 Der Schul- und Lernsoftware Verlag

Bernd Richter

Gute Luft im Klassenraum Informationen zur Verbesserung der Luftqualität/Luftgüte in Innenräumen 11/2012

http://www.paedboutique.de

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Bernd Richter

2011

Gute Luft im Klassenraum Informationen zur Verbesserung der Luftqualität/Luftgüte in Innenräumen Pro Tag atmet der Mensch 10 bis 20 m3 Luft ein, je nach Alter und je nachdem, wie aktiv er ist. Dies entspricht einer Masse von 12 bis 24 kg Luft. Das ist weitaus mehr als die Masse an Lebensmitteln und Trinkwasser, die wir täglich zu uns nehmen!

Abbildung 1: © Cornelsen • Volk und Wissen 2003 Online-Material für Das große Tafelwerk

Das menschliche Gehirn beansprucht bereits in Ruhe ein Fünftel des gesamten Sauerstoffbedarfs des Organismus. Beim Lernen in der Schule wird besonders viel Sauerstoff benötigt, da die Funktion der Nervenzellen an eine ausreichende Sauerstoffversorgung gebunden ist. Der Energieverbrauch des Gehirns ist in der Schule hoch, weil die Kinder unablässig neue Informationen aufnehmen und verarbeiten müssen. Gleichermaßen gilt dies für die Lehrkräfte und die Schulleitung. Die ausgeatmete Luft enthält 16 % Sauerstoff und 4 % Kohlendioxid. In ungelüfteten Innenräumen steigt deshalb der Kohlendioxidgehalt abhängig von der Personenzahl kontinuierlich an. In einem voll belegten und schlecht oder falsch gelüfteten Zimmer steigt die Kohlendioxidkonzentration von 0,035 % auf 0,14 % . Deshalb ist es wichtig, dass Vorkehrungen getroffen werden, die eine gute Innenraumluftqualität sicherstellen. Hierzu ist die in Schulen und KITAs oft übliche Kipplüftung ungeeignet. Dies ist eine Tatsache – auch wenn bekannt ist, dass viele Fenster in Schulen aus Sicherheitsgründen nur kippbar sind. Bei der Kipplüftung werden nur die oberen Luftschichten ausgetauscht. Unten, wo Kinder und Lehrkräfte arbeiten, bleibt die Luftqualität unzureichend. Die im folgenden beschriebenen Geräte stellen eine Unterstützung des Lüftungsverhaltens in nicht-klimatisierten Räumen dar. Damit sind sie ein Beitrag  

zur Gesundheit und zum Wohlbefinden sowie der Konzentrationsfähigkeit von Schülern und Lehrkräften; zur Senkung der Heizenergie-Kosten

Die Verwendung des Ampelprinzips ist aus pädagogischen Gründen höchst sinnvoll: die Schüler wissen aus dem Straßenverkehr ROT ist verboten, GRÜN ist erlaubt und GELB visualisiert die Phase des Überganges und der Aufmerksamkeit. Die Nutzung eines technischen Hilfsmittels zur Überwachung der Raumluft-Güte ist vor allem deshalb sinnvoll, weil

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der Mensch keine gute Sensorik für die Raumluftqualität hat, der Mensch sich schnell an Raumluftverhältnisse gewöhnt – auch an schlechte, nicht irgendwann irgendwie gelüftet wird, sondern nur dann, wenn und nur so lange, wie es tatsächlich erforderlich ist, der Mensch nicht merkt, wie negativ schlechte Raumluft die Konzentration und die allgemeine Arbeitsleistung beeinflussen, damit eine Energiekosten-Einsparung von bis zu 20 % möglich wird, jede Energieeinsparung durch Verminderung von Treibhausgasen aktiver Klimaschutz ist.

Mit einem kostenlosen Computerprogramm des Niedersächsischen Landesgesundheitsamtes kann man auf einfachste Weise berechnen, wie sich die Luftqualität in einem Klassenraum verschlechtert, wenn darin 20 bis 30 oder noch mehr Kinder lernen. Sie werden erstaunt sein, wie schnell das geht. Sie geben nur die Raumgrößen und die Personenzahl in die Felder ein und drücken auf START. In wenigen Sekunden sehen Sie das Ergebnis:

Abbildung 2 : CO2-Modellsoftware des Nds. Landesgesundheitsamtes http://www.nlga.niedersachsen.de/live/live.php?navigation_id=27083&article_id=19316&_psmand=20

Der Unterricht hat in diesem 100 m2 großen Klassenraum um 8 Uhr begonnen. Mit der Lehrerin sind 30 Personen im Raum. Schon um 8.20 Uhr ist die zulässige Kohlendioxid-Konzentration von 1500 Teilchen auf 1 Million Luftmoleküle erreicht (Schnittpunkt der gebognen mit der geraden Linie). Es muss sofort stoß-gelüftet werden. Stoßlüften = Fenster auf – nicht auf Kipp !

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Die Messung der Luftqualität in der Praxis Zur Messung der Luftqualität in Schulen und KITAs werden zwei unterschiedliche Verfahren angewandt: 1. die Bestimmung des CO2-Gehaltes in der Raumluft 2. die Bestimmung des Gehaltes an VOCs in der Raumluft = flüchtigen organische Verbindungen Volatile Organic Compounds

CO2 ist die Leitsubstanz der Luftqualität. Die Bestimmung des CO 2-Gehaltes der Luft ist technisch-elektronisch recht aufwendig. Die dazu verwendeten Sensoren sind teuer. Die Sensoren zählen die Moleküle der Luft und unterscheiden dabei die CO2Moleküle von allen anderen. Der Vorteil liegt darin, dass für das Ergebnis einfache und eindeutige Standards definiert sind: Der Richtwert der Kohlendioxid-Konzentration liegt für nicht klimatisierte Innenräume nach DIN 1946-2 bei 1500 ppm. Zwischen einer Kohlendioxidkonzentration von 1000 bis 2500 ppm sollte gelüftet werden. In ungelüfteten Klassenräumen mit ca. 25 Kindern und mit Isolierglas-Fenstern wird dieser Wert bereits nach 25 Minuten erreicht. Bei mehr als 2500 ppm CO2 (manche Autoren nennen 3000 ppm CO2) muss sofort gelüftet werden. Ab einer Kohlendioxid-Konzentration von 5000 ppm tritt gravierende Müdigkeit ein. Obwohl Kohlendioxid erst ab Konzentrationen von 50.000 ppm für den Menschen toxisch ist, beeinträchtigt es sein Wohlbefinden schon ab wesentlich geringeren Konzentrationen im Bereich um 1000 ppm.

Abbildung 3: © http://www.afriso.at Bereits 1858 - also vor fast 150 Jahren - schlug der erste deutsche Hygiene-Professor Max von Pettenkofer deshalb für Schulen einen Raumluft - Maximalwert von 1000 ppm Kohlendioxid vor. Zur kontinuierlichen Einhaltung dieser heute noch gültigen "Pettenkofer-Zahl" fordert die DIN 1946-6 auf. Für Arbeitsplätze gilt der MAK Wert (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration MAK: 5000 ppm). Bei der Bestimmung der flüchtigen organischen Bestandteile (VOC) der Raumluft ist das Messverfahren einfacher und billiger. Zu den VOC zählt man viele Chemikalien, z.B. Alkane, Alkene, Cycloalkene, Terpene, Naphthalin, Aldehyde und viele andere mehr. Die Beziehung dieser Stoffe zum Wohlbefinden, zur Raumhygiene und zur Lernleistung sind jedoch höchst diffus. Es gibt keine eindeutige Definition was gut und was weniger gut ist. Viele dieser Chemikalien treten nur bei und kurz nach Renovierungsmaßnahmen auf. Als Richtwerte für die Total Volatile Organic Compounds – (TVOC) – gelten: 1. 2. 3. 4. 5.

TVOC-Werte unterhalb von 0,3 mg/m3 sind unbedenklich, TVOC-Werte zwischen > 0,3 und 1 mg/m3 könen als noch unbedenklich TVOC-Werte zwischen > 1 und 3 mg/m3 sind als auffälig zu beurteilen TVOC-Werten zwischen > 3 und 10 mg/m3 werden als bedenklich beurteilt TVOC-Werte zwischen >10 und 25 mg/m3 werden als inakzeptabel eingestuft

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Nähere Informationen über die komplexen Zusammenhänge findet sich im "Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden" des Umweltbundesamtes http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3689.pdf Zwischen dem Messergebnis der CO2-Konzentration und dem TVOC-Wert gibt es aber akzeptable Zusammenhänge, wie die folgende Abbildung zeigt.

Abbildung 4 : CO2 und VOC . (Quelle: Österreichisches Institut für Baubiologie und Ökologie)

Die weiße Kurve zeigt den Anstieg von Geruchs- und Botenstoffen im Wesentlichen also den VOC-Wert, die blaue veranschaulicht die Kohlendioxid-Konzentration in der Raumluft auf der Zeitachse. (Quelle: Österreichisches Institut für Baubiologie und Ökologie). Die Stabilität der TVOC-Messung hängt jedoch von der verwendeten Messtechnologie ab. Geräte mit unterschiedlicher Technologie kommen zu unterschiedlichen Ergebnissen.

Geräte für den Einsatz in Schulen und KITAs Die im folgenden beschriebenen Geräte sind keine "Messgeräte", mit denen Laien subjektiv empfundene Mängel in der Raumluftqualität so messen könnten, dass daraus eine Gesundheitsgefährdungen für Kinder oder ein Handlungsdruck auf den Schulträger ableitbar wäre. Messgeräte, mit denen sich justitiable Messwerte der Luftqualität erheben lassen, kosten mehrere Tausend Euro. Damit ist jedoch keine Qualitätsbewertung verbunden – für die Unterstützung des Lüftungsverhaltens in Schulen und KITAs sind die hier vorgestellten Geräte sehr gut geeignet. Die Garantie beträgt immer 2 Jahre. Geräte mit Datenlogger sind nur in gymnasialen Oberstufen oder in Berufsschulen sinnvoll. Die Bedienung der zur Visualisierung erforderlichen PC-Programme – meist Excel - nicht einfach. Die genannten Kaufpreise sind nur Richtwerte; manche Firmen gewähren bei Ausstattung einer ganzen Schule mit je einem Gerät pro Klassenraum erhebliche Rabatte. Bei manchen Geräten ist das zum Betrieb notwendige Steckernetzteil nicht im Kaufpreis enthalten. Fast immer werden im Internet und am Telefon nur Nettopreise genannt. Auf der Rechnung stehen dann zusätzlich 19 % Mehrwertsteuer. In allen Fällen kommen Versandkosten hinzu.

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Für den praktischen Einsatz im Büro, in der Schulklasse oder im KITA-Bereich sind die Schaltstufen der Geräte bedeutsam. Wir haben im Jahre 2009 alle Klassenräume der Grundschule in Stuhr-Brinkum mit einer Luftgüte-Ampel ausgestattet, die bei 1000 ppm von GRÜN auf GELB schaltete. Wir mussten alle 23 Geräte wieder abbauen und so umprogrammieren, dass die Umschaltung erst bei 1 500 ppm erfolgt, weil die Lehrkraft sonst mehrfach in einer Unterrichtsstunde unterbrechen, die Fenster mit dem Schlüssel aufschließen, lüften und die Fenster wieder zuschließen muss. Der Schlüssel darf nicht an Schüler gegeben werden. Das führt auch bei umweltbewussten Lehrkräften zu Verärgerung Erst nach einer Umprogrammierung auf ROT bei 1 500 ppm waren die Kinder und die Lehrkräfte zufrieden. Der andere Fall: Wir haben in Wuppertal diverse Schulen mit der Luftgüte-Ampel ausgestattet. Dabei war auf Wunsch des Umweltmanagements ein Wert von 1000 ppm für die Umschaltung von GRÜN auf GELB eingestellt - es gab keine Beanstandung. Ideal sind die Schaltstufen der von uns vertriebenen Standard Ampel mit 6 sehr hellen LEDs in den Ampelfarben: Grün 1 Grün 2 Gelb 1 Gelb 2 Rot 1 Rot 2

0 bis 400 ppm 400 bis 800 ppm 800 bis 1.200 ppm 1.200 bis 1.600 ppm 1.600 bis 2.000 ppm > 2.000 ppm

Die 6 sehr hellen LEDs in den Ampelfarben sind auch in hellen Räumen gut sichtbar.

Damit wird der Unterricht nur 1mal pro Unterrichtsstunde unterbrochen, wenn die Fenster zum Stoßlüften aufzuschließen sind. Alle vorgegebenen Richtwerte zum Lüftungsverhalten werden optimal eingehalten.

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Überblick über die Geräte

Abbildung 5 a: Überblick über die für Schulen und KITAs sinnvollen CO 2-Ampeln

Abbildung 5 b: Überblick über die für Schulen und KITAs sinnvollen VOC-Ampeln

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Preisnennung ohne Gewähr incl. MWSt

Detektion von CO2 Messbereich 0 bis > 2000 ppm Kunststoffgehäuse Anzeige CO2: 6 LEDs optimale Umschaltpunkte abschaltbarer Signalton incl. Tischständer mit Schul-/Sponsoren-Logo incl. Steckernetzteil Maße: H x  x T : 19 x 11 x 8 cm Datenlogger: separates Gerät

Firma PädBoutique

MB CO2 Ampel Angebotspreis ohne Datenlogger 157,31 € Normalpreis ohne Datenlogger 177,31 € Verkaufpreis des Datenloggers +177,31 €

Detektion von CO2 Messbereich < 1500 bis > 3000 ppm Maße: H x  x T: 7,8 x 7,8 x 3,5 cm incl. Steckernetzteil Kunststoffgehäuse Anzeige: 3 LEDs Schwellenwerte frei programmierbar (nur vor Auslieferung an Kunden)

Luftgüte-Ampel

Tischständer (Aufpreis)

Verkaufpreise ohne Datenlogger mit 2 Relaisausgängen ohne Netzteil Unterputz-Netzteil Gerät mit integriertem Datenlogger USB-Adapter für Datenlogger

196,00 € 208,00 € 204,00 € 43,38 € 369,00 € 19,90 €

(Warnton-Abschaltung nur vor Auslieferung an Kunden)

Optional: Stromkabel abschraubbar an Lüsterklemme für UP-Montage Lieferung auch ohne Netzteil bzw. mit UP-Netzteil USB-Adapter für Datenlogger

5,50 €

nur bei uns: Acryltischständer fertig montiert mit Schul- oder Sponsorenlogo

9,90 €

Firma PädBoutique

erforderlich zum Anschluss an PC

Stromkabel innen an Lüsterklemme Tischständer mit Schuloder Sponsorenlogo

1 Warnton bei GELB - 5 bei ROT

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Detektion von CO2 Messbereich < 1000 bis > 2000 ppm Maße: H x  x T: 16 x 14 x 6 cm incl. Steckernetzteil Kunststoffgehäuse Acryl incl.Acryltischständer Anzeige: 10 LEDs Lichteffekte: Regenbogen und Spotlight Datenlogger nicht erhältlich

Designer-Modell

Firma PädBoutique

Verkaufpreis 236,81 €

Modell mit umschaltbarem Messbereich Verkaufpreis ohne Datenlogger

249,42 €

Detektion von CO2 Messbereich < 500 bis > 2000 ppm Kunststoffgehäuse/oder Edelstahl Maße: H x  x T : 9,8 x 10,6 x 3,2 cm Anzeige: 5 LEDs Optional: Mehrbereichsumschaltung über Jumper 0-2000 ppm; 0-5000 ppm:; 0-10000 ppm

Firma SplusS

ohne Mehrbereichswahl, Netzteil und Tischständer

Detektion von CO2 Temperatur und relative Luftfeuchte Messbereich 0 bis > 2000 ppm mit Schaltausgängen

Kunststoffgehäuse Anzeige CO2: 3 LEDs Schaltausgänge Temperatur: 5 – 40o C rel. Luftfeuchte: 20 – 100 %

Firma BundB

Klima Monitor Verkaufpreis

ohne Netzteil

249,42 €

Detektion von CO2

Anzeige CO2: Digital 0 – 10 000 ppm

Anzeige von Temperatur, rel . Luftfeuchte, Wochentag, Datum Temperatur: 0 – 50o C rel. Luftfeuchte: 20 – 90 % Kunststoffgehäuse mit Tisch-Ständer incl. Steckernetzteil Maße: H x  x T : 11,5x10,8x 6,3 cm Gewicht 180 g Afriso Sense Life Klima Digital Verkaufpreis

176,12 €

Firma Afriso 

Detektion: 20 – 90 % Kunststoffgehäuse von CO2

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Anzeige CO2: Digital 0 – 6 000 ppm und mit 5 LEDs (Ampelprinzip) Maße: H x  x T : 12,5 x 5,2 x 3,2 cm Temperatur: 0 – 50o C rel. Luftfeuchte mit Tisch-Ständer incl. Steckernetzteil und Ladegerät Lithium-Ionen-Akku Akkubetrieb 12 Std. Eingebaute Speicherfunktion incl. Datenkabel und Auswertungs-Software Automatische Selbstdiagnose-Funktion

Firma Afriso 

Afriso Sense Air Profi Verkaufpreis mit Datenlogger 809,20 €

Gira Raumsonde Verkaufpreis je nach Farbe von 310,45 € bis 315,11 €

Detektion von CO2 Messbereich < 1000 bis 2000 ppm Maße: passt in jeden Unterputz-Steckdosen-Einsatz Stromversorgung 230 V Farben: Esprit, Glas, Schwarz und Aluminium Anzeige: 1 LED zweifarbig GRÜN - ROT Schaltpunkt zwischen 800 und 1 500 ppm einstellbar 1 Schaltausgang zur Ansteuerung eines Relais z.B. für die Gira-LED-Signalleuchte

FirmaGira Giersiepen GmbH & Co. KG Radevormwald

Gira LED-Leuchte Verkaufpreis 91,06 €

OrgDelta Luftspion Verkaufpreise

Detektion von CO2 Messbereich < 1000 bis > 2000 ppm Maße: H x  x T : 7,0 x 12,0 x 2,6 cm Kunststoffgehäuse Montage auf Unterputz-Dose möglich incl. Steckernetzteil Comfort-Version mit Datenlogger - misst und wertet aus: CO2 + Temperatur + relative Luftfeuchtigkeit

Firma OrgDelta 

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Anzeigegeräte VOC VOC – Luftgüte - Ampel

Verkaufpreis 153,50 € mit Netzteil und Tischständer

Detektion von VOC Temperatur und rel. Luftfeuchte Anzeige VOC im Farbdisplay Messbereich 0 - 30 ppm Maße: H x  x T : 13,0 x 8,5 x 3,7 cm Kunststoffgehäuse Echtzeit-Anzeige der Luftqualität (VOC) mit Alarm Alarm bei > 22 ppm; an/aus-schaltbar digitale Anzeige von Temperatur und rel. Luft-Feuchte sehr gut sichtbares 3-Farben Display GRÜHN-GELB-ROT zur Anzeige der Luftqualität Temperaturmessbereich -20 °C - 60 °C Relative Feuchte: Messbereich 5-99 % rH Zusätzlich ein Schaltausgang 500 mA zur Ansteuerung externer Geräte

Firma PädBoutique Detektion von VOC Anzeige VOC mit 6 LEDs Maße: H x  x T : 28 x 28,0 x 1,0 cm Kunststoffgehäuse incl. Tischständer incl. Steckernetzteil

auslaufendes Modell MB Systemtechnik Miefampel Verkaufpreis

296,31 €

Firma MB Systemtechnik Detektion von VOC Anzeige VOC mit 8 LEDs mit Datenlogger Maße: H x  x T : 60 x 4,0 x 3,8 cm Kunststoffgehäuse incl. Tischständer incl. Steckernetzteil

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Wanninger VOC Monitor Verkaufpreis voraussichtl. ??

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In einem großen Schulzentrum im Landkreis Diepholz wurden nach einem Bericht in der Kreiszeitung für den Landkreis Diepholz vom 16.08.2006 im Jahre 2005 für die Raumheizung 221 959 € aufgewandt. Wenn man den Einsatz einer Luftgüteampel in jedem Klassen- und Fachraum in Erwägung ziehen würde, so ließen sich unter einer Minimal-Einsparungs-Annahmen von nur 10 % etwa 22 000 € im Jahr einsparen. Davon kann man 110 Luftgüte-Ampeln erwerben - so viele, wie die Schule Klassenräume hat. Bei einer Abnahme größerer Mengen des Gerätes ist ein Rabatt zu erreichen. Damit amortisiert sich ein Gerät, dass 176 € oder bei Abnahme mehrerer Geräte weniger kostet, bereits im Jahr der Anschaffung.

Bezugsquellen PädBoutique Bökenbraken 20 27305 Süstedt 04252-939214 [email protected] http://www.paedboutique.de S+S Regeltechnik GmbH Pirnaer Straße 20 D-90411 Nürnberg +49 (0) 911 / 51947-0 [email protected] http://www.spluss.eu

 Bernd Richter Diplom-Psychologe 04252-939214 [email protected]

B+B Thermo-Technik GmbH Heinrich-Hertz-Str. 4 D – 78166 Donaueschingen +49 (0)771 8316-0 [email protected] MB-Systemtechnik GbR Grünentalstraße 36 52156 Monschau +49 (0) 24 72 - 97 07 74 [email protected] http://www.mb-systemtechnik.de

Anton Wanninger Vertretung Römerweg / Süd 4 87459 Pfronten +49 (0) 83 63 http://www.wv-v.de

AFRISO-EURO-INDEX GmbH Mess-, Regel- und Überwachungsgeräte Lindenstr. 20 74363 Güglingen +49-(0)7135/1 02-0 [email protected] http://www.afriso.de

ORG-DELTA GmbH Friedrichstr. 10 73262 Reichenbach/Fils +49 (0) 7153 / 9826 - 0 [email protected] http://www.org-delta.de