Studie: Klassenraum-Sanierung mit Decken­lüftungs­lösung

Im Rahmen einer Interventionsstudie¹Interventionsstudie zur Luftqualität, Raumakustik und Beleuchtung in Schulen — Heinz Trox Wissenschafts gGmbH, Aachen wurden vier unterschiedliche Klassenräume an drei Schulen in Neukirchen-Vluyn saniert und die Verbesserungen der Raumsituation vermessen. Das Ziel war, gleichzeitig die Luftqualität, den thermischen Komfort, die Raumakustik sowie die Beleuchtung in einem einzigen baulichen Schritt zu verbessern. Herzstück der Arbeiten war jeweils eine Deckenlüftungs-Lösung. Der Interventionsstudie ging eine Feldstudie an 23 Schulen in NRW voran, die grundlegende Defizite in allen genannten Aspekten aufgezeigt hatte.

Feldstudie zeigt Bedarf

In der Feldstudie wurden zunächst von April bis Juli 2019 stichprobenartig an 23 Schulen in insgesamt 48 Klassenräumen in Aachen und Neukirchen-Vluyn messtechnische Untersuchungen durchgeführt. Während des Unterrichts wurden Messungen zur Luftqualität und zum thermischen Komfort vorgenommen. Ebenso wurde minütlich die Anzahl der anwesenden Schülerinnen und Schüler sowie Fenster- und Türöffnungen erfasst. Die jeweilige Beleuchtungssituation wurde in den Pausen vermessen. In akustischen Messungen außerhalb des Unterrichts konnten auch Größen wie die Nachhallzeit erfasst werden. Die Auswahl der Schulen repräsentiert sowohl sanierte als auch nicht sanierte Gebäude

Zwei Raum-Szenarien, drei Deckenlüftungs-Lösungen

Durch die Auswahl der verschiedenen Räumlichkeiten konnten mit der Sanierung unterschiedliche Szenarien abgedeckt werden.

Szenario 1: Räume mit Rohdecke

An einer Grundschule wurden zwei ähnlich beschaffene Klassenräume gewählt. Zu Projektstart gab es noch keine technischen Maßnahmen für Belüftung, Akustik oder Beleuchtung.

Szenario 2: Räume mit bereits abgehängter Decke

Weiterhin wurden für die Studie zwei Räume mit bereits abgehängter Decke gewählt: ein Informatikraum einer Gesamtschule sowie ein Musikraum eines Gymnasiums (vgl. Steckbriefe).

Im Informatikraum gab es zu Projektstart ebenfalls keine maschinelle Belüftung und nur konventionelle Beleuchtung über Leuchtstoffröhren.

Der Musikraum verfügte lediglich über sechs elektrisch ankippbare Lichtkuppeln, die bei Regen, Schnee oder anderen ungünstigen Umgebungsbedingungen nicht zum Lüften geöffnet werden können. Dafür gab es zu Projektstart bereits eine abgehängte Akustikdecke mit Absorberplatten.

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Umgesetzte Sanierungsmaßnahmen

Alle Sanierungsmaßnahmen fanden während der Schulferien statt, so dass der Unterricht nicht beeinträchtigt wurde.

In allen vier Räumen wurde eine Lüftungslösung in der Decke gewählt. Installiert wurde jeweils ein Deckenlüftungsgerät, das an den vorhandenen Heizkreis angebunden ist. Hinzu kamen Systemdecken mit 15 Millimeter dicken Absorberplatten, um den Nachhall in den Räumen zu reduzieren. Die Beleuchtung wurde mit LEDs und Sensoren modernisiert und energieeffizienter gestaltet.

Im Detail wurden unterschiedliche Ansätze für die Installation des Deckenlüftungsgeräts und Beleuchtung umgesetzt, je nach Ausgangslage und Anforderungen aus der Raumnutzung: von der freihängenden Installation über eine Teil- bis Vollintegration des Deckenlüftungsgeräts und von der Installation einer teilweisen bis ganzflächigen Systemdecke.

Vorher-Nachher-Vergleich

Der Vorher-Nachher-Vergleich und eine Befragung der Schülerinnen und Schüler sowie des Lehrpersonals ergab eine insgesamt deutlich verbesserte Situation, bspw. bei der Beleuchtung:

Tabelle: Vergleich der Beleuchtung im unsanierten und sanierten Grundschul-Klassenraum

	unsaniert	saniert
Leistung	464 W	328 W
Beleuchtung min.	160 lx	590 lx
Beleuchtung max.	420 lx	1170 lx
Beleuchtung MW.	280 lx	980 lx
Tische < 300 lx	9 (64 %)	0 (0 %)
Tische < 500 lx	14 (100 %)	0 (0 %)
dimmbar	–	✓
Tageslichtabsenkung	–	✓
Präsenzmelder	–	✓
bildschirmarbeits- platztauglich	–	✓
vorauswählbare Lichtstimmungen	–	3

Exemplarische Kostenbetrachtung

Bei der Auswahl der obigen Sanierungslösungen wurde großer Wert auf deren Finanzierbarkeit gelegt. Wichtig ist dabei, dass auch Betrieb und Wartung technischer Lösungen von Anfang an einkalkuliert werden. So wäre etwa ein nicht hinreichend gewartetes Lüftungsgerät ohne regelmäßig gewechselte Filter der Luftqualität im Klassenraum nicht unbedingt zuträglich.

Die nachfolgende Kostenabschätzung zeigt, dass sinnvolle Lösungen nicht teuer sein müssen. Die Kalkulation bezieht sich exemplarisch auf die integrale Klassenraumsanierung des vorgestellten Grundschul-Klassenraumes mit blanker Betondecke und Einsatz von Einlegeleuchten.

Kosten	pro Jahr	pro Jahr	pro Tag	pro Tag
	EUR pro Klasse	EUR pro Person	EUR pro Klasse	EUR pro Person
Lüftung mit Heizkreiseinbindung	1.410	56,41	7,05	0,28
Beleuchtung	105	4,20	0,53	0,02
Akustikdecke	116	4,64	0,58	0,02
gesamt	1.631	65,24	8,16	0,33

Nur 1% mehr Gesamtkosten für Investition und Wartung

Um diese Kosten relativ einordnen zu können, hilft eine Auswertung des Statistischen Bundesamtes für die Gesamtausgaben je Schülerin und Schüler aufgeschlüsselt nach Schulart. Für das Haushaltsjahr 2015 lagen die Gesamtausgaben für öffentliche allgemeinbildende Schulen im Mittel bei 7.500 Euro. Personalkosten für Schulen und Verwaltung machen mit Abstand den größten Anteil an den Gesamtausgaben aus. Daneben entfallen im Durchschnitt 900 Euro auf laufende Sachausgaben und 400 Euro auf Investitionen einschließlich Schulgebäuden und anderer Sachgüter.

Bemerkungen und weitere Details zur genauen Kostenkalkulation

Vergleichbarkeit

Je nach Schulart und Bundesland variieren die zum Vergleich herangezogenen statistischen Gesamtkosten u.a. wegen unterschiedlicher Betreuungsverhältnisse, Pflichtstundenzahlen der Lehrkräfte, Besoldung, Klassengrößen und Besoldungsstrukturen.²Broschüre: Schulen auf einen Blick, Ausgabe 2018, Statistisches Bundesamt (PDF, 4 MB) Gemäß Statistischem Bundesamt sind die Unterschiede der Ausgaben zwischen den Bundesländern insbesondere auf landesspezifische Regelungen zur Lernmittelfreiheit sowie Unterschiede sowohl im Gebäudemanagement als auch im erforderlichen Modernisierungsaufwand begründet.

Im Detail wurden folgende Maßnahmen in dem betrachteten Klassenraum durchgeführt:

• Installation eines Deckenlüftungsgeräts einschließlich elektrischer Anschluss und Installation eines Raumbediengeräts
• Installation einer abgehängten und akustisch wirksamen Systemdecke mit Revisionsaussparungen
• Grundierung und Anstrich der Abkofferung sowie der verbleibenden Deckenfläche
• Installation von 12 LED-Einlegeleuchten einschließlichRückbau und Entsorgung der alten Beleuchtung

Getroffene Annahmen

Für die reinen Installationskosten des Lüftungsgerätes sowie die hydraulische Einbindung in den Heizkreis wurden die Ausgaben für alle vier sanierten Räume gemittelt. Wegen der eingeschränkten Vorhersagbarkeit der Strom- bzw. Gaspreisentwicklung sowie des starken Einflusses der tatsächlichen Betriebsstunden sind Betriebskosten in der Kalkulation nicht eingeschlossen.

Zur Kostenabschätzung werden weiterhin die nachfolgend vorgestellten Annahmen getroffen und die aktuell anerkannten Anforderungen und Richtlinien als gegeben betrachtet. Ein vorzeitiger Austausch des Lüftungsgerätes, der Beleuchtung oder der Systemdecke kann frühzeitig und vor Ablauf der hier angenommene Lebensdauer notwendig werden, wenn äußere Umstände oder schärfere Anforderungen dies erfordern.

• Für Nutzungsbedingungen in Grundschulen und weiterführenden Schulen gibt die Vornorm DIN V 18599-10:2008-09 (Tabelle A.8) für Klassenzimmer folgende Mittelwerte an:
  • 200 Nutzungstage pro Jahrmittlere jährliche Nutzungsdauer der Räume zur Tagzeit etwa 1400 h/a (täglich 8:00 bis 15:00)
  • mittlere jährliche Betriebszeit raumlufttechnischer Anlagen etwa 1800 h/a (täglich 6:00 bis 15:00)
• 25 Anwesende (24 SuS und eine Lehrkraft)
  Diese angenommene entspricht der tatsächlichen Besetzung des beispielhaft betrachteten Klassenzimmers und spiegelt typische Begebenheiten einer Grundschule wider.
• mittlere jährliche Wartungskosten: 200 €
  Dieser Betrag wurde unter der Voraussetzung angenommen, dass die in VDI 6022 Tabelle 8 geforderte Filterwechsel alle 12 Monate direkt durch die Haustechnik übernommen werden kann und weitere Wartungsarbeiten in größeren Intervallen durch eine externe Firma übernommen werden können.
• Lebenszyklus RLT-Gerät: 15 Jahre
  Dieser Wert entspricht der Angaben in VDI 2067 Blatt 1 (Tabelle 1). Tatsächlich können entsprechende Geräte allerdings häufig deutlich länger betrieben werden.
• Lebenszyklus LED-Beleuchtung: 35 Jahre
  Laut Hersteller sind für die eingesetzten Leuchten 50.000 Betriebsstunden bis zu einem Lichtstromrückgang auf 85 % des Anfangswertes angegeben. Mit der o. g. mittleren Nutzungsdauer und unter der Annahme, dass die Leuchten jeden Tag und die gesamte Zeit eingeschaltet sind, ergeben sich etwa 35 Jahre Nutzungsdauer. Auch darüber hinaus ist ein Betrieb der Leuchten durchaus denkbar. Es ist allerdings zu beachten, dass sich häufige Schaltvorgänge auf die Lebensdauer auswirken.
• Sanierungsintervall Systemdecke: 25 Jahre
  Eine typische Lebensdauer für die eingesetzte Systemdecke von OWA entspricht laut schriftlicher Angabe des Herstellers für diesen Anwendungsfall 25 bis 30 Jahre (objektbezogen garantierte Produktqualität über 30 Jahre).

Quellen & weiterführende Informationen

• 1
  Interventionsstudie zur Luftqualität, Raumakustik und Beleuchtung in Schulen — Heinz Trox Wissenschafts gGmbH, Aachen
• 2
  Broschüre: Schulen auf einen Blick, Ausgabe 2018, Statistisches Bundesamt (PDF, 4 MB)