Hauptaufgabe des Raumluftmanagements in einem Münchener Gymnasium ist der bedarfsgerechte Luftaustausch unter Berücksichtigung der hygienischen Aspekte aller einzelnen Klassenräume und Lehrräume. In allen Klassen- und Lehrräumen wurden durch die Einbindung von Präsenzmeldern und CO2-Fühlern unterschiedliche Regel-Szenarien umgesetzt. Zum Einsatz kommt das „EasyBus“-System der Schako KG.
Nach anerkannter wissenschaftlicher Auffassung besteht in Kitas und Schulen ein erheblicher Nachholbedarf bei funktionalen Lüftungssystemen. Zwar gibt es solche effizienten Lüftungssysteme bereits seit vielen Jahren, und sie funktionieren auch zuverlässig, aber sie wurden bisher viel zu wenig von den Schulträgern beachtet und eingesetzt. Die Pandemie hat diese Einstellung erheblich verändert. Und sie wird hoffentlich positive und nachhaltige Auswirkungen auf das Sicherstellen einer guten Luftqualität in Kitas und Schulen haben.
Bei der energetischen Sanierung eines Elite-Gymnasiums in München wurde über die Steuerung und Überwachung von Brandschutzklappen und der damit verbundenen Brandfallmatrix hinaus auch das komplette Raumluftmanagement in das „EasyBus“-System der Schako KG, Kolbingen, implementiert. Eine ausführliche Beschreibung des Systems und seiner Funktionalitäten folgt im zweiten Teil des Beitrags.
Hauptaufgabe des Raumluftmanagements in dem Münchener Gymnasium war der bedarfsgerechte Luftaustausch unter Berücksichtigung der hygienischen Aspekte aller einzelnen Klassenräume und Lehrräume. Aus energetischen Gründen war die RLT-Anlage im Projekt für einen Gleichheitsfaktor von 70 % ausgelegt. In allen Klassen- und Lehrräumen wurden durch die Einbindung von Präsenzmeldern und CO2-Fühlern die unterschiedlichen Regel-Szenarien wie folgt umgesetzt.
Beim Ruhepunkt der Raumluftregelung war das Regelkonzept so ausgelegt, dass (mit Ausnahme von Lehrsälen mit diversen Medienschränke und erhöhter Priorität) alle Klassenzimmer und Nebenräume mit einer Spüllüftung von 15 % der Nennluftleistung versorgt werden.
Sobald ein Klassenzimmer belegt wird, wird dies über den Präsenzmelder des „EasyBus“-Systems erkannt und die Raumluftregelung geht von Spüllüftung in den aktiven Modus über. Dabei ergibt sich eine stetige Regelung zwischen 30 und 100 % der Nennluftmenge. Steuerungsgröße für die Größe des einzubringenden Außenluftvolumenstroms ist der mit einem Sensor ständig gemessene CO2-Gehalt in der Raumluft. Die Überwachung ist so programmiert, dass der CO2-Gehalt in der Raumluft stetig unter 800 ppm gehalten wird. Dies bedeutet wiederum, dass nicht ein Schlechtpunkt für eine stufenweise Luftmengenerhöhung sorgt, sondern dass schon bei geringer Erhöhung des CO2-Gehalts im Raum über den Sollwert ein stetiges Nachregeln des Luftaustausches erfolgt.
Gleichermaßen erfolgt ein permanenter Soll-Ist-Abgleich aller in das „EasyBus“-System eingebundenen Volumenstromregler, wodurch ein Führungssignal an die RLT-Anlage generiert wird. Dies bringt den Vorteil, dass das Lüftungsgerät nur den effektiv erforderlichen Volumenstrom ohne große Verlustleistungen erzeugen muss.
Zusätzlich wurde im „EasyBus“-System im Beispiel der Schule noch eine Funktion aktiviert, die verhindert, dass das zentrale Lüftungsgerät an seine Leistungsgrenze kommt. In einem solchen Fall würde der Luftwechsel in allen nicht belegten Räumen des Gymnasiums über die Volumenstromregler auf „Vsoll = 0“ gedrosselt, um weitere Luftreserven für einen hygienisch einwandfreien Luftwechsel in den aktiv belegten Klassenräumen zu gewährleisten.
Parameter und Vorgaben für gute Raumbedingungen
Ein gutes Raumklima und eine gute Raumluftqualität in Klassenräumen, Lehrsälen, Büros etc. tragen wesentlich zur Gesundheit und zum Wohlbefinden der sich darin aufhaltenden Personen bei. Zentraler Leitwert zur Beurteilung der Raumluftqualität ist der CO2-Gehalt. Auf Basis der Arbeitsstättenregel ASR A3.6 „Lüftung“ und den Empfehlungen des Umweltbundesamts ist eine CO2-Konzentration in der Raumluft bis 1.000 ppm als „hygienisch unbedenklich“ anzusehen. Zwischen 1.000 und 2.000 ppm gilt die Konzentration als „hygienisch auffällig“, und eine Konzentration von mehr als 2.000 ppm ist „hygienisch inakzeptabel“. Besonders in der heutigen Zeit, die nach wie vor durch SARS-CoV-2 geprägt wird, ist eine ausreichende Be- und Entlüftung von Räumen und eine intelligente Regelung der Luftvolumenströme unumgänglich. Zur Minimierung eines Infektionsrisikos durch Corona-Aerosole wird nun sogar eine CO2-Konzentration in der Raumluft unter 800 ppm empfohlen.
Für das Wohlbefinden, den Komfort und die Gesundheit von Personen in Räumen gibt es aber über die Raumluftqualität hinaus weitere zu beachtende Raumparameter. Dies ist erstens die Raumtemperatur. Dazu enthält die Arbeitsstättenregel ASR A3.5 „Raumtemperatur“ Empfehlungen an minimale (ca. 20 °C) und maximale Temperaturen (ca. 26 °C) in Abhängigkeit von der Tätigkeit. Hinzu kommt die Raumluftfeuchte. Die menschliche Komfortzone, bezogen auf die relative Luftfeuchte, liegt im Bereich von etwa 40 % und 60 %. Eine ideale Luftfeuchte verringert nicht nur Stresssymptome, sie wirkt sich auch positiv auf physische Aktivitäten aus. Zudem ist eine gute Luftfeuchte eine wichtige Prävention gegen die Übertragung von Partikeln, Bakterien und Viren. Besonders die Überlebenszeit von Viren mit einer Fetthülle, wie zum Beispiel Corona-Viren auf Oberflächen, wird reduziert.
Zentrale Herausforderungen an ein intelligent geregeltes Raumklima in Schulen und Kitas sind daher folgende Parameter: Der Außenluftvolumenstrom (m³/h), die Luftqualität (CO2-Gehalt), die relative Luftfeuchte (%) und die Temperatur (°C). Erst wenn alle Vorgaben an diese Faktoren, die sich auch gegenseitig beeinflussen, erfüllt und die vorgegebenen Grenzwerte einhalten sind, kann man von einem gesunden Raumklima sprechen.
Dies alles stellt erhebliche Anforderungen an die regelnden Gewerke der Gebäudehülle. Insbesondere bei der Installation ist es meist mit großem Aufwand verbunden, alle Sensoren und Aktoren für eine funktionale Raumluftregelung sauber miteinander zu vernetzen. Nur durch diese integrale Vernetzung aller Bestandteile in einer modernen Lüftungsanlage ist es letztlich möglich, auf jede Reaktion der Sensorik, und damit auf jede Reaktion der Umgebungsparameter in einem Schulgebäude oder in einer Kita, die passende lüftungstechnische Regelkette auszulösen. Jedes geschlossene oder offene Fenster, jede Tür oder jede Pausenzeit, signalisiert der intelligenten Steuerung einer funktionalen GLT-Anlage eine notwendige Anpassung.
Steuern und Regeln mit dem „EasyBus“
Die Schako KG, Kolbingen, setzt zur Steuerung und Regelung von gebäudetechnischen Anlagen zum Beispiel in Bürogebäuden, Kitas, Schulen, Pflegeeinrichtungen, Laborumgebungen oder Sporthallen seit Jahren mit dem „EasyBus“-System auf die bewährte PLC-Bustechnologie. Diese ermöglicht es, durch die offene Bustopologie sämtliche analogen und auch digitalen Signale in der Feldperipherie einzubinden und auszugeben, ohne dass hierzu weitere Spannungsversorgungen nötig sind. Eine logische Kaskadierung der unterschiedlichsten Regelparameter ist ebenso möglich, wie auch die Vernetzung von beliebig vielen Sensoren und Aktoren. Im Bezug auf die Regelung der Raumluftqualität bei maschinellen Lüftungen können mit dem „EasyBus“-System trotz minimiertem Installationsaufwand selbst komplexeste Anforderungen realisiert werden. Zu den Vorteile der Regelfunktionen im „EasyBus“-System zählen zum Beispiel:
- in den real genutzten Schulräumen und Bereichen herrscht immer die bestmögliche Luftqualität,
- das zentrale Lüftungsgerät läuft immer im effizientesten Betriebspunkt,
- Energieverluste durch unnötig hohen Vordruck am Lüftungsgerät werden vermieden.
Das „EasyBus“-System überwacht, steuert und regelt jede angebundene Regelkomponente sowohl über digitale als auch analoge Signale im Bereich der TGA. Das System ist somit weitgehend unabhängig als Stand-alone (Insellösung) und in der Kommunikation mit anderen Systemen (GLT) bei gleichzeitig hoher Kompatibilität für ein breites Anwendungsgebiet. Hinzu kommen eine hohe Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit, eine einfache Planbarkeit und Installation und ein Vermeiden einer doppelten Installation für Daten- und Versorgungsleitungen. So können in das System bis zu 256 Teilnehmer ohne eine zusätzliche Versorgungsspannung für Aktoren/Sensoren eingebunden werden.
Die Autoren des Beitrags sind Christoph Schiek, Key Account Manager für Bus- und Steuerungssysteme, und Dr. Andreas Kloidt, Produktmanager Entrauchung und Bussysteme sowie Produktmanagement bei der Schako KG, Kolbingen.
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