten, Instandsetzen, Verbessern)

notwendig sind [25]. Beteiligte Auftragnehmer müssen für die erbrachten

Leistungen die entsprechenden Unterlagen zur Verfügung stellen [25]. Der

Auftraggeber ist für die Dokumentenstruktur der Revisionsunterlagen

verantwortlich.

Tabelle 34: Revisionsunterlagen [25]

Lfd. Nr. Abwasser-, Wasser-, Gasanlagen/

Feuerlöschanlagen

KG 410/475

Wärmeversorgungs-

anlagen

KG 420

Raumlufttechnische

Anlagen

KG 430

1 Zielvorgaben Die Revisionsunterlagen, die u. a. aus Bestandsplänen, Bedienungs- und Wartungsunterlagen bestehen, sind in Papierform und/oder auf Datenträger zu übergeben

und sollen den Auftraggeber, Nutzer und Betreiber in die Lage versetzen,

die Anlagen sicher zu nutzen und zu betreiben.

Es müssen eindeutige Angaben zu Wartung, Instandhaltung, Sicherheitshinweisen, Betrieb, Stör- und Fehlerbehandlung etc. enthalten sein.


2 Planungsunterlagen und

Berechnungen Unterlagen gemäß zugehöriger VOB/C

Die Berechnungen, die Genehmigungsbestandteil sind, sind beizufügen.

3 Schriftdokumente Betriebs-, Wartungs- und Bedienungsanleitungen mit allen für den Betrieb relevanten Angaben

Angaben über die tatsächlich zur Ausführung gelangten Einbauteile für Betrieb, Wartung, Instandhaltung, Störbeseitigung, Ablaufbeschreibungen,

Funktionsbeschreibungen, Datenpunktliste und technische Angaben,

z. B. Stromaufnahme, Gewichte der Einbauteile etc.

Liste der Ersatzteile, die der Betreiber vorhalten soll

4 Schemata

Funktionsschema

Strangschema

Schaltplan

Anpassung der Funktions-, Regel- und Strangschemata an die tatsächlich ausgeführte Anlage

Stromlaufpläne allpolig der Schaltschränke, Verteilungen und Unterverteilungen,

Schaltungsunterlagen, Klemmenlisten mit Querverweisen zu den Schnittstellen anderer

Gewerke, Funktionsmatrix

5

5.1

5.2

Zeichnungen

Grundrisse

Maßstab 1 : 50 bis 1 : 10

Schnitte und Details

Darstellung aller Anlagen mit allen Einbauteilen

Angaben zu brandschutztechnischen Maßnahmen, Dämmungen und Isolierungen

Die Inhalte entsprechen der tatsächlich ausgeführten Anlage.

Anordnung und Bemaßung von Anlageteilen Kennzeichnung der versch. Medienströme

Kennzeichnung und Vermaßung von Revisions und Wartungskomponenten Platzbedarf für Reparaturen und Instandhaltung

Angaben zum Schutz von Trassen • Darstellung der Trassen

• Einbaustellen für Mess-, Regel- u. Stellorgane • Angaben zur Einstellung von Drossel- und Regelarmaturen

• Darstellung von Liefergrenzen • Raumdaten (z.B. Luftmengen, Temperatur, Feuchte)

Zentralen, Trassen und Schächte: Schnitte und Details,

die für einen ordnungsgemäßen Betrieb notwendig sind

Freie Lüftung

73

3 Freie Lüftung

Fensterlüftung ist bislang die geläufigste Art zu lüften. In den meisten Schulen

gibt es keine maschinellen Lüftungsanlagen d.h., dass die Luftqualität in den

Klassenräumen allein durch die Fensterlüftung sichergestellt werden muss.

Durchgeführte CO2-Messungen zeigen, dass vor allem in den Wintermonaten

CO2-Konzentrationen über weite Teile des Unterrichtes im Bereich hygienisch

auffälliger (1000 bis 2000 ppm) und hygienisch inakzeptabler Werte (CO2 >

2000 ppm) liegen. Es werden dabei teilweise Konzentrationen von ca. 5000

ppm erreicht. Fenster werden aufgrund niedriger Außentemperaturen selten

und nur kurzzeitig geöffnet. Die Anforderungen der EnEV verschärfen die

Situation in der Hinsicht, dass neue oder sanierte Schulen bei geschlossenen

Fenstern und Türen einen vernachlässigbar geringen Luftwechsel aufweisen. So

verläuft die Anreicherung von CO2 und anderen biologischen und chemischen

Stoffen in der Luft sehr schnell. Die Folgen sind erwartungsgemäß, Müdigkeit,

Konzentrationsschwierigkeiten, Kopfschmerzen bis hin zu gesundheits-

bezogenen Beschwerden wie die Reizung von Augen, Nase und Rachen.

Aus energetischer Sicht ist freie Lüftung durch Fenster in der Winterzeit nicht

sinnvoll, weil zwangsläufig viel Wärme nach außen entweicht. Außerdem

kommt es häufig zu unzumutbaren Zuglufterscheinungen. Im Passivbau stellt

die Fensterlüftung an kalten Tagen ein weiteres Problem dar. Aufgrund der

geringen Heizlast, dürfen die Räume nicht abgekühlt werden, da eine

Aufheizung auf die Normtemperatur in absehbarer Zeit nicht möglich ist. In

kalten Räumen steigt das Risiko der Feuchtebildung an Bauteilen, dies kann

u.a. zur Schimmelbildung führen.

In den Sommermonaten und an warmen Tagen in der Übergangszeit kann die

Fensterlüftung eine ausreichende Luftqualität in Innenräumen sicherstellen. Bei

der Öffnungsart der Fenster wird unterschieden in Drehfenster (vertikale

Drehachse) bzw. Dreh-Kipp-Fenster (vertikale und horizontale Drehachse). Der

Luftaustausch variiert in Abhängigkeit von der Öffnungsart. Für eine

Stoßlüftung mit einem quantitativ deutlichen Luftwechsel kommen weit zu

öffnende Drehfenster (vertikale Drehachse) in Betracht. Zum Dauerlüften im

Freie Lüftung

74

Sommer und der Übergangszeit sind Kippfenster und zu öffnende Oberlichter

(mit ausreichendem Anpressdruck) sinnvoll.

3.1 Grundlagen zur freien Lüftung

Freie Lüftung beruht auf dem Prinzip der Druckdifferenzen zwischen innen und

außen, die infolge von Temperaturunterschieden oder durch Windkräfte

entstehen.

Bei der freien Lüftung wird nach Öffnungsart, Einbauort der Öffnungen für

Zuluft und Abluft sowie der Lüftungsart unterschieden. In Abbildung 6 ist der

Zusammenhang der Wirkmechanismen der freien Lüftung schematisch

dargestellt [19].

Abbildung 6: Wirkmechanismen der freien Lüftung [19]

Alle diese Formen der freien Lüftung sind dadurch gekennzeichnet, dass der

Lufttransport ohne den Einsatz von Technischen Geräten erfolgt. Der

Luftaustausch wird durch Druckdifferenzen infolge von Dichtedifferenzen, auf

Grund von Temperaturdifferenzen und Windverhältnissen bewirkt. Die beiden

Bedingungen sind eine notwendige Voraussetzung, die nicht immer und nicht

immer gleich und demzufolge nicht gesichert vorliegen. Deswegen kann mit

Freie Lüftung

75

der freien Lüftung keine gesicherte Lüftung erfolgen. Diese Feststellung gilt

umso mehr je dichter die Bauausführung ist [3].

Die häufigste Form der freien Lüftung ist die Fensterlüftung. Die Fugenlüftung

ist nur noch beim unsanierten Altbau zu finden. Neugebaute oder sanierte

Gebäude werden gemäß der EnEV sehr dicht ausgeführt, so dass die Lüftung

über Fugen vernachlässigbar gering ist. Bei den Lüftungsmöglichkeiten wird

unterschieden in einseitige Lüftung, zweiseitige Querlüftung und

Schachtlüftung. Das Entscheidende bei der freien Lüftung ist die Art zu lüften.

Grundsätzlich handelt es sich immer um Dauer- oder Stoßlüftung. Auf die

beiden Aspekte wird im weiteren Verlauf noch eingegangen.

3.1.1 Fensterlüftung

Der Luftaustausch über Fenster hängt von der Anordnung der Zu- und

Abluftöffnungen ab, es wird unterschieden nach einseitiger Lüftung und

zweiseitiger Querlüftung.

Bei einseitiger Lüftung mit einer Öffnung strömt die Luft durch dieselbe

Öffnung sowohl hinein als auch hinaus. Der Zuluftmassenstrom sowie der

Abluftmassenstrom werden durch eine neutrale Ebene getrennt, die in Höhe

des Nullpunkts des Differenzdrucks liegt [19].

Bei einer geometrisch über die Höhe identischen Öffnung, z.B. ein an der

vertikalen Achse geöffnetes Fenster, liegt dieser Nullpunkt in der Mitte der

Öffnung [19].

Bei einem gekippten Fenster liegt die neutrale Ebene weit oberhalb der

Fenstermitte [19]. Der Luftaustausch über ein gekipptes Fenster ist in

Abbildung 7 dargestellt.

Freie Lüftung

76

Abbildung 7: Luftaustausch bei geöffnetem Kippfenster (Außentemperatur

niedriger als die Innentemperatur [20]

Wenn die Außentemperatur niedriger ist als die Innentemperatur, tritt über

den unteren Teil der Öffnungsfläche Außenluft in den Raum ein, die warme

Innenraumluft strömt im oberen Teil der Öffnungsfläche nach außen [20]. Bei

Windeinwirkungen vergrößert sich der Luftaustausch aufgrund der größeren

Druckdifferenz zwischen innen und außen. „Der Einfluss des Windes ist von der

Lage des Raumes im Gebäude abhängig. Es besteht vor allem ein Einfluss,

wenn die Anströmung nicht gleichmäßig über die Fensterfläche verteilt ist.

Davon sind besonders Eckräume oder die Räume in den oberen Stockwerken

betroffen. Es können durch Wind auch Pulsationen hervorgerufen werden, die

den Luftaustausch beeinflussen [20].“

Das Zusammenwirken von Wind- und Temperaurdifferenz auf den Luft-

austausch lässt sich vereinfacht anhand der folgenden Abbildung zeigen.

Freie Lüftung

77

Abbildung 8: Äußere Einflüsse auf den Luftwechsel [21]

In Abbildung 8 ist der Luftwechsel in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz

sowie der Windgeschwindigkeit dargestellt. Es sind zwei Bereiche zu sehen, die

durch eine Linie getrennt sind. Der linke Bereich wird vom Temperatureinfluss

dominiert, es bestehen nur kleine Windgeschwindigkeiten. Rechts der Linie ist

der Bereich mit großem Windeinfluss auf den Luftwechsel dargestellt.

Kennzeichnend in diesem Bereich sind die deutlich höheren

Luftgeschwindigkeiten.

In Bezug auf die Raumluftströmung bei gekippten Fenstern zeigt sich, dass sie

weitestgehend unabhängig vom Wind ist. Ist die eintretende Luft kälter als die

Luft im Raum, fällt sie zu Boden und vermischt sich zum Teil mit

Raumluft [20]. Der Verlauf der Raumluftströmung beim gekippten Fenster ist

in Abbildung 9 zu sehen.

Freie Lüftung

78

Abbildung 9: Raumluftströmung beim gekippten Fenster [20]

Die Abluft strömt im oberen Teil des Fensters nach außen. Der ein- und

austretende Luftvolumenstrom ist gleich groß [20]. Im Hinblick auf die

thermische Behaglichkeit ist in diesem Zusammenhang die Luftgeschwindigkeit

in Bodennähe ein wesentliches Kriterium. In [20] heißt es, dass die

Raumströmung bei dieser Art der Lüftung (Fenster in Kippstellung) einer

Quellluftströmung entspricht. Durch die einströmende kältere Luft von außen

bildet sich in Bodennähe eine Frischluftschicht. Die frische Luft steigt an

Wärmequellen aufgrund des thermischen Auftriebs nach oben und verdrängt

dabei die verbrauchte, mit Verunreinigungen angereicherte Luft.

Die Luftgeschwindigkeiten bei der Quellluftströmung sind sehr niedrig

(<0,15 m/s), so dass Zugerscheinungen in der Regel nicht auftreten [3]. Bei

niedrigen Außenlufttemperaturen kann es trotz niedriger Strömungs-

geschwindigkeit in der Nähe der Fenster ziehen und zu kalt sein.

Im Falle einer einseitigen Lüftung und vollständig geöffnetem Fenster kann im

Raum eine Mischströmung erzeugt werden [20].

Freie Lüftung

79

Befinden sich die Öffnungen in verschiedenen Wänden, spricht man von einer

zweiseitigen Querlüftung. Die beste Raumdurchspülung wird bei Anordnung der

Fenster an zwei gegenüberliegenden Seiten erreicht. Im Vergleich zu der

einseitigen Lüftung ist der realisierbare Luftwechsel bei der Querlüftung

deutlich größer, vor allem, wenn die Zuluftöffnung an der dem Wind

zugewandten Seite und die Abluftöffnung an deren abgewandten Seite

liegt [19].

Ergänzend zu der Querlüftung ist erwähnenswert, dass bei geöffneten Türen zu

Nachbarräumen und Fluren ein Luftaustausch quer durch das Gebäude erfolgen

kann [20]. In diesem Fall werden zwei Möglichkeiten unterschieden:

a) In den betrachteten Raum strömt über angrenzende Räume zusätzliche

Luft:

Für diesen Fall gilt aus Kontinuitätsgründen, dass der Abluftstrom durch das

Fenster um diesen Anteil größer als der Zuluftstrom durch diese Fenster ist.

Die Höhe der Nulllinie ist niedriger als bei reiner Fensterlüftung. Durch den

geringen Zuluftstrom ist nicht mit erhöhten Luftgeschwindigkeiten zu

rechnen [20].

b) Aus dem betrachteten Raum strömt Luft in angrenzende Räume:

In diesem Fall ist der Zuluftstrom durch das Fenster größer als der

Abluftstrom. Die Nulllinie liegt höher [20].

Bei warmen Außentemperaturen kann sich der Strömungsverlauf, wenn die

Luft innen kälter ist, umkehren. Die Raumluft, deren Temperatur unterhalb der

Außenluft liegt, entweicht durch den unteren, offenen Querschnitt des

Fensters. Die warme Außenluft strömt durch den oberen offenen Querschnitt in

den Raum. Die Folge davon ist die Erwärmung der Raumluft und zwar solange

bis ein Ausgleich stattgefunden bzw. ein stationärer Zustand sich eingestellt

hat [20].

3.1.2 Schachtlüftung

Schachtlüftung ist eine weitere Form der freien Lüftung. Hierfür ist ein

Vertikaler Lüftungsschacht erforderlich. Voraussetzung für eine effektive

Lüftung sind ausreichend hohe Schächte, Temperaturdifferenzen sowie ein

widerstandsarmer Strömungsweg von der Zuluftöffnung bis zum

Freie Lüftung

80

Schachtende [19]. Sind Außenluft- und Raumlufttemperatur gleich, findet über

einen Schacht kein Luftaustausch statt. Ist die Außenluft wärmer als innen

ändert sich die Strömungsrichtung und durch den Schacht dringt warme Luft

ins Gebäude ein [3]. Schachtlüftung tritt immer in Kombination mit einseitiger

oder mit Querlüftung auf. Im Vergleich zu einseitiger und Querlüftung allein ist

die Schachtlüftung in Verbindung mit Querlüftung wesentlich effektiver [19].

Schächte in Gebäuden treten meistens in Form von Treppenhäusern,

Aufzugsschächten oder dergleichen auf [19]. In Abbildung 10 ist ein Beispiel

für die Druckverteilung infolge von Temperaturdifferenzen in einem Gebäude

dargestellt.

Abbildung 10:Druckverlauf im Gebäude infolge von Temperaturdifferenzen [3]

Im Winter entsteht infolge der Dichteunterschiede der warmen und kalten Luft

eine Druckverteilung an der Außenwand. Auf Grund dessen entsteht im Raum

oben ein geringer Überdruck und unten ein geringer Unterdruck gegenüber der

Außenluft, siehe Abbildung 10. Sind die Höhenunterschiede zwischen zwei

Öffnungen, z. B. in einem Treppenhaus oder einem Aufzugsschacht, sehr groß,

ergeben sich daraus größere Druckdifferenzen, die dann erhebliche

Luftströmungen hervorrufen. Im unteren Teil des Gebäudes strömt die Luft ein,

durchströmt es von unten nach oben und verlässt es oben wieder [3].

Freie Lüftung

81

3.1.3 Schachtlüftung in Schulen

Schulen, die zwischen 1900 bis kurz nach dem zweiten Weltkrieg erbaut

wurden, verfügten oft über Schachtlüftungssysteme [52]. In folgenden

Forschungsprojekten wurde die Effektivität der Schachtlüftung untersucht.

In [52] sind die Ergebnisse der Untersuchung der Luftqualität und der

thermischen Behaglichkeit einer Schule mit Schachtlüftung in München

zusammengefasst. Es handelt sich um ein Forschungsprojekt, welches im

Auftrag der Landeshauptstadt München in Zusammenarbeit mit der Hochschule

Augsburg durchgeführt wurde [52]. Für die Messungen wurde ein altes

Schachtlüftungssystem wieder in Funktion gebracht und zusätzlich ein

Vergleichsraum mit ausschließlicher Fensterlüftung hinzugewählt [52]. Die

Untersuchungsergebnisse zeigen, dass durch die Schachtlüftung die

Luftqualität in Klassenräumen deutlich verbessert wurde [52]. Im Sommer

wurden Effekte von Strömungsumkehr, die an wenigen Tagen im Jahr zu einer

verminderten Durchlüftung der Raume in der Nutzungszeit fuhren,

festgestellt [52]. Im Winter führte die Einbringung der Frischluft in einigen

Räumen zu einer verminderten thermischen Behaglichkeit [52]. Um dem

entgegenzuwirken, wurde ein Vorheizen der Zuluft vorgeschlagen [52]. Genaue

Angaben zu gemessen CO2-Konzentrationen, Raumtemperaturen, Luft-

geschwindigkeiten sowie der erforderliche Heizwärmebedarf aufgrund höherer

Wärmeenergieverluste sind in [52] nicht enthalten.

Ein weiteres Forschungsprojekt zur Schachtlüftung wurde im Auftrag des

Hochbauamtes der Stadt Kaufbeuren durchgeführt. Im Laufe der Planung für

den Anbau der Jörg-Lederer Schule in Kaufbeuren wurde ein Lüftungskonzept

entwickelt, bei dem Frischluft über Schallgedämmte Elemente in der Fassade in

den Raum strömt und die Abluft über einen solar- und windunterstützten

Kamin abgeführt wird [53]. Im Laufe der Entwicklung wurden mehrere

Lüftungskonzepte mittels dynamischer Gebäudesimulation hinsichtlich

Energiebedarf, Raumklima und Luftqualität untersucht [53]. Als Höchstwert für

die CO2-Konzentration im Innenraum wurde 1500 ppm festgelegt [53]. Der

erforderliche Luftvolumenstrom um die kritische CO2-Konzentration von 1500

ppm nicht zu überschreiten, liegt laut [53] bei 15 m³/(h Pers). Im Bericht wird

Freie Lüftung

82

darauf hingewiesen, dass die DIN 1946 einen Luftvolumenstrom von 30 m³/(h

Pers) empfiehlt. „In Bezug auf die Luftqualität erziele der höhere

Luftvolumenstrom 30 m³/(h Pers) keine signifikante Verbesserung, jedoch

verdoppele sich der Jahresheizenergiebedarf gegenüber einem Grundluft-

wechsel von 15 m³/(h Pers) [53].“

In der nächsten Abbildung ist der spezifische Jahresenergiebedarf in

KW/m² a für freie und maschinelle Lüftung dargestellt.

Abbildung 11: Auswirkung des Lüftungskonzeptes auf den

Jahresenergiebedarf [53]

Bei freier Lüftung entsteht bei 15 m³/(h Pers) im Vergleich zur maschinellen

Lüftung ein geringfügig kleinerer Jahresenergiebedarf. Bei 30 m³/(h Pers)

erweist sich eine maschinelle Lüftungsanlage gegenüber freier Lüftung als

vorteilhafter [53].

Auf dieser Grundlage wurde ein Lüftungskonzept in Form einer Schachtlüftung

für den Anbau der Jörg-Lederer-Schule in Kaufbeuren erstellt. Detaillierte

Angaben zum Lüftungskonzept sind dem Abschlussbericht in [53] zu

entnehmen. Nach der Fertigstellung des Anbaus wurde eine 3-phasige

Messkampagne durchgeführt. Die Messungen fanden im Sommer, Winter und

in der Übergangszeit mit einer Messzeit von jeweils 1 bis 2 Wochen statt [53].

Bei den Messungen wurden Sonneneinstrahlung, Umgebungstemperatur, die

Raum- und Ablufttemperaturen und die Luftgeschwindigkeiten der Abluft in

Freie Lüftung

83

zwei Klassenräumen erfasst [53]. Die CO2-Konzentration zur Beurteilung der

Luftqualität wurde leider nicht gemessen. Im Bericht wird jedoch erwähnt, dass

die geplanten Luftvolumenströme der Grundlüftung von 300 𝑚³/ℎ für eine

optimale Luftqualität nicht ausreichen würden, eine Kombination mit

Stosslüftung in den Pausen sei erforderlich, um eine optimale Luftqualität

sicherzustellen [53]. Einen Nachweis über Einhaltung der CO2-Konzentration

von 1500 ppm in Klassenräumen gibt es nicht.

Durch die Messkampagne wurden mehrere Problemstellen aufgedeckt, so

musste z. B. die Steuerung der Anlage nach Inbetriebnahme überarbeitet und

angepasst werden, weil die Heizung bei Betrieb der Lüftung durch die Regelung

ausgeschaltet wurde. Niedrige Temperaturen in Klassenräumen in der

Heizperiode führten zu Beschwerden der Nutzer. Die Regelung der Lüftung

bedarf jedoch einer weiteren Optimierung [53].

Es wurde auch festgestellt, dass einige Funktionen der Anlage nicht genutzt

wurden. Während der sommerlichen Messreihe war die Nachtluftspülung nicht

aktiviert [53]. Dies führt zu hohen Raumtemperaturen während der Nutzungs-

zeit.

In einem nach Süden orientierten Klassenraum wurden hohe Temperaturen

gemessen und die Nutzer klagten über die schlechte Luftqualität [53]. Einige

Vorschläge zur Lösung des Problems sind in [53] beschrieben, es fehlt jedoch

eine Bestätigung zur Beseitigung aufgetretener Probleme.

Freie Lüftung

84

3.1.4 Fazit zu Schachtlüftung in Schulen

Der Luftaustausch bei freier Lüftung wird über Druckunterschiede, durch

Temperaturdifferenzen und Windeinfluss bewirkt. Die vielen Einflussfaktoren

haben zur Folge, dass bei freier Lüftung kein definierter Luftwechsel möglich ist.

Schachlüftung ist eine Form der freien Lüftung. Durch große

Temperaturdifferenzen zwischen innen und außen können im Winter hohe

Luftvolumenströme sichergestellt werden. Sind im Sommer die Außenluft- und

Raumlufttemperatur gleichgroß, findet kein Luftaustausch statt. Ist im Sommer

außen wärmer als innen kehrt die Bewegungsrichtung der Luft um und warme

Luft dringt durch den Schacht ein.

Diese Eigenschaften der Schachtlüftung wurden in den o.g. Projekten noch

einmal bestätigt. Im Sommer wurden Effekte wie Strömungsumkehr und

verminderte Durchlüftung festgestellt. Im Winter verursacht die Einbringung

der kalten Luft eine Verminderung der thermischen Behaglichkeit. Um die

Anforderungen an die thermische Behaglichkeit zu erfüllen, muss im Winter die

einströmende Luft vorgeheizt werden.

Diese Wärme geht mit der Abluft nach außen wieder verloren. Es entstehen

dadurch hohe Energieverluste. Bei der Einhaltung einer hygienisch

unbedenklichen Luftqualität (CO2 < 1000 ppm) sind Luftvolumenströme von ca.

30 m³/(h Pers) erforderlich. Bei freier Lüftung, unabhängig von der Art

(Fenster- oder Schachtlüftung) ergibt sich bei diesem Luftvolumenstrom ein

hoher Wärmeenergiebedarf, der hohe Energiekosten zur Folge hat. Eine

maschinelle Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung verursacht deutlich

geringere Energiekosten und kann gleichzeitig eine hygienisch unbedenkliche

Luftqualität und thermische Behaglichkeit sicherstellen.

Die energetische Betrachtung der freien und maschinellen Lüftung ist im

Kapitel „Simulation“ ausführlich beschrieben.

Freie Lüftung

85

3.2 Anforderungen an freie Lüftung nach ASR A3.6

Nach ASR A3.6 ist eine ausreichende freie Lüftung, unabhängig von der Form

und Ausführung, nur dann sichergestellt wenn die CO2-Konzentration in Innen-

räumen < 1000 ppm ist [11]. Die vorgeschriebene CO2-Konzentartion kann nur

dann erreicht werden, wenn die erforderlichen Lüftungsquerschnitte sowie die

maximal zulässigen Raumtiefen eingehalten werden, siehe Tabelle 35 [11].

Die Fensteröffnungen sind so anzuordnen, dass eine ausreichend gleichmäßige

Durchlüftung der Arbeitsräume sichergestellt ist. Dauer und Intensität des

Luftaustausches bei freier Lüftung sind so zu gestalten, dass Zugluft möglichst

vermieden wird [11]. Die ASR A3.6 unterscheidet zwei Varianten bzw. Systeme

der freien Lüftung:

System I: Einseitige Lüftung mit Zu- und Abluftöffnungen in einer Außenwand;

gemeinsame Öffnungen sind zulässig.

System II: Querlüftung mit Öffnungen in gegenüberliegenden Außenwänden

oder in einer Außenwand und der Dachfläche.

Freie Lüftung

86

Tabelle 35: Anforderungen an freie Lüftung gemäß ASR A3.6

Anmerkung: Die für die Berechnung in Tabelle 35 zugrunde gelegten Luftgeschwindigkeiten sind

angenommene Werte.

Die Öffnungsfläche für ein gekipptes Fenster berechnet sich wie folgt [11]:

𝐴𝐾𝑖𝑝𝑝 = 𝐵 ∗ 𝑎 + 2 ∗(𝐻 ∗ 𝑎)

2= 𝑎 ∗ (𝐵 + 𝐻) (4)

𝐴𝐾𝑖𝑝𝑝 Öffnungsfläche des Fensters 𝑚2

𝐵 Breite des Fensters 𝑚

𝐻 Höhe des Fensters 𝑚

𝑎 Spaltbreite 𝑚

System

Maximal zulässige

Raumtiefe bezogen auf die

lichte Raumhöhe (h) [m]

Öffnungsfläche zur Sicherung des Mindestluftwechsels

für kontinuierliche Lüftung

[m²/anwesende Person]

für Stoßlüftung

[m²/10 m² Grundfläche]

I

einseitige

Lüftung

Raumtiefe = 2,5 x h

(bei h > 4 m: max.

Raumtiefe = 10 m)

(angenommene Luftge-

schwindigkeit im Querschnitt

= 0,08 m/s)

0,35

1,05

II

Quer-

lüftung

Raumtiefe = 5,0 x h

(bei h > 4 m: max.

Raumtiefe = 20 m)

(angenommene Luftge-

schwindigkeit im Querschnitt

= 0,14 m/s)

0,20

0,60

Freie Lüftung

87

In Abbildung 12 ist eine Skizze zur Bemaßung dargestellt [11].

Abbildung 12: Skizze für die Maße nach ASR A3.6

Die Öffnungsfläche für ein gedreht geöffnetes Fenster wird wie folgt

berechnet [11]:

𝐴𝐷𝑟𝑒ℎ = 𝐵 ∗ 𝐻 (5)

Weitere Anforderungen an freie Lüftung gemäß ASR A3.6:

Eine Verringerung der Lüftungsquerschnitte bei kontinuierlicher Lüftung zur

Anpassung an Witterungsbedingungen (z.B. niedrige Außenluft-

temperaturen, starker Wind) muss durch Verstellbarkeit möglich sein (z. B.

Kippstellung der Fenster). Ist die Verstellbarkeit der Öffnungsfläche fein

justierbar, ist auch bei Außenlufttemperaturen unter +5 °C eine

kontinuierliche Lüftung erreichbar.

Sofern die Personenbelegung oder Nutzung des Bereiches nicht bekannt

sind, ist für die Berechnung der Mindestöffnungsfläche von einer

Grundfläche von 10 m² pro Person auszugehen.

Freie Lüftung

88

Bei sehr geringer Personenbelegung ist für die Berechnung der

Mindestöffnungsfläche von 1 Person je 100 m² auszugehen (z.B.

Lagerhalle).

Stoßlüftung nach ASR A3.6 (Technische Regeln für Arbeitsstätten)

Definition: Unter Stoßlüftung wird der kurzzeitige (ca. 3 bis 10 Minuten),

intensive Luftaustausch zur Beseitigung von Lasten aus Arbeitsräumen über

Fenster verstanden (vollständig geöffnetes Fenster) [11].

Eine Stoßlüftung ist in regelmäßigen Abständen nach Bedarf durchzuführen. Als

Anhaltswerte werden empfohlen:

Büroraum nach 60 min

Besprechungsraum nach 20 min

Die Mindestdauer der Stoßlüftung ist von der Temperaturdifferenz zwischen

innen und außen und dem Wind abhängig. Es kann von folgenden

Orientierungswerten ausgegangen werden [11]:

Sommer: bis zu 10 min (unter Berücksichtigung der Außenlufttemperatur)

Frühling/Herbst: 5 min

Winter: 3 min

Freie Lüftung

89

3.3 Luftaustausch über Fenster nach VDI 2078

Im Gegensatz zu der ASR A3.6, in der die Anforderungen an die maximal

zulässige Raumtiefe und die Öffnungsflächen zur Sicherung des

Mindestluftwechsels angegeben sind, beinhaltet die VDI 2078 u.a.

Näherungsformeln zur Berechnung des Luftaustauschs über Fenster.

Die Formeln gelten für:

vollständig geöffnetes Fenster

gekipptes Fenster mit Kippwinkel von maximal 15 °

Zusätzlich wird unterschieden in:

einzelnes Fenster mit Ein- und Ausströmung in demselben Fenster und

übereinander angeordnete Fenster mit Einströmung im unteren Fenster und

Abströmung im oberen Fenster.

Die Luftmenge wird nur in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz für die

vorgegebene Fensterkonstruktion bestimmt [20]. Der Windeinfluss wird wegen

der Komplexität nicht berücksichtigt. Der Volumenstrom �̇� lässt sich nach VDI

2078 mit einer Näherungsformel, dargestellt in Gleichung (6), wie folgt

ermitteln:

�̇� = 3600 ∗ 𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 ∗ √𝑔 ∗ 𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 ∗ ∆𝜗

2 ∗ 𝑇1 (6)

Hierbei ist:

�̇� Volumenstrom 𝑚3/ℎ

𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 wirksame Öffnungsfläche für die Durchströmung,

abhängig von der Fenstergeometrie, dem

Öffnungswinkel und der Fensterlaibung

𝑚²

𝑔 Fallbeschleunigung, 𝑔 = 9,81 𝑚/𝑠2 𝑚/𝑠2

𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 wirksame Höhe für den thermischen Auftrieb 𝑚

∆𝜗 Temperaturdifferenz zwischen der in den Raum

einströmender und der aus dem Raum ausströmender

Luft

𝐾

𝑇1 absolute Temperatur der in den Raum einströmenden

Luft

𝐾

Freie Lüftung

90

3.4 Vollständig geöffnetes Fenster

Im Folgenden wird die Berechnung von AWirk und HWirk für ein ganz geöffnetes

einzelnes Fenster mit Ein- und Ausströmung in demselben Fenster beschrieben.

Die wirksame Öffnungsfläche berechnet sich nach Gleichung (7) [22]:

𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 =𝐵1 ∗ 𝐻1

3 (7)

Die wirksame Höhe berechnet sich nach Gleichung (8) [22]:

𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 = 𝐻1 ∗2

3 (8)

𝐵1 Breite der lichten Öffnung im Fensterrahmen 𝑚

𝐻1 Höhe der lichten Öffnung im Fensterrahmen 𝑚

Freie Lüftung

91

3.5 Fenster in Kippstellung

Die wirksame Öffnungsfläche AWirk und die wirksame Höhe HWirk werden für

gekippte Fenster gemäß VDI 6007 Blatt 2 unter Berücksichtigung der

Vermaßungsskizze, dargestellt in Abbildung 13, ermittelt [22].

Abbildung 13: Skizze für die Maße von Fensterrahmen

und Fensterflügel beim gekippten Fenster [22]

Die im Folgenden dargestellte Formeln gelten für ein einzelnes gekipptes

Fenster mit Kippwinkel von maximal 15°, mit Ein- und Ausströmung im

demselben Fenster [22].

Die wirksame Öffnungsfläche für gekippte Fenster wird nach Gleichung (9)

berechnet [22]:

𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 = ((𝐵1+ 𝐻1− 𝐻𝜑)∗ 𝑎𝐹𝐿_𝑅𝑎

3) ∗ 𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 (9)

Die wirksame Höhe berechnet sich nach Gleichung (10) [22]:

𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 = (𝐻1 − 𝐻𝜑) ∗2

3 (10)

Freie Lüftung

92

𝐻𝜑 Höhe der Überlappung von Fensterrahmen und

Fensterflügel, berechnet nach Gleichung (11)

Wenn 𝐻𝜑 > 𝐻1, dann gilt 𝐻𝜑 = 𝐻1

𝑚

𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 Abstand zwischen Fensterflügel und Fensterrahmen,

berechnet nach Gleichung (14)

𝑚

𝜑 Öffnungswinkel des Fensters, die Berechnung leitet

sich ab aus der Gleichung (13)

°

𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 Korrekturfaktor für die Berücksichtigung einer

Fensterlaibung, berechnet nach Gleichung.

Wenn 𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 ≤ 𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏, dann 𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 = 1,

Wenn 𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 > 𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏, dann die Gleichung (12)

𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏 Abstand zwischen Mauerwerk und Fensterflügel mit

Überlappung

𝑚

𝐻𝜑 ≈𝑑𝑅𝑎ℎ𝑚𝑒𝑛

sin 𝜑 (11)

𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 = 1 − 0,6 ∗ (1 −𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏

𝑎𝐹𝐿_𝑅𝑎) (12)

𝜑 ≈ arcsin (𝑎𝐹𝑙𝑅𝑎

+𝑑𝑅𝑎ℎ𝑚𝑒𝑛

𝐻1) (13)

𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 ≈ 𝐻1 ∗ sin 𝜑 − 𝑑𝑅𝑎ℎ𝑚𝑒𝑛 (14)

Freie Lüftung

93

3.6 Beispiel zum Luftaustausch über Fenster

Am Beispiel eines Klassenraumes wurde der Luftwechsel bei einem gekippten

Fenster nach den Vorgaben der ASR A3.6 und der VDI 2078 berechnet. Der

tatsächlich stattgefundene Luftaustausch wurde mittels der Konzentrations-

abkling-Methode gemäß VDI 4300-7 ermittelt. Die Messung fand am

11.10.2013 statt. Die Außentemperatur lag während der Messung bei 14,2 °C.

Raumdaten

Raumtiefe (t) = 6,47m

Raumbreite (b) = 7,28m

Raumhöhe (h) = 3,38m

Grundfläche (t x b) = 47,10m²

Raumvolumen (t x b x h) = 160m³

Anzahl Fenster = 5 (nur eine einseitige Lüftung möglich)

Fensterabmessungen

Höhe der Lichten Öffnung im Fensterrahmen (𝐻1) = 2 m

Breite der Lichten Öffnung im Fensterrahmen (𝐵1) = 0,51 m

Abstand zwischen Fensterflügel und Fensterrahmen (𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎) = 0,085 m

Abstand Mauerwerk Fensterflügel mit Überlappung (𝛼𝐿𝑎𝑖𝑏) = 0,069 m

Messbedingungen

Außentemperatur = 14,2 °C

Raumlufttemperatur = 22,8 °C

Freie Lüftung

94

Anforderungen nach ASR A3.6 (Technische Regeln für Arbeitstättten)

Zunächst wird geprüft, ob die maximal zulässigen Raumtiefen eingehalten

werden. Die maximal zulässige Raumtiefe gemäß ASR A3.6 von 8,45 m

(2,5 * h =8,45 m) für System I einseitige Lüftung und 16,9 m (5 * h =16,9 m)

für System II Querlüftung werden eingehalten und sogar unterschritten, siehe

Tabelle 35. Demnach sind die Systeme I und II für die Belüftung des

untersuchten Raumes geeignet.

Die Öffnungsfläche für ein gekipptes Fenster ergibt sich nach Formel (4):

𝐴𝐾𝑖𝑝𝑝 = 𝐵1 ∗ 𝑎 + 2 ∗(𝐻1 ∗ 𝑎)

2= 𝑎 ∗ (𝐵1 + 𝐻1) (4)

𝐴𝐾𝑖𝑝𝑝 = 0,51 𝑚 ∗ 0,085 𝑚 + 2 ∗(2 𝑚 ∗ 0,085 𝑚)

2= 𝟎, 𝟐𝟏 𝒎𝟐

Über das gekippte Fenster strömt die Luft sowohl hinein als auch heraus. Die

Massenströme sind identisch. Das heißt, dass nur die Hälfte der Öffnungsfläche

für die einströmende Luft zur Verfügung steht.

Bei einer einseitigen Lüftung wird eine Luftgeschwindigkeit gemäß ASR A3.6

von 0,08 m/s angenommen. Es ergibt sich ein Volumenstrom für die

einströmende und für die ausströmende Luft von �̇� = 60,48 𝑚3/ℎ.

�̇� = 0,21𝑚² ∗ 0,08 𝑚/𝑠 = 0,0168 𝑚/𝑠 ∗3600𝑠

1ℎ= 60,48 𝑚3/ℎ

Bezogen auf das Raumvolumen entspricht das einem Luftwechsel

von n = 0,38 h-1. Gemäß ASR A3.6 hängt die erforderliche Öffnungsfläche von

der Personenbelegung des Raumes ab. Öffnungsfläche zur Sicherung des

Mindestluftwechsels für kontinuierliche Lüftung bei einseitiger Lüftung beträgt

0,35 m²/anwesende Person, siehe Tabelle 35. Bei durchschnittlicher

Klassenraumbelegung von 25 Personen ergibt sich eine Öffnungsfläche von

8,75 m². Dies entspricht 42 Fenstern, um die Anforderungen der ASR A3.6 für

eine einseitige, kontinuierliche Fensterlüftung einzuhalten. Der untersuchte

Klassenraum verfügt insgesamt über 5 Fenster und zwei dezentrale

Freie Lüftung

95

Lüftungsgeräte, da die Fenster allein nicht ausreichen, um den gemäß ASR

A3.6 geforderten Mindestluftwechsel sicherzustellen.

Anforderungen nach VDI 2078 (Berechnung der Kühllast und Raumtempera-

turen von Räumen und Gebäuden)

Anhand der in der VDI 2078 beschriebenen Näherungsformeln lässt sich bei

vorgegebener Fensterkonstruktion und Temperaturdifferenz der sich

einstellende Luftaustausch berechnen. Der Windeinfluss wird laut VDI 2078 bei

der Berechnung nicht berücksichtigt. Bevor der Luftvolumenstrom nach Formel

(6) berechnet werden kann, müssen zunächst die wirksame Öffnungsfläche für

die Durchströmung AWirk und die wirksame Höhe für den thermischen Auftrieb

HWirk bestimmt werden.

Die wirksame Öffnungsfläche für gekippte Fenster wird nach Gleichung (9)

berechnet. Da 𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 > 𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏 ist zunächst der Korrekturfaktor nach Gleichung

(12) zu bestimmen [22].

𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 = 1 − 0,6 ∗ (1 −𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏

𝑎𝐹𝐿_𝑅𝑎) (12)

𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 = 1 − 0,6 ∗ (1 −0,069 𝑚

0,085 𝑚) = 𝟎, 𝟖𝟗

𝜑 ≈ arcsin (𝑎𝐹𝑙𝑅𝑎

+ 𝑑𝑅𝑎ℎ𝑚𝑒𝑛

𝐻1) (13)

𝜑 ≈ arcsin (0,085𝑚 + 0,09𝑚

2𝑚) = 𝟓, 𝟎𝟐°

𝐻𝜑 ≈𝑑𝑅𝑎ℎ𝑚𝑒𝑛

𝑠𝑖𝑛𝜑 (11)

𝐻𝜑 ≈0,09𝑚

sin(5,02)= 𝟏, 𝟎𝟐𝟗𝒎

Freie Lüftung

96

𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 = ((𝐵1+ 𝐻1− 𝐻𝜑) ∗ 𝑎𝐹𝐿_𝑅𝑎

3) ∗ 𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 (9)

𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 = ((0,51 𝑚 + 2 𝑚 − 1,029 𝑚) ∗ 0,085 𝑚

3) ∗ 0,89 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟕 𝒎𝟐

Die wirksame Öffnungsfläche beträgt 0,037 m².

Die wirksame Höhe wird nach Gleichung (10) bestimmt [22].

𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 = (𝐻1 − 𝐻𝜑) ∗2

3 (10)

𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 = (2 𝑚 − 1,029 𝑚) ∗2

3= 𝟎, 𝟔𝟓 𝒎

Die wirksame Höhe beträgt 0,65 m.

Der Luftvolumenstrom wird näherungsweise nach Gleichung (6) berechnet [22].

�̇� = 3600 ∗ 𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 ∗ √𝑔 ∗ 𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 ∗ ∆𝜗

2 ∗ 𝑇1 (6)

�̇� = 3600 ∗ 0,066 𝑚2 ∗ √9,81

𝑚𝑠2 ∗ 1,3 𝑚 ∗ 8,6 𝐾

2 ∗ 287,35 𝐾= 𝟕𝟑, 𝟒 𝒎𝟑/𝒉

Der Volumenstrom beträgt gemäß Näherungsformeln nach VDI 2078

73,4 m³/h. Bei einem Raumvolumen von ca. 160 𝑚3 entspricht dies einem

Luftwechsel von ca. 0,46 h-1. Das Ergebnis der Berechnung des Luftwechsels

nach VDI 2078 unterscheidet sich nicht wesentlich von der Berechnung nach

ASR A3.6. Der Grund für die kleine Abweichung liegt in der anderen

Berechnungsweise, da VDI 2078 in den Formeln die Außentemperatur

berücksichtigt. Die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen ist

entscheidend für den Luftvolumenstrom. Die ASR A3.6 gibt eine feste

Luftgeschwindigkeit vor, die für alle Witterungsverhältnisse gilt. In der Realität

Freie Lüftung

97

ändert sich die Luftgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der

Temperaturdifferenz und Windsituation.

Bestimmung des tatsächlichen Luftwechsels

Zur Bestimmung des Luftwechsels in Innenräumen kann gemäß VDI 4300-7

die Indikatorgastechnik verwendet werden. Es stehen verschiedene Methoden

zur Verfügung, die in der genannten Richtlinie ausführlich beschrieben sind.

Die durchgeführte Untersuchung zur Bestimmung des Luftwechsels wird als

„Konzentrationsabkling-Methode“ bezeichnet. Dabei wird dem Raum ein

Indikatorgas zugeführt, mittels einer geeigneten Technik wie z.B.

Tischventilatoren gleichmäßig im Raum verteilt und anschließend der

Konzentrationsabfall in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Zur Messung der

Konzentration wurden mehrere Messstellen u.a. in unterschiedlichen Höhen

eingerichtet.

Die Berechnung des Luftwechsels erfolgt nach folgender Formel:

𝑛 =1

𝑡2−𝑡1∗ 𝑙𝑛

𝜎𝑡=𝑡1

𝜎𝑡=𝑡2 (15)

𝑛 Luftwechsel ℎ−1

𝑡 Zeitpunkt der Probenahme des Indikatorgases ℎ

𝜎𝑡=𝑡0 Startvolumengehalt des Indikatorgases zum Zeitpunkt

𝑡 = 𝑡0 in 𝑐𝑚3 Indikatorgas/𝑚3 Indikatorgas-Luftgemisch

(Injektionsbeginn)

𝑐𝑚3/𝑚3

𝜎𝑡=𝑡1 Volumengehalt des Indikatorgases zum Zeitpunkt

𝑡 = 𝑡1; in 𝑐𝑚3 Indikatorgas/𝑚3 Indikatorgas-

Luft-Gemisch

𝑐𝑚3/𝑚3



Luft-Gemisch

𝑐𝑚3/𝑚3

Freie Lüftung

98

Gemessener Luftwechsel bei einem gekippten Fenster

Der gemessene Konzentrationsabfall des Indikatorgases bei einem gekippten

Fenster ist in Abbildung 14 dargestellt.

Abbildung 14: Luftwechsel bei einem gekippten Fenster

Bei einem gekippten Fenster wurde ein durchschnittlicher Luftwechsel von

n =1,0 h-1 ermittelt. Randbedingungen zur Messung, Raumdaten und Fenster-

größe sind am Anfang des Kapitels beschrieben.

Freie Lüftung

99

Luftwechsel bei geschlossenen Fenstern und geschlossener Tür

Zu Vergleichszwecken wurde auch der Luftwechsel bei geschlossenen Fenstern

und geschlossener Tür gemessen. Diese Situation ist in der Heizperiode häufig

an Schulen vorzufinden.

Abbildung 15: Luftwechsel bei gesch. Fenstern und gesch. Tür

Der ermittelte Luftwechsel beträgt im Mittel 0,04 h-1. Der Maximalwert liegt bei

ca. 0,05 h-1. Somit gibt es bei geschlossenen Fenstern und Türen so gut wie

keinen Luftwechsel. Die im Rahmen der Untersuchungen durchgeführte

Messungen an anderen Schulen ergaben für den Luftwechsel ähnliche Werte

(0,02 h-1 - 0,04 h-1). Dies zeigt, dass die Forderungen der EnEV an eine dichte

Gebäudehülle konsequent umgesetzt wurden.

Freie Lüftung

100

Fensterlüftung aus energetischer Sicht

DIN EN 15239:2007-08 Lüftung von Gebäuden-Gesamtenergieeffizienz von

Gebäuden-Leitlinien für die Inspektion von Lüftungsanlagen

Die DIN EN 15239 betrachtet das Öffnen der Fenster als Energievergeudung:

“Wenn das Öffnen von Fenstern die einzige Lüftungsmöglichkeit ist (je nach

nationalen Regelungen), hängt die Energievergeudung vom Verhalten der im

Gebäude befindlichen Personen ab. Eine automatische Regelung der

Fensteröffnung oder, bei Nichtwohngebäuden, das Schließen von Fenstern in

belegungsfreien Zeiten sind Verfahren zur Verringerung des Energieverlustes.

Diese Verringerung kann sich jedoch nachteilig auf die Raumluftqualität

auswirken. Eine automatische Regelung zum Öffnen und Schließen von

Fenstern sollte in diesem Fall das automatische Öffnen vor und nach einer

Raumbelegung ermöglichen [17].“

Im Falle des Vorhandenseins einer Lüftungsanlage ist das Öffnen von Fenstern

ebenfalls als eine Energievergeudung zu betrachten, da die Raumluftqualität

bereits berücksichtigt ist [17].

In jedem Fall sollten sich bei geöffneten Fenstern Heizung und Klimaanlage

automatisch abschalten [17].

Des Weiteren sind diverse Wechselwirkungen der Fensterlüftung zu

berücksichtigen. Die Unfallverhüttungsvorschrift GUV-V S1 empfiehlt

Maßnahmen zur Vermeidung von Unfällen im Umgang mit der Fensterlüftung.

Bei Niederschlägen, insbesondere Schlagregen, sind die Fenster geschlossen zu

halten. Eine unkontrollierte Fensterlüftung, zumindest im Erdgeschossbereich,

ist in der Regel aus Sicherheitsgründen nicht möglich.

Überschreitet der Nachbarschafts- oder Straßenlärm einen bestimmten Pegel

ist während der Unterrichtszeit keine Fensterlüftung möglich.

Freie Lüftung

101

3.7 Zusammenfassung Fensterlüftung

Der Luftaustausch über Fenster wird über Druckunterschiede, durch

Temperaturdifferenzen und Windeinfluss bewirkt. Für bestimmte festgelegte

Bedingungen kann der Luftaustausch berechnet werden. In der Realität

unterliegen die berechneten Werte einer erheblichen Schwankung. Die

Ergebnisse des berechneten und tatsächlich gemessenen Luftwechsels am

betrachteten Beispiel unterscheiden sich wie folgt:

Nach ASR A3.6 berechnet: n = 0,38 h-1

Nach VDI 2078 berechnet: n = 0,6 h-1

Tatsächlich gemessen: n = 1,0 h-1

(Randbedingungen sind auf Seite 93 ff. beschrieben)

Für die Berechnung nach ASR A3.6 wird für die Luftgeschwindigkeit ein Wert

von 0,08 m/s (gilt für eine einseitige, kontinuierliche Lüftung) angenommen.

Die ASR A3.6 beschreibt nicht wie der Annahmewert zustande kommt. Der

Annahmewert wird laut ASR A3.6 dazu verwendet, um die

Mindestöffnungsfläche zur Sicherung des Mindestluftwechsels zu berechnen.

Welche Temperaturdifferenz und Windsituation diesem Annahmewert zugrunde

liegen sind in der ASR A3.6 nicht weiter erläutert. Aus diesem Grund ist die

Abweichung zum tatsächlich gemessenen Luftwechsel sehr groß.

Die Näherungsformel in der VDI 2078 berücksichtigt zwar die

Temperaturdifferenz, der Windeinfluss wird wegen der Komplexität der

Berechnung vernachlässigt. Der so errechnete Luftwechsel liegt in dem Fall

über dem der ASR A3.6, jedoch unterhalb des tatsächlichen gemessenen

Luftwechsels. Der tatsächlich für den Zeitabschnitt gemessene Luftwechsel

liegt bei n = 1,0 h-1.

Die berechneten Luftwechselraten sowohl nach ASR A3.6 als auch nach VDI

2078 aber auch der gemessenen Luftwechsel sind nicht ausreichend, um die

geforderte CO2-Konzentration von 1000 ppm bei hoher Belegungsdichte

einzuhalten.

Freie Lüftung

102

Im geschlossenen Zustand wurde ein sehr geringer Luftwechsel festgestellt,

dass er vernachlässigt werden kann. Das hat zur Folge, dass in belegten

Klassenräumen, in denen die Fenster aufgrund von z.B. niedrigen

Außentemperaturen nicht geöffnet werden, ein rascher Anstieg der CO2-

Konzentration und anderer Verunreinigungen festzustellen ist. Aus

energetischer Sicht betrachtet, treten bei der Fensterlüftung in den

Wintermonaten hohe Energieverluste auf und verursachen hohe

Wärmebedarfskosten.

Untersuchungsergebnisse

103

4 Untersuchungsergebnisse

In diesem Kapitel werden ausgewählte Ergebnisse durchgeführter

Untersuchungen vorgestellt (zusätzlich gibt es hierzu einen separaten

ausführlichen Bericht). Im Rahmen des Kooperationsprojektes zwischen der

HTW Berlin und der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt

wurden 9 Schulen, die sich hinsichtlich des Gebäudetyps, durchgeführter

Sanierungsmaßnahmen und der Lüftungsart unterscheiden, für nähere

Untersuchungen ausgewählt. Im Zuge der Untersuchungen wurden von der

HTW folgende Messungen durchgeführt: Raumlufttemperatur, relative

Luftfeuchte, CO2-Gehalt, Schalldruckpegel sowie Luftgeschwindigkeiten zur

Beurteilung der Behaglichkeit. Es handelt sich um stichprobenartige Messungen,

die in ausgewählten Klassenräumen über einen Unterrichtstag bzw. eine Woche

durchgeführt wurden. An einigen Schulen fanden zusätzlich Luftwechsel-

messungen statt. Die erste Messreihe fand in den Wintermonaten Februar und

März 2013 statt. Die Zweite wurde im Frühjahr-Sommer in den Monaten April

bis Juni 2013 durchgeführt.

Für die Untersuchung ausgewählte Schulen:

Grundschule am Buschgraben, Berlin- Steglitz-Zehlendorf;

Rothenburg-Grundschule, Berlin- Steglitz-Zehlendorf;

Philipp-Reis Schule, Berlin-Lichtenberg;

Grundschule am Teutoburger Platz, Berlin-Pankow;

Gymnasium Steglitz, Berlin- Steglitz-Zehlendorf;

Heide-Grundschule, Berlin-Treptow (Adlershof);

Heinrich-Roller-Grundschule, Berlin-Prenzlauer Berg;

OSZ Bautechnik II/Holztechnik , Berlin-Weißensee;

Hausburg-Grundschule (Europaschule), Friedrichshain-Kreuzberg;

Ergänzend zu den Messungen an den Berliner Schulen wurden Ergebnisse

bundesweit stattgefundener Projekte ausgewertet. Bei diesen Projekten handelt

es sich überwiegend um Sanierungen von Bestandsschulen. Bei der Auswertung

waren vor allem folgende Aspekte wichtig:

Lüftungsart und Auslegungskriterien


104

Art der Wärmerückgewinnung

Regelungsstrategie der RLT

CO2-Konzentration in Klassenräumen

4.1 Von der HTW-Berlin untersuchte Schulen

Wesentliche Erkenntnisse aus den durchgeführten Messungen sind in den

folgenden Tabellen zusammengefasst. Tabelle 36 zeigt die Lüftungssysteme

der untersuchten Schulen.

Tabelle 36: Unterteilung nach Lüftungssystem (Schulen Berlin)

Es ist zu erkennen, dass sowohl zentrale als auch dezentrale

raumlufttechnische Systeme vorhanden sind. Dezentrale RLT-Geräte kommen

in unterschiedlichen Ausführungen vor. In einigen Schulen wurden zentrale und

dezentrale RLT-Systeme, um Vergleiche im Betrieb durchführen zu können

eingebaut.

Neu gebaute Schulen wurden mit einer zentralen Lüftungsanlage ausgestattet.

Einige der Bestandsschulen erhielten im Rahmen durchgeführter Sanierungs-

maßnahmen dezentrale Lüftungsgeräte.

In Tabelle 37 sind die Lüftungssysteme unterteilt nach Art der

Wärmerückgewinnung dargestellt:

Wandgeräte Standgeräte Deckengeräte Brüstungsgeräte

Neubau 1 2

Bestandsgebäude 1

Bestandsgebäude mit

Denkmalschutz 1 1

Typenschulbauten 2 2 2 1

Schule/BautypLüftungssystem

Fensterlüftung Zentrale RLTdezentrale RLT Hybride

Lüftung


105

Tabelle 37: Unterteilung nach Wärmerückgewinnung (Schulen Berlin)

Anhand der Ergebnisse ist zu erkennen, dass regenerative und rekuperative

Wärmerückgewinnungssysteme in etwa gleicher Anzahl eingesetzt wurden.

Dezentrale Lüftungsgeräte wurden mit einem Kreuzstromwärmetauscher als

Wärmerückgewinnungssystem eingebaut.

Ein wesentlicher Bestandteil jeder raumlufttechnischen Anlage ist deren

Regelung. Mit bedarfsabhängiger Regelung lässt sich eine RLT-Anlage

wesentlich effizienter betreiben als eine RLT-Anlage, die auf einen konstanten

Luftvolumenstrom ausgelegt ist. Die folgende Tabelle zeigt zusammengefasst

die Regelungsart unterteilt nach Lüftungssystemen.

Tabelle 38: Unterteilung nach Regelstrategie (Schulen Berlin)

Als Eingangssignal für die Regelung kann die wichtigste Verunreinigung in der

Raumluft verwendet werden. In Schulen handelt es sich um die CO2- oder

VOC-Konzentration. RLT-Anlagen ohne Regelung sind auf einen konstanten

Luftvolumenstrom ausgelegt, diese werden häufig manuell vom Lehrpersonal

geschaltet.

LüftungssystemArt der Wärmerückgewinnung

Rotationswärmetauscher Kreuzstromwärmetauscher

(regenerativ) (rekuperativ)

Zentrale RLT2 3

Dezentrale RLT3

LüftungssystemCO2-Regelung VOC-Regelung

keine

Regelung

Regelstrategie

Zentrale RLT1 1 2

Dezentrale RLT1 3


106

4.2 Messergebnisse

Aufgrund der großen Datenmenge wird im Folgenden nur ein Teil der

Ergebnisse aus zwei Berliner Schulen vorgestellt. Beide Schulen gehören zum

Gebäudetyp SK Berlin, die in den 80er Jahren errichtet wurden. An beiden

Schulen wurden Sanierungsmaßnahmen durchgeführt. Die Gebäudehülle sowie

die Fenster wurden gemäß EnEV erneuert. Im Rahmen der

Sanierungsmaßnahmen wurde eine Schule mit einer zentralen RLT-Anlage

ausgestattet.

Ausführliche Beschreibungen zu den durchgeführten Untersuchungen mit

Messergebnissen aus weiteren Schulen sind in einem zusätzlichen Bericht

(Untersuchungsbericht) zu finden. Die hier dargestellten Ergebnisse sind

unterteilt in Fensterlüftung und maschinelle Lüftung. Es handelt sich um

stichprobenartige Messungen, die in der Heiz- und Kühlperiode stattfanden.

4.3 Objektbeschreibung

Die hier dargestellten Messergebnisse zur Fensterlüftung wurden im Rahmen

der Untersuchungen in der Heide-Grundschule, Florian-Geyer-Straße 81,

Berlin-Adlershof erfasst. Die Heide-Grundschule ist ein Plattenbau vom

Gebäudetyp „SK Berlin“ aus dem Jahr 1971. Der Gebäudetyp SK Berlin wurde

in Berlin in den Jahren zwischen 1965 und 1983 ca. 160 mal gebaut. Bei der

Heide-Grundschule handelt es sich um ein viergeschossiges Gebäude mit

Unterkellerung und einer Netto-Grundfläche von 3452,8 m². Im Jahr 2011

wurde das Gebäude einer energetischen Sanierung unterzogen. Das

Schulgebäude wurde seit der Errichtung als Grundschule genutzt.

Die hier dargestellten Messergebnisse zur maschinellen Lüftung wurden

ebenfalls an einer Schule vom Gebäudetyp SK Berlin aufgenommen. Es handelt

sich um die „Philipp-Reis-Schule“ in der Werneuchener Strase.14 in Berlin

Lichtenberg. Das Schulgebäude wurde im Jahr 1977 errichtet. Zum Zeitpunkt

der durchgeführten Untersuchungen wurde das Gebäude von zwei Schulen

genutzt. Die Philipp-Reis-Schule ist im Sockelgeschoss bis zum ersten

Obergeschoss untergebracht. Zweites und drittes Obergeschoss stehen in der


107

Nutzung der Brodowin-Schule (Grundschule). Der Hauptnutzer ist jedoch die

Philipp-Reis-Schule, welche zum neuen Schultyp „Integrierte Sekundar-

schule“ gehört. In den Jahren 2011 bis 2012 wurde das Gebäude energetisch

saniert und mit einer zentralen Lüftungsanlage ausgestattet. Die Netto-

grundfläche beträgt ca. 3435 m2.

4.3.1 Messergebnisse Fensterlüftung (Heizperiode)

In den folgenden Tabellen und Abbildungen sind Messergebnisse der CO2-

Konzentration, Raumlufttemperatur und Raumluftfeuchte aus der Heide-

Grundschule dargestellt. Die Messung in der Heizperiode fand unter folgenden

Messbedingungen statt.

Tabelle 39: Messbedingungen Fensterlüftung (Heizperiode)

Datum der Messung 11.02.2013

Zeitraum der Messung 07:45 – 13:30 Uhr

Wetter früh bedeckt,

vormittags sonnig, mittags bedeckt

mittlere Außentemperatur

-0,4 °C

mittlere Windgeschwindigkeit

3,24 m/s

mittlere Windrichtung 77° (NO-O)

CO2-Konzentration zu

Beginn (außen) 480 ppm

Anzahl der Schüler 22

Anzahl der Lehrer ständig eine Lehrkraft,

zeitweise drei

geöffnete Fenster Zeitraum Anzahl

11:55–12:05 Uhr 1

Tür des Raumes zum Flur ganztägig geöffnet!


108

Tabelle 40: Unterrichtszeiten

CO2-Konzentration Gemäß den Messbedingungen wurde an einem Wintertag folgender CO2-Verlauf

im Klassenraum gemessen.

Abbildung 16: CO2-Konzentration Fensterlüftung (Heizperiode)

Die CO2-Konzentration steigt im Laufe des Unterrichtstages kontinuierlich an.

Bereits nach kurzer Zeit ist der Wert von 1000 ppm überschritten. Aufgrund

Schulstunde Von Bis Pause

1. Stunde 07:45 08:30

08:30 08:45 Frühstückspause

2. Stunde 08:45 09:30

09:30 09:35 5 Minuten Pause

3. Stunde 09:35 10:20

10:20 10:40 Hofpause

4. Stunde 10:40 11:25

11:25 11:30 5 Minuten Pause

5. Stunde 11:30 12:15

12:15 12:45 Mittagspause

6. Stunde 12:45 13:30

7. Stunde 13:30 14:15


109

der niedrigen Außentemperatur wurden die Fenster nicht geöffnet, erst um

11.55 Uhr wurde ein Fenster für 10 Minuten gekippt. Die Raumtür ist ganztägig

zum Flur hin geöffnet. Die kurze Lüftung über Fenster und die geöffnete Tür

reichen nicht aus, um die CO2-Konzentration auf 1000 ppm abzusenken. So

befindet sich der CO2-Gehalt über die Hälfte der Unterrichtszeit im Bereich über

2000 ppm, was einer hygienisch inakzeptablen Luftqualität entspricht. Die

kleinen Ausschläge um 9.06 Uhr und 10.40 sind auf die Pausenzeiten

zurückzuführen.

Raumluft- und Außentemperatur

Der Verlauf der Raumlufttemperatur und Außentemperatur ist in der Abbildung 17 zu sehen.

Abbildung 17: Raumluft- und Außentemperatur Fensterlüftung (Heizperiode)

Die Außentemperatur hat ihr Minimum von -3,1 °C in den frühen

Morgenstunden und erreicht gegen 10:52 Uhr das Maximum von 1,2 °C.

Die Raumlufttemperatur steigt dagegen den ganzen Tag über kontinuierlich an.

Grund hierfür ist die Anwesenheit der Personen im Raum, die permanent

Wärme abgeben. Dies ist deutlich kurz vor Beginn der ersten Schulstunde

(07:45 Uhr) zu erkennen, wenn die Schüler in den Klassenraum eintreten.

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

17,5

18

18,5

19

19,5

20

20,5

21

21,5

22

22,5

23

07:30:00 08:30:00 09:30:00 10:30:00 11:30:00 12:30:00 13:30:00

Au

ße

nte

mp

era

tur

[°C

]

Rau

mlu

ftte

mp

era

tur

[°C

]

Uhrzeit

Raumlufttemperatur Außentemperatur


110

Kurzzeitige Stagnationen der Raumlufttemperatur um ca. 08:45 Uhr, 10:35

Uhr und 12:15 – 12:45 Uhr zeigen die Pausen an (siehe Tabelle 40). Kurz vor

der Mittagspause wird ein Fenster geöffnet, was sich auch in der Raumluft-

temperatur widerspiegelt. Die Raumlufttemperatur liegt im Behaglichkeits-

bereich.

Raumlufttemperatur und relative Luftfeuchte

Die Abbildung 18 zeigt die Entwicklung der Raumlufttemperatur und der

relativen Luftfeuchte im Klassenraum.

Abbildung 18: Raumlufttem. und rel. Feuchte Fensterlüftung (Heizperiode)

Wie bei der Raumlufttemperatur ist auch bei der relativen Luftfeuchtigkeit

deutlich zu erkennen, dass die Schüler ab 07:30 Uhr den Klassenraum betreten.

Die relative Luftfeuchtigkeit steigt den ganzen Tag nahezu parallel zur

Raumlufttemperatur an. Dieser Vorgang ist auf die Feuchtigkeitsabgabe durch

Anwesenheit der Raumnutzer zurückzuführen. Zu Beginn des Unterrichtstages

liegt die relative Luftfeuchtigkeit außerhalb des Behaglichkeitsbereiches, was

für die Winterzeit als normal angenommen werden kann. Im Laufe des Tages

nimmt die rel. Luftfeuchtigkeit jedoch zu und erreicht nach ca. zwei Stunden

den in den nationalen Normen empfohlenen Behaglichkeitsbereich. Der

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

17,5

18,5

19,5

20,5

21,5

22,5

23,5

7:30 8:30 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30re

lati

ve L

uft

feu

chti

gke

it [

%]

Rau

mlu

ftte

mp

era

tur

[°C

]

Uhrzeit

Raumlufttemperatur relative Luftfeuchte


111

maximale Wert für rel. Luftfeuchtigkeit gemäß ASR A3.6 wird weder erreicht

noch überschritten.

4.3.2 Messergebnisse maschinelle Lüftung (Heizperiode)

Eine gute Raumluftqualität kann mit Hilfe maschineller Lüftungssysteme

sichergestellt werden. Entscheidend für die Luftqualität ist die Auslegung der

Luftvolumenströme. In den folgenden Tabellen und Abbildungen sind als

Beispiel Messergebnisse aus der Philipp-Reis-Schule, die in der Heizperiode

aufgenommen wurden, dargestellt. Die Messung fand am 05.03.2013 statt.

Tabelle 41: Auslegungskriterien maschinelle Lüftungsanlage

Zuluft (Klassenraum) 600 m³/h

Abluft (Klassenraum) 600 m³/h

Belegung je Kl. 20 Personen

Volumenstrom 30 m³/hP

Regelung konstanter Volumenstrom ohne

Regelung

Tabelle 42: Klassenraumbelegung

Schulstunde Zeit Belegung 1. 8:00 – 8:45 16 Personen

2. 8:55 – 9:40 keine Belegung

3. 9:50 – 10:35 16 Personen

Hofpause 10:35 – 10:55 keine Belegung

4. 10:55 – 11:40 26 Personen


Mittagspause 12:35 – 13:05 keine Belegung

6. 13:05 – 13:50 26 Personen



112

CO2-Konzentration

Die Ergebnisse der CO2-Messung sind in der folgenden Abbildung zu sehen.

Abbildung 19: CO2-Konzentration masch. Lüftung (Heizperiode)

Während der Belegung ist zu erkennen, dass die CO2-Konzentration

entsprechend der Belegung ansteigt. Der Maximalwert liegt zum Ende des

Schultages bei ca. 1130 ppm. In der 3. Stunde wurden zusätzlich einige

Fenster gekippt. Bei insgesamt 16 Personen im Klassenraum und laufender

Lüftungsanlage ist der Anstieg der CO2-Konzentration in dieser Zeit gering. Die

Fenster an dieser Schule können nur gekippt werden. Vollständiges Öffnen ist

aus Sicherheitsgründen nicht möglich. Während der weiteren Unterrichts-

stunden sind die Fenster geschlossen, so dass der Luftaustausch im

Klassenraum allein durch die Lüftungsanlage erfolgt. Bei voller Belegung steigt

die CO2-Konzentration auf max. 1130 ppm (6. Stunde). Bei einem

Luftvolumenstrom von 600 m3/h pro Klassenraum entspricht dies den

Auslegungskriterien. Der gemessene CO2-Gahalt zeigt, dass mit maschineller

Lüftung die hygienisch erforderliche Luftqualität sichergestellt werden kann.


113


In Abbildung 20 sind die Messergebnisse der Raumluft- und Außentemperatur dargestellt.

Abbildung 20: Raumluft- und Außentemperatur masch. Lüftung (Heizperiode)

Anhand der Raumlufttemperatur ist gut zu erkennen, zu welcher Zeit der Raum

belegt ist. In der 2. sowie 5. Stunde und in den beiden großen Pausen ist der

Raum nicht besetzt. Die Raumlufttemperatur bleibt auf einem Niveau, bzw.

zeigt nur minimale Änderungen. In der 3. Stunde wurde zusätzlich über

Fenster gelüftet. Entsprechend ist ein Temperaturabfall in dieser Zeit (9.50-

10.30) zu erkennen. Es handelt sich nur um eine Kipplüftung. Bei vollständig

geöffneten Fenstern wäre die Temperaturabsenkung deutlich stärker. In der 4.

und 6. Stunde ist der Raum mit 26 Personen besetzt. Die Raumtemperatur

steigt in dieser Zeit aufgrund der Wärmeabgabe durch Personen. Die

Außentemperatur steigt den ganzen Tag über kontinuierlich an. In Anbetracht

an dem Tag vorliegender Außentemperaturen, die eher einem warmen

Wintertag entsprechen, wurde trotzdem nur einmal über Fenster gelüftet.

Ohne maschinelle RLT-Anlage würde die CO2-Konzentration ähnlich ansteigen

wie in der Heide-Grundschule.

0

2

4

6

8

10

12

14

17,5

18,5

19,5

20,5

21,5

22,5

23,5

8:02 9:02 10:02 11:02 12:02 13:02 14:02

Au

ße

nte

mp

era

tur

[°C

]

Rau

mlu

ftte

mp

era

tur

[°C

]

Uhrzeit



114

Raumlufttemperatur und relative Luftfeuchte

In der Folgenden Abbildung ist der Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit

zusammen mit der Raumlufttemperatur grafisch dargestellt.

Abbildung 21: Raumlufttem. und rel. Feuchte masch. Lüftung (Heizperiode)

Die relative Luftfeuchtigkeit im Klassenraum schwankt geringfügig um den

Wert von 21,5 %. Zu Unterrichtszeiten mit hoher Belegung von 26 Personen,

die außer Wärme auch Feuchte an die Innenraumluft abgeben, ist ein kleiner

Anstieg der rel. Luftfeuchte zu verzeichnen. Jedoch wird sie genauso wie die

anderen Verunreinigungen in der Luft durch die Lüftungsanlage abgeführt.

Derselbe Luftwechsel ist mittels Fensterlüftung, unter Einhaltung von

Behaglichkeitsanforderungen nicht sicherzustellen.

18

20

22

24

26

28

30

17,5

18,5

19,5

20,5

21,5

22,5

23,5

8:02 9:02 10:02 11:02 12:02 13:02 14:02

rela

tive

Lu

ftfe

uch

tigk

eit

[%

]

Rau

mlu

ftte

mp

era

tur

[°C

]

Uhrzeit

Raumlufttemperatur relative Luftfeuchtigkeit


115

4.3.3 Messergebnisse Fensterlüftung (Kühlperiode)

Im Folgenden sind Ergebnisse der Sommermessung am Beispiel der Heide-

Grundschule dargestellt. Anhand der Messwerte soll das Lüftungsverhalten

untersucht werden. Vollständige Messergebnisse können dem Untersuchungs-

bericht entnommen werden.

Die Messung im Sommer wurde durchgeführt, um Vergleichswerte vor allem

für die CO2-Konzentration in Klassenräumen zu erhalten. Im Winter wurde

festgestellt, dass aufgrund niedriger Außentemperaturen die Fenster entweder

gar nicht oder nur für eine kurze Zeit geöffnet wurden. Die Messergebnisse im

Sommer sollen Aufschluss darüber geben, welches Lüftungsverhalten bei

sommerlichen Außentemperaturen besteht und ob damit die hygienisch

erforderliche Luftqualität in Innenräumen erreicht und die in der ASR A3.6

empfohlene CO2-Konzentration von 1000 ppm eingehalten wird.

Die Messung wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt.

Tabelle 43: Messbedingungen Fensterlüftung (Kühlperiode)

Datum der Messung 28.05.2013

Zeitraum der Messung 07:45 – 12:20 Uhr

Wetter bewölkt, regnerisch

mittlere Außentemperatur

13,4 °C

mittlere Windgeschwindigkeit

5,15 m/s

mittlere Windrichtung 297° (W-NW)

CO2-Konzentration zu

Beginn (außen) 540 ppm

Anzahl der Schüler 23

Anzahl der Lehrer eine Lehrkraft

geöffnete Fenster Zeitraum Anzahl

ganztägig 1

Tür des Raumes zum Flur ganztägig geöffnet!


116

CO2-Konzentration

Die Abbildung 22 zeigt Messergebnisse einer CO2-Messung im Laufe eines

Unterrichtstages. Der Stundenplan kann der Tabelle 40 entnommen werden.

Abbildung 22: CO2-Konzentration Fensterlüftung (Kühlperiode)

Die CO2-Konzentration liegt im Laufe des Unterrichtstages nur einmal oberhalb

von 1000 ppm. Der Anstieg der CO2-Konzentration verläuft deutlich langsamer

als im Winter. Der sich durch das geöffnete Fenster und die geöffnete Tür

eingestellte Luftwechsel reicht in diesem Fall aus, um den CO2-Gehalt im

Bereich von 1000 ppm zu halten. Eins von den sieben Fenstern ist den ganzen

Unterrichtstag angekippt. Offensichtlich treten keine Zug-erscheinungen oder

sonstige Behaglichkeit beeinträchtigende Situationen auf.

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

7:45 8:15 8:45 9:15 9:45 10:15 10:45 11:15 11:45 12:15

CO

2-K

on

zen

trat

ion

[p

pm

]

Uhrzeit

gemessene Konzentrationgemessenene CO2-Konzentration


117


In der folgenden Abbildung ist der Verlauf der Raumluft- und der

Außentemperatur dargestellt.

Abbildung 23: Raumluft- und Außentemperatur Fensterlüftung (Kühlperiode)

Anhand der Temperaturdaten ist die Anwesenheit von Personen im

Klassenraum deutlich zu erkennen. In den ersten beiden Stunden findet

Unterricht statt. In der 3. und 4. Stunde ist der Raum offensichtlich nicht

belegt. Der langsame Temperaturabfall deutet darauf hin, dass das Fenster

nicht vollständig geöffnet, sondern nur gekippt ist. In der 5. Stunde findet

wieder Unterricht statt. Trotz eines gekippten Fensters liegt die

Raumlufttemperatur im Behaglichkeitsbereich.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

20,50

21,00

21,50

22,00

22,50

23,00

7:45 8:15 8:45 9:15 9:45 10:15 10:45 11:15 11:45 12:15

Au

ße

nte

mp

era

tur

[°C

]

Rau

mlu

ftte

mp

era

tur

[°C

]

Uhrzeit



118

4.3.4 Zusammenfassung Messergebnisse HTW Berlin

Die durchgeführten Untersuchungen einschließlich aller Messdaten sind im

separaten Untersuchungsbericht ausführlich beschrieben. Anhand der

Messergebnisse kann festgestellt werden, welches Lüftungsverhalten in den

Schulen herrscht und welche Luftqualität es nach sich zieht. Mit maschinellen

Lüftungssystemen kann in der Heizperiode eine den hygienischen

Anforderungen gerechte Raumluftqualität sichergestellt und die CO2-

Konzentration von 1000 ppm eingehalten werden. Eine Fensterlüftung allein ist

im Winter nicht ausreichend. Die Fenster werden aufgrund der kalt

einströmenden Luft, die Zugerscheinungen hervorruft, selten oder gar nicht

geöffnet. Im Sommer und bei warmen Temperaturen in der Übergangzeit kann

Fensterlüftung einen ausreichenden Luftwechsel ohne Behaglichkeits-

einschränkungen sicherstellen. Aus energetischer Sicht führt Lüften über

Fenster in der Heizperiode zu hohen Wärmeverlusten. Aus den genannten

Gründen ist es sinnvoll und erforderlich, in der Heizperiode maschinell zu lüften.

In der Kühlperiode kann auf die maschinelle Lüftung am Tag verzichtet werden.

In der Nacht ist es möglich die RLT-Anlage für eine Nachtauskühlung zu

verwenden. Nähere Informationen zu Nachtauskühlung sind in Kapiteln zur

Simulation und wirtschaftlicher Betrachtung zu finden. Die durchgeführten

Luftwechselmessungen belegen, dass in sanierten und neu errichteten

Schulgebäuden bei geschlossenen Fenstern ein vernachlässigbar geringer

natürlicher Luftwechsel stattfindet, siehe Abbildung 15 „Luftwechsel bei

geschlossen Fenstern“. Dies bestätigt in erster Linie die Erfüllung der EnEV-

Anforderungen, führt jedoch zu einer starken Anreicherung von chemischen

und biologischen Stoffen, die Ursache für gesundheitsbezogene Beschwerden

wie die Reizung von Augen, Nase und Rachen, Kopfschmerzen, Müdigkeit oder

Konzentrations-schwierigkeiten sein können. In mehreren Studien wurde

bereits nachgewiesen, dass die Leistungsfähigkeit der Schüler mit steigender

CO2-Konzentration deutlich abnimmt, siehe Kapitel zu Wirtschaftlichen

Betrachtung.


119

4.4 Erkenntnisse aus weiteren Projekten

In die Auswertung wurden ferner Untersuchungen insgesamt 24 bundesweit

verteilter Schulen einbezogen. Es handelt sich sowohl um neu gebaute als auch

energetisch sanierte Gebäude. Die Ergebnisse werden im Folgenden

tabellarisch dargestellt.

Die Unterteilung der Schulen wurde wie folgt vorgenommen:

Neubau: ab ca. dem Jahr 2000 gebaute Schulgebäude

Bestandsgebäude: energetisch sanierte Schulgebäude

Bestandsgebäude

mit Denkmalschutz: energetisch sanierte denkmalgeschützte

Schulgebäude

Typenschulbauten: energetisch sanierte Typenschulbauten außer

Schulbaureihe SVB1

1 Bis auf die Baureihe SVB entstanden alle Typenschulbauten in Plattenbauweise [18].

Neubau: 8 Schulen

Bestandsgebäude: 8 Schulen

Bestandsgebäude

mit Denkmalschutz: 2 Schulen

Typenschulbauten: 6 Schulen


120

Tabelle 44: Unterteilung nach Lüftungssystemen

In Tabelle 44 sind die Schulen nach dem Lüftungssystem unterteilt. Einige

Schulen wurden mit mehreren unterschiedlichen Lüftungssystemen zum Zweck

der Vergleichbarkeit ausgestattet. Insbesondere bei den dezentralen Geräten

gibt es mehrere verschiedene Bauformen, die in Abhängigkeit von den

baulichen Gegebenheiten bzw. Gefahren durch Vandalismus eingebaut wurden.

Die Schulen mit hybrider Lüftung stellen den geringsten Anteil dar. Mit der

hybriden Lüftung sind hier RLT-Anlagen bezeichnet, die in Kombination mit

automatisch öffnenden und schließenden Fenstern funktionieren. Neu gebaute

Schulgebäude wurden immer mit zentralen Lüftungsanlagen ausgerüstet.

In der nächsten Tabelle sind die Lüftungssysteme nach der Art der

Wärmerückgewinnung unterteilt.

Tabelle 45: Unterteilung nach Wärmerückgewinnung

In den zur Verfügung stehenden Unterlagen sind zum Teil keine Informationen

enthalten, welche Wärmerückgewinnungsanlagen eingebaut wurden. Die

Angaben in Tabelle 45 sind deswegen nicht vollständig. Trotzdem ist anhand

der Ergebnisse zu erkennen, dass sowohl regenerative als auch rekuperative

Wärmerückgewinnung in etwa gleicher Anzahl eingesetzt wurden. In der

dritten Spalte wurden zusätzlich Angaben zum Einsatz von Erdwärmetauschern

gemacht. In nur 2 von 24 untersuchten Schulen wurde dieses

Wärmeübertragungssystem eingebaut.

Wandgeräte Standgeräte Deckengeräte Brüstungsgeräte

Neubau 8 1

Bestandsgebäude 5 2 3 1 1

Bestandsgebäude mit

Denkmalschutz 1 1

Typenschulbauten 4 1 2

LüftungsystemSchule/Bautyp

Hybride LüftungFensterlüftung Zentrale RLTdezentrale RLT

Zentrale RLT

Dezentrale RLT

Zusätzlicher

Erdwärmetauscher

56 2

32

LüftungssystemArt der Wärmerückgewinnung

Rotationswärmetauscher Kreuzstromwärmetauscher

(regeneratv) (rekuperativ)


121

In Tabelle 46 ist die Unterteilung nach der Regelstrategie dargestellt.

Tabelle 46: Unterteilung nach Regelstrategie

Anhand der Angaben zu der Regelstrategie ist zu erkennen, dass die Regelung

nach der CO2-Konzentration in der Raumluft überwiegend eingesetzt wurde. In

einigen Fällen gab es zusätzlich zur CO2-Regelung auch eine Feuchteregelung.

Die Regelung nach VOC-Konzentration wurde in den Beschreibungen nicht

erwähnt. Hier ist aber anzumerken, dass bei sieben Projekten überhaupt keine

Informationen zur Regelung vorliegen. Bei vier Objekten wurde die RLT-Anlage

auf einen konstanten Luftvolumenstrom eingestellt und nach einem Zeitplan

gesteuert. Eine Regelung nach CO2 oder VOC ist nicht vorhanden.

Weitere Erkenntnisse sind im Folgenden stichpunktartig zusammengefasst:

als Planungsgrundlage für maschinelle Lüftungsanlagen diente entweder die

DIN 1946-2 oder die DIN EN 13779 (DIN 1946-2 wurde im Jahr 2005 durch

DIN EN 13779 ersetzt)

Auslegung der Luftvolumenströme erfolgte meistens nach CO2-

Konzentration; max. CO2-Konzentration = 1500 ppm

Einhaltung des zulässigen Schalldruckpegels ist für die Akzeptanz der

maschinellen RLT-Anlagen durch Schüler und Lehrer sehr wichtig.

51

3 2

LüftungssystemVOC-RegelungCO2-Regelung

Art der Regelungkeine

Regelungkeine Angabe

Zentrale RLT6 keine

Dezentrale RLT2 keine


122

4.4.1 CO2-Konzentrationen in Klassenräumen

Im Weiteren werden Ergebnisse der CO2-Messungen aus anderen

Forschungsprojekten vorgestellt. Ausführliche Informationen hierzu sind in der

Bekanntmachung des Umweltbundesamtes (Mitteilungen der Ad-hoc-

Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte der Innenraumlufthygiene-Kommission des

Umweltbundesamtes und der Obersten Landesgesundheitsbehörden) zu

finden [2].

In Abbildung 24 ist der typische Verlauf der CO2-Konzentration in

Gemeinschaftsräumen mit Pausenlüftung in der Heizperiode dargestellt [2].

Abbildung 24: Typischer Verlauf der CO2-Konzentrationen und

verschiedener Raumklimaparameter während der

Unterrichtszeit in einer Schule [2]

Die CO2-Konzentrationen liegen weit über 1000 ppm, bei verkürzten Pausen

sogar über 2000 ppm. Durch das Lüften in den Pausen kann der CO2-Gehalt bis

auf 1000 ppm abgesenkt werden. Dabei fällt die Innenraumlufttemperatur auf

ca. 17 °C. Das Lüftungsverhalten hängt stark von der Außentemperatur ab.

Deswegen wird bei niedrigeren Außentemperaturen weniger oder gar nicht


123

über Fenster gelüftet. Das hat hohe CO2-Konzentrationen zur Folge. In

Abbildung 25 wird beispielhaft der Zusammenhang zwischen der

Außenlufttemperatur und der Kohlendioxidkonzentration in einer Grundschule

dargestellt [2].

Abbildung 25: Abhängigkeit der Kohlendioxid-Konzentration der

Innenraumluft von der Temperatur der Außenluft [2]

An den Messwerten ist zu erkennen, dass mit fallender Außentemperatur die

CO2-Konzentration in Innenräumen steigt. Aufgrund von Zugerscheinungen

und starker Raumauskühlung werden die Fenster bei niedrigen

Außentemperaturen entweder gar nicht oder nur kurzzeitig geöffnet.

Die nächste Tabelle zeigt einen Teil der Ergebnisse der CO2-Messungen, die an

deutschen Schulen durchgeführt wurden. Es handelt sich um Schulen ohne

maschinelle Lüftungssysteme.


124

Tabelle 47: Kohlendioxid-Konzentrationen in Klassenräumen deutscher

Schulen [2]

Die Messwerte aus Tabelle 47 belegen, dass vor allem in den Wintermonaten in

Klassenräumen CO2-Konzentrationen oftmals den Wert von 2000 ppm

Anzahl der

Klassen-

räume

Median

(Min-Max)a

% Überschreitung

>1000 ppm

während der

Unterrichtszeit

% Überschreitung

>2000 ppm

während der

Unterrichtszeit

Messzeitraum Ort Bemerkungen

90 1412

(367-5359)

82 30 Winter

2004/2005

München

und

Umgebung

Messungen

während der

Unterrichtszeit; je

Klassenraum 1

ganzer

Unterrichtstag

75 728

(314-2742)

29 5 Sommer 2005

39 1600

(300-6000)

80 17 Winter

2002/2003

Berlin Messungen

während der

Unterrichtszeit; je

Klassenraum 1

ganzer

Unterrichtstag

220 1654

(355-4998)

86 32 Winter

2005/2006

ErfurtMessungen

während der

Unterrichtszeit; je

Klassenraum eine

Schulstunde,

Fenster während

der Messung

geschlossen

19 1459

(431-4380)

79 23 Winter

2005/2007

Baden-

Württember

g

(überwiegen

d Stuttgart)

Auswertung der

Unterrichtszeit, je

Klassenraum 1

ganzer

Unterrichtstag

(aus Messungen

ganzer Schultage)

18 820

(304-3554)

36 3 Sommer 2006

36 1510

(730-4177)

89b Winter

2001/2002

22 581

(339-1270)

32b Sommer

2001-2002

aaus Kurzzeitmessungen (überwiegend minütlich); bprozentualle Überschreitung von 1500 ppm; cAuswertung der Unterrichtszeit

Hannover

und

Umgebung

Die Messungen

erfolgten

üblicherweise

über ca. 48

Stunden/Klassenr

aumc


125

überschreiten. Spitzenwerte liegen sogar über 4000 ppm. Im Sommer ist die

Situation deutlich besser. Der CO2-Gehalt in Klassenräumen liegt denn

überwiegend im Bereich zwischen 1000 bis 2000 ppm.

4.4.2 Zusammenfassung Ergebnisse anderer Projekte

Die hohe CO2-Konzentration in Klassenräumen vor allem in der Heizperiode

wurde vielfach untersucht und jedes Mal bestätigt. In den Wintermonaten liegt

der CO2-Gehalt oftmals über 2000 ppm. Konzentrationen bis 5000 ppm treten

häufig auf. Es wurde festgestellt, dass mit fallender Außentemperatur die CO2-

Konzentration in Innenräumen ansteigt. Aufgrund von Zugerscheinungen und

starker Raumauskühlung werden die Fenster bei niedrigen Außentemperaturen

entweder gar nicht oder nur kurzzeitig geöffnet. Schulen mit maschinellen

Lüftungssystemen weisen eine deutliche bessere Luftqualität auf. Je nach

Auslegungsbedingungen liegt die CO2-Konzentration im Bereich von 1000 ppm

bis 1500 ppm. Neu gebaute Schulgebäude wurden immer mit einer zentralen

RLT-Anlage ausgerüstet. Bei bestehenden Schulen kamen meist dezentrale

Lüftungsgeräte in verschiedenen Ausführungen zum Einsatz. Alle

Lüftungsanlagen verfügten über ein Wärmerückgewinnungssystem.

Rotationswärmetauscher sowie Kreuzstromwärmetauscher wurden in etwa

gleich oft eingesetzt. Bei der Regelstrategie überwiegt die CO2-geführte

Regelung. Nur wenige RLT-Anlagen wurden ohne Regelung ausgeführt.

Simulation

126

5 Simulation

In den nächsten Kapiteln sind die wesentlichen Simulationsergebnisse

vorgestellt. Vollständige Ergebnisse sind dem Simulationsbericht zu entnehmen.

5.1 Einführung thermische Simulation

Simulation ist die wirklichkeitsnahe Nachahmung realer technischer Vorgänge

aufbauend auf mathematischen Rechenmodellen. Mit Hilfe von Gebäude-

simulationsprogrammen kann die Komplexität der Wechselwirkungen der

inneren und äußeren Einflüsse auf ein Gebäude wie Außentemperatur,

Sonneneinstrahlung, Wind, Verschattung, Nutzerverhalten, innere

Wärmequellen, Lüftung u.v.a. realitätsnah nachgebildet werden. Mittels

Simulation ist es möglich, ein Gebäude sowohl in energetischer als auch

ökonomischer Sicht zu optimieren. Dies gilt nicht nur für den Entwurf von

Neubauten, sondern auch für die Analyse und Optimierung von Altbauten [3].

Im Rahmen der Zusammenarbeit zwischen der HTW Berlin und der

Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt ist die thermische

Simulation in erster Linie ein wichtiges Werkzeug, um vielfältige

Lüftungssysteme für unterschiedliche Schulbautypen nach energetischen und

ökonomischen Kriterien zu untersuchen. Um solche komplexen technischen

Vorgänge zu simulieren, bedarf es eines Modells, welches die Informationen

des zu untersuchenden Objektes berücksichtigt. Zunächst ist es erforderlich,

die Geometrie, die Beschaffenheit und die technischen Komponenten des

Gebäudes in das mathematische Modell zu übertragen. Um möglichst

realitätsnahe Ergebnisse zu bekommen, muss das Simulationsobjekt ein

Nutzerverhalten berücksichtigen, welches möglichst der Realität entspricht.

Als Grundlage für die klimatischen Randbedingungen dienen bei der

Simulationsberechnung die Jahresdatensätze des regionalen Testreferenzjahres,

welche in stündlicher Auflösung zur Verfügung stehen. Die Wetterdaten

beinhalten Parameter wie z.B. Außenlufttemperatur, relative Luftfeuchte,

Simulation

127

Windstärke und -richtung, den Bedeckungsgrad und Informationen über

Niederschläge.

5.2 Zielstellung

Um Empfehlungen über optimale Lüftungskonzepte in Schulen geben zu

können, ist es notwendig, einen umfangreichen Variantenvergleich

durchzuführen. Das Ziel der Simulationsstudie ist es, konventionelle und

innovative Lüftungsmethoden für möglichst viele Gebäudetypen nach

wirtschaftlichen Kriterien zu untersuchen. Ein besonderes Augenmerk wird

dabei auf die Lüftungsart und den Einfluss der Luftwechselrate gelegt.

Zunächst werden Modelle vorliegender Schultypen auf Grundlage vorhandener

Daten erstellt. Zur Überprüfung der Richtigkeit werden die

Simulationsergebnisse der erstellten Modelle mit vorhandenen Messdaten

verglichen. Der Vergleich ist notwendig, um ein möglichst realistisches Modell

zu entwickeln. Nach Fertigstellung des Modells können vielfältige Simulationen,

u.a. verschiedene Lüftungskonzepte, untersucht und verglichen werden.

5.3 Beschreibung der Simulationsprogramme

Im folgenden Kapitel werden die verwendeten Simulationsprogramme

beschrieben. Für die thermische Simulation wird das Programm

„DesignBuilder“ und für die CO2-Simulation die Anwendung QUIRL/CO2

verwendet. Das Ziel der Beschreibung ist es, einen Überblick über die

Funktionsweise der Programme zu vermitteln. Dabei werden die verwendeten

Module detailliert beschrieben und deren Funktionen erläutert.

Simulation

128

5.3.1 DesignBuilder

Das Programm “DesignBuilder“ ist eine von der Firma DesignBuilder Software

LTD zur Systemsimulation entwickelte Programmumgebung. Dieses

Nutzerinterface nutzt für die Simulation das Gebäudesimulationsprogramm

“EnergyPlus“. Die Anwendung “EnergyPlus“ stellt einen leistungsfähigen

Rechenkern dar, der verschiedene bauphysikalische, feuchte- und

wärmetechnische Aufgaben lösen kann.

Die DesignBuilder-Software ist eine erweiterte grafische Benutzeroberfläche,

die die Arbeit mit dem EnergyPlus-Programm vereinfacht und die Simulation

übersichtlicher macht. Die Funktionen im Programm sind gut gegliedert und

auf entsprechenden Registerkarten angeordnet. Das Programm bietet die

Möglichkeit, verschiedene Gebäude auch mit komplexer Geometrie abzubilden.

Zur Verfügung steht eine große Liste von Baumaterialien und Stoffen, die es

ermöglicht, entweder vorgefertigte Bauteile auszuwählen oder neue Bauteile zu

erzeugen.

Abbildung 26: Arbeitsfläche des Programms "DesignBuilder"

Simulation

129

In Abbildung 26 ist das Hauptfenster des Programms zu sehen. Grundsätzlich

besteht das Hauptfenster aus drei Teilfenstern:

Navigationspanel

Bearbeitungsoberfläche

Informationspanel

Im oberen und unteren Teil der Bearbeitungsoberfläche ist jeweils eine Leiste

mit mehreren Registerkarten angeordnet:

Einstellparameter für das Gebäudemodell

Module für die Simulation und Berechnung

Das Navigationspanel zeigt eine hierarchische Struktur des Gebäudemodells an.

Solche Struktur vereinfacht die Arbeit mit komplexen Gebäuden, die aus

mehreren Geschossen und Räumen bestehen. Die Struktur bietet einen guten

Überblick über den Aufbau des Gebäudes. Es ist schnell erkennbar, wie das

Gebäude aufgebaut ist. Ein weiterer Vorteil der hierarchischen Struktur ist die

Datenvererbung von übergeordneten Ebenen. Auf diese Weise wird die

Information, die auf einer Ebene eingegeben wurde, automatisch auf den

untergeordneten Ebenen übernommen. Werden z.B. Änderungen in der

Konstruktion einer Außenwand auf der Gebäudeebene vorgenommen,

übernehmen sämtliche untergeordnete Blöcke (Geschosse) sowie Räume die

geänderte Konstruktion der Außenwand. Falls ein Raum eine andere Bauweise

als das Gebäude aufweist, können entsprechende Einstellungen auf der

Raumebene (Zone) vorgenommen werden. In Abbildung 27 ist der

hierarchische Aufbau eines Modells dargestellt.

Simulation

130

Abbildung 27: Hierarchische Aufbau eines Modells

In Abbildung 27 ist die Verknüpfung und der Informationsaustausch zwischen

den Ebenen abgebildet. Bei einer Modifizierung einer Außenwand ist zu sehen,

von welchen Ebenen die Änderungen übernommen werden.

Die Bearbeitungsoberfläche (Abbildung 26) dient zum Modellieren oder

Zeichnen von Objekten. Mit Hilfe des 3D – Engine (Registerkarte „Visualise“)

lässt sich das Objekt von allen Seiten betrachten. Dadurch bekommt der

Nutzer einen vollständigen Überblick über das Modell. Das Programm bietet u.a.

die Möglichkeit, 2D-Zeichnungen zu importieren, die für die weitere

Verarbeitung verwendet werden können. Bei komplexen Gebäuden wird

dadurch der Zeitaufwand für die Dateneingabe deutlich reduziert. Das

Programm unterstützt zahlreiche Datentypen, gängige Formate können damit

problemlos eingelesen werden. Das Informationspanel (Abbildung 26, auf der

rechten Seite) zeigt dem Nutzer Informationen und Hinweise bezüglich der von

ihm im Moment der Bearbeitung verwendeten Funktionen.

Simulation

131

5.3.2 QUIRL/CO2

5.3.2.1 Allgemein

In Innenräumen mit hoher Personendichte gilt die CO2-Konzentration als ein

anerkanntes Maß für die Bewertung der Luftqualität [11]. Die vorliegende

Modellsoftware QUIRL/CO2 wurde während eines Projektes vom

Niedersächsischen Landesgesundheitsamt, in dem die Luftqualität in

Klassenräumen von mehreren Schulen untersucht wurde, entwickelt.

Das nummerische Modell „QUIRL“ (Qualität der Innenraumluft) wurde

entwickelt, um unterschiedliche Nutzungsbedingungen von Klassenräumen und

deren Einfluss auf die CO2 – Konzentration simulieren zu können. Das

Programm verfügt über viele hilfreiche Funktionen. So ist es auch möglich,

Parameter wie „Grundfläche“, „Höhe“, „Luftwechselrate“, „Raumbelegung“,

„CO2–Abgaberate“, „CO2–Anfangs- und –Außenkonzentration“ sowie die „Start-

und Stoppzeit“ nach Bedarf zu verändern und anzupassen.

5.3.2.2 Beschreibung der CO2-Modellsoftware

Die CO2 – Konzentration in einem Raum kann sich nur dann ändern, wenn der

ursprünglichen Menge von CO2 entweder durch Quellen weiteres CO2

hinzugefügt oder durch Senken entnommen wird. Der Zusammenhang

zwischen der CO2-Konzentration, die sich mit der Zeit ändert, sowie die

Zunahme und Abnahme wird als Massenbilanz bezeichnet und kann in

folgender Form beschrieben werden:

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒𝑛ä𝑛𝑑𝑒𝑟𝑢𝑛𝑔

𝑍𝑒𝑖𝑡𝑒𝑖𝑛ℎ𝑒𝑖𝑡= +

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒𝑛𝑧𝑢𝑛𝑎ℎ𝑚𝑒

𝑍𝑒𝑖𝑡𝑒𝑖𝑛ℎ𝑒𝑖𝑡]

𝑄𝑢𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛−

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒𝑛𝑧𝑢𝑛𝑎ℎ𝑚𝑒

𝑍𝑒𝑖𝑡𝑒𝑖𝑛ℎ𝑒𝑖𝑡]

𝑆𝑒𝑛𝑘𝑒𝑛

Das Modell wurde entwickelt, um einerseits die Wirklichkeit möglichst gut

abzubilden und andererseits eine ausreichende mathematische Beschreibung

zu ermöglichen. Um die mathematischen Berechnungen zu vereinfachen,

wurden für das Modell folgende Annahmen getroffen:

Das in der Raumluft befindliche CO2 wird als chemisch stabiler Stoff betrachtet,

d.h. es gibt keine chemischen Reaktionen, die CO2 produzieren oder

umwandeln.

Simulation

132

Es gibt keine Adsorption von CO2 an Oberflächen wie z.B. an den Wänden oder

dem Mobiliar des Raumes.

Die Raumluft wird als vollständig durchmischt angenommen, d.h., dass die

CO2 – Konzentration im Raum überall den gleichen Wert hat. Die Konzentration

kann somit durch einen Wert für den ganzen Raum angegeben werden. Eine

Änderung der CO2-Konzentration im Verlauf der Zeit ist ebenfalls möglich.

Unter Berücksichtigung der oben getroffenen Annahmen sind die folgenden

Quellen und Senken für die CO2-Konzentration in der Raumluft relevant:

Senke: Transport von CO2 von der Raumluft in die Außenluft

Quelle: Transport von CO2 von der Außenluft in die Raumluft

Quelle: Emission (Abgabe) von CO2 im Raum durch anwesende Raumnutzer

Anhand der Annahmen kann die Massenbilanz für das CO2 in der Luft wie folgt

beschrieben werden:

𝑉𝑑𝐶𝑖

𝑑𝑡= 𝑛𝑉𝐶𝑎 − 𝑛𝑉𝐶𝑖 + 𝑆 (16)

𝐶𝑖 CO2 – Konzentration in der Raumluft 𝑝𝑝𝑚

𝐶𝑎 CO2 – Konzentration in der Außenluft 𝑝𝑝𝑚

𝑆 pro Zeit in die Raumluft abgegebene CO2 – Masse 𝑚3/ℎ

𝑉 Raumluftvolumen 𝑚3

𝑛 Luftwechselrate ℎ−1

𝑡 Zeit 𝑠

Die zeitliche Änderung der CO2-Masse im Raum wird durch die linke Seite der

Gleichung (16) beschrieben. Auf der rechten Seite der Gleichung sind die

Senken und Quellen aufgeführt.

Simulation

133

5.4 Erstellen eines Simulationsmodells

Beim Aufbau von Modellen muss stets beachtet werden, dass jede Art der

Simulation Grenzen hat. Die Gründe dafür sind vielfältig. Es können technische

Einschränkungen wie z.B. begrenzte Funktionen des Programms oder nicht

ausreichende Rechenkapazität des Computers sein. Eine geringe

Informationsmenge über das Objekt kann u.U. ebenfalls eine Einschränkung

darstellen. Aufgrund dieser Einschränkungen müssen die Modelle möglichst

einfach erstellt werden. Eine Vereinfachung des Modells führt zur vereinfachten

Abbildung der Realität und somit zu Ungenauigkeiten bei den Simulations-

ergebnissen. Um diese Problematik zu umgehen und die Genauigkeit der

Ergebnisse nicht zu beeinträchtigen, wird empfohlen, die zusätzlichen

Beschreibungsparameter nur dann einzusetzen, wenn das Grundmodell (das

vereinfachte Modell) und dessen Funktionen korrekte Ergebnisse liefern. Beim

Einsetzen der neuen Parameter, die den Detailierungsgrad des Modells erhöhen,

ist es wichtig, stets den Berechnungsvorgang durchzuführen und die

Simulationsergebnisse zu analysieren.

Eine weitere Grenze ergibt sich daraus, dass die Modelle nur in einem

bestimmten Kontext korrekte Ergebnisse, die sich auf die Realität übertragen

lassen, liefern. In anderen Parameterbereichen können die Resultate große

Abweichungen haben oder sogar falsch sein. Aus diesem Grund ist die

Validierung der Modelle für den einzelnen Anwendungsfall ein wichtiger

Bestandteil der Simulation.

Simulation

134

5.4.1 Typenschulbauten

Im Rahmen der von der HTW Berlin durchgeführten Untersuchungen wurden

von den untersuchten Objekten sämtliche Planungsunterlagen, Energie-

verbrauchsdaten und sonstige vorhandene Unterlagen angefordert und

gesichtet. Anhand vorliegender Daten aus den Unterlagen wurden

Simulationsmodelle, die im weiteren Verlauf beschrieben werden, erstellt. Ein

großer Teil der in Berlin vorhandenen Schulgebäude gehört zu den

Typenschulbauten der 60er, 70er und 80er Jahre. Der Anteil der Typenschul-

bauten in den neuen Bundesländern beträgt etwa 50 Prozent [23].

Typenschulbauten sind auf der Grundlage der jeweils geltenden Projektierungs-

richtlinien der 50er, 60er und 80er Jahre entstanden. Sie lassen sich nach

Bauweise, dem Erschließungstyp und dem Baujahr unterscheiden [23]. Eine

zusätzliche Unterteilung der Typenschulbauten der 60er und 70er Jahre ergibt

sich aus der Gebäudeform (Atriumtypen, Schustertypen und Gangtypen). Die

Typenbauten der 50er Jahre sind Mauerwerksbauten in Längswand-bauweise

mit Deckenspannweiten von max. 6 m. Die Unterrichtsräume sind 48 m², die

Fachunterrichtsräume 77 m² groß [23]. Die Typen-bauten der 60er und 70er

Jahre sind in Stahlbetonmontagebauweise mit tragenden Querwänden und

Deckenspannweiten von 7,20 m errichtet worden [23]. Die Unterrichtsräume

sind gemäß der damals geltenden Richtlinie 50 m2, die Fachunterrichtsräume

70 m² groß [23]. In Berlin, Cottbus und Leipzig wurden Schulen in

Skelettbauweise gebaut. Diese Bauweise ermöglichte längs gerichtete, parallel

zur Außenwand liegende Fachräume. Die Schulbaurichtlinie der 80er Jahre

forderte für zweizügige Schulen 62 m² große Unterrichtsräume und 74 m²

große Fachunterrichtsräume [23]. Weitere Informationen zu den Typen-

schulbauten sind in [23] ausführlich beschrieben.

Simulation

135

5.4.2 Modell zum Gebäudetyp „SK Berlin“

Drei der von der HTW Berlin untersuchten Schulen sind vom Gebäudetyp „SK

Berlin“. Dieser Gebäudetyp gehört zu der Gebäudeform „Gangtyp“. Bei dieser

Gebäudeform handelt es sich um: „einhüftig erschlossene viergeschossige

Gebäuderiegel in Skelett- bzw. Wandskelettbauweise mit längs zur Fassade

angeordneten Fachklassen [23].“

Der Gebäudetyp „SK Berlin“ hat zwei abgeschlossene Treppenhäuser. Alle

Unterrichtsräume sowie Flure werden einseitig belichtet und natürlich belüftet.

Bei der einseitigen Belüftung liegen die Fensteröffnungen in einer Seite des

Raumes. Für die Querlüftung sind Fensteröffnungen an verschiedenen Wänden

notwendig, im besten Fall in einander gegenüberliegenden Wänden. Im

Gebäudetyp „SK Berlin“ ist aufgrund der Konstruktion ein direktes Querlüften

nicht möglich. Die Fachräume befinden sich immer an den Giebelseiten. Der

Gebäudetyp wurde in Berlin in den Jahren 1965-1983 gebaut, bis 1977

viergeschossig mit Kellergeschoss und ab 1978 fünfgeschossig ohne

Unterkellerung [23].

In Abbildung 28 ist ein Bestandsgrundriss des Erdgeschosses des Gebäudetyps

SK Berlin dargestellt.

Abbildung 28: Typ SK Berlin Bestandsgrundriss Erdgeschoss [23]

Anhand der vorliegenden Daten aus den Untersuchungen und Unterlagen

wurde zunächst ein Simulationsmodell zum Gebäudetyp SK Berlin erstellt.

Sämtliche Bauteile wurden simulationstechnisch nachgebildet. Das

Simulation

136

Simulationsmodell setzt sich aus mehreren Bestandteilen, die für verschiedene

Berechnungen notwendig sind, zusammen. So können die Transmissions-

wärmeverluste, nachdem alle Bauteile und Materialen im Modell hinterlegt sind,

berechnet werden. Im Vergleich zu den Transmissionswärmeverlusten ist die

Simulation von Lüftungswärmeverlusten, die vom Nutzerverhalten abhängig

sind, mit großem Aufwand bei der Implementierung verbunden. Anhand

vorhandener Daten zum Wärme- und Stromverbrauch wurde ein Modell

entwickelt, welches das Nutzerverhalten bei der Fensterlüftung mit

ausreichender Genauigkeit widerspiegelt.

In Abbildung 29 ist die Wärmebilanz in Form eines Säulendiagramms für eine

SK Berlin Schule dargestellt. Die Wärmeverluste, die bei der freien Lüftung

entstehen, haben den größten Anteil am Gesamtwärmeverlust.

Abbildung 29: Wärmebilanz am Beispiel einer Schule nach Typ SK Berlin in

unsaniertem Zustand

Die Lüftungswärmeverluste sind hier nur auf die Fensterlüftung zurückzuführen.

Um das Nutzerverhalten bei der Simulation möglichst realitätsnah abzubilden,

bedarf es bestimmter Randbedingungen, nach denen die freie Lüftung

parametriert wird. Es wird ein Zusammenhang zwischen Außentemperatur und

Häufigkeit des Öffnens der Fenster definiert. Die dafür entwickelten Parameter

Simulation

137

sind für einen Bereich festgelegt, der in Relation mit Wetterdaten und

Behaglichkeitskriterien steht.

Zur Veranschaulichung der definierten Parameter für die freie Lüftung dient die

Abbildung 30, in der die Simulationsergebnisse von zwei Monaten in der

Winterzeit dargestellt sind. Es handelt sich um ein Simulationsmodell, welches

das reale Nutzerverhalten bei der Fensterlüftung abbildet. Es ist zu sehen, dass

der Luftwechsel von der Außentemperatur abhängig ist. So findet bei den

Temperaturen unter 0 °C ein geringer, nicht erwähnenswerter Luftwechsel

statt, die Öffnungsfläche hat einen minimalen Wert. Aufgrund hoher

Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft findet eine weitere

Öffnung der Fenster nicht statt. Das Öffnen der zusätzlichen Fensterflächen

würde zu höheren Luftwechselraten führen und die Behaglichkeit in den

Klassenräumen beeinträchtigen. Bei steigenden Außentemperaturen ist zu

erkennen, dass der Luftwechsel zunimmt. Schlussfolgernd heißt dies, dass mit

steigenden Außenlufttemperaturen mehr mit Fenstern gelüftet wird.

Abbildung 30: Luftwechsel bei freier Lüftung in Abhängigkeit von

der Außentemperatur (Simulation)

In Abbildung 30 ist es zu erkennen, dass mit steigenden Temperaturen der

Luftwechsel zunimmt, jedoch trotzdem nicht ausreicht und überwiegend im

Simulation

138

Bereich zwischen 0,5 und 1,0 liegt. Um eine gute Raumluftqualität

sicherzustellen sind höhere Luftwechselraten notwendig. Im Durchschnitt ist

ein 4,5 facher Luftwechsel bzw. 30 m³/(h Pers) erforderlich um die CO2-

Konzentration in Klassenräumen auf ≤ 1000 ppm zu halten. Der geringe

Luftwechsel (0,5 bis 1,0) führt zu hohen CO2-Konzentrationen, siehe

Abbildung 31.

Abbildung 31: CO2 – Konzentration bei manueller Fensterlüftung in der

Winterzeit (Simulation)

Bei bestimmungsgemäßer Belegung der Klassenräume ist es in den

Wintermonaten nicht möglich, allein mit Hilfe der Fensterlüftung akzeptable

CO2-Konzentrationen zu erreichen.

Im Vergleich hierzu wurde eine Simulation für die Sommerzeit durchgeführt.

Die Ergebnisse sind in Abbildung 32 dargestellt. Der Luftaustausch bei der

freien Lüftung beruht auf Druckunterschieden zwischen innen und außen, die

infolge von Temperaturdifferenzen oder Windeinfluss zu Stande kommen.

Sowohl die Temperaturdifferenzen als auch der Windeinfluss sind bei der

Simulation auf Grundlage der Wetterdaten eines Referenzjahres berücksichtigt.

Simulation

139

Die Abbildung 32 zeigt Simulationsergebnisse eines möglichen Luftwechsels in

der Sommerzeit.

Abbildung 32: CO2 – Konzentration bei manueller Fensterlüftung in der

Sommerzeit (Simulation)

Der Luftaustausch zwischen innen und außen ist in der Sommerzeit deutlich

höher als in der Winterzeit. Für die Erstellung des Modelles wurden

gewöhnliche Unterrichtszeiten zugrunde gelegt. Der entsprechende CO2-

Konzentrationsverlauf für die möglichen Luftwechselraten in der Sommerzeit

ist in Abbildung 33 zu sehen.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0

5

10

15

20

25

30

35

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:00

:00

08

:00

:00

16

:00

:00

00

:00

:00

08

:00

:00

16

:00

:00

00

:00

:00

08

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16

:00

:00

00

:00

:00

08

:00

:00

16

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:00

00

:00

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08

:00

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16

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:00

00

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:00

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:00

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16

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00

:00

:00

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:00

:00

16

:00

:00

00

:00

:00

08

:00

:00

16

:00

:00

00

:00

:00

08

:00

:00

16

:00

:00

Mai Juni Juli

Luft

wec

hse

l, 1

/h

Tem

per

atu

r, °

C

Außentemperatur, °C Raumtemperatur, °C Luftwechsel, 1/h

Simulation

140

Abbildung 33: CO2 – Konzentration bei manueller Fensterlüftung (Sommer)

Die Ergebnisse in Abbildung 33 zeigen die Lüftungsaktivität der Nutzer sowie

den daraus resultierenden CO2-Konzentrationsverlauf in den Klassenräumen.

Im Vergleich zu der Winterzeit ist es im Sommer möglich, mittels freier Lüftung

über Fenster ohne Behaglichkeitseinschränkungen hygienisch unbedenkliche

Luftqualität in den Innenräumen, wenn entsprechende Witterungsbedingungen

vorliegen sicherzustellen.

Simulation

141

5.4.3 Interne Wärmegewinne

Ein wichtiger Bestandteil der Energiebilanz eines Gebäudes sind die internen

Wärmegewinne. In Schulgebäuden sind die internen Wärmegewinne in erster

Linie auf die Wärmeabgabe des Menschen, der Beleuchtung und ggf. der IT-

Ausstattung zurückzuführen.

Interne Wärmegewinne durch Personen

Der Mensch gibt über seine Körperoberfläche kontinuierlich Wärme an die

Umgebung ab. Der Wärmestrom setzt sich aus Wärmeleitung, Konvektion,

Strahlung und Verdunstungswärme zusammen.

Um die interne Wärmegewinne durch Personen in der Simulation zu

berücksichtigen, sind folgende Parameter notwendig:

Wärmeproduktion der Personen (Aktivitätsgrad) in w/m²

Belegungsdichte pro Klassenraum

Belegungszeitplan

Belegungsfaktor

Die Wärmeproduktion der Personen ist abhängig von der Bekleidung und der

Art der Tätigkeit. In der Simulation wurde für die Wärmeproduktion ein Wert

von 75 W/Person (entspricht einer sitzenden Tätigkeit) angenommen. Die

Belegungsdichte der Klassenräume liegt im Durchschnitt zwischen 20 – 25

Personen (Schüler mit Lehrpersonal) pro Klassenraum.

Der Parameter „Belegungszeitplan“ legt die Personendichte während eines

gewöhnlichen Schultages fest. Es wurde ein Zeitplan erstellt, der den

Unterrichts- und Pausenzeiten entspricht. Zusätzlich wird mit dem

Belegungsfaktor angegeben, wie viele Personen sich in der entsprechenden

Zeitperiode im Raum befinden. Der Faktor entspricht dem prozentualen Anteil

der Personen vom maximalen Belegungswert.

Simulation

142

Interne Wärmegewinne durch Beleuchtung

Ein weiterer Wärmegewinn innerhalb eines Gebäudes wird durch die

Beleuchtung verursacht. Die Leistung der elektrischen Beleuchtung geht fast

vollständig in Wärme über. Die Einheit der Beleuchtungsstärke ist Lux. Für die

Parametrisierung der Beleuchtung sind folgende Parameter erforderlich:

Beleuchtungsstärke [Lux]

Beleuchtungsenergie oder Bewertungsleistung [W/m²]

Betriebszeitplan

Für die Simulation der Belichtung wurden Richtwerte der Nennbeleuchtungs-

stärken für Klassenräume und Flure aus der DIN 5035 „Innenraum-

beleuchtung mit künstlichem Licht“ entnommen. In Tabelle 48 sind Richtwerte

für die Nennbeleuchtungsstärken, abhängig von der Art des Raumes,

aufgeführt. Anhand dieser Tabelle wurden die Richtwerte für die Verkehrswege

im Gebäude auf 100 Lux und für die Klassenräume auf 300 Lux festgelegt.

Tabelle 48: Richtwerte der Nennbeleuchtungsstärken nach DIN 5035

𝑬𝒏 = 𝟏𝟎𝟎 … 𝟐𝟎𝟎 𝒍𝒖𝒙 𝑬𝒏 = 𝟑𝟎𝟎 … 𝟓𝟎𝟎 𝒍𝒖𝒙 𝑬𝒏 = 𝟓𝟎𝟎 … 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒍𝒖𝒙

Lagerräume, Treppen,

Flure, Tankstellen,

Kantinen, Arbeitsplätze

in Verfahrenstechnik

Büroplätze an Fenstern,

Sitzungszimmer,

Labors, Bibliotheken,

Vorschulräume,

Unterrichtsräume in

Unterrichtsstätten

Büroräume ohne

Tageslicht,

Sanitätsräume,

Großraumbüro,

Technisches Zeichnen

Zusätzlich zu den Parametern der Beleuchtungsstärke wurde für jeden Raum

eine Steuerungsstrategie entwickelt. Das Steuerungssystem beinhaltet Stufen,

die einem bestimmten Wert der Beleuchtungsstärke entsprechen. Wenn die

Beleuchtungsstärke durch die Sonne für einen Klassenraum ausreichend ist,

d.h. der minimalen Beleuchtungsstärke nach DIN 5035 von 300 Lux entspricht,

wird die künstliche Beleuchtung ausgeschaltet. Dieses Steuerungssystem bildet

folgende Situation nach: Die Raumnutzer schalten das künstliche Licht aus,

wenn eine ausreichende Beleuchtungsstärke durch die Sonne vorhanden ist.

Für die Darstellung des Steuerungssystems für die künstliche Beleuchtung

Simulation

143

wurden zwei Unterrichtstage in der Winterzeit simuliert, da während dieser Zeit

die freie Beleuchtung häufig nicht ausreichend ist. In Abbildung 34 sind die

Wärmelasten, die durch Personenbelegung, Beleuchtung und Sonnen-

einstrahlung entstehen, dargestellt. Die Bewertungsleistung wurde nach dem

Berechnungsverfahren aus DIN 18599 Teil 4: „Nutz- und Endenergiebedarf für

Beleuchtung“ ermittelt und beträgt 3,73 W/m². Die typischen Werte für die

Bewertungsleistung der Leuchtstofflampen liegen zwischen 2 bis 4 W/m² * 100

lux [13]. Bei der Grundfläche eines allgemeinen Unterrichtsraumes von ca. 50

m² ergibt sich für die gesamte Beleuchtung eine Wärmeleistung von ca. 210 W.

Abbildung 34: Simulation der Wärmelasten in einem Raum (10.01-1.01)

In Abbildung 34 ist zu erkennen, dass sogar in der Winterzeit die

Wärmeeinträge bei Süd-West orientierten Gebäuden relativ hoch sind und den

Spitzenwert von ca. 1 kW in einem Raum erreichen. Am 10.01 erreicht die

Beleuchtungsstärke der Sonnen im Raum um 9:45 Uhr den Wert von 300 Lux,

zur Folge wird das künstliche Licht ausgeschaltet. Am 11.01. Am Folgetag ist

die Sonneneinstrahlung geringer. Durch geringe Sonneneinstrahlung wird die

erforderliche Beleuchtungsstärke nicht erreicht und die künstliche Beleuchtung

bleibt am gesamten Unterrichtstag eingeschaltet.

0200400600800

100012001400160018002000

00

:00

:00

01

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:00

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:00

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:12

:00

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:00

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:00

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20

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:00

00

:00

:00

01

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:00

03

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:00

06

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:00

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:00

09

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11

:12

:00

12

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:00

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:00

16

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:00

17

:36

:00

19

:12

:00

20

:48

:00

22

:24

:00

10.01. 11.01.

Wär

mel

eist

un

g, k

W

Wärmegewinne durch Raumnutzer, W

Wärmegewinne durch Sonnenstrahlung, W

Wärmegewinne durch Beleuchtung, W

Simulation

144

Aus Tabelle 49 ist der Zeitplan für die Beleuchtung zu entnehmen. Der Zeitplan

wurde anhand der Belegung der Räume festgelegt. Das bedeutet, dass die

Beleuchtung nur bei Anwesenheit von Personen eingeschaltet ist.

Tabelle 49: Beleuchtung Zeitplan

Zeitraum Programmierwert, Klassenraum

Programmierwert, Flur

Mo bis Fr 00:00 – 07:30

07:30 – 15:30 15:30 – 24:00

0,0

1,0 0,0

0,0

1,0 0,0

Sa, So 00:00 – 24:00

0,0

0,0

0,0 = aus; 1,0 = an

Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlung

Die Strahlungswärme der Sonne über die Fensterflächen und opake Bauteile ist

beträchtlich. In den Übergangszeiten können die solaren Gewinne ausreichend

sein, um den gesamten Wärmebedarf des Gebäudes zu decken. Im Sommer

führt die Strahlungswärme häufig zu erheblichen Überhitzungsproblemen im

Gebäude. Die Ausrichtung des Gebäudes sowie mögliche Verschattungs-

vorrichtungen sind entscheidend, in welchem Maße die Sonneneinstrahlung auf

das Gebäude einwirkt. In den folgenden Abbildungen ist der Einfluss der

Sonneneinstrahlung am Beispiel eines nach Süd-West ausgerichteten

Klassenraumes für die Winter- und Sommerzeit dargestellt.

Simulation

145

Abbildung 35: Simulation der Sonnenstrahlung in der

Winterzeit (25.02-01.03)

In Abbildung 35 sind die Simulationsberechnungen einer Winterwoche (25.02 –

01.03) zu sehen. Spitzenwerte der Wärmeleistung durch Sonnen-einstrahlung

liegen über 3,0 kW je Klassenraum.

Abbildung 36: Simulation der Sonnenstrahlung in der

Sommerzeit (03.06-07.06)

Simulation

146

In Abbildung 36 sind Simulationsergebnisse für die Sommerzeit am Beispiel

eines Klassenraumes (03.06-07.06) dargestellt. Es wurde ein Klassenraum

ohne Sonnenschutzvorrichtungen untersucht Es ist zu sehen, dass die

Raumlufttemperatur während der Zeit, in der der Raum nicht benutzt wurde,

kurzzeitig bis 35 °C steigt.

Simulation einer Heizungsanlage

Bei niedrigen Außentemperaturen ist eine Beheizung der Räume notwendig,

um ein gewünschtes Temperaturniveau in den Räumen sicherzustellen. Die

Sollinnentemperatur beträgt 20°C. Bei der Simulation von Heizungsanlagen ist

zu beachten, dass simulationstechnische Berechnungen immer eine optimale

Heizungsanlage darstellen.

5.4.4 Validierung des Modells

Bei der Validierung gilt es das aufgebaute Simulationsmodell zu prüfen. Nur so

können realitätsnahe Ergebnisse sichergestellt werden. Die von der HTW-Berlin

durchgeführten Simulationen wurden anhand vorhandener Auslegungsdaten

erstellt und auf Grundlage realer Messdaten überprüft und validiert. In

Abbildung 37 ist ein Vergleich der Heizlastberechnung dargestellt.

Simulation

147

Abbildung 37: Vergleich am Beispiel der Heizlastberechnung

Die Ergebnisse der Heizlastberechnung nach der Sanierung liegen nah

beieinander. Zur Veranschaulichung wurde auch der Zustand vor der Sanierung

simulationstechnisch nachgebildet.

Weitere Simulationsmodelle für andere Schultypen, die sich aus

simulationstechnischer Sicht nur in baulichen und zum Teil technischen

Eigenschaften bzw. Kriterien unterscheiden, wurden durch geringfügige

Veränderungen an dem erstellten Modell aufgebaut. Die Validierung erfolgte

anhand vorliegender Messdaten. Eine ausführliche Beschreibung dazu kann

dem Simulationsbericht entnommen werden.

134,03 kW 130,78 kW

170,78 kW

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

180,00

Heizlast nach der Sanierung(berechnet nach DIN 12831)

Heizlast nach der Sanierung(Simulation)

Heizlast vor der Sanierung(Simulation)

Leis

tun

g [k

W]

Simulation

148

5.5 Simulationsergebnisse

Im Folgenden ist ein Auszug der Untersuchungsergebnisse durchgeführter

Simulationen dargestellt. Weitere Erkenntnisse aus der Simulation können dem

Simulationsbericht entnommen werden.

5.5.1 Energetischer Vergleich von Lüftungskonzepten

Die unterschiedlichen Arten der Lüftung haben verschiedene Kosten und

Energieverbräuche zur Folge. Um vergleichen zu können, werden am Beispiel

einer Modellschule mit unterschiedlichen Lüftungskonzepten für jeweils gleiche

Außenluftvolumenströme der Energiebedarf und die Kosten gegenübergestellt.

Der Energiebedarf setzt sich dabei nur aus dem Energiebedarf für die

Beheizung und Belüftung der Modellschule zusammen. Sonstiger Energiebedarf

für Beleuchtung, elektrische Geräte etc. ist nicht berücksichtigt, da dieser für

den energetischen Vergleich von Lüftungskonzepten nicht relevant ist.

Folgende Lüftungskonzepte werden unterschieden:

Variante A: manuelle Fensterlüftung

Variante B: zentrale Raumlufttechnische Anlage

Variante C: dezentrale Raumlufttechnische Anlage (Warmwasser Erhitzer)

Variante D: dezentrale Raumlufttechnische Anlage (elektrischer Erhitzer)

Bei Fensterlüftung wird der Primärenergieverbrauch nach zwei verschiedenen

Luftwechselraten unterteilt. In Variante A1 mit der Bezeichnung

„Fensterlüftung“ ist der tatsächliche Luftwechsel welcher in der Untersuchung

ermittelt wurde, zugrunde gelegt. Bei Variante A2 wurde die Annahme

getroffen, dass mit der Fensterlüftung eine unbedenkliche Raumluftqualität

erreicht wird. Der Außenluftvolumenstrom beträgt in diesem Fall 30 m³/(h

Pers). Die Behaglichkeitsanforderungen sind aufgrund der Zugerscheinungen in

Folge niedriger Lufttemperatur und des hohen Luftwechsels nicht erfüllt. Die

Ergebnisse dienen nur einem energetischen Vergleich und einem

Kostenvergleich mit maschinellen RLT-Systemen, die ebenfalls auf diesen

Luftvolumenstrom ausgelegt sind. Dies entspricht in etwa einem 4,5 fachen

Luftwechsel.

Simulation

149

Abbildung 38: Primärenergiebedarf unterschiedlicher Lüftungskonzepte

Die dargestellten Ergebnisse in Abbildung 38 zeigen, dass sich der

Primärenergiebedarf bei den verschiedenen Varianten der maschinellen Lüftung

in etwa in der gleichen Größenordnung befindet. Wesentlich größer ist der

Primärenergiebedarf bei der Fensterlüftung mit einem Luftvolumenstrom von

30 m³/(h Pers) (Variante A2). Hierbei handelt es sich um Energieverluste, die

entstehen, da bei der Fensterlüftung keine Wärmerückgewinnung möglich ist.

Der Primärenergiebedarf ist deutlich höher als bei den verglichenen RLT-

Systemen. Der tatsächliche nicht ausreichende Luftwechsel über Fenster

(Variante A1) weist denselben Primärenergiebedarf wie RLT-Anlage mit einem

4,5 fachen Luftwechsel, auf.

Bei Verwendung von Nachtauskühlung entsteht ein zusätzlicher

Energieverbrauch. Weitere Details hierzu sind dem Kapitel „Effektivität der

Nachtauskühlung“ zu entnehmen.

Simulation

150

5.5.1.1 Zusammenfassung des energetischen Vergleichs

Der Primärenergiebedarf der Fensterlüftung mit einem für eine gute

Raumluftqualität, CO2-Gehalt ≤ 1000 ppm, erfoderlichen Luftwechsel

(4,5 facher Luftwechsel) ist höher als bei der maschinellen Lüftung. Grund

dafür sind die Energieverluste, weil bei der Fensterlüftung keine

Wärmerückgewinnung möglich ist. Die Behaglichkeitsanforderungen werden

bei der Fensterlüftung mit einem 4,5 fachen Luftwechsel ebenso nicht erfüllt,

weil die einströmende kalte Luft Zugerscheinungen hervorruft. Der tatsächliche

nicht ausreichende Luftwechsel über Fenster weist denselben

Primärenergiebedarf wie eine RLT-Anlage mit einem 4,5 fachen Luftwechsel,

auf.

Simulation

151

5.5.2 Effektivität von Sonnenschutzsystemen

Die folgende Untersuchung befasst sich mit den Sonnenschutzsystemen und

soll die Effektivität des Sonnenschutzes aufzeigen. Es wurden unterschiedliche

Systeme verglichen sowie die Erwärmung der Raumlufttemperatur durch

Sonneneinstrahlung simulationstechnisch untersucht. In Abbildung 39 ist die

Wirkung des Sonnenschutzes auf einer Süd-Fassade am Beispiel eines

Klassenraumes dargestellt. Die Abbildung zeigt nur einen Zeitraum von vier

Tagen im Frühling (04.07. – 05.07.). Es ist festzustellen, dass durch den

vorhandenen Sonnenschutz große Wärmeeinträge vermieden werden. Aus

diesem Grund steigt die Raumlufttemperatur im Raum langsamer und die

Spitzenwerte liegen ca. um 2 - 4 K niedriger. Als Steuerungskriterium für die

Verschattungsvorrichtung wurde ein Sonnenlichteinfall gemäß DIN 4108-2 von

150 W/m² auf die Fensterebene angenommen [43]. Wenn dieser Wert erreicht

oder überschritten wird, erfolgt eine Aktivierung des Sonnenschutzes. Für die

Simulation wurden Daten eines Referenzjahres zugrunde gelegt.

Simulation

152

Abbildung 39: Einfluss des Sonnenschutzes auf die Raumlufttemperatur am

Beispiel eines Klassenraumes 13.05-16.05 (Simulation)

Die Simulationsergebnisse in Abbildung 39 zeigen, dass an den untersuchten

Tagen die Raumtemperatur des Klassenraumes, mit einem Sonnenschutz,

zwischen 21,4 °C und 27,6 °C liegt. Ohne Verschattungsvorrichtungen steigt

die Raumtemperatur bis auf 30,1.

Des Weiteren werden folgende Sonnenschutzsysteme untersucht:

Innenliegende Jalousien

Jalousien zwischen den Fensterscheiben

Außenliegende Jalousien

Als Grundlage für die thermische Simulation dienen die Randbedienungen aus

DIN 4108-2 [43].

Simulation

153

Tabelle 50: Randbedingungen für Gebäudesimulation gemäß DIN 4108-2 [43]

Nr.: Bedingung Beschreibung

1. Nutzungen/Nutzungszeiten: Mo. – Fr., jeweils in der Zeit von 7:00 Uhr

bis 18:00 Uhr;

2. Klimadaten für die Berechnungen:

Testreferenzjahr für Berlin;

3.

Zeitraum für Auswertung: Berechnung wird für ein komplettes Jahr durchgeführt; Für die Ermittlung des

Übertemperaturgradstundenwertes sind keine Feiertage und Ferienzeiten zu

berücksichtigen;

4. Grundluftwechsel: Während der Nutzungszeit (7:00 Uhr bis

18:00 Uhr), n = 1,3 h-1;

Außerhalb der Nutzungszet (18:00 Uhr bis

7:00 Uhr), n = 0,24 h-1;

5. Steuerung Sonnenschutz: Grenzbestrahlungsstärke: 150 W/m²;

Abbildung 40 zeigt das Temperaturverhalten der beschriebenen

Sonnenschutzsysteme für den Zeitraum vom 01.05. bis 30.09 (Kühlperiode).

In ASR A3.5 ist eine obere Grenztemperatur von 26 °C angegeben. Im

Modellklassenraum ohne Sonnenschutzmaßnahmen ist an 60 % der

Nutzungszeit diese Temperaturgrenze überschritten. Der Übertemperatur-

gradstundenwert liegt in dem Fall bei 475,6 Kh/a. Mit Verschattungs-

vorrichtungen kann die Erhöhung der Raumlufttemperatur reduziert werden.

Den effektivsten Sonnenschutz bieten außenliegende und im Zwischenraum

der Verglasung eingebaute Sonnenschutzsysteme, so findet eine Erhöhung der

Raumlufttemperatur über 26 °C in nur 20 % bzw. 25 % der Nutzungszeit statt.

Der innenliegende Sonnenschutz ist weniger effektiv. Eine Temperatur-

erhöhung im Innenraum über 26 °C findet in 45 % der Nutzungszeit statt. Bei

der Betrachtung der Ergebnisse ist zu beachten, dass für die Berechnungen das

Testreferenzjahr zu Grunde gelegt ist. Die Wetterdaten dieses synthetischen

Jahres spiegeln einen Durchschnittlichen Verlauf der Wetterbedingungen wider.

In den letzten Jahren war es häufig wärmer, so dass die hier angegebenen

Überschreitungshäufigkeiten und die hier angegebenen Maximalwerte

nochmals größer ausfallen würden.

Simulation

154

Abbildung 40: Temperaturverhalten bei unterschiedlichen Sonnenschutz-

systemen in der Kühlperiode (1.05. – 30.09)

In der Abbildung 41 ist der Temperaturverlauf am Beispiel eines

Unterrichtstages dargestellt. Mit Hilfe der außenliegenden Verschattungs-

vorrichtungen findet die Erwärmung des Klassenraumes langsamer als in

einem Raum ohne Sonnenschutz statt. Die Grenztemperatur von 26 °C wird

erst um 14 Uhr überschritten. Die Raumlufttemperatur des Klassenraumes

ohne Verschattungsvorrichtungen steigt steiler an und der Grenzwert von

26 °C wird schon um 11:30 Uhr überschritten.

Simulation

155

Abbildung 41: Verlauf der Raumlufttemperatur bei unterschiedlichen

Sonnenschutzsystemen

Innenliegender Sonnenschutz schützt nicht vor Wärmeentwicklung im

Klassenraum. Aufgrund des verstärkten Einsatzes von Whiteboards kann es

erforderlich sein, den innenliegenden Sonnenschutz als Blendschutz zu

verwenden.

5.5.2.1 Zusammenfassung Sonnenschutzsysteme

Mit Hilfe der Simulation wurde der Einfluss unterschiedlicher

Verschattungsvorrichtungen auf die Raumlufttemperatur und somit auf die

thermische Behaglichkeit am Beispiel eines Modellklassenraumes in der

Sommerzeit untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch den außenliegenden

und durch den im Zwischenraum der Verglasung eingebauten Sonnenschutz

ein großer Teil der Strahlungsenergie reflektiert wird. Aus diesem Grund findet

die Erwärmung der Raumluft langsamer statt und die maximale

Raumtemperatur ist niedriger. In einem Klassenraum mit außenliegendem

Sonnenschutz wird die Raumlufttemperatur von 26 °C erst um 14.00 Uhr

Simulation

156

überschritten (Abbildung 41). Innenliegende Jalousien sind im Vergleich zu den

anderen Ausführungen weniger effektiv (Abbildung 40 und Abbildung 41), da

die Wärme im Inneren des Raumes entsteht. Die Raumtemperatur von 26 °C

wird schon am Vormittag erreicht und überschritten.

Ein Sonnenschutz ist vor diesem Hintergrund ein erforderlicher Bestandteil

eines Schulgebäudes. Aufgrund des verstärkten Einsatzes von Whiteboards

kann es erforderlich sein, den innenliegenden Sonnenschutz als Blendschutz zu

verwenden.

Simulation

157

5.5.3 Effektivität der Nachtauskühlung

Bei den maschinellen RLT – Anlagen wurde die Effektivität der Nacht-

auskühlung simulationstechnisch untersucht. Es wurde festgestellt, dass das

thermische Speichervermögen des Gebäudes einen großen Einfluss auf die

Raumtemperatur und somit auf die thermische Behaglichkeit hat. Im

Zusammenhang mit der Effektivität der Nachtauskühlung wurde auch der

erforderliche Mehraufwand für die elektrische Energie mitbetrachtet. Es wurden

Regelungsstrategien untersucht um die Effizienz der Nachtauskühlung vor

allem in der Übergangszeit zu steigern.

Eine Nachtauskühlung ist in der Kühlperiode und in der Übergangszeit, wenn

festgelegte Temperaturen im Raum überschritten sind, erforderlich. Der

untersuchte Zeitraum reicht vom 01.05 bis 30.09. und schließt auch die

Übergangszeit mit ein. In der Übergangszeit besteht die Gefahr, dass Gebäude

aufgrund kühler Außentemperaturen unterkühlt werden. Um dies zu verhindern

ist eine Regelung notwendig. An warmen Sommertagen und - Nächten ist eine

Regelung nicht erforderlich, da keine Gefahr der Unterkühlung der Innenräume

besteht. Für die praktische Umsetzung der Nachtauskühlung ist ein Abschalten

des Wärmerückgewinnungssystems bzw. ein Bypass erforderlich.

Die im Folgenden dargestellten Grafiken sind die wesentlichen

Untersuchungsergebnisse am Beispiel eines Modellklassenraumes. Die

zugrunde gelegten Wetterdaten sind Jahresdatensätze des regionalen

Testreferenzjahres.

In Abbildung 42 ist die Nachtauskühlung mit und ohne Regelungsfunktion,

dargestellt. Der Luftvolumenstrom beträgt 30 m³/(h und Pers).

Simulation

158

Abbildung 42: Simulation der Raumlufttemperatur in der Übergangszeit

mit und ohne Nachtlauskühlung

In Abbildung 42 ist zu erkennen, dass mit der Nachtauskühlung die

Temperatur im Innenraum in der Nacht abgesenkt werden kann.

Nachtauskühlung ohne Regelung über die Temperatur kann bei kühlen

Außentemperaturen in der Übergangszeit zur Unterkühlung des Innenraumes

führen. Um dies zu vermeiden ist eine Temperaturregelung erforderlich. So

können wie in Abbildung 42 (grüne Linie) zu sehen ist, behagliche 22 °C im

Innenraum sichergestellt werden. Ohne Nachtauskühlung liegt die

Raumtemperatur zwischen 24 °C und 25 °C. In Abbildung 43 ist der Einfluss

des thermischen Speichervermögens des Gebäudes auf die

Raumlufttemperatur dargestellt. Es ist zu erkennen, dass bei schwerer

Bauweise die Raumlufttemperatur höher ist, als beim Gebäude mit einer

geringeren Speichermasse (leichte Bauweise). Kriterien zur Bauweise gemäß

DIN 4108-2 [43].

Simulation

159

Abbildung 43: Simulation der Raumlufttemperatur mit und ohne

Nachtauskühlung am Beispiel eines Gebäudes mit

unterschiedlicher Bauweise

Bei einer Nachtauskühlung mit Temperaturregelung lassen sich unabhängig

von der Bauweise behagliche Temperaturen in Innenräumen sicherstellen

(grüne und rote Linie in Abbildung 43). Die Temperaturregelung hat einen

zyklischen Verlauf. In Abhängigkeit von der Raumlufttemperatur wird eine

entsprechende Anzahl an Zyklen ausgeführt. Im Vergleich zur der

Übergangszeit ist in der nächsten Abbildung ein Beispiel für

überdurchschnittlich warme Tage und Nächte dargestellt.

Simulation

160

Abbildung 44: Simulation der Raumlufttemperatur bei hohen Außen-

temperaturen mit und ohne Nachtauskühlung

Auch bei hohen Außentemperaturen kann mittels Nachtauskühlung die

Raumlufttemperatur abgesenkt werden. Im Durchschnitt ist eine Absenkung

bis zu 3 K möglich. Die Abbildung 44 zeigt, dass der Höchstwert für eine kurze

Zeit bei ca. 29 °C, im Mittel aber zwischen 26 - 28 °C. Im Vergleich zu der

Innenraumlufttemperatur, die sich ohne Nachtauskühlung bei ca. 32 °C

einstellt und auf dem Niveau den ganzen Tag verbleibt, können allein durch die

Nachtauskühlung fast behagliche Raumtemperaturen sichergestellt werdet. Der

für die Nachtauskühlung erforderliche Primärenergiebedarf ist in der

Abbildung 45 anhand eines Säulendiagramms am Beispiel eines Modellklassen-

raumes abgebildet.

Simulation

161

Abbildung 45: Jährlicher Primärenergiebedarf maschineller Lüftung mit und

ohne Nachtauskühlung am Beispiel eines Modellklassenraumes

Die linke Säule zeigt den Primärenergiebedarf einer maschinellen RLT-Anlage in

der Heizperiode. Die Säule in der Mitte und rechts in Abbildung 45 zeigen

jeweils den gesamten Primärenergiebedarf (Heizperiode und Nachtauskühlung

in der Kühlperiode) mit und ohne Regelung. Eine temperaturgeregelte

Nachtauskühlung hat einen um ca. 20 % geringeren Primärenergiebedarf

gegenüber einer Steuerung nach Zeitplan. Eine temperaturgeregelte

Nachtauskühlung ist deswegen einer Steuerung nach Zeitplan vorzuziehen. Im

Vergleich zum Primärenergiebedarf einer RLT-Anlage in der Heizperiode,

entsteht bei einer temperaturgeregelten Nachtauskühlung in der Übergangs-

und Sommerzeit ein zusätzlicher Energiebedarf in Höhe von ca. 40 %. In

Abbildung 46 ist der Primärenergiebedarf maschineller Lüftung mit

Nachtauskühlung unterteilt nach der Bauweise des Gebäudes dargestellt. Die

Ergebnisse zeigen, dass der Primärenergiebedarf für Nachtauskühlung bei einer

leichten im Vergleich zu einer schweren Bauweise geringer ist.

Simulation

162

Abbildung 46: Jährlicher Primärenergiebedarf maschineller Lüftung mit

geregelter und nach Zeitplan gesteuerter Nachtauskühlung

unterteilt nach Bauweise

Das Säulendiagramm in Abbildung 46 wurde am Beispiel desselben

Modellklassenraumes wie in Abbildung 45 erstellt. Ausführliche Details hierzu

sind im Simulationsbericht zu finden.

5.5.3.1 Zusammenfassung Effektivität der Nachtauskühlung

Die Simulationsuntersuchungen zur Nachtauskühlung haben gezeigt, dass

durch die Nachtauskühlung in der Kühlperiode die Raumlufttemperatur sich

häufig bis in den Behaglichkeitsbereich absenken lässt. An sehr warmen

Tagen (> 30 °C) ist es mit der Nachtauskühlung nicht mehr möglich die

Kühllast in ausreichendem Maße abzuführen. Die Grenztemperatur von 26 °C

wird im Laufe des Tages überschritten. Eine Absenkung der Raumluft

gegenüber der Variante ohne Nachtauskühlung ist dennoch möglich. Im

Durchschnitt liegt die Raumlufttemperatur 3 K niedriger als bei der Variante

ohne Nachtauskühlung.

Simulation

163

Um eine Unterkühlung der Räume in der Übergangszeit zu vermeiden ist eine

Temperaturregelung notwendig. In Abhängigkeit von der Speichermasse des

Gebäudes lassen sich unterschiedliche Raumlufttemperaturen erreichen.

Schwere Bauweise erfordert längere Lüftungszeiten. Der Energieaufwand für

den elektrischen Strom ist ein wesentlicher Kostenfaktor bei der

Nachtauskühlung. In der Simulation wurde für die Nachtauskühlung in der

Übergangs- und Sommerzeit ein zusätzlicher Primärenergiebedarf in Höhe von

ca. 40 %. im Vergleich zum Primärenergiebedarf in der Heizperiode ermittelt.

Zusammenfassend gilt für die Nachtlauskühlung, dass eine Absenkung der

Raumtemperatur möglich ist, es müssen aber zusätzliche Kosten in Kauf

genommen werden.

Wirtschaftliche Betrachtung maschineller Lüftung

164

6 Wirtschaftliche Betrachtung maschineller Lüftung

Mit Hilfe von maschinellen RLT-Anlagen können Verunreinigungen in der

Raumluft zuverlässig abgeführt und die Anforderungen an eine gute

Raumluftqualität entsprechend den Richtlinien, Normen und Verordnungen

eingehalten werden. Doch verursachen maschinelle Lüftungssysteme

zusätzliche Kosten. In erster Linie sind es die hohen Investitionskosten die eine

maschinelle Lüftungsanlage sofort in Frage stellen, zusätzlich kommen noch

laufende Betriebskosten hinzu. Aufgrund zusätzlicher finanzieller Ausgaben

stellt sich automatisch die Frage über die Notwendigkeit von RLT-Anlagen.

Werden gegenwärtig neue Gebäude errichtet oder Bestandsgebäude saniert, so

müssen die energetischen Vorgaben der Energieeinsparverordnung erfüllt

werden. Transmissionswärmeverluste, Lüftungswärmeverluste und sonstige

energetische Verluste werden soweit reduziert, dass Gebäude eine geringe

Heizlast aufgrund einer dichten Gebäudehülle aufweisen. Das hat zur Folge,

dass in den Innenräumen kein natürlicher Luftwechsel mehr stattfindet.

Luftwechselmessungen in Klassenräumen bei geschlossenen Fenstern und

Türen haben Luftwechselraten zwischen 0,02 – 0,04 h-1 ergeben, siehe Beispiel

im Kapitel „Freie Lüftung“. Es findet praktisch kein Luftwechsel statt. Auf Grund

dieser Tatsache erfolgt verstärkt die Anreicherung von biologischen und

chemischen Verunreinigungen in der Raumluft. Folge davon sind

Kopfschmerzen, Müdigkeit, Konzentrationsschwierigkeiten. Je nach

Empfindlichkeit der Nutzer können sogar gesundheitsbezogene Beschwerden

wie die Reizung von Augen, Nase und Rachen auftreten. Das Lüften über

Fenster als einzige Lüftungsmöglichkeit, kann im Winter jedoch nur beschränkt

eingesetzt werden. Zum einen verursacht die einströmende kalte Luft

Zugerscheinungen und führt somit zu Behaglichkeitseinschränkungen bei den

Raumnutzern, zum anderen entweicht die teuer erzeugte Wärme direkt über

Fenster nach außen. Bei den durchgeführten CO2-Messungen in der

Heizperiode wurden in Klassenräumen hohe CO2-Werte festgestellt. So liegt die

CO2-Konzentration über die meiste Unterrichtszeit im hygienisch auffälligen

und hygienisch inakzeptablen Bereich, siehe Kapitel „Untersuchungs-

ergebnisse“. Mit Hilfe von RLT-Anlagen können eine hygienisch akzeptable

Luftqualität und gleichzeitig die Behaglichkeit sichergestellt werden. Lüften

über Fenster ist in dieser Hinsicht nicht ausreichend möglich und verursacht

aus energetischer Sicht mehr Energieverschwendung als Nutzen.


165

Die Investition in die Raumlufttechnik verursacht zwar höhere Gesamtkosten,

doch ist sie genauso notwendig wie die Beheizung des Gebäudes. Diese dient

zur Herstellung lerngerechter und behaglicher Raumtemperaturen und wird

eingebaut, weil sie notwendig und keine Frage der Wirtschaftlichkeit ist.

Genauso ist auch die Luftqualität zu bewerten, die vor allem in Schulgebäuden

sichergestellt werden muss, weil die Anforderungen an Lehrer und Schüler

enorm sind. Die Leistungsfähigkeit des Menschen wird wesentlich von der

Luftqualität beeinflusst. In einer Wissensgesellschaft wie Deutschland muss die

Ausbildung den höchsten Stellenwert besitzen um weiterhin wettbewerbsfähig

im internationalen Vergleich sein zu können. Daher ist es unerlässlich in

Schulen eine lerngerechte Luftqualität sicherzustellen.


166

6.1 Kostenermittlung nach VDI 2067

In der VDI 2067 ist ein dynamisches Verfahren zur Berechnung der Kosten

beschrieben, welches im Folgenden am Beispiel eine Schule (SK-Berlin) mit 28

maschinell belüfteten Klassenräumen für einen Betrachtungszeitraum von 20

Jahren durchgeführt ist. Die Berechnung der Kosten beruht auf dem

dynamischen Verfahren gemäß VDI 2067 [29].

Die Kosten sind unterteilt in:

kapitalgebundene Kosten (Investitionskosten)

verbrauchsgebundene Kosten (Energiekosten) und

betriebsgebundene Kosten (Wartungs-/Instandhaltungskosten)

Für die Berechnung der Kosten wurden folgende Aufzinsungsfaktoren zugrunde

gelegt, siehe Tabelle 51. Die Auswertung der Preise für Wärme und Strom der

letzten 20 Jahre, hat eine Preissteigerung von ca. 3,8 %/a und 2,6 %/a

ergeben. Der Kalkulationszinssatz wird mit 7 %/a und die Inflation mit 2 %/a

angenommen.

Tabelle 51: Aufzinsungsfaktoren für wirtschaftliche Betrachtung

Finanzwirtschaftliche Kenndaten Größe

Betrachtungszeitraum 20 Jahre

Kalkulationszinssatz 7 %

Inflationsrate kapitalgebundene Zahlungen 2 %

Inflationsrate verbrauchsgebundene Zahlungen (Wärme)

3,8 %

Inflationsrate verbrauchsgebundene Zahlungen (Strom)

2,6 %

Inflationsrate betriebsgebundene Zahlungen 2 %

Inflationsrate Zahlungen für Instandhaltung 2 %

Die finanzielle Betrachtung beinhaltet folgende Lüftungskonzepte:

Variante 1: Fensterlüftung mit einem ausreichenden Lüftungsverhalten

30 m³/ (h Pers)

Variante 2: Fensterlüftung, die ein nicht ausreichendes Lüftungs-

verhalten aus der Realität repräsentiert


167

Variante 3: Lüftungskonzept mit einer zentralen RLT – Anlage

30 m³/(h Pers)

Variante 4: Lüftungskonzept mit dezentralen Lüftungsgeräten

30 m³/(h Pers)

6.1.1 Kapitalgebundene Kosten/Investitionskosten

Bei den kapitalgebundenen Kosten handelt es sich um die Investitionskosten,

welche durch Recherche in der Literatur ermittelt wurden [28]. Zum Vergleich

wurde auf Erfahrungswerte aus der Planung zurückgegriffen [30].

Die Investitionskosten für Lüftungsanlagen in Schulgebäuden liegen in der

folgenden Bandbreite:

Dezentrale Anlagen: 5.400 – 8.200 € pro Klassenraum

Zentrale Anlagen: 5.600 – 8.750 € pro Klassenraum

Die jährlichen kapitalgebundenen Zahlungen für dezentrale und zentrale RLT-

Anlagen für die oben beschriebene Beispielschule sind in der Abbildung 47

dargestellt.

Abbildung 47: Jährliche kapitalgebundene Kosten (Bsp. SK Schule Berlin)

Die kapitalgebundenen Kosten liegen bei den zentralen und dezentralen

Lüftungsanlagen in der gleichen Größenordnung. Es lässt sich anhand der

19.000 18.000

0,00

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

zentrale RLT -Anlage

dezentrale RLT -Anlage

kap

ital

geb

un

den

e K

ost

en

, €/a

max. max.


168

kapitalgebundenen Kosten insofern keine eindeutige Aussage treffen welche

Anlagenart, zentral oder dezentral vorteilhafter ist.

Bei 19 allgemeinen Unterrichtsräumen ergeben sich bei 25 Schülern je

Klassenraum insgesamt 475 Schüler. Demnach liegen die kapitalgebundenen

Kosten pro Schüler und Jahr zwischen 28 € und 51 €, siehe Abbildung 48.

Abbildung 48: Kapitalgebundene Kosten pro Schüler und Jahr (Bsp. SK-Schule

Berlin)

6.1.2 Bedarfsgebundene Kosten

Bei den bedarfs- bzw. verbrauchsgebundenen Kosten werden die

Energiekosten je nach Energieträger ermittelt. Bei maschinellen

Lüftungssystemen sind Wärme und Strom als Hilfsenergie zu betrachten. Bei

der freien Lüftung besteht der Energiebedarf in der erforderlichen Heizleistung

um den Raum trotz Lüftungsverluste auf die erforderliche Temperatur (20 °C)

aufzuheizen. Die Verbrauchswerte für die untersuchten Konzepte wurden aus

den Simulationsergebnissen, siehe Abbildung 38 entnommen.

Die Abbildung 49 zeigt verbrauchsgebundene Kosten der untersuchten

Lüftungskonzepte am Beispiel einer SK Berlin Schule.

40 € 38 €

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

zentrale RLT -Anlage

dezentrale RLT -Anlage

kap

ital

geb

un

den

e K

ost

en

, €/a

Sch

üle

r

max.max.


169

Abbildung 49: Jährliche bedarfsgebundene Kosten (Bsp. SK Schule Berlin)

Bei dem Energieverbrauch besteht zwischen den Varianten 2,3 und 4 kein

wesentlicher Unterschied. Es ist jedoch zu beachten, dass in der Variante 2 ein

der Realität nachgeahmtes Lüftungsverhalten über Fenster dargestellt ist. Bei

diesem Lüftungsverhalten ist die CO2-Konzentration in Innenräumen hygienisch

inakzeptabel (CO2 > 2000 ppm). Die Energiekosten der Variante 2 liegen in der

gleichen Größenordnung wie bei den maschinellen Lüftungsanlagen, die sowohl

die Anforderungen an Luftqualität als auch an die Behaglichkeit erfüllen. Die

Energiekosten der Variante 1 überschreiten um ca. 40 % alle anderen

Varianten. Es ist zwar ein ausreichender Luftwechsel vorhanden, doch die

Behaglichkeitsanforderungen sind nicht erfüllt.

Bei den maschinellen Lüftungssystemen ist zu beachten, dass der Wärme- und

Strombedarf stark variieren kann. Der Wärmebedarf hängt im Wesentlichen

vom Wärmerückgewinnungssystem ab. Der Strombedarf wird von der

gewählten Antriebstechnik und von dem Druckverlust im Kanalnetz bestimmt.

Zentrale Lüftungssysteme erfordern ein verzweigtes Luftverteilsystem, dadurch

ergeben sich höhere Druckverluste. Große Ventilatoren lassen sich jedoch

effizienter betreiben als viele Kleinere zusammen. Dezentrale Lüftungsgeräte,

da sie in den meisten Fällen direkt in die Klassenräume eingebaut werden,

31.100

22.50018.700 19.800

2.0002.500

0,00

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

30.000,00

35.000,00

Fensterlüftung nachAnforderungen

(Variante 1)

Fensterlüftung nichtausreichendes

Lüftungsverhalten(Variante 2)

zentrale RLT - Anlage(Variante 3)

dezentrale RLT -Anlage (Variante 4)

verb

rau

chsg

ebu

nd

ene

Ko

ste

n, €

/a

Wärme Strom


170

haben zwar kein komplexes Luftkanalnetz, jedoch sind oftmals mehrere

Lüftungsgeräte pro Klassenraum notwendig. So hat jedes System Vor- und

Nachteile. Anhand der Gesamtenergiekosten für den Betrieb von RLT-Anlagen

lässt sich keine generelle Aussage treffen, ob ein zentrales oder dezentrales

RLT-System vorteilhafter ist. Es ist zu erkennen, dass die Energie, die bei der

Fensterlüftung verloren geht, bei den RLT-Anlagen ausreicht, um die

gewünschte Luftqualität (CO2 ≤ 1000 ppm) sicherzustellen.

Zur besseren Vergleichbarkeit sind in Abbildung 50 Verbrauchsgebundene

Kosten pro Schüler und Jahr am Beispiel einer SK Berlin Schule dargestellt.

Abbildung 50: Verbrauchsgebundene Kosten pro Schüler und Jahr (Bsp. SK

Schule Berlin)

6.1.3 Betriebsgebundene Kosten

Die Betriebsgebundenen Kosten setzen sich zusammen aus den Kosten für

Instandhaltung und Bedienung der Anlagen [29].

Ermittelte Wartungskosten bzw. Instandhaltungskosten von Lüftungsanlagen in

Schulgebäuden liegen für zentrale RLT-Anlagen bei ca. 3 % und für dezentrale

Lüftungsgeräte bei ca. 4 % der Investitionskosten [30].

In Abbildung 51 sind die betriebsgebundenen Kosten nach Anlagenart

dargestellt.

66 €

47 €39 € 42 €

4 €5 €

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00


(Variante 1)





verb

rau

chsg

ebu

nd

ene

Ko

ste

n, €

/a S

chü

ler

verbrauchsgebundene Kosten (Wärme) verbrauchsgebundene Kosten (Strom)

Summe: 43 € 47 €


171

Abbildung 51: Jährliche betriebsgebundene Kosten (Bsp. SK Schule Berlin)

Kostenrelevante Punkte bei der Instandhaltung von Lüftungsanlagen sind in

erster Linie die Filterkosten und die damit zusammenhängende Arbeitszeit. Bei

den dezentralen Lüftungsgeräten sind aufgrund der hohen Anzahl der Geräte,

die Kosten entsprechend höher. Laut [28] liegen die Filterkosten bei den

untersuchten Schulen in der Bandbreite von:

Für dezentrale Anlagen ca. 40 bis 80 € pro Schulklasse und Jahr (exkl.

MWSt.)

Für zentrale Anlagen ca. € 400 bis 600 für die gesamte Schule bzw. 25 bis

50 € pro Schulklasse und Jahr (exkl. MWSt.)

Somit weisen zentrale Lüftungsanlagen geringere betriebsgebundene Kosten

gegenüber dezentraler Lüftungstechnik auf.

Umgerechnet pro Schüler (475 Schüler) liegen betriebsgebundene Kosten für

maschinelle Lüftung in einer Bandbreite von 11 € bis 23 €, siehe Abbildung 52.

7.000

8.900

0,00

2.000,00

4.000,00

6.000,00

8.000,00

10.000,00

12.000,00

zentrale RLT - Anlage (Variante 3) dezentrale RLT - Anlage (Variante 4)

bet

rieb

sgeb

un

den

e K

ost

en

, €/a max.

max.


172

Abbildung 52: Betriebsgebundene Kosten pro Schüler und Jahr (Wartung,

Instandhaltung) (Bsp. SK Schule Berlin)

6.1.4 Jahresgesamtkosten

Jährliche Gesamtkosten der untersuchten Lüftungskonzepte sind in

Abbildung 53 dargestellt. Es ist zu sehen, dass Betriebs- und

verbrauchsgebundene Kosten den größten Teil an den Gesamtkosten

maschineller Lüftung haben.

15 €

19 €

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

zentrale RLT - Anlage (Variante 3) dezentrale RLT - Anlage (Variante 4)

bet

rieb

sgeb

un

den

e K

ost

en

, €/a

Sch

üle

r

max.

max.


173

Abbildung 53: Jahresgesamtkosten (Bsp. SK Schule Berlin)

Ohne Berücksichtigung der Kapitalgebundenen Kosten maschineller Lüftung

(Abbildung 53) sind die betriebs- und verbrauchsgebundenen Kosten in

Summe bei zentralen RLT-Anlagen sogar niedriger, siehe Variante 3 (27.700

€/a) als die Verbrauchsgebundene Kosten einer ausreichenden Fensterlüftung,

siehe Variante 1. Wie schon oben erwähnt, sind bei Variante 1 die

Behaglichkeitsanforderungen nicht erfüllt. Betriebs- und verbrauchsgebundene

Kosten die im Falle einer dezentralen Belüftung der Klassenräume entstehen

würden (Variante 4), liegen auf dem gleichen Niveau wie die

verbrauchsgebundenen Kosten der Variante 1. Nicht ausreichende

Fensterlüftung (Variante 2) verursacht erwartungsgemäß die niedrigsten

Kosten.

Zusammen mit den kapitalgebundenen Kosten haben maschinelle RLT-Anlagen

im Vergleich zur Fensterlüftung höhere Jahresgesamtkosten, siehe

Abbildung 53. Dafür erhält der Nutzer eine gute Raumluftqualität und wird in

seinem Behaglichkeitsempfinden nicht beeinträchtigt.

19.000 18.000

31.100

22.500

18.700 19.800

7.0008.900

0,00

10.000,00

20.000,00

30.000,00

40.000,00

50.000,00


(Variante 1)





Jah

resg

esam

tko

sten

, €/a

betriebsgebundene Kosten (Wartung, Instandhaltung)

verbrauchsgebundene Kosten (Strom)

verbrauchsgebundene Kosten (Wärme)

kapitalgebundene Kosten

27.700

31.200

2.000 2.500


174

Jahresgesamtkosten pro Schüler und Jahr am Beispiel einer SK Berlin Schule

sind in Abbildung 54 zu sehen.

Abbildung 54: Jahresgesamtkosten pro Schüler und Jahr (Bsp. SK Schule

Berlin)

Die finanzielle Betrachtung maschineller Lüftungskonzepte anhand einer SK

Berlin Schule hat gezeigt, dass zentrale RLT-Anlagen aufgrund geringerer

Betriebskosten, auch wenn der Unterschied zu dezentralen Lüftungsgeräten

nicht wesentlich groß ist, doch finanziell günstiger sind. Für einen Neubau von

Schulgebäuden lohnt es sich deswegen von vornherein eine zentrale RLT-

Anlage zu planen. Bei Bestandsschulen muss objektspezifisch untersucht

werden, welche Art der Anlage bei vorliegenden baulichen Bedingungen am

besten geeignet ist.

Bei der Investition in maschinelle Lüftung sollen nicht nur die Kosten

betrachtet, sondern auch der Nutzen mitberücksichtigt werden. Der Nutzen

besteht darin, dass durch die maschinelle Lüftung ein deutlich besseres

Raumklima in Bezug auf die thermische Behaglichkeit und Raumluftqualität

sichergestellt werden, was auch arbeitsrechtlich geboten ist, siehe ArbStättV

40 € 38 €

66 €

47 €

39 € 42 €

15 €19 €

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00


(Variante 1)





Jah

resg

esam

tko

sten

, €/a

Sch

üle

r

betriebsgebundene Kosten (Wartung, Instandhaltung)

verbrauchsgebundene Kosten (Strom)

verbrauchsgebundene Kosten (Wärme)

kapitalgebundene Kosten

4 € 5 €

Summe: 66 € 47 € 98 € 104 €

58 € 66 €


175

und Arbeitsstättenregeln (ASR). Dadurch haben Arbeitnehmer (Lehrpersonal)

und Schüler eine angenehme Arbeits- bzw. Lernatmosphäre. Die bietet eine

gute Voraussetzung für körperliche als auch geistige Leistungsfähigkeit.

Um die Leistungsfähigkeit von Personen in Abhängigkeit von der

Raumluftqualität beurteilen zu können, wurden bereits mehrere umfangreiche

Studien durchgeführt. Die Ergebnisse aller Studien zeigen eine deutliche

Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Personen mit Erhöhung der

Außenluftzufuhr.

P.Wargocki und David P. Wyon [31,32] haben im Rahmen eines

Forschungsprojektes den Einfluss unterschiedlicher CO2-Konzentrationen auf

die Leistungsfähigkeit der Schüler an sechs bauartgleichen dänischen

Grundschulklassen im Sommer und im Winter untersucht. Alle untersuchten

Klassenräume wurden maschinell belüftet, zusätzlich konnten die Fenster

jederzeit geöffnet werden. Die Aufgaben, die die Schüler während der

Messungen lösen mussten, wurden so gewählt, dass sie einem regulären

Schulalltag entsprechen, wie z.B. Lesen und Rechnen. Die Schüler waren

zwischen 10 und 12 Jahre alt. Während der Unterrichtszeit wurde kontinuierlich

die CO2-Konzentration gemessen. In drei Untersuchungsreihen wurde der

Luftvolumenstrom von 3 auf 9 Liter pro Sekunde (10,8 m³/(h Pers) auf 32,4

m³/(h Pers)) erhöht, die CO2-Konzentration wurde dabei von 1280 auf 920 von

1130 auf 900 und von 1000 auf 780 ppm gesenkt. Die Auswertung der

Ergebnisse hat ergeben, dass die Schüller die Aufgaben bei niedriger CO2-

Konzentration deutlich schneller und mit weniger Fehlern gelöst haben als bei

jeweils höheren CO2-Konzentrationen [31,32].


176

Abbildung 55: Leistungsfähigkeit der Raumnutzer in Abhängigkeit vom

Außenluftvolumenstrom [31]

Eine Verdoppelung des Außenluftvolumenstroms führte zu einer Leistungs-

steigerung der Schüler zwischen 8 % - 14 %, siehe Abbildung 55 [31,32,33].

Zusätzlich wurden mehrere Untersuchungen durchgeführt um den Einfluss der

Raumlufttemperatur auf die Leistungsfähigkeit der Schüler zu untersuchen. In

[32,33] heißt es, dass bei einer Absenkung der Raumlufttemperatur um 1 °C

im Bereich von 25 °C bis 20 °C eine durchschnittliche Leistungssteigerung der

Schüler von 2 % - 4 % erreicht werden kann (Abbildung 56).

Abbildung 56: Leistungsfähigkeit der Raumnutzer in Abhängigkeit von

Raumtemperatur[34]

Somit sind die Raumlufttemperatur und die CO2-konzentration wesentliche

Faktoren, die die Leistungsfähigkeit des Menschen beeinflussen.


177

In einem anderen dreijährigen Forschungsprojekt „Indoor environment in

schools” [47] wurde der Einfluss der CO2-Konzentration auf die

gesundheitlichen Beeinträchtigungen sowie die Leistungsfähigkeit der Schüler

untersucht. In Abbildung 57 ist die Leitungsfähigkeit der Schüler in

Abhängigkeit von der CO2-Konzentration dargestellt [47].

Abbildung 57: Leistungsindex in Abhängigkeit von der CO2-Konzentration [47]

Positive Werte auf der y-Achse zeigen eine verminderte Leistungsfähigkeit.

Bereits ab 1000 ppm nimmt die Leistungsfähigkeit der Schüler kontinuierlich

mit steigender CO2-Konzentration ab. Bei steigender CO2-Konzentration wurde

ebenfalls festgestellt, dass gesundheitliche Beschwerden wie Rachenreizungen,

Reizung der Nase, Schnupfen, Hustenanfälle und tränende Augen häufiger

auftreten [47].

Detaillierte Beschreibung des Forschungsprojektes mit sämtlichen Ergebnissen

sind dem Tagungsband (Proceedings of the 7th International Conference on

Indoor Air Quality and Climate Indoor Air) zu entnehmen [47].

In einer Vorstudie von R. J. Shaughnessy [48] wurde der Zusammenhang

zwischen Luftqualität bzw. Lüftungsraten und Leistungsfähigkeit der Schüller

bei Mathematik-Tests und Lese-Tests untersucht. Insgesamt wurden Daten aus

50 Klassenräumen ausgewertet. Die Ergebnisse der Mathematik-Tests sowie


178

der Lese-Tests sind bei Luftwechselraten n = 4,5 h-1 deutlich besser als bei

Luftwechselraten n ≤ 2,5 h-1 [48].

Der durchschnittliche Luftwechsel in Klassenräumen mit Fensterlüftung in der

Heizperiode liegt zwischen 0,5 und 1,0 (siehe Kap. 4 „Simulation“). Mittels

Fensterlüftung kann in der Heizperiode unter Einhaltung von

Behaglichkeitsanforderungen nicht einmal ein 2,5 facher Luftwechsel, der auch

nicht ausreichend ist (s.o.), sichergestellt werden. Weitere Information zum

Luftwechsel ist im Kapitel zu Simulation und in Untersuchungsergebnissen zu

finden.

Bei Luftwechselraten von n = 4,5 h-1 kann die CO2-Konzentration in Klassen-

räumen ≤ 1000 gehalten werden, siehe Simulationsergebnisse.

In einer Studie von dem Institut für interdisziplinäre Schulforschung der

Universität Bremen wurden Gesundheitsfördernde Einflüsse auf das

Leistungsvermögen im schulischen Umfeld untersucht. Die Studie stand unter

der Leitung von Dr. Gerhart Tiesler und erstreckte sich über den Zeitraum von

Oktober 2006 bis Dezember 2007 [49,50]. Es wurde nachgewiesen, dass hohe

CO2-Konzentrationen Ermüdungserscheinungen hervorrufen, die sich in

Wahrnehmungsstörungen, Störungen der Auge-Hand-Koordination,

Aufmerksamkeitsstörungen, Konzentrationsabbau, Denkstörungen, Antriebs-

störungen und Veränderungen des sozialen Verhaltens äußern. Bei der

akzeptablen Obergrenze des CO2-Gehalts der Atemluft bei intellektueller Arbeit

wird in [49] auf die Pettenkofer-Zahl von 1000 ppm verwiesen. In Abbildung

57 (andere Studie) ist zu sehen, dass ab 1000 ppm CO2 in der Atemluft die

Leistungsfähigkeit sinkt, Qualität und Umfang der Lehr-/Lernleistung lassen

nach [49].

Die Ergebnisse der durchgeführten Studien zeigen eindeutig, dass schlechte

Luftqualität einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Schüler hat.

Ab 1000 ppm CO2-Konzentration in der Atemluft vermindert sich die

Leistungsfähigkeit, es treten Ermüdungserscheinungen sowie gesundheitliche

Beeinträchtigungen auf. Mit weiter steigender CO2-Konzentration verstärken

sich die Symptome.

Schlechte Luftqualität vermindert auch die Leistungsfähigkeit der Lehrerinnen

und Lehrer. Studien zur Leistungsfähigkeit der Lehrer bei schlechter


179

Luftqualität wurden zwar noch nicht durchgeführt, doch es gibt Studien, die die

Leistungsfähigkeit der Beschäftigten bei der Bürotätigkeit untersucht haben. In

der Studie „Pollution source control and ventilation improve health, comfort

and productivity“ wurden drei voneinander unabhängige Untersuchungen

durchgeführt [3]. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass nach Beseitigung einer

Verunreinigungsquelle oder durch Vergrößerung der Luftwechselrate die

Wirkung verschiedener Symptome des Sick Building Syndroms (SBS)

vermindert und die Leistungsfähigkeit von mit Bürotätigkeit beschäftigten

Personen erhöht wurde [3]. Die Leistung bei typischer Bürotätigkeit (Schreiben

von Texten, Rechnen und Korrekturlesen) verbesserte sich im gleichen

Verhältnis, wie die Zahl der mit der Luftqualität unzufriedenen Personen

reduziert wurde (Abbildung) [3].

Abbildung 58: Die Leistungsfähigkeit (in Prozent) bei Büroarbeit in

Abhängigkeit von der Unzufriedenheit [3]

Die Verminderung der Zahl unzufriedener Personen um 10 % entspricht einer

Erhöhung der Leistungsfähigkeit von etwa einem Prozent [3]. Der Verlust an

Produktivität bei mäßiger Luftqualität, wie sie häufig in der Praxis vorzufinden

ist, liegt im Vergleich zu sehr guter Luftqualität bei etwa 5 %, siehe

Abbildung 58 [3].


180

Aus Sicht der Produktivität bzw. Leistungsfähigkeit können die Beschäftigten in

Büros mit den Lehrern in Schulen verglichen werden. Schlechte Luftqualität hat

nicht nur bei Schülern sondern auch bei Lehrern eine Leistungsminderung zur

Folge.

6.1.5 Bewertung der Kosten unter Einbezug des Nutzens

Effekte wie Leistungssteigerung und Reduzierung von Gesundheitsbeschwerden

die in Schulen durch gute Raumluftqualität (CO2 ≤ 1000 ppm) erreicht werden

lassen sich schwer finanziell beschreiben. Für krankheitsbedingte Fehlzeiten

der Lehrerinnen und Lehrer, die auch Folge einer schlechten Luftqualität sein

können, lassen sich statistisch die Kosten ermitteln. Der Geldwert für eine

Leistungssteigerung bzw. Leistungsminderung der Schüler lässt sich jedoch

nicht so einfach bestimmen.

Die am Anfang des Kapitels beschriebene Kostenanalyse einer maschinellen

Lüftung am Beispiel einer realen Schule, hat als Ergebnis ca. 19.000 €

(zentrale RLT) kapitalgebundene Kosten pro Jahr bei einer Lebensdauer von 20

Jahren. Bei insgesamt 475 Schüler ergibt sich ein Anteil der kapitalgebundenen

Kosten von ca. 40 € (Abbildung 48) pro Schüler und Jahr.

19.000€/ 475 𝑆𝑐ℎü𝑙𝑒𝑟 = 40 €/(𝑎 𝑆𝑐ℎü𝑒𝑟) (17)

Die Energie- und Wartungskosten werden vernachlässigt, weil die

Energieverluste einer Fensterlüftung mit einem für eine gute Raumluftqualität

(CO2 ≤ 1000 ppm) notwendigen Luftwechsel, sich auf dem gleichen Niveau

befinden wie die Summe der verbrauchs- und Betriebsgebundenen Kosten

maschineller RLT-Anlagen, siehe Abbildung 54.

Die finanziellen Ausgaben pro Schülerin und Schüler im Jahr 2011 liegen im

Bundesdurchschnitt bei 6000 €, dabei beträgt der Anteil für Lehrpersonal

4.800 € [51]. Für den Sachaufwand werden 700 € und für die Investitionen

500 € ausgegeben [51]. Bei der Annahme, dass die Lehrerinnen und Lehrer

aufgrund der schlechten Luftqualität eine Leistungsminderung von 5 %

haben [3], entspricht dies bei 4.800 € einem Anteil von 240 € der jedes Jahr

pro Schüler verloren geht, krankheitsbedingte Fehlzeiten des Lehrpersonals,

die auch Folge einer schlechten Luftqualität sein können, sind hier nicht

berücksichtigt. Die Investition in gute Luftqualität (CO2 ≤ 1000 ppm) die eine


181

maschinelle Lüftung erfordert, liegt bei ca. 40 €/a pro Schüler (Abbildung 48).

Im Vergleich zum finanziellen Schaden der aufgrund der Leistungsminderung

des Lehrpersonals infolge schlechter Luftqualität entsteht (240 €/a pro

Schüler), sind die Kosten für eine Lüftungsanlage sechsmal niedriger (40 €/a

pro Schüler).

240 €/𝑎 𝑆𝑐ℎü𝑙𝑒𝑟 / 40 €/𝑎 𝑆𝑐ℎü𝑙𝑒𝑟 = 6 (18)

Die Kosten sind in Tabelle 52 zusammengefasst.

Tabelle 52: Kostenvergleich

Der finanzielle Mehraufwand beträgt bei insgesamt 475 Schülern

ca. 114.000 €/a. Allein diese Summe, die einen Verlust an Produktivität des

Lehrpersonals darstellt macht eine Lüftungsanlage mit ca. 19.000 €/a

wirtschaftlich. Für die Beispielschule (SK Berlin) liegt die Investition für

maschinelle Lüftung im Mittel bei 200.900 € für zentrale und 190.400 € für

dezentrale RLT.

7.150 €/Klassenraum ∗ 28 Klassenräume = 200.900 € (zentrale RLT) (19)

6.800 €/Klassenraum ∗ 28 Klassenräume = 190.400 € (dezentrale RLT) (20)

Bezogen auf den finanziellen Schaden durch schlechte Luftqualität von

114.000 €/a, ergibt sich sowohl für zentrale RLT als auch dezentrale RLT eine

Amortisationsdauer von ca. eineinhalb Jahren, siehe Tabelle 53.

(200.900 € + 20.700€/a + 7.000€/a)/(114.000€/𝑎 + 31.100€/𝑎) = 1,6 𝐽𝑎ℎ𝑟𝑒 (21)

Finanzieller Schaden durch Leistungsminderung des Lehrpersonals

infolge schlechter Luftqualität

Investition in

maschinelle Lüftung

Finanzielle Ausgaben für Lehrpersonal

pro Schüler/in: 4800 €/a

Leistungsminderung aufgrund schlechter

Luftqualität: 5%

240 €/a (Schüler)

Gesamtkosten bei

475 Schülern: 114.000 €/a

40 €/a (Schüler)

-------------

Finanzieller Schaden Investitionskosten

19.000 €/a


182

(190.400 € + 22.300€/a + 8.900€/a)/(114.000€/𝑎 + 31.100€/𝑎) = 1,5 𝐽𝑎ℎ𝑟𝑒 (22)

Tabelle 53: Amortisationsdauer

Freie Lüftung

(Fensterlüftung) RLT-Anlage (zentral)

RLT-Anlage (dezentral)

Investition (Mittelwert) -------- 200.900 [€] 190.400 [€]

Energiekosten 31.100 [€/a] 20.700 [€/a] 22.300 [€/a]

Wartungskosten -------- 7.000 [€/a] 8.900 [€/a]

Finanzieller Schaden durch

Leistungsminderung des Lehrpersonals infolge

schlechter Luftqualität

114.000 -------- --------

Amortisationsdauer -------- 1,6 Jahre 1,5 Jahre

Aspekte wie Leistungssteigerung der Schüler, weniger Krankenstände des

Lehrpersonals und der Schüler und gesteigertes allgemeines Wohlbefinden sind

hier noch nicht berücksichtigt.


183

6.1.6 Zusammenfassung wirtschaftliche Betrachtung

Bei der Untersuchung der Kosten raumlufttechnischer Anlagen wurde

festgestellt, dass die Betriebskosten den größten Anteil der Kosten ausmachen.

Mit Hilfe effizienter Ventilatoren und Wärmerückgewinnung lassen sich RLT-

Anlagen energetisch optimal betreiben, so dass der Energiebedarf unter dem

der Fensterlüftung liegt. Finanzielle Unterschiede zwischen zentralen und

dezentralen Geräten wurden nur bei den Wartungskosten festgestellt. Viele

kleine Lüftungsgeräte brauchen dieselbe Wartung wie eine große

Lüftungsanlage, deswegen ergeben sich aufgrund eines höheren Zeit- und

Materialaufwandes (Filter) höhere Betriebskosten. Für den Neubau von

Schulgebäuden ist es deswegen immer vorteilhafter eine zentrale

Lüftungsanlage zu planen und schon von Anfang an den nötigen Platzbedarf

vorzusehen. Beim Bestandsbau muss im Vorfeld immer geprüft werden, welche

Art der Anlage installiert werden kann. Eine maschinelle Lüftungsanlage darf

nicht nur aus Sicht der Kosten betrachtet werden, da der Nutzen wesentlich

aus gesetzlichen Anforderungen und des Arbeitsschutzes resultiert. Gute

Raumluftqualität und die Sicherstellung der Behaglichkeitsanforderungen

steigern die Leistungsfähigkeit, reduzieren Krankenstände und steigern das

allgemeine Wohlbefinden der Lehrer und Schüler. In den Wintermonaten ist es

nur mit Hilfe maschineller RLT-Anlagen möglich erforderliche, lerngerechte und

behagliche Bedingungen zu erreichen. Unter Einbeziehung des höheren

Lehrerfolges amortisiert sich eine maschinelle Lüftungsanlage innerhalb

weniger Jahre. Aspekte wie Leistungssteigerung der Schüler, weniger

Krankenstände des Lehrpersonals und der Schüler und gesteigertes

allgemeines Wohlbefinden sind zusätzliche positive Effekte. In einer

Wissensgesellschaft ist die Leistungsfähigkeit des Menschen ein wesentlicher

Faktor um den ständig wachsenden Anforderungen zunächst in der Lehre und

später auf dem Arbeitsmarkt gerecht zu werden. Aus diesem Grund sind

Lüftungsanlagen in Schulgebäuden eine Notwendigkeit.

Zusammenfassung

184

7 Zusammenfassung

Der vorliegende Bericht stellt eine Zusammenfassung durchgeführter

Recherchen, Messungen und Simulationen dar, mit dem Ziel die Luftqualität in

Schulgebäuden unter Berücksichtigung ökonomischer, ökologischer und

soziokultureller Aspekte zu verbessern.

ArbStättV und Arbeitsstättenregeln (ASR) fordern gesundheitlich zuträgliche

Atemluft in Aufenthaltsräumen. Einschlägige Normen, Richtlinien und

Vorschriften geben Empfehlungen zur Planung und praktischer Umsetzung

maschineller und freier Lüftung. Wesentliche normative Empfehlungen und

gesetzliche Vorgaben sind am Anfang dieses Berichtes zusammengefasst.

Weiterhin sind Grundlagen freier Lüftung ausführlich beschrieben. Freie Lüftung

bzw. Fensterlüftung ist bislang die geläufigste Art zu lüften in Schulen.

Von der HTW Berlin durchgeführte Messungen und Untersuchungen zur

Luftqualität und Behaglichkeit in Klassenräumen belegen, dass Fensterlüftung

allein in der Heizperiode nicht ausreicht um gesundheitlich zuträgliche Atemluft

in Klassenräumen (CO2 ≤ 1000 ppm) sicherzustellen. Es wurden CO2-

Konzentrationen weit über 2000 ppm gemessen. Mit maschineller Lüftung kann

die CO2-Konzentration im Bereich von 1000 ppm gehalten werden.

Ferner sind Simulationsergebnisse und ein Beispiel wirtschaftlicher Analyse

maschineller und freier Lüftung beschrieben. Durch die Simulation konnten

unterschiedlicher Lüftungskonzepte verglichen sowie weitere Fragestellungen

wie z.B. die Wirksamkeit von Sonnenschutzsystemen oder die Effektivität der

Nachtauskühlung geklärt werden.

In der wirtschaftlichen Analyse wurden anhand einer Beispielschule Kosten für

verschiedene Lüftungskonzepte gemäß VDI 2067 ermittelt. Trotz zusätzlicher

investiver Kosten für maschinelle Lüftung zeigen die Berechnungen, dass allein

aufgrund der möglichen Wärmerückgewinnung im Winter eine Amortisation

gegeben ist. Nur mit einer RLT-Anlage ist es möglich gleichzeitig, gute

Raumluftqualität und thermische Behaglichkeit sicherzustellen. Wird die

eingeschränkte Leistungsfähigkeit von Lehrern und Schülern in Gebäuden ohne

RLT-Anlage berücksichtigt, zeigt sich, dass allein die Leistungsminderung des

Zusammenfassung

185

Lehrpersonals aufgrund schlechter Luftqualität zu einem finanziellen Schaden

führt, der sechsmal höher ist als die Investition in maschinelle Lüftung.

Unter Einbeziehung des höheren Lehrerfolges amortisiert sich eine maschinelle

Lüftungsanlage innerhalb weniger Jahre. Aspekte wie Leistungssteigerung der

Schüler, weniger Krankenstände des Lehrpersonals und der Schüler und

gesteigertes allgemeines Wohlbefinden sind zusätzliche positive Effekte.

Abkürzungen

186

Abkürzungen

PMV predicted mean vote

PPD predicted percentage of dissatisfied

RLT Raumlufttechnische Anlage

TVOC Total Volatile Organic Compounds

VOC Volatile Organic Compounds

VVOC Very Volatile Organic Compounds

Begriffsdefinition

187

Begriffsdefinition

VOC; VVOC; TVOC

Die englische Abkürzung VOC (Volatile Organic Compounds) bezeichnet die

Gruppe der flüchtigen organischen Verbindungen. VOC umschreibt gas- und

dampfförmige Stoffe organischen Ursprungs in der Luft. Dazu gehören zum

Beispiel Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde und organische Säuren. Viele

Lösemittel, Flüssigbrennstoffe und synthetisch hergestellte Stoffe können als

VOC auftreten, aber auch zahlreiche organische Verbindungen, die in

biologischen Prozessen gebildet werden. Hunderte verschiedene

Einzelverbindungen können in der Luft gemeinsam auftreten.

Fachleute unterscheiden VOC von den sehr flüchtigen organischen

Verbindungen (Very Volatile Organic Compounds, VVOC) und den

schwerflüchtigen organischen Verbindungen (Semivolatile Organic Compounds,

SVOC). Die Summe der Konzentrationen sämtlicher VOC ergibt den TVOC-Wert

(Total Volatile Organic Compounds) [1].

Gesundheitlich-hygienische Leitwerte

Gesundheitlich-hygienische Leitwerte sind systematisch entwickelte Hilfen zur

Entscheidungsfindung über eine angemessene Vorgehensweise bei speziellen

gesundheitlichen oder hygienischen Problemen. Sie sind eine Orientierungshilfe

im Sinne von Handlungswerten und Entscheidungsoptionen, von denen nur in

begründeten Fällen abgewichen werden sollte. Die Leitwerte für Kohlendioxid in

der Raumluft sind wissenschaftlich begründete, praxisorientierte

Handlungsempfehlungen. Leitwerte begrenzen einen Konzentrationsbereich

einer Verbindung oder Verbindungsklasse in der Innenraumluft, für den

systematische praktische Erfahrungen vorliegen, dass mit steigender

Konzentration die Wahrscheinlichkeit für Beschwerden und nachteilige

gesundheitliche Auswirkungen zunehmen [2].

Begriffsdefinition

188

Behaglichkeit

Mit dem Begriff Behaglichkeit wird das Wohlbefinden des Menschen im Raum

bezeichnet. Es handelt sich um ein subjektives Empfinden, welches von vielen

Faktoren beeinflusst wird, wie z.B. Lufttemperatur, Luftfeuchte,

Luftgeschwindigkeit, Turbulenzgrad sowie Verunreinigungen in der Luft durch

diverse Schadstoffe bzw. Geruchsstoffe, aber auch akustische und visuelle

Gegebenheiten.

Operative Temperatur

Die empfundene Temperatur wird als operative Temperatur bezeichnet und ist

der Mittelwert aus Luft- und Umschließungsflächentemperatur [3].

Definition gemäß DIN EN ISO 7730:

Gleichmäßige Temperatur eines imaginären schwarzen Raumes, in dem eine

Person die gleiche Wärmemenge durch Strahlung und Konvektion austauschen

würde wie in der bestehenden nicht gleichmäßigen Umgebung [4].

Quelllüftung

Mit der Quelllüftung wird eine Strömungsform bezeichnet, bei der die Luft

impulsarm (etwa 0,2 m/s) in den Raum eingebracht wird. Im Eintrittsbereich

bildet sich eine Frischluftschicht. Erreicht die eingebrachte Luft Wärmequellen,

so erwärmt sie sich und steigt nach oben, dabei wird die vorhandene Luft nach

oben verdrängt.

Mischlüftung

Als Mischlüftung wird eine Strömungsform bezeichnet bei der die Luft mit

höheren Geschwindigkeiten (Eintrittsgeschwindigkeiten von 1 m/s bis 5 m/s) in

den Raum eingebracht wird. Dadurch erfolgt eine schnelle Vermischung der

Frischluft mit der Raumluft.

Einheiten und Formelzeichen

189


Formel-

zeichen

Beschreibung Einheit

�̇� anfallende schädliche Stoffe 𝑙/ℎ

𝑞�̇� Außenluftvolumenstrom pro Person 𝑚³/ℎ

𝑘𝑖 erwünschte oder zulässige Schadstoffkonzentration im

Raum

𝑝𝑝𝑚

𝜃0 die operative Temperatur am betrachteten Ort °𝐶

𝜃𝑎 die Raumtemperatur °𝐶

𝜃𝑟 die mittlere Strahlungstemperatur aller Oberflächen

(Wände, Fußboden, Decke, Fenster, Heizkörper usw.)

bezogen auf den betrachteten Ort im Raum

°𝐶

𝑘𝑎 Schadstoffkonzentration der Außenluft 𝑝𝑝𝑚

𝐴𝐾𝑖𝑝𝑝 Öffnungsfläche des Fensters 𝑚2

𝐵 Breite des Fensters 𝑚

𝐻 Höhe des Fensters 𝑚

𝑎 Spaltbreite 𝑚

�̇� Volumenstrom 𝑚³/ℎ

𝐴𝑤𝑖𝑟𝑘 wirksame Öffnungsfläche für die Durchströmung,

abhängig von der Fenstergeometrie, dem

Öffnungswinkel und der Fensterlaibung

𝑚²

𝑔 Fallbeschleunigung, 𝑔 = 9,81 𝑚/𝑠2 𝑚/𝑠2

𝐻𝑤𝑖𝑟𝑘 wirksame Höhe für den thermischen Auftrieb 𝑚

∆𝜗 Temperaturdifferenz zwischen der in den Raum

einströmender und der aus dem Raum ausströmender

Luft

𝐾

𝑇1 absolute Temperatur der in den Raum einströmenden

Luft

𝐾


190

𝐵1 Breite der lichten Öffnung im Fensterrahmen 𝑚

𝐻1 Höhe der lichten Öffnung im Fensterrahmen 𝑚

𝐻𝜑 Höhe der Überlappung von Fensterrahmen und

Fensterflügel, berechnet nach Gleichung (11).

Wenn 𝐻𝜑 > 𝐻1, dann gilt 𝐻𝜑 = 𝐻1

𝑚

𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 Abstand zwischen Fensterflügel und Fensterrahmen,

berechnet nach Gleichung (14)

𝑚

𝜑 Öffnungswinkel des Fensters, die Berechnung leitet

sich ab aus der Gleichung (13)

°

𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 Korrekturfaktor für die Berücksichtigung einer

Fensterlaibung, berechnet nach Gleichung:

Wenn 𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 ≤ 𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏, dann 𝑘𝑜𝑟𝐿𝑎𝑖𝑏 = 1,

Wenn 𝛼𝐹𝐿_𝑅𝑎 > 𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏, dann die Gleichung (12)

𝑎𝐿𝑎𝑖𝑏 Abstand zwischen Mauerwerk und Fensterflügel mit

Überlappung

𝑚

𝑛 Luftwechsel ℎ−1

𝑡 Zeitpunkt der Probenahme des Indikatorgases ℎ

𝜎𝑡=𝑡0 Startvolumengehalt des Indikatorgases zum Zeitpunkt

𝑡 = 𝑡0 in 𝑐𝑚3 Indikatorgas/𝑚3 Indikatorgas-Luftgemisch

(Injektionsbeginn)

𝑐𝑚3/𝑚3



Luft-Gemisch

𝑐𝑚3/𝑚3



Luft-Gemisch

𝑐𝑚3/𝑚3

𝐶𝑖 CO2 – Konzentration in der Raumluft 𝑝𝑝𝑚

𝐶𝑎 CO2 – Konzentration in der Außenluft 𝑝𝑝𝑚

𝑆 pro Zeit in die Raumluft abgegebene CO2 – Masse 𝑚3/ℎ

𝑉 Raumluftvolumen 𝑚3

𝑛 Luftwechselrate ℎ−1


191

𝑡 Zeit 𝑠

Literaturverzeichnis

192

8 Literaturverzeichnis

[1] D. ULLRICH: Gesundheit und Umwelthygiene - Flüchtige organische Verbindungen (VOC). URL

http://www.umweltbundesamt.de/gesundheit/stoffe/voc.htm#1. – Aktualisierungsdatum: 2009-06-26 –

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[2] BUNDESGESUNDHEITSBL - GESUNDHEITSFORSCH - GESUNDHEITSSCHUTZ 11 · 2008: kohlendioxid_2008.pdf. URL

http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/pdfs/kohlendioxid_2008.pdf. –

Aktualisierungsdatum: 2008-12-16 – Überprüfungsdatum 2014-01-23

[3] SCHRAMEK, Ernst-Rudolf (Hrsg.); RECKNAGEL, Hermann (Hrsg.): Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 09/10 :

Einschließlich Warmwasser- und Kältetechnik. 74. Aufl. München : Oldenbourg Industrieverlag, 2009

[4] DIN EN ISO 7730:2006-05, Norm - Beuth.de; Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen

Behaglichkeit durch Berechnung des PMV- und des PPD-Indexes und Kriterien der lokalen thermischen

Behaglichkeit (ISO 7730:2005); Deutsche Fassung EN ISO 7730:2005. URL

http://www.beuth.de/de/norm/din-en-iso-7730/89417255 – Überprüfungsdatum 2013-07-25

[5] DIN EN 13779:2007-09, Norm - Beuth.de; Lüftung von Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen und

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URL http://www.beuth.de/de/norm/din-en-13779/94054008 – Überprüfungsdatum 2013-07-25

[6] DIN EN 15251:2012-12, Norm - Beuth.de; Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und

Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden - Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik; Deutsche

Fassung EN 15251:2007. URL http://www.beuth.de/de/norm/din-en-15251/155677389 –


[7] ERARBEITET VON DER INNENRAUMLUFTHYGIENE-: Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden, Ausgabe

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http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3689.pdf. –


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[9] PETTENKOFER, Max von: Besprechung allgemeiner auf die Ventilation bezüglicher Fragen. München : Cotta,

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Akademie der Wissenschaften in München 2,3)

[10] LAHRZ T. (2013). BEITRAG ZUM LEITFADEN, LANDES LABOR BERLIN-BRANDENBURG, AD-HOC AG IRK/AOLG: Kriterien der

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[11] AUSSCHUSS FÜR ARBEITSSTÄTTEN ; BUNDESANSTALT FÜR ARBEITSSCHUTZ UND ARBEITSMEDIZIN: Technische Regeln für

Arbeitsstätten ASR A3.6 Lüftung; Ausgabe: Januar 2012. URL http://www.baua.de/de/Themen-von-A-

Z/Arbeitsstaetten/ASR/pdf/ASR-A3-6.pdf?__blob=publicationFile&v=4. – Aktualisierungsdatum: 2013-03-

18 – Überprüfungsdatum 2013-07-25

[12] BUNDESMINISTERIUM FÜR ARBEIT UND SOZIALES: Verordnung über Arbeitsstätten (Arbeitsstättenverordnung -

ArbStättV). URL http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/arbst_ttv_2004/gesamt.pdf. –


[13] BAuA - Informationen zur Arbeitsstättenverordnung (ArbStättV) / Arbeitsstättenrecht / Arbeitsstätten /

Themen von A-Z / Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin. URL

http://www.baua.de/de/Themen-von-A-Z/Arbeitsstaetten/Informationen.html. – Aktualisierungsdatum:

2014-04-25 – Überprüfungsdatum 2014-04-25

[14] INFORMATIONSPORTAL NACHHALTIGES BAUEN DES BMVBS: Informationsportal Nachhaltiges

Bauen: Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude (BNB). URL


193

http://www.nachhaltigesbauen.de/bewertungssystem-nachhaltiges-bauen-fuer-bundesgebaeude-bnb.html

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[15] H.-J. MORISKE ; W. HEGER: Gesundheit und Umwelthygiene - Richtwerte für die Innenraumluft. URL

http://www.umweltbundesamt.de/gesundheit/innenraumhygiene/richtwerte-irluft.htm. –


[16] ASR A3.5 "Raumtemperatur" - ASR_A3_05_Raumtemperatur.pdf. URL http://www.ims-

koch.de/lexikon/ASR_neu/ASR_A3_05_Raumtemperatur.pdf. – Aktualisierungsdatum: 2013-01-06 –


[17] DIN EN 15239:2007-08, Norm - Beuth.de; Lüftung von Gebäuden - Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden -

Leitlinien für die Inspektion von Lüftungsanlagen; Deutsche Fassung EN 15239:2007. URL

http://www.beuth.de/de/norm/din-en-15239/94054154 – Überprüfungsdatum 2013-07-25

[18] 1999_01_01-Typenschulbauten-in-den-neuen-Laendern-komplett.pdf. URL

http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/1999/1999_01_01-Typenschulbauten-in-

den-neuen-Laendern-komplett.pdf. – Aktualisierungsdatum: 2011-01-14 – Überprüfungsdatum 2013-07-25

[19] WILDEBOER, Jürgen: Thermische Behaglichkeit und Lüftungseffektivität bei freier Lüftung. Als Ms. gedr.

Düsseldorf : VDI-Verl., 2007 (Fortschritt-Berichte VDI / 19 Nr. 157)

[20] ZEIDLER, Olaf Alexander: Grenzen der thermischen Last bei Fensterlüftung in Bürogebäuden. Als Ms. gedr.

Düsseldorf : VDI-Verl., 2001 (Fortschritt-Berichte VDI Reihe 19, Wärmetechnik/Kältetechnik 134)

[21] MAAS, Anton: Experimentelle Quantifizierung des Luftwechsels bei Fensterlüftung. [S.l : s.n.], 1995

[22] VDI 2078:2012-03 Berechnung der Kühllast und Raumtemperaturen von Räumen und Gebäuden (VDI-

Kühllastregeln). URL http://www.beuth.de/de/technische-regel-entwurf/vdi-2078/143031933 –


[23] Typenschulbauten in den neuen Bundesländern : Modernisierungsleitfaden. Berlin : Sekretariat der Ständigen

Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland, 1999

[24] VDI 6022 Blatt 1: Raumlufttechnik, Raumluftqualität-- Hygieneanforderungen an Raumlufttechnische

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[25] VDI 6026 Blatt 1:2008-05, Dokumentation in der Technischen Gebäudeausrüstung - Inhalte und

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http://www.beuth.de/de/technische-regel/vdi-6026-blatt-1/107497912 – Überprüfungsdatum 2013-09-19

[26] VDI 2081 Blatt 1:2001-07, Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen. URL

http://www.beuth.de/de/technische-regel/vdi-2081-blatt-1/42170481 – Überprüfungsdatum 2013-10-08

[27] PETER HÄUPL, MARTIN HOMANN, CHRISTIAN KÖLZOW, OLAF RIESE, ANTON MAAS, GERRIT HÖFKER, NOCKER CHRISTIAN:

Lehrbuch Der Bauphysik : Schall - Warme - Feuchte - Licht - Brand - Klima. 7. Auflage : Vieweg + Teubner

Verlag, 2012

[28] BUNDESMINISTERIUM FÜR VERKEHR, INNOVATION UND TECHNOLOGIE: A. GREML, E. BLÜMEL, A.GÖSSLER, R, KAPFERER, W.

LEITZINGER, J. SUSCHEK-BERGER, P. TAPPLER: Evaluierung von mechanischen Klassenzimmerlüftungen in Österreich

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[29] VDI 2067 Blatt 1:2012-09, Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen - Grundlagen und

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[30] FGK-TAGUNG: Fachkongress "Lüftung in Schulen" : Leipzig, 17. September 2013; Erfahrungen mit

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[31] PAWEL WARGOCKI: Improving indoor air quality improves the performance of office work and schoolwork. URL

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[32] PAWEL WARGOCKI, Ph.D. ; AND DAVID P. WYON, PH.D., MEMBER ASHRAE: Research Report: Effects of HVAC on

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[33] TECHNICAL UNIVERSITY OF DENMARK: THE EFFECTS OF OUTDOOR AIR SUPPLY RATE AND TEMPERATURE IN

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[34] Thermal and air quality effects on the performance of schoolwork by children | Swegon Air Academy. URL

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[35] DIN EN 12831:2003-08, Heizungsanlagen in Gebäuden - Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast;

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[36] M. ENG. SIMONE STEIGER, DIPL.-ING. FLORIAN NÖSKE: Untersuchungen zur Belüftung von Schulen.doc : Steiger, S.;

Nöske, F.; Kersken, M.; Hellwig, R.T.: Untersuchungen zur Belüftung von Schulen. Tagungsband Deutsche

Kälte-Klima-Tagung 2008, Ulm, 19. bis 21. November 2008, Beitrag IV.7. – Überprüfungsdatum 2014-04-08

[37] PETER MATTHES: Hybride Lüftungssysteme für Schulen Ergebnisse eines Feldversuchs : 27.03.2012, FGK-Tagung

Lüftung in Schulen, Berlin, Peter Matthes, EBC | Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik –


[38] FRAUENHOFER IBP: Innovative Lüftungstechnik für Schulen automatisierte Fensterlüftung :

Heizenergieeinsparung, thermische Behaglichkeit und gute Luftqualität in Schulgebäuden durch hybride

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Infos/2010/Projektinfo_15-2010/01_steiger_fensterlueftung.pdf – Überprüfungsdatum 2014-04-08

[39] BUNDESANSTALT FÜR ARBEITSSCHUTZ UND ARBEITSMEDIZIN: Klima am Arbeitsplatz: Stand arbeitswissenschaftlicher

Erkenntnisse - Bedarfsanalyse für weitere Forschungen - Gd45.pdf. URL

http://www.baua.de/de/Publikationen/Fachbeitraege/Gd45.pdf?__blob=publicationFile&v=7. –


[40] DIN 4109/A1:2001-01 Schallschutz im Hochbau - Anforderungen und Nachweise; Änderung A1. URL

http://www.beuth.de/de/norm/din-4109-a1/35080411 – Überprüfungsdatum 2014-04-10

[41] DEUTSCHE GESETZLICHE UNFALLVERSICHERUNG E.V.: GUV-V S1 Unfallverhütungsvorschrift Schulen. URL

http://publikationen.dguv.de/dguv/pdf/10002/v-s1.pdf. – Aktualisierungsdatum: 2005-11-14 –


[42] ARBEITSKREIS MASCHINEN- UND ELEKTROTECHNIK STAATLICHER UND KOMMUNALER VERWALTUNGEN AMEV: RLT-

Anlagenbau 2011 Hinweise zur Planung und Ausführung von Raumlufttechnischen Anlagen für öffentliche

Gebäude__blob=publicationFile.pdf. URL http://www.amev-

online.de/AMEV/DE/PlanenundBauen/MaschinenbauundVersorgungstechnik/Download/rlt_2011__blob=pu

blicationFile.pdf. – Aktualisierungsdatum: 2013-06-27 – Überprüfungsdatum 2014-04-14

[43] DIN 4108-2:2013-02, Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Teil 2: Mindestanforderungen an

den Wärmeschutz. URL http://www.beuth.de/de/norm/din-4108-2/167922321. – Aktualisierungsdatum:

2014-04-15 – Überprüfungsdatum 2014-04-15

[44] DIN EN 12599:2013-01- Lüftung von Gebäuden Prüf- und Messverfahren für die Übergabe

raumlufttechnischer Anlagen. URL http://www.beuth.de/de/norm/din-en-12599/152363673 –



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[45] INFORMATIONSPORTAL NACHHALTIGES BAUEN DES BMVBS: Informationsportal Nachhaltiges Bauen: Leitfäden und

Arbeitshilfen / Veröffentlichungen - Leitfaden Nachhaltiges Bauen 2013. URL

http://www.nachhaltigesbauen.de/leitfaeden-und-arbeitshilfen-veroeffentlichungen/leitfaden-nachhaltiges-

bauen-2013.html – Überprüfungsdatum 2014-04-17

[46] UMWELTBUNDESAMT: Leitfaden zur Vorbeugung, Untersuchung, Bewertung und Sanierung von

Schimmelpilzwachstum in Innenräumen. URL

http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/4218.pdf. –


[47] Indoor Air '96 : Proceedings of the 7th International Conference on Indoor Air Quality and Climate. Tokyo,

Japan : Indoor Air '96, 1996

[48] SHAUGHNESSY, R. J. ; HAVERINEN-SHAUGHNESSY, U. ; NEVALAINEN, A. ; MOSCHANDREAS, D.: A preliminary study on the

association between ventilation rates in classrooms and student performance. In: Indoor Air 16 (2006), Nr. 6,

S. 465–468. URL

http://wgusso.educationalimpact.com/resources/ieq/pdf/2D_3_PrelimVentRatesTestScores.pdf

[49] DR. GERHART TIESLER: Frische Luft für frisches Denken. URL http://www.isf-

bremen.de/publikationen/brosch%C3%BCren/ – Überprüfungsdatum 2014-04-30

[50] DR. GERHART TIESLER, PROF.DR. HANS-GEORG SCHÖNWÄLDER, DIPL.ING. FRAUKE STRÖVER: Gesundheitsfördernde

Einflüsse auf das Leistungsvermögen im schulischen Umfeld. URL http://www.gew-

berlin.de/public/media/Plakate_Tiesler.pdf. – Aktualisierungsdatum: 2013-11-28 – Überprüfungsdatum

2014-05-05

[51] STATISTISCHES BUNDESAMT, Wiesbaden ; SILVIA VOGEL, HARALD EICHSTÄDT, MARC BECKER: Publikation - Bildung,

Forschung, Kultur - Statistisches Bundesamt (Destatis) - Bildungsausgaben - Statistisches Bundesamt

(Destatis). URL

https://www.destatis.de/DE/Publikationen/Thematisch/BildungForschungKultur/BildungKulturFinanzen/Aus

gabenSchueler5217109117004.pdf;jsessionid=E62A2909604E53E9B437504913A89C96.cae3?__blob=publica

tionFile. – Aktualisierungsdatum: 2014-03-13 – Überprüfungsdatum 2014-05-06

[52] HOCHSCHULE AUGSBURG ; PROF. DR.-ING. RUNA T. HELLWIG: Forschungsbericht 2013; Messtechnische Untersuchung

eines Schachtlüftungssystems in einer Grundschule. URL https://www.hs-

augsburg.de/medium/download/oeffentlichkeitsarbeit/publikationen/forschungsbericht_2013.pdf. –


[53] DIPL. -ING. CLAUS TWERDY ; DIPL. -ING. HELMUT MEYER: Deutsche Bundesstiftung Umwelt - Beispielhaftes

Lüftungskonzept | Bereich: Projekte; Abschlussbericht Jörg-Lederer Schule. URL

http://www.dbu.de/OPAC/ab/DBU-Abschlussbericht-AZ-15438.pdf – Überprüfungsdatum 2014-05-13

[54] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden

(Energieeinsparverordnung - EnEV) (EnEV 2014)

[55] DIN EN 13053:2012-02, Lüftung von Gebäuden - Zentrale raumlufttechnische Geräte - Leistungskenndaten

für Geräte, Komponenten und Baueinheiten. URL http://www.beuth.de/de/norm/din-en-13053/143293044. –


[56] VDI 4302 Blatt 1:2012-05, Geruchsprüfung von Innenraumluft und Emissionen aus Innenraummaterialien -

Grundlagen. URL http://www.beuth.de/de/technische-regel-entwurf/vdi-4302-blatt-1/150087849 –


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