Raumlüftungskonzepte mit Fensterantrieben 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 bis zu 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 dabei 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 diese in vielen Klassenzimmern – darunter auch in Deutschland – zum Teil unzureichend ist. Grund für die schlechte Raumluft ist häufig die hohe Belegungsdichte: Denn in Schulen befindet sich oftmals sehr viele Personen auf verhältnismäßig engem Raum.
Folgen von schlechter Luftqualität
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 Lehrende und Lernende den Qualitätsabfall der Luft in vielen Fällen erst spät oder gar nicht wahr.
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 Schulunterrichtsstunde 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 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
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
Die natürliche Lüftung – auch "freie" Lüftung genannt – realisiert den Luftaustausch über die Fenster ganz ohne mechanische Anlagen. 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.
Hybride Lüftung als weitere Alternative
Die freie Lüftung über Fenster kombiniert mit maschineller Lüftung über Geräte wird als hybride Lüftung bezeichnet. Diese dient zur mechanischen Unterstützung der freien Lüftung. Das Hybrid-Lüftungsgerät läuft dann mit erhöhter Drehzahl, wenn der thermische Auftrieb nicht ausreichend ist. Ansonsten läuft das Lüftungsgerät mit einer reduzierten Drehzahl für einen besonders energiesparenden Betrieb. Untersuchungen konnten dabei 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, 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 sich aufgesetzt oder verdeckt in den Fensterrahmen montieren und an bereits bestehende Elektroleitungen anschließen lassen. Hierfür sind die Gebäudeöffnungen mit Antrieben ausgestattet, die speziell an die jeweiligen Anforderungen und Formate angepasst sind. Solche Modelle bietet zum Beispiel WindowMaster als Lösung zur natürlichen und hybriden Lüftung für unterschiedliche Größen und Gewichtsklassen an. 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 die Fensterantriebe problemlos in Schulen eingesetzt werden, da der Betrieb nahezu geräuschlos verläuft.
Smarte Gebäudeautomation für kontrollierte natürliche- und hybride Lüftung
Die motorisch betriebenen Fenster mit ausgefeilter Sensortechnik können kontrolliert – und in Abhängigkeit der vorliegenden Gegebenheiten – gesteuert werden. Hierfür bietet WindowMaster mit NV Embedded® eine cloudbasierte Steuerungslösung, mit der die natürliche Lüftung und Fassadenautomation über ein einziges System gesteuert werden kann. Dieses 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 Belüftungsstrategie 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 Soll-Werte, die sich individuell einstellen sowie jederzeit beliebig anpassen lassen, werden während des Betriebs dauerhaft überprüft. Weichen beide Angaben voneinander ab, öffnen und schließen die Fenster vollautomatisiert.
Die Ansteuerung 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 für die natürliche Lüftung möglich
Aufgrund des menschlichen Bedürfnisses, die Raumumgebung den individuellen Ansprüchen anzupassen, sollte dabei auch das unabhängige Ansteuern beziehungsweise Öffnen der Fenster jederzeit ermöglicht werden. So lassen sich die Fenster manuell öffnen oder auch Einstellungen händisch über Eingaben in die integrierte Systemsteuerung oder Taster auf das individuelle Empfinden abstimmen.
Kontrollierte natürliche Lüftung schont die Umwelt
Durch die Nutzung frei verfügbarer Ressourcen wie Wind und Temperatur sowie dem äußerst geringen Stromverbrauch der motorischen Antriebe, ist die kontrollierte natürliche Lüftung ein kosteneffizientes, umweltfreundliches und damit zeitgemäßes Lüftungssystem. Des Weiteren lässt sie sich mit einfachen Mitteln umsetzen – und bietet Planern und Architekten eine hohe Gestaltungsfreiheit, da sie weder in die Gebäude- noch in die Innenarchitektur eingreift. Die technischen Raumlüftungskonzepte auf Basis automatisierter elektromotorischer Fenster zur kontrollierten natürlichen Lüftung (KNL) von WindowMaster kombinieren hierbei das Beste aus Natur und Technik.
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