Raumluftqualität und Raumklima

U Raumluftqualität und Raumklima

Eine gute Raumluftqualität und ein gutes Raumklima tragen wesentlich zum Wohlbefinden und zur Gesundheit der Schülerinnen und Schüler in Klassenräumen bei. Dazu ist eine ausreichende Lüftung notwendig, durch die der Unterrichtsraum mit Frischluft versorgt wird und Ausdünstungen von Menschen und aus Materialien sowie Wärme- und Feuchtelasten abgeführt werden.

Einen Hinweis auf die Raumluftqualität liefert die Konzentration an Kohlenstoffdioxid (CO₂). Die Hauptquelle an CO₂ ist die Atemluft des Menschen. Untersuchungen haben gezeigt, dass hohe CO₂-Konzentrationen in der Raumluft zu  Konzentrationsschwierigkeiten und Müdigkeit führen können. Bereits im Jahr 1858 hat Max von Pettenkofer erkannt, dass eine CO₂-Konzentration unter 1000 ppm „die Gesundheit unserer Jugend wesentlich stärken“ würde. Heute ist diese Zahl als Pettenkofer-Zahl bekannt.

Gute Luft in Klassenräumen ist eine wichtige Voraussetzung für erfolgreiches Lernen und Lehren. Ein wichtiger Indikator für die Raumluftqualität ist der Anteil an Kohlendioxid (CO₂) in der Raumluft, einem Abbauprodukt der menschlichen Atmung. Der Kohlenstoffdioxidanteil in der Luft wird in der Maßeinheit „ppm“ (parts per million) angegeben. Klassenräume sind wegen der hohen Zahl der Nutzerinnen und Nutzer und deren langen Aufenthaltszeiten von einem schnellen Anstieg der CO₂-Konzentration besonders betroffen.

Laut der Arbeitsstättenregel „Lüftung“ A 3.6 und den Empfehlungen des Umweltbundesamt ist eine CO₂-Konzentration bis 1000 ppm als „hygienisch unbedenklich“ anzusehen. Zwischen 1000 und 2000 ppm gilt die Konzentration als „hygienisch auffällig“ und eine Konzentration von mehr als 2000 ppm ist “hygienisch inakzeptabel“.

Sofern die Klassenräume nicht mechanisch zum Beispiel durch Klima- oder Lüftungsanlagen gelüftet werden, ist eine freie Lüftung der Räume über Fenster und Türen erforderlich. Auf der Basis der ermittelten Ergebnisse wird in diesem Fall folgendes Lüftungskonzept empfohlen:

  • Gründliche Lüftung der Räume durch Stoßlüftung über Fenster und Türen (mindestens 15 Minuten) nach Unterrichtsschluss oder vor Beginn des Unterrichtstages.
  • Stoßlüftung des Raumes in jeder Pause (nach 45 Minuten) über geöffnete Fenster und Türen durch Öffnen der zu den Raumstirnseiten hin aufschlagenden Fenster und Kippstellung der sonstigen Fenster. Möglichst auch Tür öffnen.
  • Stoßlüftung zur Hälfte der Unterrichtsstunde (laut Empfehlung des Umweltbundesamtes) wie oben.
  • Ist die Stoßlüftung während des Unterrichts nicht durchführbar, lässt sich durch zusätzliche Kipplüftung über Fenster eine akzeptable Raumluftqualität einstellen. Außerhalb der Heizperiode sollte die Kipplüftung während der gesamten Unterrichtsstunde stattfinden. Während der Heizperiode sollten zumindest bestimmte Kipplüftungszeiten eingeführt werden. Diese sind u. a. abhängig von der Raumgröße und der Belegung des Raumes sowie dem Alter der Schülerinnen und Schüler. Dazu müssen nicht alle Fenster geöffnet werden. Es hat sich gezeigt, dass während der Heizperiode eine Lüftungsöffnung von maximal 1 m2 ausreicht, um unterhalb des Zielwertes für den „hygienisch inakzeptablen“ Bereich in Höhe von 2000 ppm zu verbleiben. In der Regel reicht es aus, wenn dazu die Fenster im Bereich der Raumstirnseiten in Kippstellung geöffnet werden, Stoßlüftung in den Pausen vorausgesetzt.
  • Der Zeitpunkt der notwendigen Lüftungsintervention ist anhand des Raumvolumens (entspricht in der Regel Raumgrundfläche mal 3) und der Zahl der Raumnutzer jeweils für den Primar- und den Sekundarbereich abschätzbar. Ist das Raumvolumen nicht ermittelbar, ist auch eine Abschätzung nur anhand der Zahl der Raumnutzer möglich. Die hinterlegten Daten basieren auf dem 95-Perzentilwert der Studie für den Anstieg der CO2-Konzentration pro Raumnutzer im Raum in einer 45minütigen Unterrichtsstunde ohne Lüftung bzw. auf dem Anstieg pro Raumnutzer bezogen auf m3 Raumluft. Basis sind die Daten aus 115 Unterrichtstunden im Primarbereich und 215 Unterrichtsstunden im Sekundarbereich. Für die Lüftungsintervention wird der 95-Perzentilwert für den CO2-Anstieg bei Kipplüftung angesetzt. Somit sollte nur in wenigen Fällen der CO2-Anstieg im Raum höher ausfallen als geschätzt. Ausgangspunkt ist die Konzentration von 600 ppm als Grundbelastung vor dem Unterricht, die in 50% der Fälle nicht überschritten wurde.
  • Auch wenn keine zusätzliche Lüftungsintervention angezeigt werden sollte, ist die Durchführung zusätzlicher Lüftungsmaßnahmen sinnvoll. Es ist anzustreben, möglichst in einem Bereich von weniger als 1400 ppm CO2 zu verbleiben, um zumindest eine „niedrige Raumluftqualität“ im Sinne von DIN EN 13 779 zu vermeiden.

Voraussetzung für die Schätzung sind unterrichtstypische Klassenraumgrößen und -belegungsstärken.

Die Möglichkeit der Abschätzung der notwendigen Lüftungsintervention haben Sie  hier .


Raumluftqualität

Einen Hinweis auf die Raumluftqualität liefert die Konzentration an Kohlenstoffdioxid (CO₂). Die Hauptquelle an CO₂ ist die Atemluft des Menschen. Untersuchungen haben gezeigt, dass hohe CO₂-Konzentrationen in der Raumluft zu Konzentrationsschwierigkeiten und Müdigkeit führen können. Bereits im Jahr 1858 hat Max von Pettenkofer erkannt, dass eine CO₂-Konzentration unter 1000 ppm „die Gesundheit unserer Jugend wesentlich stärken“ würde. Heute ist diese Zahl als Pettenkofer-Zahl bekannt.

Das Umweltbundesamt hat im „Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden“ Leitwerte für die CO₂-Konzentration festgelegt:

CO₂-Konzen­tration [ppm]
Hygienische Bewertung
Empfehlung
< 1000 Hygienisch unbedenklich Keine weiteren Maßnahmen
1000 – 2000 Hygienisch auffällig Lüftungsmaßnahmen intensivieren (Außenluftvolumenstrom bzw. Luftwechsel erhöhen) Lüftungsverhalten überprüfen und verbessern
> 2000 Hygienisch inakzeptabel Belüftbarkeit des Raumes prüfen ggf. weitergehende Maßnahmen prüfen

 

Diese Werte sind auch in der Technischen Regel für Arbeitsstätten (ASR A3.6) „Lüftung“ aufgeführt. Eine CO₂-Konzentration von 1500 ppm gilt in Klassenräumen als akzeptabel; Ziel sollte jedoch immer eine CO₂-Konzentration unter 1000 ppm sein.

Raumklima

Das Raumklima wird im Wesentlichen durch die Raumtemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte beeinflusst. Die Raumtemperatur sollte mindestens 20 °C und maximal 26 °C betragen. Angenehm wird eine Temperatur zwischen 20 °C und 22 °C empfunden. Um ein übermäßiges Aufheizen des Klassenraumes durch Sonneneinstrahlung zu minimieren, sollte an den Fenstern eine geeignete Außenbeschattung installiert werden.

Zugluft kann zu Unbehaglichkeitsempfinden bei Personen führen. Zur Vermeidung von Zugluft werden Luftgeschwindigkeiten bis 0,15 m/s empfohlen. Die Luftfeuchte sollte idealerweise zwischen 30 und 55 Prozent liegen. Hohe relative Luftfeuchten über 65 Prozent (bei ca. 23 °C) sind zu vermeiden, da dadurch Schimmelbildung begünstigt werden kann.

Lüftung

Die Lüftung von Klassenräumen kann über Fensterlüftung oder über mechanische Lüftungssysteme erfolgen. Der Außenluftvolumenstrom sollte in Klassenräumen entsprechend der DIN EN 15251 „Eingangsparameter für das Raumklima“ bei 17 bis 30 m³/h je Schülerin und Schüler liegen.

Ein kurzzeitiges Lüften über gekippte Fenster ist wenig effektiv; eine andauernde Kipplüftung führt insbesondere im Winter wegen der entweichenden Wärme zu erhöhten Energieverlusten. Für eine effektive Lüftung sind Fenster und nach Möglichkeit auch Türen weit zu öffnen (Stoßlüftung, Querlüftung). Dabei genügen bereits wenige Minuten für einen ausreichenden Luftaustausch. Es ist vor und nach jeder Unterrichtsstunde und am besten auch in der Mitte der Unterrichtsstunde zu lüften. Eine sinnvolle Ergänzung zur Beurteilung der Luftqualität bieten Luftgüteampeln. Sie zeigen den Nutzern an, wann die CO₂-Konzentration zu hoch und Lüften notwendig ist.


Ein Problem ist, dass je nach Lage der Schule die Fenster aufgrund hoher Lärmbelastung und Luftverschmutzung im Außenbereich nicht geöffnet werden können. Da die Fenster zur Vermeidung von Unfällen oft abschließbar ausgeführt und somit nicht vollständig geöffnet oder nur gekippt werden können, führt dies bei den Lehrkräften zu einem erhöhten organisatorischen Aufwand, der dazu führen kann, dass auch dadurch eine ausreichende Frischluftversorgung unter Umständen nicht gewährleistet wird.

Eine Alternative bieten mechanische Lüftungssysteme. Sie gewährleisten durchgehend einen ausreichenden Luftaustausch. Es kann zwischen dezentralen und zentralen Lüftungssystemen unterschieden werden. Dezentrale Lüftungssysteme bieten sich für die Nachrüstung von bestehenden Schulen an. Bei Neubau oder Sanierung einer Schule kommen eher zentrale Lüftungssysteme in Betracht. Unabhängig vom System ist eine regelmäßige Wartung mindestens einmal jährlich Pflicht.

Aus energetischer Sicht ist eine Wärmerückgewinnung zu empfehlen. Lüftungssysteme verursachen Geräusche, die aber nicht zu einer Lärmbelastung führen dürfen. Als Regelungsgröße für die Frischluftmenge bietet sich in Klassenräumen die CO₂-Konzentration an. Mechanische Lüftungssysteme haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie auch Wärmelasten abführen können; dies ist gerade bei energetisch sanierten Gebäuden wichtig, da die sich in einem Raum aufhaltenden Personen, üblicherweise bis zu 30 Schülerinnen und Schüler, mit einer „Wärmeleistung“ von jeweils 80 bis 120 W mehr Wärme produzieren, als der Raum aufgrund seiner bauphysikalischen Struktur benötigt.

Lüftungssysteme

Bei zentralen Lüftungssystemen versorgt ein Lüftungsgerät zentral mehrere Räume oder ein gesamtes Gebäude über ein Luftleitungssystem mit aufbereiteter Außenluft. In den Räumen sind nur Zu- und Abluftdurchlässe vorhanden.

Bei dezentralen Lüftungssystemen ist das Lüftungsgerät ein komplettes System in einer Einheit, das im Klassenraum installiert wird. Je nach Leistung und Klassengröße sind ein oder mehrere Geräte pro Klassenraum notwendig. Es gibt verschiedene Bauformen, die nach den jeweiligen Anforderungen ausgewählt werden können. Brüstungsgeräte werden unterhalb der Fenster aufgestellt.

Wandgeräte befinden sich an einer Außenwand des Klassenraums, während Deckengeräte unterhalb der Decke montiert werden. Brüstungs- und Deckengeräte können gut durch eine Brüstungs-verkleidung oder eine abgehängte Decke „versteckt“ werden. Wandgeräte gibt es z. B. in Form von Schränken, die sich in das Klassenzimmerbild integrieren lassen. Brüstungsgeräte sind auch oberhalb der Brüstung neben bestehenden Fenstern bzw. im Austausch für ein Fensterelement möglich. Hierbei ist zu beachten, dass die Zu- und Abluftöffnungen nicht durch außen liegende Verschattungselemente verdeckt werden und die zur Belichtung erforderliche Fensterfläche nicht unterschritten wird.

In der nachfolgenden Tabelle sind einige Merkmale von zentralen und dezentralen Lüftungssystemen vergleichend gegenübergestellt.


Merkmal zentral dezentral
Planungsaufwand hoch gering
Baulicher Aufwand hoch gering
Fassadeneingriff
gering hoch
Platzbedarf hoch (eigener Raum) mittel
Luftverteilsystem verzweigt einfach
Zugänglichkeit einfach während Schulbetrieb nicht möglich
Wartungsaufwand mittel (ein Gerät & Rohrleitungen) hoch (viele Geräte)
Aufwand Brandschutz hoch gering
Regelung (z. B. CO₂) zentrale, komplexe Regelung individuell je Raum
Lüftkühlung/Erhitzung möglich möglich
Luftfilterung möglich möglich
Wärmerückgewinnung möglich möglich

 

Hygieneanforderungen
Hinsichtlich der Hygiene, Wartung und Reinigung von lüftungstechnischen Anlagen werden Anforderungen in der Richtlinienreihe „Raumlufttechnik, Raumluftqualität“ festgelegt.

Luftgüteampeln

Luftgüteampeln, auch CO₂-Ampeln genannt, besitzen einen CO₂-Sensor und messen stetig die CO₂-Konzentration im Raum. Wie bei einer Ampel wird optisch die Überschreitung von bestimmten CO₂-Werten angezeigt. Bei grüner Anzeige ist die CO₂-Konzentration im Klassenraum niedrig und somit in Ordnung, bei gelber Anzeige sollte gelüftet werden und bei roter Anzeige ist die CO₂-Konzentration hoch und es muss dringend gelüftet werden. Die CO₂-Ampel sollte nicht direkt neben Fenstern oder Türen aufgestellt werden und auch nicht in unmittelbarer Nähe zu Personen. Im ersten Fall kann eine zu niedrige Konzentration und im zweiten Fall eine zu hohe Konzentration gemessen werden.