Das Schichtlüftungssystem mit 100 Prozent Frischluftanteil kann die Virenlast in Klassenräumen signifikant reduzieren und ergibt im Vergleich zur Mischlüftung einen bis zu 40-mal besseren Infektionsschutz, so der Hersteller. Als Luftqualität ist durchgängig die IAQ Klasse 1 realisierbar.
Virenschleudern Klassenzimmer
Ganz gleich, ob Corona, Grippe oder andere Infektionskrankheiten: Wenn dreißig Kinder in einem schlecht belüfteten Klassenraum sitzen, haben Viren leichtes Spiel. Das gilt auch für Klassenzimmer, die bereits über ein Lüftungssystem verfügen. Denn in der Vergangenheit wurden fast ausschließlich Mischlüftungssysteme installiert, die mit der Corona-Pandemie an ihre Grenzen gestoßen sind.
Selbst mit nachgerüsteten HEPA-Filtern, wie sie auch in vielen Air-Purifiern eingesetzt werden, verbleiben trotz des Virenabscheidegrades von bis zu 99,995 Prozent erhebliche Konzentrationen in der Raumluft. Gleichzeitig bringen die Lüftungsanlagen die Luft stark und unkontrolliert in Bewegung und verteilen dadurch die in der Luft verbliebenen Erreger im Raum. Darüber hinaus sind HEPA-Filter teuer und müssen für den ordnungsgemäßen Betrieb von qualifiziertem Fachpersonal regelmäßig gewechselt werden.
Lufthoheit ist das oberste Ziel
Wenn sich eine Krankheit wie Corona über ausgeatmete Luft verbreitet, kann das für die Lüftungstechnik nur heißen, dass die Atemluft so abgeführt werden muss, dass sie weder Sitznachbarn noch andere Personen im Raum erreicht. Ein Kompromiss hierfür wäre eine konsequente Dauerlüftung, die durch die kontinuierliche und erhebliche Verdünnung der Luft zu einer Reduzierung der Infektionsgefahr führen würde.
Das ist aber weder technisch noch wirtschaftlich sinnvoll. Denn einerseits reicht der Temperaturunterschied zwischen drinnen und draußen als Antrieb zum Luftaustausch der klassischen gekippten Fensterlüftung nicht bei jeder Wetterlage aus, um die benötigte Luftwechselrate zu erzielen. Andererseits ist Unterricht bei dauerhaft voll geöffneten Fenstern spätestens im Winter nicht mehr vorstellbar.
Statt der horizontalen Querlüftung ist damit über Lösungen mit vertikaler Luftführung nachzudenken. Dabei wird schnell klar, dass eine Luftführung von oben nach unten den Grundsätzen der Thermik widerspricht und nur mit großem Aufwand möglich wäre. Damit bleiben Systeme, die eine Luftführung von unten nach oben realisieren, um belastete Atemluft schnell vom Sitznachbarn weg, nach oben hin abzuführen und von dort aus nach draußen zu leiten.
Bild: Weiss-Technik
Schichtlüftung in der Industrie bewährt
Einen geeigneten Weg hierfür bietet die Schichtlüftung. Diese wird bereits seit vielen Jahren in Industriebetrieben eingesetzt, wenn Mitarbeitende zu schützen und gesundheitsgefährdende Stoffe vom Arbeitsplatz abzuführen sind. Um eine Schichtlüftung auch in Klassenräumen zu realisieren, muss man aber zunächst ihre Grundlagen verstehen.
Ein typisches Einsatzgebiet für Schichtlüftungen sind Produktionshallen mit Dreh- und Fräszentren. Hier entstehen durch die eingesetzten Schmier- und Kühlstoffe bei den auftretenden Zerspanungstemperaturen hohe Konzentrationen von Gefahrstoffen am Arbeitsplatz, die ohne entsprechende Lüftungstechnik schnell die zulässigen MAK-Werte überschreiten würden. Schichtlüftungs-Systeme verhindern das in vielen Fällen. Denn wegen der prozessbedingt hohen Maschinengehäuse-Temperaturen in den Hallen gibt es einen starken thermischen Auftrieb. Durch die meist hohen Decken können Schadstoffe leicht, ohne zu verwirbeln aufsteigen und deckennah abgesaugt, gefiltert und kontrolliert nach draußen geleitet werden.
Mischen impossible – Schichten erwünscht
Bei der Entwicklung einer Lüftungslösung für Schulklassen und andere Räume mit ähnlichem Nutzungsprofil wie Seminarräume, Büros und Wartebereiche, hat Weiss-Technik mit dem Lüftungsspezialisten Dr. Volkhard Nobis zusammengearbeitet. Ziel der Arbeit war es, die thermodynamischen Vorgänge in Produktionshallen auf Schulklassen zu übertragen und daraus eine technische Lösung zu entwickeln.
Das Ergebnis ist das Frischluft-Schichtlüftungs-Gerät Vindur-LayVent. Dieses verbindet die Vorteile der Schichtlüftung mit 100 Prozent Frischluftanteil und einer intelligenten Steuerung. Dadurch ist es möglich, im Klassenraum eine stabile Schichtlüftung zu erzeugen, die auch in Zeiten der Pandemie einen sicheren Unterricht erlaubt.
Mit dieser Technik ist es gelungen, auch auf begrenzter Raumhöhe hohe Schichtungsqualitäten für voll- und teilbesetzte Räume zu erhalten. Querströmungen, Verwirbelungen und Raumluftwalzen werden, anders als bei der Mischlüftung, vermieden. Wegen der vollständigen Frischluftzuführung schafft das System überdies einen weiteren Zusatznutzen: Es sorgt für eine niedrige CO2-Konzentration im Klassenraum und hilft dadurch – auch über die Coronazeit hinaus – die Aufmerksamkeit der Schülerinnen und Schüler dauerhaft zu erhalten, beziehungsweise zu steigern.
Geführte Luft in Klassenräumen
Kernidee des Systems Vindur LayVent ist es, die Körperwärme der Schülerinnen und Schüler zur Erzeugung der erforderlichen Konvektionsströmung zu nutzen. Ausgehend von der Wärme, die Schülerinnen und Schüler abgeben, und unter Verwendung luftfremder Stoffe als Versuchsersatzviren war in aufwändigen Versuchsreihen die optimale Quellluftzufuhr zu ermitteln.
Diese muss einerseits ausreichend groß sein, um einen stetigen Auftrieb zu sichern, andererseits muss sie so gering wie möglich sein, um Verwirbelungen und Querströmungen zu vermeiden. Um das zu erreichen, wird Quellluft bodennah in den Klassenraum eingeleitet, so dass dort eine Frischluftschicht entsteht. Diese Luft steigt an den Schülerinnen und Schülern hoch und transportiert die ausgeatmete Atemluft inklusive luftgetragener Aerosole, Partikel und Viren in Richtung Decke. Dort – und das ist ein zentrales Unterscheidungskriterium zu anderen Schichtlüftungssystemen – wird die Luft abgesaugt und nach draußen geleitet, ohne dass Verwirbelungen entstehen.
Mithilfe dieses Verfahrens in Kombination mit dem bedarfsgeführten Luftwechsel ist es möglich, die Virenlast in Klassenräumen nahezu vollständig zu eliminieren. Gleichzeitig zahlt sich ein weiterer Effekt der Schichtlüftung positiv aus: Bei der Auswertung des Konzentrationsprofils wurde deutlich, dass die verbleibende, minimale Restkonzentration mit der Raumhöhe ansteigt, so dass insbesondere sitzende Raumnutzer beim System Vindur LayVent von einem hohen Infektionsschutz profitieren.
Bild: Weiss-Technik
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Bedarfsgerechte Abstimmung erforderlich
Anders als beispielsweise manche Air-Purifier sind Schichtlüftungssysteme keine Plug-and-Play-Lösungen. Denn die Anlagen müssen zunächst genau auf den Raum und die Nutzer abgestimmt werden. Für ihre richtige Auslegung ist dabei zunächst die Raumgröße ein wichtiger Indikator. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, wieviel Personen sich darin aufhalten und was sie darin tun. So hat eine Grundschulklasse ein anderes Nutzungsprofil als eine Abendschulklasse.
Ist die Anlage richtig dimensioniert, ist in 6 bis 10 min nach Raumbelegung eine stabile Schichtlüftung hergestellt. Sitzen die Schülerinnen und Schüler ruhig, ist dies natürlich von Vorteil. Aber selbst wenn sich der Lehrer durch den Raum bewegt oder ein Schüler zur Tafel muss, werden die Luftschichten nur marginal gestört und es stellt sich schnell wieder ein stabiler Zustand ein.
Klassenlüftung mit Überwachungsfunktion
Technisch sind die Schichtlüftungsgeräte einfach und robust aufgebaut. Sie bestehen aus einem Frischluftkanal, der mit zwei Filterstufen (Grob- und Feinfilter) und einem eigenen energieeffizienten Ventilator versehen ist. Die an der Decke befindliche Absaugung ist mit einem Grobfilter und ebenfalls mit einem energieeffizient arbeitenden EC-Ventilator ausgestattet, der die Luft nach draußen führt.
Herzstück der Anlage ist die intelligente Steuerung mit Touch-Bedienfeld intelli.4. Diese hat einen hohen Bedienkomfort und liegt in zwei Ausführungen vor: In der Basisversion gibt die Lehrkraft zu Beginn der Stunde die Anzahl der Personen im Raum manuell ein und die Elektronik berechnet die erforderliche Belüftung. In der Premiumversion entfällt dieser Schritt und das System ermittelt die benötigten Luftmengen eigenständig über die im Raum freigesetzte CO2-Stoffmenge. Über den CO2-Wert wird die im Raum befindliche Anzahl von Personen und deren Aktivitätslevel ermittelt.
Gleichzeitig korreliert der CO2-Wert mit einer möglichen Belastungsgefahr durch die Konzentration von Krankheitserregern in der Luft. Dementsprechend kann das System LayVent die Systemleistung jederzeit dynamisch anpassen und darüber eine hohe Sicherheit bei geringstmöglichem Energiebedarf realisieren. In der Premiumversion ermittelt und überwacht die intelligente Steuerungs- und Regelungstechnik die Schichtungsqualität kontinuierlich. Den Raumnutzern wird über das Touch-Bedienfeld das Erreichen des erforderlichen Schutzes angezeigt, so dass sie wissen, wann die optimale Schichtung hergestellt ist.
Richtige Planung und Auslegung
Voraussetzung für eine stabile Schichtlüftung ist das optimale Verhältnis von Temperatur und Volumenstrom bei geringstmöglichen Impulsen im Raum. Um Fremdeinflüsse zu erkennen und auszuschließen empfiehlt es sich, den zu belüftenden Raum zuvor einem Check zu unterziehen.
Die Schichtlüftungssysteme sind für 7 bis 15 Personen und eine Fläche von bis zu 60 m² ausgelegt. Bei Bedarf können bis zu vier Geräte zusammengeschlossen werden und als Systemlösung für Räume von 28 bis 60 Personen und bis zu 240 m² genutzt werden. Je nach Detaillierungsgrad der Planung können die thermodynamischen Besonderheiten von Fensterflächen, Heizkörpern und der Dämmstatus des Gebäudes berücksichtigt und über eine entsprechend angepasste Systemleistung ausgeglichen werden.
Darüber hinaus ist es über die intelligente Steuerung möglich, unterschiedliche Nutzungsprofile und Nutzergruppen des Raumes zu berücksichtigen. So kann der Raum beispielsweise morgens für die Nutzung durch eine Schulklasse mit Kindern optimiert ventiliert und am Abend für eine Abendschulklasse mit Erwachsenen eingestellt werden.
VDI 6022 wird eingehalten
Die hinter einer Verkleidung zu platzierenden Schichtlüftungsgeräte sind konform mit der VDI 6022. Sie eignen sich für Neubauten ebenso wie für Sanierungen oder Umbauten von Klassenräumen. Dabei sind vorhandene Dämmungen kein Problem.
Wegen des integrierten Gegenstrom-Wärmeübertragers ist die Wärmerückgewinnungsbilanz günstig. Mit dem Geräte-Energielabel A werden die Bedingungen der europäischen Ökodesignrichtline und die Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) erfüllt. Sind keine Schüler im Raum, schaltet das System zudem mittels der Bedarfsführung in einen Stand-by-Modus, der lediglich den Grundlüftungszustand erhält.
Zur Installation sind zwei Bohrungen erforderlich für die Zuführung der Frischluft und die Abführung der kontaminierten Raumluft. Das System realisiert einen Luftvolumenstrom von 250 bis 1.200 m3/h bei einem Schalldruckpegel von 35 db(A). Damit liegt es deutlich unter dem Geräuschpegel der meisten gängigen Lüftungssysteme.
Fazit
In der Summe schützt das Schichtlüftungssystem Schülerinnen, Schüler und Lehrpersonal vor Ansteckungen durch luftgetragene Viren und Keime und steigert gleichzeitig das Konzentrationsniveau in Klassen. Angesichts der staatlichen Förderung und der zusätzlichen Möglichkeit, ein solches Lüftungssystem im Rahmen einer ohnehin geplanten energetischen Gebäudesanierung zu realisieren, wird es für Schulen und Schulträger einfacher, sich für ein zukunftsweisendes Schichtlüftungssystem zu entscheiden.
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Weiss-Technik / Mack
