Untersuchung von Lüftungskonzepten in Schulen : Einfluss auf Raumluftqualität, thermischen Komfort und Gesundheit in Praxis und Simulation

  • Gute Luft und ein angenehmes Raumklima in Klassenräumen können die Leistungsfähigkeit, das Wohlbefinden und die Gesundheit von Schülerinnen und Schülern sowie Lehrkräften fördern. Die Covid-19-Pandemie hat dabei deutlich gemacht, wie wichtig eine gute Belüftung von Innenräumen ist, um ein Ansteckungsrisiko von über die Luft übertragbaren Infektionen zu senken. Dennoch zeigen aktuelle Studien, dass die Luftqualität in vielen Schulen häufig noch unzureichend ist. Wenn keine maschinellen Lüftungsanlagen vorhanden sind, ist regelmäßiges Lüften über die Fenster im Klassenraum unverzichtbar. Das lässt sich im Schulalltag jedoch oft nur schwer konsequent umsetzen – vor allem dann, wenn draußen sehr kalte oder sehr warme Temperaturen herrschen, was den thermischen Komfort im Raum stark beeinträchtigen kann. Maschinelle Lüftungsanlagen bieten gegenüber der Fensterlüftung den großen Vorteil einer kontrollierten Frischluftzufuhr – unabhängig von den Umgebungsbedingungen (wie z.°B. Außentemperatur, Wind, Lärm) und vom Nutzerverhalten. In derGute Luft und ein angenehmes Raumklima in Klassenräumen können die Leistungsfähigkeit, das Wohlbefinden und die Gesundheit von Schülerinnen und Schülern sowie Lehrkräften fördern. Die Covid-19-Pandemie hat dabei deutlich gemacht, wie wichtig eine gute Belüftung von Innenräumen ist, um ein Ansteckungsrisiko von über die Luft übertragbaren Infektionen zu senken. Dennoch zeigen aktuelle Studien, dass die Luftqualität in vielen Schulen häufig noch unzureichend ist. Wenn keine maschinellen Lüftungsanlagen vorhanden sind, ist regelmäßiges Lüften über die Fenster im Klassenraum unverzichtbar. Das lässt sich im Schulalltag jedoch oft nur schwer konsequent umsetzen – vor allem dann, wenn draußen sehr kalte oder sehr warme Temperaturen herrschen, was den thermischen Komfort im Raum stark beeinträchtigen kann. Maschinelle Lüftungsanlagen bieten gegenüber der Fensterlüftung den großen Vorteil einer kontrollierten Frischluftzufuhr – unabhängig von den Umgebungsbedingungen (wie z.°B. Außentemperatur, Wind, Lärm) und vom Nutzerverhalten. In der Anwendung können jedoch Fehler auftreten. Neben Komfort- und gesundheitlichen Aspekten sollte auch darauf geachtet werden, Lüftungskonzepte möglichst energieeffizient umzusetzen. Hier knüpft das interdisziplinäre Forschungsprojekt der TH Nürnberg und der Wolf GmbH mit Unterstützung der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität Salzburg an. Es untersucht folgende primäre Fragestellungen: • Wie kann eine gute und gesunde Raumluft in Klassenräumen erreicht werden? • Wie kann ein möglichst energieeffizienter Betrieb von Lüftungsanlagen gewährleistet werden? • Welche Potenziale und Fehlerquellen können in der Praxis auftreten? Der Schwerpunkt liegt auf der Anwendung dezentraler Lüftungstechnik mit Außenluftwechsel, da diese gut für die Nachrüstung von Räumen in Bildungseinrichtungen geeignet ist. Für eine ganzheitliche Betrachtung werden eine zentrale raumlufttechnische Anlage und eine reine Fensterlüftung in Kombination mit CO2-Ampeln in die Untersuchungen eingeschlossen. Es wird der Einfluss auf physikalische Parameter auf der einen Seite und den Menschen auf der anderen Seite analysiert. Dabei werden die Aspekte Raumluftqualität, thermischer Komfort, Gesundheit und Energie betrachtet. Zur umfassenden Bewertung von Lüftungsstrategien verbindet das Projekt Simulationsstudien und eine empirische Feldstudie. In einer siebenmonatigen, kontrollierten Beobachtungsstudie wurden drei Lüftungskonzepte in der Praxis an drei Grundschulen über die Winterinfektionssaison 2023/24 detailliert untersucht: • Reine Fensterlüftung in Kombination mit CO2-Ampeln • Maschinelle Lüftung über dezentrale Lüftungsgeräte • Maschinelle Lüftung über eine zentrale Lüftungsanlage Im Rahmen eines umfangreichen Langzeit-Monitorings wurden Parameter zur Luftqualität und des thermischen Raumklimas sowie Fensteröffnungszustände in acht Klassenräumen und Wetterdaten an den drei Schulstandorten erfasst. Während der Studie kamen Fragebögen zu Raumkomfort und Wohlbefinden der Schulkinder sowie zu Erkältungssymptomen zum Einsatz. Ergänzend wurden Speichelproben der Schulkinder auf Infektionsparameter ausgewertet. Forschungsbericht (10.08.18.7- 22.32 & 22.33) 8 In numerischen Strömungssimulationen wurden Lüftungskonzepte für ein dezentrales Lüftungsgerät untersucht. Zusätzlich wurden Jahressimulationen sechs verschiedener Lüftungskonzepte in einer gekoppelten thermisch-energetischen Gebäudesimulation durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse aus Simulation und Feldstudie wurden praxisnahe Handlungsempfehlungen für gute und effiziente Lüftungskonzepte für Schulen formuliert und potenzielle Fehlerquellen im Umgang mit maschinellen Lüftungsanlagen identifiziert. Fachgerecht geplante und gut betriebene Lüftungstechnik – idealerweise mit Wärmerückgewinnung und bedarfsabhängiger Regelung – kann dazu beitragen, eine hohe Raumluftqualität in Klassenräumen zu gewährleisten, das Infektionsrisiko zu senken, den thermischen Komfort zu erhalten und Energie einzusparen.show moreshow less
  • Good indoor air quality and a comfortable indoor climate in classrooms can promote the performance, well-being, and health of students and teachers. The Covid-19 pandemic has clearly demonstrated how important proper ventilation of indoor spaces is to reduce the risk of airborne infections. However, recent studies show that indoor air quality in many schools is still frequently inadequate. Where no mechanical ventilation systems are in place, regular window ventilation is essential. In everyday school life, however, consistent implementation is often difficult – especially during very cold or hot weather, which can significantly compromise thermal comfort. Mechanical ventilation systems offer a major advantage over window ventilation by enabling controlled fresh air supply, independent of environmental conditions (such as outdoor temperature, wind, or noise) and user behavior. However, errors in operation can occur. In addition to health and comfort aspects, energy efficiency must also be considered when implementing ventilationGood indoor air quality and a comfortable indoor climate in classrooms can promote the performance, well-being, and health of students and teachers. The Covid-19 pandemic has clearly demonstrated how important proper ventilation of indoor spaces is to reduce the risk of airborne infections. However, recent studies show that indoor air quality in many schools is still frequently inadequate. Where no mechanical ventilation systems are in place, regular window ventilation is essential. In everyday school life, however, consistent implementation is often difficult – especially during very cold or hot weather, which can significantly compromise thermal comfort. Mechanical ventilation systems offer a major advantage over window ventilation by enabling controlled fresh air supply, independent of environmental conditions (such as outdoor temperature, wind, or noise) and user behavior. However, errors in operation can occur. In addition to health and comfort aspects, energy efficiency must also be considered when implementing ventilation strategies. This is where the interdisciplinary research project by Technische Hochschule Nürnberg and Wolf GmbH, supported by Paracelsus Medical University Salzburg, comes in. It investigates the following key questions: • How can good and healthy indoor air quality in classrooms be achieved? • How can mechanical ventilation systems be operated as energy-efficiently as possible? • What practical potentials and pitfalls can arise in real-world application? The focus is on decentralized air handling units with outdoor air exchange, as these are well suited for retrofitting educational facilities. For a holistic comparison, a central ventilation system and manual window airing combined with CO2 monitors are also included in the study. The project examines the effects on both physical parameters and human well-being, addressing indoor air quality, thermal comfort, health, and energy use. To comprehensively assess ventilation strategies, the project combines simulation studies with empirical field research. Over a seven-month controlled observational study during the 2023/24 winter infection season, three ventilation concepts were investigated in practice at three primary schools: • Manual window airing in combination with CO2 monitors • Mechanical ventilation via decentralized air handling units • Mechanical ventilation via a central ventilation system Data on indoor air quality, thermal climate and window opening states in eight classrooms and weather conditions at the three school locations were recorded in an extensive long-term monitoring. Questionnaires were conducted on students’ perceived comfort and well-being, as well as cold symptoms. In addition, saliva samples were analyzed for infection markers. Computational fluid dynamics (CFD) simulations were used to examine ventilation concepts for decentralized air handling units, and annual building performance simulations of six ventilation strategies were carried out using coupled thermal-energy models. Based on findings from both simulation and field study, practical recommendations for effective and efficient school ventilation concepts were developed, and potential pitfalls in the use of mechanical systems were identified. Properly planned and well-operated ventilation systems – ideally featuring heat recovery and demand-based control – can help ensure high indoor air quality in classrooms, reduce infection risks, maintain thermal comfort and save energy.show moreshow less

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Metadaten
Author:Susanna BordinORCiD, Arno Dentel, Sebastian Hummel, Jonathan Griener, Christina Betzold, Tim Lorenz
URN:urn:nbn:de:bvb:92-opus4-43030
DOI:https://doi.org/10.34646/thn/ohmdok-4303
Subtitle (German):Teilprojekte: MoSimEx-Luft (22.33), Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm ; Opti-Luft (22.32), Wolf GmbH
Publisher:Ohm
Place of publication:Nürnberg
Document Type:Report
Language:German
Date of first Publication:2025/10/14
Publishing Institution:Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm
Release Date:2025/10/16
Pagenumber:179
First Page:2
Last Page:179
institutes:Institut für Energie und Gebäude (ieg)
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