Lüftungskonzept für Schulen: Fensterantriebe sorgen für ein gesundes Lernumfeld
Für erfolgreiches Lehren und Lernen ist eine gute Raumluft in Schulen eine wichtige Voraussetzung. Gerade in Klassenräumen, wo eine hohe Zahl an Personen auf engem Raum zusammenkommt, ist die Luftqualität schnell schlecht. Die Konsequenz: Müdigkeit und fehlende Konzentration bis hin zu gesundheitlichen Folgen. Letztere werden durch die steigende Anzahl an Viren und Bakterien in der Luft begünstigt.
Gerade in Schulen reicht ein gelegentliches Lüften über die Fenster daher nicht aus. Technische Raumlüftungskonzepte auf Basis automatisierter elektromotorischer Fenster zur kontrollierten natürlichen Lüftung (KNL) bieten hier eine effektive Lösung. Welche Vorteile sie haben und wie sie genau funktionieren, das beantworten wir in diesem Blogbeitrag.
Kinder, Jugendliche und Lehrkräfte verbringen einen Großteil ihrer Zeit in Klassenräumen. Die Anzahl der Pflichtschulstunden variiert je nach Schulform und Jahrgang. So halten sich Schülerinnen und Schüler sowie das Lehrpersonal oftmals acht Unterrichtsstunden oder mehr am Tag in Klassenzimmern auf. Dies hat zur Folge, dass die Luftqualität nach einer gewissen Zeit merklich abnimmt.
Unzureichende Luftqualität in Schulen
Das Raumklima hat einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Gesundheit der Anwesenden. In einer Studie des Bundesamts für Gesundheit (BAG) war die Luftqualität in zwei Dritteln der Schweizer Schulen ungenügend. Auch Untersuchungen des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) haben gezeigt, dass die Luftqualität in vielen Klassenzimmern – darunter auch in Deutschland – zum Teil unzureichend ist. Grund für die schlechte Raumluft ist häufig die hohe Belegungsdichte: Denn in Schulen befinden sich oftmals sehr viele Personen auf verhältnismäßig engem Raum.
Folgen von schlechter Luftqualität in Klassenräumen
Über die Atmung und Transpiration gelangen Kohlenstoffdioxid und andere organische Verbindungen in die Umgebung. Auch Stoffe aus Kleidung und Körperpflegeprodukten, Partikel, Viren und Bakterien führen zu einer Verunreinigung der Luft. Dadurch werden die Personen im Raum müde, träge und zunehmend erschöpft. Auch Kopfschmerzen und Reizungen der Schleimhäute können die Folge sein. Diese Beschwerden werden unter dem Begriff „Sick-Building-Syndrom” (SBS) zusammengefasst. Um dem vorzubeugen, ist ein kontrollierter, regelmäßiger Luftaustausch erforderlich und durch bauliche Maßnahmen einzuplanen. Da sich allerdings beispielsweise der Geruchssinn adaptiert, je länger eine Person im Raum ist, nehmen Lehrpersonal und SchülerInnen den Qualitätsabfall der Luft in vielen Fällen erst spät oder gar nicht wahr. Dadurch wird in den Klassenräumen nicht ausreichend gelüftet.
Kohlendioxid als Indikator für Raumluftqualität
Ein wichtiger Indikator für die Raumluftqualität ist der Anteil an Kohlendioxid (CO2) – einem Abbauprodukt der menschlichen Atmung. Dieser wird in der Maßeinheit „ppm“ (parts per million) angegeben.
Klassenräume sind wegen der hohen Zahl an Personen und deren langer Aufenthaltsdauer von einem schnellen Anstieg der CO2-Konzentration besonders betroffen. So gilt für Bildungseinrichtungen als Richtwert eine CO2-Konzentration der Innenraumluft von 1.000 ppm über die Dauer einer Nutzungseinheit (eine Unterrichtsstunde oder eine Vorlesungseinheit). Denn erst bei einer Gesamtkonzentration von 1.000 ppm wird die Luftqualität als hygienisch vollkommen unbedenklich angesehen.
Zudem empfiehlt der Ausschuss für Innenraumluftrichtwerte des deutschen Umweltbundesamtes es, eine Überschreitung des CO2-Pegels von über 2.000 ppm zu vermeiden. Bei Werten zwischen 1.000 und 2.000 ppm sollte das Lüftungsverhalten überprüft und bei Bedarf angepasst werden.
Reduzierung des Infektionsrisikos in Schulen
Insbesondere im Hinblick auf Präventionsmaßnahmen gegen das Risiko einer Coronavirus SARS-CoV-2-Infektion ist das Lüften nun verstärkt in den Fokus gerückt. So konnte nachgewiesen werden, dass die Viren neben der direkten Tröpfcheninfektion vor allem über Aerosole, die sich auch über einen längeren Zeitraum in der Luft befinden können, übertragen werden.
Bei längerem Aufenthalt in kleinen, schlecht oder nicht belüfteten Räumen herrscht daher ein erhöhtes Risiko einer potenziellen Übertragung. Regelmäßiges Lüften durch Stoß- und Querlüften oder über Lüftungstechnik in den jeweiligen Räumen kann die Gefahr einer Infektion mit SARS-CoV-2 deutlich reduzieren. Das Umweltbundesamt empfiehlt deshalb, Innenräume mit einem regelmäßigen Luftaustausch und Frischluftanteil zu versorgen.
Wirkungsprinzip der natürlichen Lüftung in Schulen
Die natürliche Lüftung, auch passive Lüftung genannt, realisiert den Luftaustausch über die Fenster ganz ohne mechanische Lüftungsanlagen. Die notwendigen Luftströme entstehen allein durch Temperatur- und Druckunterschiede zwischen Innen- und Außenluft sowie durch den natürlichen Wind. In Kombination erzeugen sie einen thermischen Auftrieb, welcher als Kamineffekt bezeichnet wird. Ein natürliches Lüftungskonzept für Schulen bietet eine praktische Möglichkeit, für ein gesundes Raumklima zu sorgen. Die Fenster oder Öffnungen werden automatisch über Fensterantriebe geöffnet und sorgen damit für einen regelmäßigen Luftaustausch.
Hybride Lüftung als weitere Alternative für Schulen
Die passive Lüftung über Fenster kombiniert mit maschineller Lüftung über Geräte wird als hybride Lüftung bezeichnet. Hier unterstützt die mechanische Lüftungsanlage die natürliche Lüftung. Das mechanische Lüftungssystem läuft mit erhöhter Drehzahl, wenn der thermische Auftrieb nicht ausreichend zum Luftaustausch ist. Ansonsten läuft das mechanische System mit einer reduzierten Drehzahl für einen energiesparenden Betrieb. Untersuchungen konnten sowohl die Effektivität der natürlichen als auch der hybriden Lüftung nachweisen. So konnte die Organisation „Collaborative for High Performance Schools“ (CHPS) in einer Untersuchung zu den Auswirkungen natürlicher und hybrider Lüftung zeigen, dass Schüler beim Lösen mathematischer Aufgaben um bis zu 15 Prozent und beim Lesen um bis zu 23 Prozent schneller waren. Die Prozesse können zudem durch intelligente Systeme zur automatisierten natürlichen Lüftung, wie sie WindowMaster anbietet, erleichtert und unterstützt werden. Automatisierte Öffnungsmechanismen für Fenster bieten hier eine clevere Lösung für Schulen, um mit wenig Energieaufwand und niedrigen Investitionskosten das Raumklima entscheidend zu verbessern.
Fensterantriebe zur kontrollierten natürlichen Lüftung (KNL)
Als besonders platzsparend und nachhaltig erweisen sich in diesem Zusammenhang Fensterantriebe, die aufgesetzt oder verdeckt in den Fensterrahmen montiert werden und an bereits bestehende Elektroleitungen anschließen lassen. Die Gebäudeöffnungen sind mit Antrieben ausgestattet, die speziell an die jeweiligen Anforderungen und Formate der Schulen angepasst sind. WindowMaster bietet solche Modelle für natürliche oder hybride Lüftungskonzepte für Schulen oder andere Gebäude. Im Vergleich zu herkömmlichen Klimaanlagen fallen die Investitions- und Instandhaltungskosten hierbei deutlich geringer aus. Verbunden mit der TrueSpeed™-Technologie des Unternehmens lassen sich die Fenster außerdem mit einer minimalen Antriebsgeschwindigkeit von bis zu einem Millimeter in der Sekunde öffnen und schließen. Dadurch können diese Fensterantriebe problemlos in Schulen eingesetzt werden, da der Betrieb nahezu geräuschlos verläuft.
Smarte Gebäudeautomation für kontrollierte natürliche- und hybride Lüftung in Schulen
Die motorbetriebenen Fenster mit ausgefeilter Sensortechnik können kontrolliert und in Abhängigkeit von den vorliegenden Gegebenheiten gesteuert werden. Hierfür bietet WindowMaster mit NV Embedded® eine cloudbasierte Steuerungslösung, mit der die natürliche Lüftung und Fassadenautomation für Schulen über ein einziges System gesteuert werden können. Das Lüftungskonzept lässt sich mithilfe von Bussystemen in die Gebäudeautomation integrieren und ist auf sämtliche Gebäudegrößen und -typen skalierbar.
Anhand spezifizierter Parameter, die als Teil einer vollständigen Lüftungsstrategie des Gebäudes festgelegt wurden, sowie durch die Speicherung anforderungsbezogener Daten, kontrolliert NV Embedded® das gesamte Raumklima. Dabei kann das smarte System zahlreiche Faktoren wie die Windstärke und -richtung, die Außen- und Raumtemperatur sowie die Luftfeuchtigkeit und die CO2-Konzentration identifizieren.
Dazu werden unter anderem Raumthermostate sowie Wind- und Regensensoren eingesetzt. Ist- und Sollwerte, die sich individuell einstellen und jederzeit beliebig anpassen lassen, werden während des Betriebs dauerhaft überprüft. Weichen beide Angaben voneinander ab, öffnen und schließen die Fenster voll automatisiert.
Die Steuerung findet vollkommen nutzerunabhängig statt – auch wenn sich keine Personen im Gebäude befinden. Bei Bedarf kann eine Kopplung der Fenster mit einem Abluftventilator (Hybridlüftung) zusätzlich den Luftwechsel erhöhen. In Abhängigkeit der äußeren Wind- und Temperaturbedingungen werden zum Beispiel nur die Fenster positionsgenau geöffnet oder bei fehlendem Winddruck oder bei Temperaturgleichheit (innen und außen) die Abluftventilatoren zusätzlich eingeschaltet. In diesem Fall werden die Fenster als Zuluftelemente benutzt.
Manuelle Bedienung bei natürlicher Lüftung in Schulen
Aufgrund des menschlichen Bedürfnisses, die Raumumgebung den individuellen Ansprüchen anzupassen, sollte dabei auch das unabhängige Steuern beziehungsweise Öffnen der Fenster jederzeit möglich sein. Bei einem natürlichen Lüftungskonzept in Schulen lassen sich die Fenster auch immer manuell öffnen. Außerdem ist es möglich, die Einstellungen über die Eingabe in die integrierte Systemsteuerung auf das individuelle Empfinden abzustimmen.
Kontrollierte natürliche Lüftung in Schulen schont die Umwelt
Durch die Nutzung frei verfügbarer Ressourcen wie Wind und Temperatur sowie der äußerst geringe Stromverbrauch der motorischen Fensterantriebe ist die kontrollierte natürliche Lüftung ein kosteneffizientes, umweltfreundliches und damit zeitgemäßes Lüftungssystem. Des Weiteren lässt sich das Lüftungskonzept in Schulen mit einfachen Mitteln umsetzen und bietet Planern und Architekten eine hohe Gestaltungsfreiheit. Die Lüftungsanlage greift weder in die Gebäude- noch in die Innenarchitektur ein. Die technischen Lüftungskonzepte auf Basis automatisierter elektromotorischer Fenster zur kontrollierten natürlichen Lüftung (KNL) von WindowMaster kombinieren hierbei das Beste aus Natur und Technik. Ein solches Lüftungskonzept bietet Schulen eine praktische und einfache Lösung für ein gesundes Raumklima zu sorgen, welches wiederum für mehr Leistungsfähigkeit und weniger Ansteckungsgefahr sorgt.
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