Indoor Life Quality in der Technischen Gebäudeausrüstung

Luft gut – alles gut?

Hitze, halb leere Flussläufe, verdorbene Ernten auf verdorrten Feldern. Der Hitzesommer 2018 sorgt für Diskussionsstoff. Doch wir werden uns wohl zukünftig auf weitere extreme Wetterlagen einstellen müssen. Und so muss ein Wohlfühlklima her im Gebäude – ganz ­besonders für Großraumbüros, Schulen, Krankenhäuser, Hotels oder andere bauliche Einrichtungen. Aber hier sind professionelle Geräte gefragt, die nicht nur temperieren, sondern auch andere Parameter wie Luftqualität, Luftfeuchte usw. überwachen und steuern können. Und natürlich energieeffizient sind.

Die Frage, ob es sich beim Hitzesommer des zurückliegenden Jahres nur um ein Wetterphänomen oder doch Klimawandel handelt, beschäftigt nicht nur die breite Öffentlichkeit, sondern ebenso die Wissenschaft. „Attribution science“ (die Wissenschaft von der Zuordnung) heißt ein völlig neuer Zweig, der eben solchen Fragen nachgeht. Attributionsforscher fragen sich, ob solche Phänomene nun bereits der Klimawandel sind oder ob ein Wetterereignis auch in einer Welt ohne globale Erwärmung aufgetreten sein könnte. So rechneten Forscher aus Oxford Ende Juli für mehrere Orte Nordeuropas aus, dass die Hitzespitzen dieses Sommers dort durch die globale Erwärmung mehr als doppelt so wahrscheinlich geworden sind.[1]

Wohlfühlklima: Mehr als kalte Luft!

Mit anderen Worten: Wir werden uns zukünftig auf weitere extreme Wetterlagen einstellen. Trotzdem müssen wir tagsüber arbeiten und wünschen uns nachts einen erholsamen Schlaf. Beides ist bei hohen Temperaturen jedoch für viele von uns schlichtweg unmöglich. Nicht verwunderlich also, dass der Absatz von Klimageräten Rekordhöhen erreicht. In den ersten sechs Monaten des letzten Jahre wurden 74.300 Ventilatoren und Raumklimageräte verkauft, teilte der Bundesverband Technik des Einzelhandels (BVT) in Köln mit. Das war mehr als drei mal so viel wie im ersten Halbjahr 2015.

Die Juli-Absätze aus 2018 sind darin noch nicht enthalten. Der BVT geht davon aus, dass in den ersten sieben Monaten 2018 das bereits sehr hohe Vorjahresniveau überschritten wurde. Die Absatzzahlen umfassen alle Elektrogeräte, die irgendwie Kühlung verschaffen – vom schlichten Tischventilator bis zum Monoblock-Klimagerät, für das man auch schon mal gut 800 € hinlegen muss. Solche Monogeräte pusten die der Raumluft entzogene Wärme über Schläuche nach außen; in der Regel durch ein gekipptes Fenster, durch dessen Spalt permanent warme Außenluft nachströmt und entsprechend ineffizient ist. Eine weitere Variante sind daher die so genannten Split-Geräte, die aus einer Innen- sowie einer Außeneinheit bestehen und zwischen denen ein Kältemittel zirkuliert.

Der Nachteil: Auch solche Geräte können nur Kälte produzieren und daher auch kein echtes Wohlfühlklima schaffen. Für den Hausgebrauch mag das in Ordnung sein nicht jedoch für Großraumbüros, Schulen, Krankenhäuser, Hotels oder andere bauliche Einrichtungen. Hier sind professionelle Geräte ­gefragt, die nicht nur temperieren, ­sondern auch andere Parameter wie Luftqualität, Luftfeuchte usw. überwachen und steuern können. Diese Geräte sollten dabei jederzeit energieeffizient und vor allem bedarfsgerecht arbeiten.

Gerade in diesem Bereich besteht großer Handlungsbedarf und entsprechend hoch sind auch hier die Anforderungen, wie untenstehende Grafik verdeutlicht. Der Klimawandel und die damit verbundenen Veränderungen haben zwar nur mittelmäßigen Einfluss auf die Erzeugung von Elektrizität, aber einen sehr großen Einfluss jedoch auf den Energiebedarf für die Klimatisierung und Kühlung von Gebäuden.

Unverzichtbar: Professionelle TGA

Technische Gebäudeausrüstung (TGA) – für die meisten Menschen ist dieser Begriff ein Synonym für Infrastruktureinrichtungen in Gebäuden, wie z. B. Heizung, Abwasser, Stromversorgung, Kommunikationseinrichtungen, Brandschutz-, Entrauchungs- und Feuerlöschanlagen und Klimatisierung. Natürlich ist das völlig korrekt. Aber wussten Sie, dass es in der TGA um deutlich mehr geht, als eine funktionsgerechte Nutzung von Gebäuden sicherzustellen?

Stichwort Produktivität: In unserer industrialisierten Welt benötigen wir ein behagliches Arbeitsumfeld mit reibungslos funktionierenden technischen Einrichtungen. Ebenso wichtig trotzdem aber bis heute ein Stiefkind in der öffentlichen Wahrnehmung ist die Qualität der Raumluft. Wie wichtig gerade dieses Thema ist, unterstreichen Erhebungen der WHO. Weltweit zunehmende Emissionen umwelt- und gesundheitsschädlicher Schadstoffe belasten immer stärker unsere Atemluft. In Folge dessen sterben rund 8 Mio. Menschen jährlich vorzeitig durch die Folgen erhöhter Feinstaubbelastung; über 4 Mio. davon aufgrund kontaminierter Raumluft mit Staub und anderen Partikeln wie Pollen, Pilz- und Farn-Sporen sowie gasförmigen Verunreinigungen.

90 % unserer Zeit verbringen wir in geschlossenen Räumen. Auch durch diese Tatsache wird deutlich, wie wichtig eine gute Raumluftqualität (IAQ – Indoor Air Quality) und ausreichende Luftversorgung ist. Dabei stehen die positiven Auswirkungen guter Raumluftqualität außer Frage. Gesunde Luft führt zu mehr Behaglichkeit, höherem Leistungsvermögen und dadurch zu weniger Infektionen und allergischen Reaktionen durch luftgetragene Keime und Partikel, womit langfristig auch eine Reduzierung der Krankheitstage einhergeht.

Indoor Air Quality

Aus Energieeffizienzgründen werden Gebäudehüllen immer dichter, da so ungewollte Lüftungswärmeverluste vermieden werden können. Deshalb ist der Einsatz innovativer raumlufttechnischer Anlagen im Nichtwohn- aber auch im Wohnbau unumgänglich.

Ein weiterer Aspekt: Die an vielen Orten dieser Welt hohe Feinstaubbelastung der Außenluft. Es ist nicht, wie man glaubt, der Sauerstoffmangel, der zu Ermüdungserscheinungen führt, sondern die hohe Belastung der Luft mit Partikeln und vielen chemischen Substanzen. Über eine raumlufttechnische Anlage wird die belastete Außenluft gefiltert und es wird zuverlässig für ausreichenden Luftaustausch in Gebäuden gesorgt.

Mittlerweile ist man sich über den hohen Nutzen raumlufttechnischer An­lagen auch bei den gesetzgebenden Gremien im Klaren und will auch das öffentliche Bewusstsein darüber stärken. Im Oktober 2017 wurde der Vorschlag des Komitees ITRE (Industrie, Forschung und Energie) zur Neufassung der Gebäudeenergierichtlinie EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) im Europäischen Parlaments beraten. Neben der Energieeffizienz werden durch die EPBD hohe Anforderungen an die Raumluftqualität gestellt.

Leistungsfördernde Raumluftqualität

Wie wichtig gute Raumluftqualität ist, ­ist schon lange bekannt. Dabei rückten vor allem Schulen in den Fokus der Forscher. Als Pionier der IAQ gilt der bayerische Chemiker Max Pettenkofer. Er hat bereits im 19. Jahrhundert in mehreren Versuchen den Kohlendioxidgehalt der Luft in Schulen gemessen und mit dem Geruchseindruck der Raumnutzer verglichen. Nach ihm ist der Pettenkofer-Wert von 1000 ppm Kohlendioxidgehalt benannt.

Erstaunlich auch, dass bereits 1884 auf Pettenkofers Einfluss hin im Paragraphen 9 eines schulamtlichen Erlasses der königlichen oberpfälzischen Regierung verfügt wurde, dass „zur Erzielung der notwendigen Lufterneuerung Ventilationskamine herzustellen sind. Diese müssen zwei Öffnungen haben: die eine zunächst dem Fußboden, die andere zunächst der Decke.“ Wenn man so will, war dies die Geburtsstunde der Lüftungssysteme in Schulen.

Heutige Wissenschaftler wie der dänische Professor Pavel Wargocki haben die Aussagen Pettenkofers bestätigt. Wargocki hat festgestellt, dass die Raumluftqualität die schulischen Leistungen maßgeblich beeinflusst. Messungen in zwei vergleichbaren Klassenräumen ergaben, dass bei Verdopplung der Außenluftrate die Geschwindigkeit, mit der Rechenaufgaben gelöst wurden, durchschnittlich um bis zu 14 % gestiegen ist. Nach aktuellem Wissensstand besteht damit keinerlei Zweifel mehr, dass sich dank einer besseren Raumluftqualität Leistungsvermögen und Wohlbefinden steigern lassen. Aufgrund der Erkenntnisse von Wargocki schreiben dänische Baurichtlinien mittlerweile eine gesetz-liche Mindest-Lüftungsrate vor. Das bedeutet für die Praxis, dass bei Neubau oder Renovierung einer Schule in der Regel maschinelle Lüftungsanlagen eingebaut werden.

Raumluftqualität: Nutzen höher als die Kosten

Das gilt natürlich nicht nur für Schulen. Laut Wargocki steigert eine gute Indoor Air Quality auch in Bürogebäuden die Produktivität der Beschäftigten und ihre Zufriedenheit. Das führt langfristig zu mehr Effizienz. Der volkswirtschaftliche Effekt ist gar nicht hoch genug einzuschätzen, weil das teuerste Gut eines Bürogebäudes die Menschen sind, die darin arbeiten.

Erwiesenermaßen, so der Wissenschaftler, führt eine höhere Luftwechselrate zu geringeren Fehlzeiten der Arbeitnehmer und hat damit einen jährlichen volkswirtschaftlichen Nutzen von rund 300 Euro pro Person. Vermeintlich hohe Energiekosten für den Betrieb einer raumlufttechnischen Anlage sind dabei keinesfalls ein stichhaltiges Gegenargument. Sie belaufen sich bei einer effizienten Anlage pro Person auf weniger als 1 % der Kosten eines Arbeitsplatzes. Dank höherer Leistung und weniger Fehlzeiten lässt sich der ökonomische Zugewinn also deutlich höher beziffern.

Als einer der ersten hat der Amerikaner Fisk* den volkswirtschaftlichen Nutzen guter Raumluft nachgewiesen und versucht, die Auswirkungen guter Raumluft zu beziffern:

■ Reduzierung des Sick-Building-
Syndroms um 20 % bis 50 % und dadurch Einsparungen in Höhe von 10 bis 100 Mrd. US-Dollar

■ 8 % bis 25 % weniger Asthmaerkrankungen und damit volkswirtschaftliche Auswirkungen in Höhe von 1 bis 4 Mrd. US-Dollar

■ Rückgang der Erkrankungen der Atemwege um 23 % bis 76 % und damit Einsparungen in Höhe von 6 bis 14 Mrd. US-Dollar

■ Produktivitätssteigerung der Bürotätigen um 0,5 % bis 5 %, ein Zugewinn von 20 bis 200 Mrd. US-Dollar

* William J. Fisk, “Health and Productivity Gains from Better Indoor Environments”

Effizientes Energiemanagement

Neben der Effektivität einer raumlufttechnischen Anlage ist die Energieeffizienz ein weiterer wichtiger volkswirtschaftlicher Faktor, denn in einem effizienten Energiemanagement stecken ungeahnte Einsparpotenziale. Dank der Sensorik einer raumlufttechnischen Anlage werden Verbräuche und andere Indikatoren ständig gemessen, wie z. B. Raumbelegung, Luftbelastung und der Anlagendruck. Sie geben jederzeit Aufschluss über die Betriebszustände der technischen Anlagenkomponenten. Treten Störfälle auf, kann das System umgehend reagieren. So können z. B. Filter-medien rechtzeitig ausgetauscht werden, wenn Druckverluste signalisiert werden oder Ventilatoren werden vorausschauend und gezielt gewartet.

Bedarfsorientierte Lüftung

In Deutschland sind rund 500.000 raumlufttechnische Anlagen in Betrieb. Dies ist gleichbedeutend mit einem jährlichen Stromverbrauch von etwa 21 TWh für die Lüftung und Klimatisierung von Gebäuden. Doch bis heute arbeiten vieledieser Anlagen immer noch nicht bedarfsorientiert.

Dabei machen eine intelligente Vernetzung der Komponenten des Lüftungssystems und ein modernes Regelsystem eine bedarfsgerechte und vor allem energieeffiziente Versorgung möglich. Ob Raumtemperatur oder Volumenstrom: Das Regelsystem versorgt ein Gebäude in Abhängigkeit der erhaltenen Informationen, die von den Sensoren im Zusammenspiel mit den Volumenstromreglern mit exakt den Luftmengen gemeldet werden, die man benötigt. Eine Nachrüstung alter Anlagen, um eine Bedarfslüftung zu ermöglichen, hätte immense Energieeinsparpotenziale zur Folge, wie aus den Resultaten eines IEA-Projekt* hervorgeht.

* Annex 18 „Bedarfsgeregelte Lüftung“

Dank neuer Möglichkeiten vorhandene Elemente des Luftverteilsystems zu nutzen, um Kommunikationssysteme nachträglich einzusetzen, lassen sich ältere Lüftungsanlagen nachrüsten. So kann durch Optimierung der Ventilatorregelung in Lüftungsgeräten und durch eine bedarfsorientierte Lüftung ein nennenswertes Potential erschlossen werden, um elektrische Energie einzusparen.

Fazit

Derzeit sind noch immer die meisten Geschäftsmodelle auf das Schnittstellenmanagement der TGA ausgelegt. Nicht zuletzt durch die Digitalisierung und die damit einhergehende BIM-Thematik
lösen sich diese Strategien jedoch mehr und mehr auf. Erst die Beherrschung der Gesamtanlagen mit dem einhergehenden Gesamtprozess wie u. a. Planungen, Ausschreibungen, Logistik, Baustellenmanagement und der anschließenden Instandhaltung bringen entscheidende Qualitäts-, Effizienz- und Kostenvor­teile.

Ob zukünftig eine Komponente im ­Gesamtkontext preiswerter beschafft werden kann, ist nicht mehr relevant. ­Vielmehr ist es wichtig, dass die Komponente qualitativ hochwertig, mit hoher Laufzeit innerhalb eines Systems ­optimal aufeinander abgestimmt ist. ­
Die Regeltechnik bildet die Klammer für diese „Subsysteme“ und kann ohne Schwierigkeiten an eine Gebäudeleittechnik (GLT) angebunden werden.

Nur so ist es möglich, eine energieoptimierte Bedarfslüftung zur Steigerung der Lebensqualität in moderne Gebäude- und Infrastrukturprojekte einzubauen. Schlussendlich sind alle am Bau produktübergreifend beteiligten Personen verantwortlich für die Funktion und das Image der TGA. Gerade auch aufgrund der Tatsache, dass diese Anlagen aufgrund des Klimawandels und der zu erwartenden weiteren Wetterphänomene immer wichtiger werden.

[1] „Attribution of the 2018 heat in northern Europe“, World Weather Attribution July 2018, https://www.worldweatherattribution.org/attribution-of-the-2018-heat-in-northern-europe/

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