Wie verbessert man die Raumluftqualität mit natürlichen, mechanischen oder hybriden Lüftungslösungen?

Wie verbessert natürliche Belüftung die Raumluftqualität?

Durch die natürliche Lüftung kann abgestandene, stickige Luft mit frischer Aussenluft ersetzt werden. Durch diesen gezielten, bedarfsgerechten Luftaustausch wird die Raumluftqualität schnell verbessert und der CO2-Gehalt in der Luft verringert. Der CO2-Gehalt beträgt im Freien etwa 400 ppm während wir in Innenräumen bei einem Wert von bis zu 1.150 ppm von einer guten Luftqualität sprechen. Die natürliche Lüftung bietet in heissen Sommermonaten eine zusätzliche Möglichkeit zur Luftkühlung, wodurch der Einsatz von Klimaanlagen verringert werden kann.

Welche Vorteile bietet eine gute Raumluft und welchen Einfluss hat sie auf Gebäudenutzer?

Eine hohe Schadstoffkonzentration in der Luft sowie niedrige Lüftungsraten verursachen Konzentrationsstörungen und begünstigen Müdigkeit, Schläfrigkeit und Kopfschmerzen. Studien zufolge kann eine optimale Lüftungsstrategie und ausreichend Frischluft dazu führen, dass die Leistung der Gebäudenutzer um bis zu 15 % steigt (Olesen, 2020). 

Modular Skylights Lüftungsmodule

Die Bedeutung guter Raumluftqualität 

In Bildungseinrichtungen kann durch ausreichend Frischluft die Aufmerksamkeitsspanne, Konzentrationsfähigkeit sowie schulische Leistungen verbessert werden. Studien haben ergeben, dass computergestützte Tätigkeiten zu schnelleren und präzisieren Ergebnissen in den Bereichen Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Wiedererkennung von Wörtern führen, wenn die Lüftungsraten höher sind (Bakó-Birób, 2011). Durch frische Luft und die dadurch verbundene niedrigere Schadstoffkonzentration werden angenehme Innenräume in öffentlichen Gebäuden geschaffen.

Weltweit führende Forschung zeigt Bedarf an frischer Innenraumluft 

Nicht nur Lernumgebungen profitieren von hohen Lüftungsraten: Die weltweit anerkannte Professorin der Queensland University of Technology, Lidia Morawska, hält Lüftungslösungen für entscheidend, um die allgemeine Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen zu verbessern. Durch den regelmässigen Luftaustausch können Schadstoffe und CO2 in der Raumluft verringert werden.  

Lichtkuppeln mit Lüftungsfunktion

Frische Luft trägt massgeblich zur Gesundheit von Gebäudenutzern bei. Eine kürzlich durchgeführte Studie der VELUX Gruppe befasste sich mit der Entwicklung der sogenannten „Indoor Generation“ und der daraus entstehenden Auswirkung auf Gesundheit, Konzentrationsfähigkeit und Produktivität. Die Ergebnisse zeigen, dass 78 % der Befragten nicht wussten, dass die Innenraumluft oft stärker verschmutzt ist, als die Aussenluft. Schlecht belüftete Räumlichkeiten haben einen negativen Effekt auf die Gesundheit der Gebäudenutzer, was eine steigende Anzahl an Krankenständen sowie die Übertragung von Keimen und Viren begünstigt (Dijken & Boerstra, 2021). 

Übliche Verbreitung von Viren in Innenräumen

• Überfüllte Räume mit eng beieinander stehenden Menschen
• Enger Kontakt mit Gesprächen von Angesicht zu Angesicht
• Enge und geschlossene Räume mit mangelnder Belüftung 

Eine geeignete Lüftungsstrategie stellt sicher, dass sowohl die Bewohner eines Gebäudes zu jeder Jahreszeit mit frischer Luft versorgt werden als auch der Energieverbrauch möglichst gering gehalten wird. Hybride Lüftungslösen sind die energieeffizientesten und kostengünstigsten Arten der Belüftung. Im Winter wird vorrangig ein mechanisches System mit Wärmerückgewinnung genutzt, um Wärmeverluste zu verhindern. In wärmeren Monaten trägt die natürliche Lüftung zu hohen Luftaustauschraten bei und ermöglicht, Strom für Klimaanlagen und Ventilatoren einzusparen.

Sollte ich mechanische, hybride oder natürliche Lüftung wählen?

Obwohl sowohl die natürliche als auch die mechanische Belüftung diverse Vorteile aufweisen, ist die hybride Belüftung - basierend auf dem saisonalen Bedarf - nach wie vor die effizienteste und kostengünstigste Methode, um eine gute Innenraumluftqualität in Gebäuden zu erzielen. Die hybride Lösung sorgt für eine kontrollierte Lüftung, die während der Heizperiode (über die mechanische Lüftung) Wärme aus der erneuerten Luft zurückgewinnt und somit den Heizbedarf begrenzt. In wärmeren Monaten sorgt gezielte natürliche Lüftung für den optimalen, bedarfsgerechten Luftaustausch und mithilfe der Nachtkühlung für ein kostenfreies Senken der Temperatur im Innenraum. Dachfenster und Oberlichter können durch unterschiedliche Steuerungssysteme wie Bussysteme nutzerfreundlich angesteuert werden.

Worin liegen die grössten Unterschiede zwischen natürlicher, mechanischer und hybrider Lüftung?

Natürliche und mechanische Lüftungslösungen unterscheiden sich grundlegend, tragen aber beide zum Ziel eines gesünderen Innenraumklimas bei. Die Kombination beider Systeme, die sogenannte hybride Lüftung, vereint die positiven Effekte beider Lösungen und führt zu einem optimalen Ergebnis.

Was ist die mechanische Lüftung?

Bei der mechanischen bzw. maschinellen Lüftung erfolgt der Luftwechsel über mechanische Mittel wie beispielsweise Ventilatoren anstatt von natürlichen Luftströmen. Dadurch wird ein konstanter, hygienischer Luftwechsel erzielt. Die mechanisch gesteuerte Lüftung ist unabhängig von sich ändernden Wetterbedingungen wie starkem oder schwachem Wind, was die Kontrolle des Raumklimas und die Aufrechterhaltung der Temperaturen erleichtert. Die Lüftungsrate wird zudem auch in unbewohnten oder schwach genutzten Gebäuden erzielt. 

Die mechanische Lüftung kann mit einem Wärmerückgewinnungssystem ausgestattet sein, das einen Teil der Wärme aus der Abluft zurückgewinnt, bevor sie an die Aussenluft abgegeben wird. Die Zuluft hat in der Regel 16-19 Grad, selbst an kalten Tagen. Bei der mechanischen Lüftung kommen sowohl Abluft als auch Zu/Abluftanlagen zum Einsatz.  

Unterdruck – Absaugen der Luft  
Hochdruck - führt Aussenluft zu 

Vor- und Nachteile von natürlicher bzw. mechanischer Lüftung

Was ist die natürliche Lüftung?

Bei der natürlichen oder auch passiven Lüftung werden Wetterbedingungen wie Winde und thermische Auftriebe genutzt, um einen Luftaustausch durchzuführen und stickige Luft im Innenraum mit Aussenluft zu ersetzen. Dazu nötig sind Öffnungen wie Fenster, Dachfenster oder Oberlichter. Die Nachtkühlung ist eine Art der natürlichen Lüftung bei der die niedrigen Temperaturen abends und nachts genutzt werden, um das Gebäude zu kühlen.  

Durch die Nutzung natürlicher Luftzirkulationen können so - unter den richtigen Bedingungen - viel höhere Luftwechselraten erzielt werden als bei der mechanischen Lüftung. So ist ein schneller und vor allem bedarfsgerechter Luftaustausch möglich. In bestimmten Situationen, wie bei einer höheren Nutzung der Räumlichkeiten, ist das von Vorteil.  

In wärmeren Jahreszeiten kann die natürliche Belüftung die notwendige Frischluft ohne nennenswerte Wärmeverluste liefern, wenn die Temperaturen im Innenraum und Aussenbereich ähnlich sind. Das bedeutet, dass eine mechanische Lüftung nicht erforderlich ist. In diesem Fall kann auf diverse Kühlsysteme verzichtet und somit Energie eingespart werden.  

In kälteren Monaten kann durch eine vermehrte natürliche Lüftung jedoch ein Wärmeverlust erzielt werden, weswegen der Einsatz mechanischer Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnungslösungen sinnvoll ist.

Was ist die hybride Lüftung?

Unter hybrider Lüftung versteht man die Kombination der Vorteile natürlicher und mechanischer Lüftung. Während maschinelle Lüftungslösungen für einen konstanten Luftaustausch sorgen, wird die natürliche Lüftung für einen rasche und bedarfsgerechte Lüftung genutzt. Eine bewährte Lüftungsstrategie ist die Wärmerückgewinnung in kalten Monaten in Kombination mit nächtlicher Kühlung zu wärmeren Zeiten.

Geöffnete Oberlichter zur natürlichen Lüftung

Ist hybride Lüftung besser für öffentliche Gebäude geeignet?

Betrachtet man das gesamte Jahr, so ist eine hybride Belüftung (mechanische Lüftung in der kalten Jahreszeit und natürliche Lüftung in der warmen Jahreszeit) energieeffizienter als ganzjährige mechanische Belüftung. Dies gilt sowohl für warme, gemässigte als auch kalte Klimazonen. 

Die Hybridlüftung kombiniert das Beste aus beiden Welten: die energieeffiziente Wärmerückgewinnung im Winter und natürliche Kühlung im Sommer. Der Zweck und die Gestaltung eines Gebäudes bestimmen, welche Lüftungskomponenten am Besten geeignet sind und wie hybride Lüftung optimal eingesetzt werden kann.  

Ein Lüftungskonzept muss die Gestaltung des Gebäudes, Wärmelasten, die Positionierung von Oberlichtern und Fenstern sowie die Auswirkungen der Sonneneinstrahlung berücksichtigen. Durch die Optimierung und Berücksichtigung baulicher Gegebenheiten kann eine kosteneffiziente und energiesparende Lüftungsstrategie umgesetzt werden. Die Verbesserung der Raumluftqualität und der Energieeinsparung sind somit ein bedeutender Faktor für Bauherren und Architekten.  

Wichtige zu berücksichtigende Faktoren: 

• Thermischer Komfort
• Benutzerfreundliche Bedienung
• Sicherheit der Gebäudenutzer
• Wartungspersonal mit Zugang zu Dachfenstern, Oberlichtern oder Lichtkuppeln
• Brandschutz und gesetzliche Vorschriften 
• Nutzung und Form eines Gebäudes

Innenräume, die positiv zur Gesundheit, zur Produktivität und zum Wohlbefinden beitragen 

Der CO2-Gehalt in der Raumluft ist ein massgeblicher Faktor um festzustellen, ob das richtige Belüftungssystem gewählt wurde und die Räumlichkeiten ein gesundes Klima für die Nutzer bieten. Die hybride Lüftung bietet Vorteile, wenn es um die Energieeffizienz geht und natürliche Lüftungssysteme können den Bedarf an Klimaanlagen verringern. Lüftungslösungen können in den meisten Gebäuden an das Gebäudemanagementsystem angeschlossen werden.  

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Quellen

Bakó-Birób, Z., 2011. Ventilation rates in schools and pupils' performance, Reading: The University of Reading.

Olesen, B., 2020. Productivity and Indoor Air Quality, Copenhagen: Technical University of Denmark.

Dijken, F. V. & Boerstra, A., 2021. Implications of COVID-19 pandemic for application of natural ventilation, Brussels: REHVA Journal.