Appell für eine natürliche Lüftung in Schulen

Pettenkofers langer Schatten

CO₂ gilt seit über 150 Jahren als Maßstab für „gute Luft“. Der bis heute übliche Grenzwert von 1000 ppm CO₂ kann allerdings nur mit erheblichem technischen Aufwand eingehalten werden. Insbesondere im Schulbau führt das häufig zu einer technischen Aufrüstung der Gebäude mit erhöhten Investitions- und Folgekosten. Vor diesem Hintergrund werden natürliche Lüftungskonzepte betrachtet, die schadstoffarme Materialien, eine einfache Bedienbarkeit und die Einbindung der Nutzerverantwortung berücksichtigen.

1 Einleitung

Max von Pettenkoferwar Hygieniker und Epidemiologe im 19. Jahrhundert. Im Jahr 1865 wurde er in München der erste Professor für Hygiene. Er war Mediziner, Physiologe, Apotheker sowie Epidemiologe. Für ihn wurde damit die weltweit erste Professur für Hygiene eingerichtet. Die hygienischen Zustände waren in dieser Zeit sehr kritisch und führten zu zahlreichen Volkskrankheiten. Pettenkofer vertrat die Ansicht, dass Umweltbedingungen eine größere Bedeutung für die Entstehung von Krankheiten haben als die reine Anwesenheit von Krankheitserregern.

Nach ihm ist der bis heute übliche CO₂-Grenzwert für hygienisch akzeptable Innenraumluft von 1000 ppm benannt. Der Wert sollte dazu beitragen, die Luftqualität in Innenräumen zu verbessern. Dieser Wert dient bis heute als Maßstab für „gute Luft“. Ironischerweise stellte sich später heraus, dass Pettenkofer falsch lag mit der Annahme, Krankheiten wie Cholera würden durch sogenannte „Miasmen“, also schlechte und übelriechende Luft, übertragen. Unabhängig davon stellt sich jedoch grundsätzlich die Frage, wie sich die Luftqualität in den letzten ca. 150 Jahren seit Pettenkofer verändert hat und ob der Grenzwert von 1000 ppm CO₂ unter heutigen Bedingungen noch seine Berechtigung hat.

Bei einer genaueren Betrachtung der Luftqualität in Innenräumen kommen vor allem drei Emissionsarten zum Tragen. Neben CO₂, das vom Menschen ausgeatmet wird, treten flüchtige organische Verbindungen auf, sog. VOC (volatile organic compounds) bzw. TVOC (total volatile organic compounds). Diese stammen hauptsächlich aus Baumaterialien und Oberflächenbehandlungen wie Lacke, Farben oder Klebstoffe. Darüber hinaus gibt es Geruchsemissionen, wiederum hauptsächlich durch Menschen verursacht, die als olfaktorische Belastung bezeichnet werden. Für diese Geruchsemissionen gibt es neben dem menschlichen Geruchssinn keine Sensorik. CO₂ wird daher häufig als Messgröße herangezogen, weil man davon ausgeht, dass es eine Korrelation zwischen olfaktorischer Belastung und CO₂-Konzentration gibt.

Dass dem nicht so sein muss, zeigt eine Studie der TU München [1]. Es wurden Messungen und Umfragen in zwölf Schulen durchgeführt. Dabei überschritt eine Grundschule in der Schweiz die Pettenkofer-Zahl von 1000 ppm deutlich, teilweise wurden Konzentrationen über 2500 ppm gemessen. Trotzdem beschreiben die Schüler:innen und Lehrer:innen die Luftqualität als sehr gut, wohingegen in einer Berufsschule, die als Passivhaus gebaut wurde und daher keine öffenbaren Fenster besitzt, die Luftqualität trotz maschineller Lüftung als schlecht und abgestanden bezeichnet wird. Tatsächlich haben junge Erwachsene andere Geruchsemissionen als kleine Kinder.

Es bleibt die Thematik der TVOC-Emissionen, die nur mit erheblichem Aufwand korrekt messbar sind. Bei Gebäuden, die nach DGNB oder BNB zertifiziert werden, ist eine Messung vor dem Bezug eines Gebäudes erforderlich. Dabei zeigt sich, dass Grenzwerte bei einer sorgfältigen Planung auf ein Fünftel oder gar ein Zehntel des Grenzwerts reduziert werden können. In der Normung wird in diesem Zusammenhang von schadstoffarmen Räumen gesprochen. Eine solche Bauweise sollte eine Selbstverständlichkeit bei jedem neuen wie auch bei jedem sanierten Gebäude sein und liegt in der Verantwortung der Planer und Bauschaffenden.

Die DIN EN 16798 ist deutlich differenzierter in der Bewertung der Innenraumluftqualität als es die häufig zitierte Pettenkofer-Zahl vermuten lässt. Sie unterscheidet vier Kategorien an CO₂-Konzentrationen, die sich wiederum auf die Konzentration der Außenluft beziehen und deutlich höher sind als in Zeiten von ­Pettenkofer. Der Mittelwert beträgt ca. 420 ppm und kann innerstädtisch auch 600 ppm erreichen. Die Empfehlungen reichen von 350 ppm über Außenluft in Kategorie I bis 1350 ppm über Außenluft in Kategorie IV als Mindestanforderung. Für natürlich gelüftete Gebäude ist dieser Grenzwert nicht zwingend einzuhalten. Stattdessen ist ein ausreichender freier Lüftungsquerschnitt der öffenbaren Fenster maßgeblich, der sicherstellt, dass die empfohlene Luftqualität erreicht wird. Die Verantwortung liegt beim Nutzer.

Ein vermeintlicher Grenzwert von 1000 ppm, wie er oft kolportiert wird, kann nur mit einer maschinellen Lüftung garantiert werden, sofern diese richtig geplant ist und fehlerfrei funktioniert. Vor allem in Schulen führt dies zu einer technischen Aufrüstung der Gebäude und die Kommunen klagen über die Folgekosten (Wartung und Instandhaltung). Gleichzeitig zeigen maschinell gelüftete Schulen im Winter eine geringe Raumluftfeuchte, was wiederum die Gefahr einer Ansteckung mit Infektionskrankheiten erhöht.

Unter der Annahme eines schadstoffarmen Gebäudes stellt sich die Frage, ob die CO₂-Konzentration mit einem harten Grenzwert von 1000 ppm wirklich angemessen ist, da eine subjektive Wahrnehmung von „schlechter, abgestandener“ Luft im Zweifel damit offensichtlich nicht vermieden werden kann und nur durch die menschliche Sensorik erfasst wird.

Neben der Luftqualität wird das Thema Energieeffizienz als Grund für eine maschinelle Lüftung mit Wärmerückgewinnung angeführt. In Schulen sind Klassenräume in den Nachmittagsstunden oft nur teilweise belegt und auch die Belegungsdichte variiert. Eine maschinelle Lüftung nach dem Gießkannenprinzip führt daher zwangsläufig zu einer „Überlüftung“ und entsprechend zu einem erhöhten Energiebedarf. Eine bedarfsgerechte Lüftung kann wiederum mit einer sog. variablen Volumenstromanlage hergestellt werden. Die Komplexität einer solchen Anlage führt zu hohen Investitions-, Wartungs- und Instandhaltungskosten und je komplexer das technische System, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Performance-Gap, eine Abweichung zwischen Planung und Gebäudebetrieb, einstellt. Eine Studie des Royal Institute of British Architects (RIBA) evaluierte knapp 60 000 Schulgebäude in ganz Europa, mit dem Ergebnis, dass ca. 95 % der Gebäude nicht funktionieren wie geplant [2]. Die Frage ist, ob das Ziel einer guten Luftqualität mit CO₂ als Indikator und fixem Grenzwert und der daraus entstehende technische und bauliche Aufwand richtig und angemessen sind.

2 CO₂-Belastung der Innenraumluft – Stand der Wissenschaft

Die Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) in Innenräumen ist seit Langem ein zentrales Kriterium der Gebäudetechnik und insbesondere der Lüftungsplanung. Bereits im 19. Jahrhundert nutzte Max von Pettenkofer CO₂ als Kenngröße zur Beurteilung von Luftqualität und Frischluftzufuhr, da der durch Atmung entstehende CO₂-Gehalt Rückschlüsse auf die zugeführte Außenluftmenge zulässt. Dieser Ansatz bildet bis heute eine wesentliche Grundlage vieler Lüftungskonzepte, auch wenn häufig übersehen wird, dass CO₂ in den üblichen Konzentrationsbereichen kein Schadstoff im klassischen Sinn ist, sondern ein indirekter Indikator für Belegung und Luftaustausch. In der technischen Praxis bestehen jedoch weiterhin Missverständnisse über die Aussagekraft von CO₂-Messungen, sowohl bei Planenden und Betreibenden als auch in der öffentlichen Wahrnehmung [3].

In den vergangenen Jahren hat das Thema zusätzliche Aufmerksamkeit erhalten. Zum einen wird verstärkt diskutiert, ob CO₂ im üblichen Innenraumbereich unmittelbare Auswirkungen auf Leistungsfähigkeit und Wohlbefinden besitzt. Zum anderen hat die COVID-19-Pandemie gezeigt, dass CO₂-Messwerte als indirekter Indikator für die Lüftungssituation und damit für den Infektionsschutz herangezogen werden können. Parallel dazu hat die schnelle Verbreitung preisgünstiger und kompakter Sensorik dazu geführt, dass CO₂-Messungen heute in vielen Klassenräumen, Büros und Wohnungen Standard sind. Die deutlich steigende Sichtbarkeit von Messwerten im Alltag hat die Sensibilität gegenüber scheinbar „zu hohen“ CO₂-Konzentrationen erhöht, oft ohne ausreichende Einordnung der Messgenauigkeit oder Gesundheitsrelevanz [4].

Ein erheblicher Teil der beobachteten Unsicherheiten ergibt sich aus der unterschiedlichen Qualität der eingesetzten Sensoren. Neben hochwertigen NDIR-Sensoren, die CO₂ direkt messen, sind zahlreiche Geräte im Umlauf, die lediglich flüchtige organische Verbindungen detektieren und daraus rechnerisch einen sogenannten „eCO₂“-Wert ableiten. Diese Werte korrelieren häufig nur gering mit der tatsächlichen CO₂-Konzentration und führen zu Fehlinterpretationen. Selbst echte CO₂-Sensoren zeigen – insbesondere im Niedrigpreissegment – Alterungs- und Drifteffekte. Die automatische Nullpunktkorrektur kann bei dauerhaft belegten Räumen zu systematischen Verschiebungen führen, da Frischluftreferenzen fehlen. Dies führt nicht selten zu Messwertänderungen ohne reale Veränderung der Luftqualität. In Verbindung mit Ampeldarstellungen entsteht so häufig der Eindruck, erhöhte CO₂-Werte seien unmittelbar gesundheitsgefährdend. Die Fachliteratur ordnet CO₂ jedoch weiterhin primär als Lüftungs- und Komfortindikator ein [4].

CO₂ eignet sich als einfach messbare Kenngröße zur Bewertung der Lüftung, da die Konzentration unmittelbar von der Personendichte und der Luftwechselrate abhängt. Über die Differenz zwischen Innen- und Außenluftkonzentration lässt sich die verfügbare Frischluftmenge je Person berechnen. Dieser Zusammenhang ermöglicht eine praxisnahe Überprüfung und Regelung von Lüftungssystemen, setzt jedoch realistische Annahmen über Luftmischung, Belegung und Aktivitätsniveau voraus [3, 4]. Der vielfach genannte Richtwert von 1000 ppm besitzt keinen toxikologischen Hintergrund, sondern geht auf historische Komfortuntersuchungen zurück. Er markiert jene Konzentration, ab der Ausdünstungen für eine durchschnittliche Person als unangenehm wahrgenommen werden. Kurzfristige Überschreitungen dieses Wertes sind in dicht belegten Räumen üblich und unkritisch, sofern ausreichend gelüftet wird. Dauerhaft erhöhte Konzentrationen weisen dagegen auf unzureichenden Luftaustausch und potenzielle Anreicherung anderer Innenraumschadstoffe hin [4].

Da viele relevante Schadstoffe – beispielsweise VOC aus Materialien, Feinstaub oder Radon – unabhängig von CO₂ auftreten, ist eine ausschließliche Beurteilung der Luftqualität anhand von CO₂ unzureichend. Luftreinigungssysteme, die CO₂ chemisch binden, können zudem den Messwert senken, ohne die übrigen Schadstoffe zu beeinflussen. In Gebäuden mit CO₂-geregelter Lüftung besteht hierbei sogar das Risiko einer Fehlsteuerung mit Unterlüftung [4].

Aus arbeitsmedizinischer Sicht gilt CO₂ nach den aktuellen Grenzwerten der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG 2024) bis 5000 ppm als Konzentration, bei der bei einer achtstündigen Exposition keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu erwarten sind. Dieser MAK-Wert dient als Schutzgröße und unterstreicht die geringe toxikologische Relevanz im üblichen Innenraumbereich [4]. Der Komfortwert von 1000 ppm dient dagegen ausschließlich der Sicherstellung ausreichender Außenluftzufuhr [3]. Studien berichten ab etwa 1000 ppm vermehrt unspezifische Symptome wie Müdigkeit oder Konzentrationsminderung. Diese Effekte sind jedoch häufig auf unzureichende Lüftung und erhöhte Konzentrationen weiterer Innenraumschadstoffe zurückzuführen. Entsprechend betrachten nationale und europäische Richtlinien CO₂ primär als Indikator der Lüftungsqualität.

Untersuchungen zu CO₂-Exposition und kognitiver Leistungsfähigkeit zeigen ein heterogenes Bild. Einige Laborstudien berichten messbare Einschränkungen in Bereichen wie Entscheidungs- und Problemlösefähigkeit bereits bei Konzentrationen zwischen etwa 1000 und 2500 ppm [4–8]. Andere Untersuchungen mit vergleichbaren Versuchsaufbauten konnten diese Ergebnisse nicht bestätigen oder fanden nur geringe bzw. inkonsistente Effekte [8]. Die Aussagekraft vieler Studien ist dabei durch kleine Stichproben, kurze Expositionszeiten und nicht vollständig kontrollierte Einflussgrößen wie Temperatur, Luftfeuchte, VOC oder Bioeffluente begrenzt [4, 8].

Auch physiologische Untersuchungen mittels EEG zeigen, dass erhöhte CO₂-Konzentrationen mit veränderten Mustern der Hirnaktivität einhergehen können. Beschrieben werden eine Verstärkung niederfrequenter und eine Verminderung hochfrequenter Aktivität im Wachzustand sowie während des Schlafs eine verlängerte Einschlaflatenz und ein reduzierter Anteil des Tiefschlafs. Deutlichere Effekte treten insbesondere oberhalb von etwa 2500 ppm auf [8]. Die Übertragbarkeit dieser Laborergebnisse auf typische Aufenthaltsräume ist jedoch eingeschränkt, da reale Gebäude andere Variabilitäten aufweisen und selten über längere Zeiträume entsprechende Konzentrationen erreichen [4].

Fachverbände und Normungsgremien ordnen CO₂ daher durchgängig als pragmatische, aber begrenzt aussagekräftige Messgröße ein. Dazu gehören neben europäischen Institutionen insbesondere die ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers), eine international maßgebliche Organisation für Standards der Lüftungs- und Gebäudetechnik. Sowohl ASHRAE als auch deutsche Regelwerke bewerten CO₂ als Leitgröße zur Beurteilung des Luftwechsels und der Belegungsabhängigkeit, jedoch nicht als umfassenden Indikator der Innenraumluftqualität. Eine alleinige CO₂-Reduktion ohne ausreichende Außenluftzufuhr verbessert die hygienische Qualität der Raumluft folglich nicht.

Insgesamt zeigt die Literatur, dass die Evidenz für direkte negative Auswirkungen erhöhter CO₂-Konzentrationen im üblichen Gebäudebereich uneinheitlich ist. Der häufig genannte Wert von 1000 ppm ist primär ein praxisnaher Richtwert zur Sicherstellung der Außenluftversorgung und keine physiologische Schwelle. Mögliche Beschwerden und Leistungseinbußen bis etwa 1500 ppm sind überwiegend auf unzureichende Lüftung und andere Innenraumeinflüsse zurückzuführen. Für Konzentrationen unterhalb von 5000 ppm existieren Hinweise auf kognitive und physiologische Effekte, ein eindeutiger isolierter CO₂-Mechanismus ist jedoch bislang nicht abschließend belegt [4, 8].

CO₂ bleibt damit ein bewährter, aber begrenzt interpretierbarer Indikator zur Bewertung der Lüftung in Gebäuden. Die Messgröße erlaubt Rückschlüsse auf die Frischluftzufuhr je Person und kann zur Planung energieeffizienter Lüftungssysteme herangezogen werden. Eine umfassende Beurteilung der Raumluftqualität erfordert jedoch stets die Ergänzung um weitere Parameter wie Luftfeuchte, Temperatur oder VOC. Richtig eingesetzt kann die CO₂-Konzentration wertvolle Informationen zur Wirksamkeit von Lüftungssystemen liefern und unterstützt die Einordnung des Verhältnisses zwischen Energieeffizienz, Komfort und hygienischen Anforderungen [4, 8]. CO₂ sollte jedoch keinesfalls über­bewertet werden.

3 Bedarfsgerechte Lüftungsregelung in der Praxis

CO₂basierte Demand-Controlled Ventilation (DCV) wird häufig eingesetzt, um Außenluftvolumenströme an die Belegung anzupassen und dadurch Energie zu sparen. In der Praxis erweist sich die CO₂-Sensorik jedoch als nicht robust: Messunsicherheiten wie Drift und Querempfindlichkeiten, unzureichende Sensorplatzierung, dynamische Belegungs- und Strömungszustände, die Variabilität des CO₂-Gehalts der Außenluft sowie algorithmische Annahmen (z. B. ABCSelbstkalibrierung) führen regelmäßig zu Fehlregelungen und Systemdegradierung [9–11].

Mit Folgen für die Energieeffizienz: Das Ergebnis ist in der Praxis häufig keine Energieeinsparung, sondern ein deutlich höherer Energieverbrauch als ursprünglich geplant. Dieses Phänomen wird als Performance-Gap bezeichnet und fällt bei Gebäuden mit mechanischer Lüftung und DCV besonders ausgeprägt aus [12].

Damit einher geht die Frage der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von CO₂-Sensoren in der Gebäudeautomation. Die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von CO₂-Sensoren ist ein entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit von DCV. Hersteller geben für NDIR-CO₂-Sensoren (Non-Dispersive Infrared) typischerweise mehrjährige Betriebszeiten an. In praxisorientierten technischen Beschreibungen werden Lebensdauern von über fünf Jahren bis hin zu zehn Jahren als erreichbar dargestellt. Labor- und Felduntersuchungen zeigen jedoch, dass insbesondere kostengünstige NDIR-Sensoren im Betrieb vergleichsweise früh messbare Abweichungen gegenüber Referenzmessungen entwickeln können. Langzeitstudien belegen, dass sich solche Abweichungen ohne regelmäßige Kalibrier- oder Korrekturmaßnahmen über Monate und Jahre akkumulieren und dadurch die Zuverlässigkeit der Messwerte deutlich beeinträchtigen [13]. Um eine ausreichende Messgenauigkeit sicherzustellen, sind daher regelmäßige Kalibrier- oder Korrekturmaßnahmen erforderlich. CO₂-Sensoren sollten in der Regel alle sechs bis zwölf Monate kalibriert werden, um die Genauigkeit sicherzustellen [14]. In der Praxis wird diese regelmäßige Kalibrierung jedoch oft nicht durchgeführt, was zu zunehmender Drift und falschen Regelgrößen führt [15]. Automatische Baseline-Korrektur (ABC) kann die Genauigkeit verbessern, funktioniert aber nur, wenn Räume regelmäßig auf Außenluftniveau kommen – was nicht in allen Gebäuden oder Nutzungsszenarien gleichermaßen gegeben ist.

Wie bei vielen Gebäudetypologien, insbesondere Schulen, stellen die kontinuierliche Kalibrierung der Sensoren und deren begrenzte Lebensdauer eine erhebliche Herausforderung dar. In der Praxis werden regelmäßige Wartung und Monitoring-Strategien häufig vernachlässigt, da Ressourcen und Personal fehlen, was wiederum die Gesamtleistung des Gebäudes nachhaltig beeinträchtigen kann.

4 Komplexe Technik erhöht das Risiko des Performance-Gaps

Selbst wenn die CO₂-Konzentration im Raum korrekt gemessen würde, ist die Versorgung des Raums mit einem VAV-System (Variable Air Volume) in der Praxis nicht so präzise, wie es die theoretischen Regelalgorithmen annehmen. Die Luftverteilung hängt von komplexen Strömungsbedingungen ab, die sich nicht vollständig modellieren lassen [16]. Hinzu kommt der erhebliche Aufwand für Inbetriebnahme und Einregulierung, der erforderlich ist, um die vorgesehenen Volumenströme korrekt einzustellen. In der Praxis stehen hierfür jedoch häufig nur begrenzte Zeitfenster zur Verfügung, sodass die Systeme nicht immer vollständig eingeregelt in Betrieb gehen. Dies kann zu dauerhaft abweichenden Luftvolumenströmen und einer eingeschränkten Regelgüte führen.

Darüber hinaus gilt grundsätzlich: Der erhöhte Einsatz technischer Komponenten bietet immer ein zusätzliches Risiko von Fehlfunktionen – das genaue Gegenteil von Robustheit. Jede zusätzliche Stellgröße, jeder Sensor und jede Regelkomponente erweitern die Anzahl potenzieller Fehlerquellen und erhöhen die Sensitivität des Systems gegenüber Planungs-, Inbetriebnahme- und Betriebsabweichungen. In der Praxis kann dies zu einem ­Performance-Gap beitragen, bei dem die im Entwurf prognostizierten Energieeinsparungen und/oder die angestrebte Aufenthaltsqualität nicht erreicht werden. Systemfehler, Sensorabweichungen sowie unzureichende Wartung können eine ineffiziente Regelung begünstigen, die mit erhöhtem Energieverbrauch und einer Beeinträchtigung der Raumluftqualität einhergeht. Bei Gebäuden mit mechanischer Lüftung und bedarfsgeführter Regelung ist die Anfälligkeit für solche Effekte tendenziell erhöht.

5 Beispielprojekte für den Gebäudetyp Schule

Eine gute Innenraumluftqualität ist für Schulen essenziell, doch aufgrund hoher Belegungsdichten steigt die CO₂-Konzentration ohne ausreichenden Luftwechsel rasch an. Im Winter sind Konzentrationen unter 1000 ppm durch reine Fensterlüftung aufgrund unzureichender Lüftungsintervalle und der Gefahr von Zugerscheinungen kaum erreichbar.

Empirische Untersuchungen zeigen zugleich, dass die Luftqualität in mechanisch belüfteten Schulen, trotz objektiv guter Messwerte, häufig als gering wahrgenommen wird [1]. Zwar ermöglichen mechanische Lüftungsanlagen in der Theorie eine konstante Einhaltung von Grenzwerten, jedoch gehen sie mit erheblichen Anforderungen an Flächen, Investitionen und Wartung einher. Angesichts begrenzter Ressourcen im öffentlichen Gebäudebestand ist eine regelmäßige, fachgerechte Wartung (Filterwechsel, Sensorkalibrierung, Leitungsreinigung etc.) oft nicht gewährleistet. Dies führt zu erhöhtem Energieverbrauch gegenüber den in Berechnungen und Simulationen prognostizierten Werten und beeinträchtigt die Nutzerzufriedenheit.

Das Forschungsprojekt „Zukunftsfähiger Schulbau“ kommt zu dem Ergebnis, dass die verwendeten Materialien im Innenraum unbedingt robust, qualitativ hochwertig und langlebig sein müssen. Schulen sind ein architektonischer Gebäudetyp, der besonders anfällig für einen schwer definierbaren Abnutzungsprozess ist [1].

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, wie eine langfristig gute Luftqualität durch einfache und robuste Konzepte gewährleistet werden kann. Im Folgenden werden hierzu zwei Ansätze für den Schultypus diskutiert.

5.1 Waldorfschule Uhlandshöhe Stuttgart

Im Rahmen des von Behnisch Architekten entworfenen Neubaus der Oberstufe der Freien Waldorfschule Uhlandshöhe in Stuttgart (Bild 1) wurde ein innovatives Lüftungs- und Klimakonzept umgesetzt, das von Transsolar entwickelt und durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) wissenschaftlich begleitet wurde.

Für die Unterrichts- und Aufenthaltsräume kommt eine mechanisch unterstützte, natürliche Lüftung zum Einsatz. Das zentrale Atrium des Gebäudes übernimmt die Funktion einer „Lunge“. Die Zuluft wird durch einen Erdkanal vorkonditioniert und in das Atrium geleitet. Mechanisch betriebene Überströmelemente, die sich über dem Türbereich der Klassenräume befinden, fördern die Luft aus dem Atrium CO₂-geregelt oder wahlweise per Taster in die einzelnen Unterrichtsräume und ermöglichen somit ein hybrides Lüftungssystem. Die Abluft verlässt die Klassenräume über horizontale Fensterstreifen, die als Klappen in die Fassade integriert sind.

Im Gegensatz zur ausschließlichen Fensterlüftung bietet dieses Konzept einen gesteigerten Komfort, da sowohl Zugerscheinungen durch kalte Außenluft im Winter als auch unangenehm hohe Zulufttemperaturen im Sommer vermieden werden.

Während der Sommermonate wird das Lüftungssystem zur Nachtlüftung genutzt, indem der Luftstrom umgekehrt wird: Das Atrium fungiert dann als Abluftkamin und ermöglicht eine natürliche Querlüftung der Klassenräume. Die Umsetzung des Konzepts führte zu einer deutlichen Optimierung der Energieeffizienz des Gebäudes bei gleichzeitig reduziertem Aufwand an technischen Anlagen (Bilder 2–4).

Die intendierte Einfachheit des Konzepts konnte jedoch in der Praxis nicht vollumfänglich eingelöst werden. Bereits die Inbetriebnahme des Systems erwies sich als deutlich aufwändiger und langwieriger als ursprünglich geplant. Die experimentelle Erprobung im Mockup zeigte, dass insbesondere die technische Umsetzung der Luftstromumkehr für die Nachtlüftung eine nicht zu unterschätzende Komplexität mit sich bringt. Auch im laufenden Betrieb traten Herausforderungen auf, die zeigten, dass das System störanfälliger und wartungsintensiver ist als erwartet.

Die durchgeführten Messungen der Raumluftqualität, insbesondere der CO₂-Konzentrationen während der Unterrichtszeiten, bestätigen den Erfolg des Lüftungskonzepts in Bezug auf eine gute Luftqualität. Im Sommer konnten dank regelmäßiger Fensterlüftung (Bild 5) die empfohlenen Grenzwerte (1000 ppm, kurzfristig bis zu 1500 ppm) meist problemlos eingehalten werden. In den Wintermonaten hingegen wurden diese Werte häufiger überschritten, was vor allem auf selteneres Lüften bei niedrigen Außentemperaturen zurückzuführen ist. Die Ergebnisse machen deutlich, wie entscheidend das Verhalten der Nutzerinnen und Nutzer für eine dauerhaft gute Innenraumluft ist: Auch in der kalten Jahreszeit bleibt ein bewusstes und gezieltes Lüften unerlässlich. Insgesamt hat sich das hybride Lüftungskonzept der Schule als wirkungsvoll erwiesen, zeigt jedoch insbesondere im Winter noch Potenzial für Verbesserungen [17].

Dennoch offenbart sich aus wissenschaftlicher Sicht, dass selbst dieses als „einfach“ konzipierte und mit DBU-Förderung begleitete Lüftungskonzept für den breiten Einsatz im Schulbau zu komplex und zu wenig robust ist (Bilder 6, 7). Die technischen und betrieblichen Anforderungen übersteigen die Möglichkeiten vieler öffentlicher Träger, insbesondere im Hinblick auf Inbetriebnahme, Wartung und Fehlersicherheit.

Selbstkritisch muss festgestellt werden, dass ein solches System, trotz guter Absichten und begleitender Förderung, die Erwartungen an eine einfache Lösung nicht erfüllen kann. Für die breite Masse an Schulgebäuden bedarf es daher noch robusterer, wartungsärmerer und wirklich einfach zu betreibender Lüftungskonzepte, um langfristig eine hohe Luftqualität bei vertretbarem Aufwand zu gewährleisten.

5.2 Grundschule Hohenberg, Rottenburg

Während bei der Waldorfschule die natürliche Lüftung durch mechanische Komponenten unterstützt und gesteuert wird, verfolgt die vom Architekturbüro plus bauplanung GmbH entworfene Grundschule Hohenberg einen noch konsequenteren Ansatz hin zur Einfachheit: Hier wurde ein natürliches Lüftungskonzept umgesetzt, das ebenfalls von Transsolar entwickelt wurde (Bilder 8, 9). Alle Klassen- und Gruppenräume werden ausschließlich über manuell öffenbare Fenster belüftet. Sonderbereiche wie die WCs oder der Theater/Musikraum erhielten eine reine Abluftanlage.

Ein natürliches Lüftungskonzept sollte immer sorgfältig auf die jeweilige Architektur und Nutzung abgestimmt werden. Zufällig platzierte Dreh-Kipplüfter und das bloße Hoffen auf ausreichende Belüftung reichen nicht aus. Viel sinnvoller ist es, ein technisch durchdachtes Lüftungskonzept zu entwickeln, das Faktoren wie Bauweise, Fassade, Raumgröße, Innenmaterialien sowie die optimale Größe und Platzierung der Lüftungsflügel berücksichtigt. Außerdem spielt eine intuitive Bedienung, die individuell auf die jeweiligen Gebäudenutzer abgestimmt ist, eine zentrale Rolle.

Bei der Grundschule Hohenberg ist das Lüftungskonzept auf die unterschiedlichen Anforderungen der Jahreszeiten abgestimmt. Im Winter stellt die natürliche Lüftung durch kalte Außenluft eine Herausforderung dar, da Zugerscheinungen bei geöffneten Fenstern auftreten können. Um dem entgegenzuwirken, werden Fenster mit Parallelabstellung eingesetzt: Die Fenster werden parallel zur Fassade geöffnet, sodass ein schmaler, rundumlaufender Spalt entsteht. Dies ermöglicht eine dosierte Frischluftzufuhr ohne erhebliche Komforteinbußen. Zusätzlich wird in den Pausen durch Stoßlüftung der Luftaustausch sichergestellt.

An Sommertagen sorgen gegenüberliegende Fassadenfenster für Querlüftung, wodurch insbesondere bei Wind ein effizienter Luftwechsel und eine schnelle Abkühlung der Räume erreicht werden. In Sommernächten werden motorisch gesteuerte Kippflügel und Abluftklappen aktiviert, um eine sichere und effektive nächtliche Auskühlung zu gewährleisten – ohne Einbußen bei Sicherheit oder Witterungsschutz (Bilder 10–13).

Der Verzicht auf komplexe mechanische Lüftungssysteme führt zu einer erheblichen Reduktion des technischen Wartungsaufwands und senkt die Betriebs- und Energiekosten des Gebäudes. Die Nutzer erhalten durch die manuell steuerbaren Fenster ein hohes Maß an Kontrolle über das Raumklima, was sich positiv auf die Zufriedenheit auswirkt. Gleichzeitig werden durch die einfache Konstruktion potenzielle Fehlerquellen minimiert.

Seit der Inbetriebnahme im Jahr 2020 bestätigt die Praxis die Robustheit und Alltagstauglichkeit des natürlichen Lüftungskonzepts. Weder von Seiten der Nutzerinnen und Nutzer noch seitens der städtischen Betreiber wurden bislang Beschwerden hinsichtlich Luftqualität und Bedienung oder technischer Probleme gemeldet. Damit sind die Zuverlässigkeit des Systems und seine Eignung für den langfristigen Betrieb im Schulalltag gegeben.

6 Fazit

In Summe kann man festhalten, dass – vor allem in Zeiten knapper Kassen – Low-Tech-Ansätze die Prämisse sein sollten. Die Folgekosten für Wartung und Instandhaltung sind erheblich und werden zunehmend zu einer großen Bürde, die die öffentlichen Haushalte über lange Zeiträume übergebührend belasten. Dabei entspricht die Wartung meist noch nicht einmal den normativen bzw. gesetzlichen Anforderungen. Wer erbringt denn eine umfassende, professionelle Kanalreinigung in zehnjährigen Intervallen oder die nach § 74 GEG geforderte energetische Inspektion, ebenfalls alle 10 Jahre? Gleichzeitig werden die Austauschzyklen der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik immer kürzer. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, was an einfachen, für alle verständlichen technischen Lösungen – wie einem klassischen Lichtschalter – „falsch“ sein soll und dessen Funktion allen Menschen klar ist? Natürlich will niemand zurück in die Steinzeit, aber wieso sollte man mehr Technik verbauen als unbedingt notwendig? Es gibt Situationen, wo man um eine maschinelle Lüftung in Schulen nicht umhinkommt, etwa in Fachklassen, Versammlungsstätten oder bei einer großen Schallbelastung von außen. Wir sollten und dürfen jedoch eine maschinelle Lüftung nicht einfach als gegeben hinnehmen. Wie es anders geht, zeigen die dargestellten Projekte.

Die Gründe für eine maschinelle Lüftung in Schulen können letztlich widerlegt werden. Eine Energieeinsparung wird nur mit großem technischem Aufwand (variable Volumenstromanlage mit CO₂-Sensoren in jedem Klassenraum) sicher erzielt und dies auch nur dann, wenn ein fehlerfreier Betrieb sichergestellt werden kann (mit dem beschriebenen Aufwand in Wartung und Instandhaltung). Bleibt das Thema Luftqualität. Hierbei zeigt sich, dass – sofern schadstoffarme Räume gebaut werden – die Verantwortung für natürliches Lüften durchaus dem Nutzer übertragen werden kann. Eine schadstoffarme Umgebung sollte eine Selbstverständlichkeit sein. Es ist schwer nachzuvollziehen, dass noch anders gebaut werden darf, da doch eine geringe Schadstoffbelastung mit etwas Achtsamkeit in Planung und Bau herstellbar ist. Wieso gibt es in dem Dickicht der allgemein anerkannten Regeln der Technik keine Regel, die das vorschreibt?

Bleibt zum Schluss der Aspekt der Infektionskrankheiten (Corona). Durch Kaltluftabfall an den Fenstern und durch die Induktion warmer Luft, die von Personen verursacht wird, stellen sich Luftbewegungen ein, die zwangsläufig zu einer Verteilung von Aerosolen führen. Ein permanenter Luftaustausch durch eine maschinelle Lüftung würde die Konzentration reduzieren, aber nicht vermeiden. Eine Induktionslüftung, die von oben die Luft einbläst, verstärkt die Durchmischung und damit die Verteilung von Aerosolen. Selbst bei einer induktionsfreien Quelllüftung müsste die Frischluftmenge deutlich erhöht werden, um mittels maschineller Lüftung die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung signifikant zu reduzieren. Hinzu kommt, dass ein erhöhter Luftwechsel die Luft im Winter austrocknet, sofern die Luft nicht befeuchtet wird (was ebenfalls Folgekosten verursacht), was aufgrund der Austrocknung der Schleimhäute wiederum die Gefahr der Ansteckung mit Infektionskrankheiten erhöht. Vor diesem Hintergrund scheint die natürliche Lüftung die bessere Lösung zu sein … auch wenn Schüler im Fall einer Pandemie mit einer dicken Jacke im Klassenzimmer sitzen müssen.

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Literatur

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Autor:innen

Dr. Martin Gabriel, martin.gabriel@eniano.com
ENIANO GmbH, München
www.eniano.com

Felix Thumm, thumm@transsolar.com
Transsolar, Stuttgart
www.transsolar.com/de

Prof. Thomas Auer, thomas.auer@tum.de
Lehrstuhl für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen, Technische Universität München, Transsolar
www.arc.ed.tum.de/klima/startseite