Evaluierung von mechanischen Klassenzimmerlüftungen in Österreich

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1 Evaluierung von mechanischen Klassenzimmerlüftungen in Österreich Vortragender DI Andreas Greml Osnabrück Vortragsinhalte Warum eine mechanische Klassenzimmerlüftung? Ergebnisse der Studie Evaluierung von mechanischen Klassenzimmerlüftungen in Österreich 61 Qualitätskriterien für Klassenzimmerlüftungen Grobe Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Resümee 1

2 Warum mechanische Klassenzimmerlüftungen mit Wärmerückgewinnung? Lerngerechte CO2-Konzentration CO2 Konzentration Wirkung auf Personen über 1400 ppm nach 15 min (ppm) Konzentrationsstörungen Kopfschmerzen * noch akzeptabel angenehm 500 frische Außenluft Minuten *Grenze BMLFUW 2008 für mech. belüftete Klassen 2

3 CO 2 Messungen (Fensterlüftung) Klasse 2a CO :00 Uhr - 24:00 Uhr Über ppm Reihe1 Reihe CO ppm :00:58 00:45:58 01:30:58 02:15:58 03:00:58 03:45:58 04:30:58 05:15:58 06:00:58 06:45:58 07:30:58 08:15:58 09:00:58 09:45:58 10:30:58 11:15:58 12:00:58 12:45:58 13:30:58 14:15:58 15:00:58 15:45:58 16:30:58 17:15:58 18:00:58 18:45:58 19:30:58 20:15:58 21:00:58 21:45:58 22:30:58 23:15:58 Zeit CO 2 bei Fensterlüftung Theorie und Praxis passen zusammen: Kostenloses Programm des Landesgesundheitsamtes Niedersachsen Kostenloses Excel-Programm zur Berechnung der CO 2 - Konzentration in Innenräumen und Schulen Je nach Gebäudedichtheit ergeben sich auch bei optimaler Pausenlüftung CO 2 - Werte bis ppm. 3

4 CO 2 -Messung bei mech. Lüftung CO2 (ppm) Grenze BMLFUW :09:10 07:25:10 07:41:10 07:57:10 08:13:10 08:29:10 08:45:10 09:01:10 09:17:10 09:33:10 09:49:10 10:05:10 10:21:10 10:37:10 10:53:10 11:09:10 11:25:10 11:41:10 11:57:10 12:13:10 12:29:10 12:45:10 13:01:10 13:17:10 Zeit Anzahl Schüler Anzahl Schüler Anwesenheit [ppm CO2] Pettenkoffer DIN 1946 VOC-Belastung Deutlich geringere Belastungen gegenüber unbelüfteten Schulen Indirekter Vergleich mit Studie OÖ: (nur bedingt aussagekräftig) VOC Schulen OÖ (unbelüftet), Q: Tappler Gesamt VOC (ug/m³) VOC Schulen Ö 2007 (belüftet), Q: Tappler Zu beachten ist jedoch, dass die VOC-Belastungen primär durch die Materialwahl (insbes. Bodenbelag) und erst in zweiter Linie durch die Lüftung niedrig zu halten ist. 4

5 Geruchsbelastung Geruchsbelastung und CO 2 gehen in Klassenzimmern einher Geringere CO 2 Belastung bedeutet auch geringere Geruchsbelastung Quelle: IBO, Tappler) Lernerfolg Signifikante geringere Konzentrationsleistungen Reduktion des Lernerfolgs um 5 bis 9% bei hohen CO 2 -Werten Hohe CO 2 -Werte: bzw ppm Niedrige CO 2 -Werte: 870 bzw. 880 ppm Büroarbeit 5

6 Weitere Vorteile mechanischer Klassenzimmerlüftungen Energieersparnis von ca. 70% der Lüftungsverluste Niedrigenergiehausstandard bzw. PH-Standard ohne mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung nicht erreichbar Frischluftansaugung frei wählbar (nicht von der Straßenseite) Gefilterte Außenluft (Staub, Pollen, ) Fenster können im Winter geschlossen bleiben müssen es aber nicht. Sicherheit (Fensterstürze) Sommerliche Nachkühlung möglich Weniger Arbeit für den Hausmeister (Fenster schließen) Ergebnisse einer Evaluierung von mechanischen Klassenzimmerlüftungen in Österreich Projekt wurde gefördert von: 6

7 Inhalte des Projektes 1. Übersicht über vorangegangene Studien mit dem Thema Lüftungssituation in Schulen 2. Österreichlandkarte Klassenzimmerlüftung 3. Akzeptanzanalyse: LehrerInnen, SchülerInnen, Hausmeister, Gebäudeeigentümer, Planer, Architekt 4. Technische Evaluierung: Technische Qualität Praxistauglichkeit Messungen: CO 2, Schallbelastung,.. 5. Planungsleitfaden bzw. 61 Qualitätskriterien Ziele - Projektteam Ziel: - Verbesserungen der Anlagenqualität durch Evaluierung, Planungsleitfaden und Qualitätskriterien - Größere Verbreitung von Klassenzimmerlüftungen 5 Projektpartner 16 Objekte wurden evaluiert 7

8 Übersicht Studien zur Lüftungssituation in Schulen Studien Lüftung in Schulen (1) Untersuchungen zur Luftqualität in Schulen ohne mechanischer Lüftung: Oberösterreich (A) Berlin (D) Frankfurt (D) Erfurt (D) Bayern (D) Niedersachsen (D) Aarau (CH) Resümee: Auch mit Nutzerschulung (zur regelmäßigen Fensterlüftung) keine ausreichende Luftqualität erzielbar Lernbedingungen teilweise bedenklich CO2-Werte teilweise weit über ppm. 8

9 Studien Lüftung in Schulen (2) Untersuchung von Schulen mit mechanischer Lüftung: Bisher nur Evaluierung einzelner Schulen: Ö: Salzburg, Virgen, Hermagor, D: Justus von Liebig Schule - Waldshut, Waldorfschule - Bremen CH: Spitzmoos Resümee: Einzelerfahrungen von Sehr Gut bis Mangelhaft Studien Lüftung in Schulen (3) Vergleich von Schulen mit und ohne mechanischer Lüftung: CH: Vergleichende Luftqualitätsmessungen in 6 Schulhäusern im Kanton Aargau (Bau- und Umweltchemie Beratungen und Messungen, 2005) Resümee: Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass kontrollierte Raumlüftungsanlagen für Schulneubauten mit dichter Gebäudehülle und stark belegten Räumen eigentlich notwendig sind, um eine gute Raumluftqualität zu gewährleisten. Die Messungen zeigen weiter, dass die Lüftungen in hygienisch gutem Zustand sind, und die in den Klassen zugeführte Luft in Bezug auf Keime und Feinstaub einen besseren Zustand als die Außenluft aufweist. Bei Schulhäusern mit Fensterlüftung entsprachen diese Parameter der Außenluft. 9

10 Studien Lüftung in Schulen (4) Luftmengenuntersuchung an Schulen mit mechanischer Lüftung: CH: Wie viel Luft braucht das Hirn (Gugerli, Huber, Weber 2003) Resümee: Hier wurde aufgezeigt, dass die bis dahin vorgesehen Luftmenge der SIA 382/1 von ca. 15 m³/h deutlich zu gering war. Es sollten lt. der Studie zumindest m³/person und Stunde für zufriedenstellende Luftqualität sein. Von einer Kombination von Fensterlüftung und mechanischer Lüftung mit reduzierter Luftmenge (z.b. 15 m³/h + Fensterlüftung) wird abgeraten. Weiters wird empfohlen möglichst Lüftungsanlagen mit Feuchterückgewinnung einzusetzen. Studien Lüftung in Schulen (5) Studien zur Wirkung erhöhter CO 2 -Werte auf die Leistungsfähigkeit : Myhrvold et al. (1996) Wargocki et al. (2000) Kajtár et al. (2003) Wyon (2004) Shaughnessy et al. (2005) Wargocki & Wyon (2006) Werner Ribic (2007) Tiesler et al. (2008) Resümee: Signifikante Beeinträchtigungen bzw. Leistungsreduktion ca. 5-9 % 10

11 Akzeptanzanalyse Projekt wurde gefördert von: Akzeptanzanalyse Entscheidung zur mechanischen Klassenzimmerlüftung meist zufällig (Einzelpersonen) Akzeptanz hängt sehr stark ab von: Qualität der Anlage Informationsgestaltung durch Planer und Gebäudeverantwortliche Schulleitung und Hausmeister Positives Beispiel dezentral: VS Ainet (Tirol) Positives Beispiel zentral: HS Mäder (Vorarlberg) 11

12 Akzeptanzanalyse LehrerInnen (über alle Objekte, ungewichtet) 21,40% 15,90% 22,20% 40,50% sehr zufrieden eher unzufrieden eher zufrieden sehr unzufrieden Akzeptanzanalyse SchülerInnen (über alle Objekte, ungewichtet) 7,20% 22,50% 17,10% 18,90% 34,20% Note 1 Note 2 Note 3 Note 4 Note 5 12

13 Planungsleitfaden Projekt wurde gefördert von: Planungsleitfaden 1. Checkliste für die Basisdatenerhebung Auflistung aller relevanten Daten für die Bauaufnahme und deren Relevanz für Planungsentscheidungen der Anlage 2. Entscheidungshilfen: Teillüftung Volllüftung? Reine Lüftung Luftheizung? Zentral semizentral dezentral? Quell- oder Mischlüftung? Sternverrohrung oder dezentral über Abzweiger? Steuerung und Regelung? Frostschutzstrategie? 13

14 Planungsleitfaden 3. Empfehlungen Integration der Luftleitungen Energetische Standards Innenraumluftqualität Einhaltung der Raumluftfeuchte Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich Akustik Brandschutz Sommerlicher Wärmeschutz Organisatorische Kriterien Wirtschaftliche Aspekte Qualitätskriterien für Klassenzimmerlüftungen 61 Qualitätskriterien und einzelne Evaluierungsergebnisse Projekt wurde gefördert von: 14

15 61 Qualitätskriterien Vorbild waren die 55 Qualitätskriterien für Wohnraumlüftungen In Abstimmung mit der ÖNORM H 6039 bzw. der EN Unterscheidung zwischen zentralen und dezentralen Systemen Luftmengen Qualitätskriterium 1 (M) Beschränkung des maximalen CO 2 -Gehaltes der Klassenzimmerluft Anforderung Der CO 2 -Gehalt im Klassenzimmer sollte max [ppm] ( ) betragen (IDA 3 mittlere Raumluftqualität Standardwert). Zielwert: max [ppm] ( ) (IDA 2 hohe Raumluftqualität Maximalwert) Die CO 2 -Werte dürfen bei einer Luftmengenreduktion aufgrund der Feuchteregelung bei Außentemperaturen unter 0 C bis max [ppm] ( ) ansteigen. Erhobene Luftmengen: 10 bis 50 m³/(p.h) 15

16 Luftmengen Qualitätskriterium 2 (M) Mindestluftmengen pro Schüler für die Auslegung (ergeben sich aus der max. CO 2 -Anforderung von Kriterium 1) Es ist zulässig, diese Werte im Betrieb zur Feuchteregelung zu unterschreiten. Anforderung Altersabhängige Rate: für ca [ppm] für Zielwert ca [ppm] [m³/h] 25 [m³/h] (z.b. Kindergarten) [m³/h] 25 [m³/h] (z.b. Volksschule) [m³/h] 30 [m³/h] (z.b. Hauptschule) [m³/h] 33 [m³/h] (z.b. AHS, BHS) über [m³/h] 34 [m³/h] (z.b. FH, UNI,..) Lehrperson 28 [m³/h] 37 [m³/h] Achtung: Luftmengen sind für den Winterfall Zusätzliche Möglichkeit der Fensterlüftung immer notwendig (Übergangszeit, Sommer) Erreichte Luftqualität bei der Evaluierung Maximale CO2-Werte < ppm < ppm > ppm ppm

17 Schallanforderungen zu milde Anforderungen in EN bzw. ÖNORM H 6039 Qualitätskriterium 4 (M) Geringer A-bewerteter Schalldruckpegel L A,eq und Beschränkung des tieffrequenten Anteiles im Klassenzimmer sowie geringe Schallbelastung im Außenbereich *Achtung: Werte liegen über der B und bedürfen bei zentralen Anlagen einer besonderen vertraglichen Fixierung. Anforderung a) Im Klassenzimmer: max. 25 [db(a)] bei sehr hohen Anforderungen (z.b. Musikräume) max. 30* [db(a)] bei hohen Anforderungen (gute Eignung für Wahrnehmung schwieriger oder fremdsprachlicher Texte z.b. Klassenräume) max. 35* [db(a)] bei mittleren Anforderungen (nur bedingte Eignung für Wahrnehmung schwieriger oder fremdsprachlicher Texte z.b. Werkräume) max. 30* [db(a)] für Lehrerzimmer b) Zur Beschränkung der tieffrequenten Anteile darf die Differenz zwischen A- und C-Bewertung nicht mehr als 20 [db] betragen. c) Beschränkung der Schallbelastungen im Außenbereich gemäß ÖNORM S 5021 bzw. ÖAL Richtlinie 3 Schallmessungen Einige Lüftungsanlagen waren deutlich zu laut: Nur bei 11 der 16 Anlagen war eine aussagekräftige Schallmessung möglich. 17

18 61 Qualitätskriterien - Beispiel Qualitätskriterium 28 (M) Anforderung Geringe Stromaufnahme des Ventilators, bzw. der gesamten Anlage beim Betriebsluftvolumenstrom und reinen Filtern Hinweis: bei Wärmerückgewinnungsklassen über H2 und ohne mechanischem Filter entspricht SFP1 0,14 W/(m³/h) a) Dezentral: EC-Motoren a) Zentral: Ventilatoren mit Direktantrieb der Klasse IE3 nach IEC b) Nur Zentral: Spezifische Leistungsaufnahme jedes einzelnen Ventilators entsprechend der Kategorie SFP 1 nach ÖNORM EN Dies entspricht max. 0,22 W/(m³/h) bei der geforderten Wärmerückgewinnung nach Kriterium 23 (ohne mechanischen Filter) d) Dezentral: Spezifische Leistungsaufnahme der gesamten Anlage max. 0,45 W/(m³/h) Zielwert: max. 0,30 W/(m³/h) d) Zentral: Spezifische Leistungsaufnahme der gesamten Anlage max. 0,45 W/(m³/h) Zielwert: max. 0,40 W/(m³/h) und Optimierung über Lebenszyklusrechnung Stromeffizienz war noch ein Schwachpunkt der Anlagen Durch neue OIB-Richtlinie 6 aber nun zwingend SFP 1 vorgeschrieben Zusammenfassung - Kritikpunkte 1. Ungenügende Luftmengen 2. Zu hohe Schallpegel in den Klassenzimmern 3. Nicht angepasstes Gesamtkonzept 4. Keine optimale kaskadische Nutzung der Luft 5. Ungenügende Filterqualitäten 6. Zu hoher Strombedarf, Veraltete Motoren- und Antriebstechnik (Wechselstrommotoren statt EC-Motoren, Keilriemenantriebe anstatt Direktantriebe) 7. Ungeeignete Steuerung bzw. Regelung 8. Ungeeignete Kontakte bei in die Leittechnik eingebundenen Brandschutzklappen 9. Keine ausreichende Betreuung der Anlage vor Ort (Hausmeister ist bzw. fühlt sich nicht zuständig) 10. Ungenügende Aufklärung der NutzerInnen 18

19 Vereinfachte Kostenbetrachtung Projekt wurde gefördert von: Kosten Annahmen: 6.000,-- pro Klasse Investitionskosten Energieersparnis und laufende Betriebskosten bzw. Instandhaltungsarbeiten halten sich die Waage Lebensdauer der Anlage 20 Jahre 25 Schüler pro Klasse Eine lerngerechte Luftqualität kostet ca. 12 pro Schüler und Jahr. 12 pro Jahr und Schüler für einen guten Lernerfolg unserer Kinder sollten wir uns leisten: Umweltentlastung, gibt es kostenlos dazu. Bessere Arbeitsbedingungen für LehrerInnen Weniger Schulstunden aber diese bei guter Luftqualität?... 19

20 Betrachtung inkl. Leistungssteigerung Leistungssteigerung mit 5 % ansetzt (untere Grenze) Unterrichtseinheiten pro Jahr Verlorene Unterrichtszeit ohne Lüftung entspricht 60 Std. pro Jahr Kosten pro Unterrichtseinheit von 40,-- (untere Grenze) Schaden pro Jahr ohne Lüftungsanlage: 2.400,-- Amortisationszeit der Lüftungsanlage: < 3 Jahre Bei Einrechnung der Leistungssteigerung lässt sich eine Klassenzimmerlüftung auch wirtschaftlich argumentieren. Resümee Eine Klassenzimmerlüftung sollte bei jedem Neubau bzw. jeder umfassenden Sanierung Standard sein. Die Erfahrungen zeigen: das Wissen und alle Zutaten für eine gute Lüftungsanlage sind grundsätzlich vorhanden. Soft Facts spielen eine nicht zu unterschätzende Rolle bei der Nutzerzufriedenheit. 20

21 Weitere Informationen Endbericht: Projekthomepage: Homepage Komfortlüftung: Bereich Klassenzimmerlüftung Homepage HAUS der Zukunft: Vielen Dank Mit freundlicher Unterstützung von: 21