Colasit
Kompakt zusammengefasst
■ In der Gesamtschule Oppum wurden für die Laborabzüge in den Räumen für den Chemie-, Biologie- und Physikunterricht hocheffiziente Kunststoff-Dachventilatoren mit PM-IE5-Motoren installiert.
■ Über das integrierte Steuergerät kann die Drehzahl des Permanentmagnetsynchronmotors geregelt und damit die Luftmenge exakt eingestellt werden. Das verringert die Leistungsaufnahme und das Betriebsgeräusch.
Wie eng pädagogisches Konzept und Schularchitektur zusammen gehören zeigen die beiden städtischen Fachbereiche Schule und das Zentrale Gebäudemanagement der Stadt Krefeld. Die SSP AG, Bochum, und die Gesamtschule Oppum in Krefeld planten den Raumbedarf mit der Summe von 23,6 Mio. Euro für den Neubau D und die Sanierung des teilweise denkmalgeschützten Baubestands Haus A, B und C.
Auf dem naturwissenschaftlichen Gebäude B in der Schmiedestraße 90 in Oppum wurden für die Laborabzüge in den Räumen für den Chemie-, Biologie- und Physikunterricht hocheffiziente Dachventilatoren mit PM-IE5-Motoren von Colasit installiert. Geplant wurde die TGA vom Ingenieurbüro Udo W. Kablitz, montiert von Domowart Gebäudetechnik.
Dachventilatoren von Colasit
Das Besondere an den Colasit-Dachventilatoren aus Kunststoff ist zum einen die nach der ErP(Ökodesign)-Richtlinie geforderte Energieeffizienz, zum anderen das für eine Installation einfache Plug-and-play-System mit angebautem IP66-Steuergerät. Ein Dachlüfter ist kontinuierlich Wind und Wetter ausgesetzt, weshalb die gegen schweres Strahlwasser geschützte wasserdichte Konstruktion hierfür bestens geeignet ist.
Die Drehzahl des Ventilators kann durch das integrierte Potentiometer stufenlos auf den erforderlichen Betriebspunkt eingestellt werden. Auch die Anbindung an eine GLT wäre über den vorhandenen Modbus oder CAN einfach zu realisieren. Dies ist in Schulen bisher jedoch eher unüblich. Hier liegt der Fokus eher auf robusten sowie einfach und sicher einzubauenden Lösungen.
Aspekte wie Verfügbarkeit, die Möglichkeit zur Reparatur (Ersatzteilmontage ohne Sonderwerkzeug) sowie ein einfaches Recycling sind zu Recht wesentliche Belange in unserer Gesellschaft. Die EU hat jedoch erkannt, dass die Effizienz im Betrieb genauso bedeutend wie der Einsatz des verwendeten Materials ist.
Die auf dem Dach des modernisierten Schulgebäudes installierte Anlage entspricht bereits der geplanten EU-Ökodesignrichtlinie 202x für Ventilatoren und übertrifft die neue Motorenrichtlinie 1781/2019. Das Steuergerät und der Antriebsmotor sind zwei getrennte aber exakt aufeinander abgestimmte Komponenten. Der PM-Motor (Permanentmagnetsynchronmotor) entspricht der höchsten Effizienzklasse IE5 und hat damit eine besonders geringe Leistungsaufnahme.
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Energiesparende Lösung
Eine funktionstüchtige Raumlüftung ist das A und O, insbesondere in der Heizperiode, um eine hygienisch bedenkliche Raumluftqualität auszuschließen. Im übertragenen Sinne gilt dies ganzjährig für Laborabzüge, wobei es hier klare gesetzliche Anforderungen gibt. Die hierfür eingesetzten korrosionsgeschützten Dachventilator CRDV-D 200/200 (Bild 1) sind durch die einfache Inbetriebnahme nach wenigen Minuten betriebsbereit.
Durch die Drehzahlvariabilität kann der notwendige Luftstrom energiesparend exakt eingestellt werden. Das verringert gegenüber dem „Auslieferungszustand“ die Leistungsaufnahme deutlich – eine Drehzahlreduktion um 20 % bewirkt bereits eine Halbierung des Stromverbrauchs und damit der CO2-Emissionen für die Energieerzeugung und -bereitstellung.
Bei den verbauten PM-Motoren der höchsten Effizienzklasse IE5 handelt es sich um eine Weiterentwicklung der bekannten EC-Technik, mit kleinem Motorbauraum ist der PM-Motor ideal für die Innenkapsel von Kunststoff-Dachventilatoren. Die Motorabwärme wird aus der Kapsel über einen separaten Kühlluftvolumenstrom abgleitet.
Zusammen mit dem Steuergerät in IE2 erreicht das Gesamtsystem die besten Klassifizierung in IES2 gemäß DIN EN IEC 61800-9-2:2018. Die Leistungsaufnahme wird dadurch von ursprünglich 120 W um 10 % reduziert. Der SFP(specific fan power)-Wert verbessert sich um eine Kategorie von 3 auf 2.
Die für die drei Lüfter eingesparten rund 30 W Anschlussleistung und 263 kWh/a Strombedarf im Dauerbetrieb erscheinen mit Blick auf das einzelne Gebäude zunächst unbedeutend. Mit einem spezifischen CO2-Emissionsfaktor im deutschen Strommix 2019 von 0,401 kgCO2/kWh (Prognose Umweltbundesamt) werden dann 105 kg an CO2-Emissionen pro Jahr vermieden.
In Deutschland gibt es allerdings rund 32 000 Schulen. Die benötigen zwar nicht alle Laborabzüge, aber ebenfalls sicher funktionierende Lüftungen. Entsprechend groß ist der Hebel energieoptimierter Ventilatoren bzw. Lüftungssysteme. Überträgt man nur die für einen kleinen Teil der Gesamtschule Oppum erreichte CO2-Vermeidung auf 32 000 Schulen sind es bereits 3360 tCO2/a. Bei einer flächendeckenden maschinellen Lüftung aller Unterrichtsräume in Schulen würde der Unterschied um mehrere Größenordnungen höher liegen.
Leise Lösung
Ein weiterer Vorteil der Drehzahlveränderbarkeit über die angebaute Steuerung besteht darin, dass der Abluftvolumenstrom an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden kann. Der oft verwendete 24/7-Ansatz ist für einen Schulbetrieb sicherlich nicht zielführend, selbst wenn der Ventilator mit Steuereinheit zunächst eine höhere Investition bedeutet.
Jede Strömungsmaschine emittiert Lärm, der durch Reduktion der Drehzahl deutlich verringert werden kann. Wenn beispielsweise der Ventilator anstatt mit 3000 min–1 nur mit 1500 min–1 betrieben wird, wird der Schallleistungswert um etwa 15 dB reduziert. Das ist eine sehr große Differenz, mit einer Halbierung der Schallleistung wird dieser Pegel um 3 dB verringert.
Von den drei Dachventilatoren misst man in 3 m Entfernung als Immission einen Schalldruckpegel von 45 dB(A), da sich die Erhöhung von drei identischen Schallquellen um die + 5 dB mit dem Entfernungseinfluss zueinander auf dem Dach gerade aufhebt. Die gemessenen 45 dB/A) wären tagsüber sogar als Beurteilungspegel für Kurgebiete und Krankenhäuser nach der TA Lärm erlaubt, wobei dieser Wert in den Hofpausen deutlich übertroffen wird.
Unkomplizierte Lösung
Das Aufsetzen auf den Dachsockel und das Anschließen an die saugseitige senkrecht aus dem Gebäude geführte Rohrleitung ist aufeinander abgestimmt. Der Installateur setzt den gewichtsreduzierten Ventilator inklusive Dachaufbauflansch auf einen bauseitigen Sockel und schließt das Saugrohr zur Körperschalltrennung über eine flexible Manschette an (Bild 2).
Durch die Vorinstallation der Steuereinheit und des Hauptschalters an der Maschine ist für den elektrischen Anschluss nur das Auflegen der Zu- und ggf. der Steuerleitung erforderlich (Bild 3 und 4). Die Ventilatoren werden über analoge 0…10 V Signale aus der Leitzentrale gesteuert (Bild 5). Alternative wäre eine BUS-Steuerung möglich.
Um eine Verschmutzung des Laufrads oder des Gehäuses nach Wartungsplan zu überprüfen, bedarf es beispielsweise einer Inspektionsöffnung. Für ATEX-Ventilatoren wird vom Gesetzgeber eine regelmäßige Prüfung eingefordert, der Betreiber sollte dazu ein Protokoll zum Nachweis führen.
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Bei Dachlüftern wird auf eine zusätzliche Öffnung in der Regel verzichtet. Bei den verbauten Ventilatoren sind die Ober- und Unterteile mit nur einer Schraube am Bund über den Edelstahlspannring miteinander verbunden. Eine serviceorientierte Wartung ist so zeitsparend möglich. Das Abheben der Oberhaube legt alle rotierenden und damit kritischen Teile wie Laufrad und Motor sofort frei.
Unempfindliche Lösung
Die letzten Jahre haben es gezeigt: Wir werden es in Deutschland immer öfter erleben, dass im Hochsommer auf dem Dach im Schatten über 40 °C und in der prallen Sonne Temperaturen weit über 60 °C an den Geräten auftreten. Dafür ist es vorteilhaft, dass die schwerentflammbaren Kunststoffe aus extrudiertem Plattenmaterial für Temperaturen über 60 °C im Gegensatz zu Pulvervarianten geeignet sind.
Lediglich im ATEX-Bereich für explosive Gemische muss aufgrund der Normvorgabe DIN EN 14 986:2017 auf max. + 60 °C beschränkt werden. Die Korrosionsbeständigkeit eines Thermoplasts wie das verwendete Polypropylen (PP) ist gegenüber Umwelteinflüssen sowieso gegeben.
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Arbeitsschutz
Das Problem mangelhafter Raumluftluftqualität in Bildungseinrichtungen gibt es nicht erst seit der Coronavirus-Pandemie; es ist nur dadurch neu ins Bewusstsein gerückt worden. Grundlage für Sicherheit und Gesundheitsschutz bildet der Arbeitsschutzstandard des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales (BMAS).
In der SARS-CoV-2-Arbeitsschutzregel wurden für den Zeitraum der Epidemie die Anforderungen der Verordnungen zum Arbeitsschutzgesetz hinsichtlich des Infektionsschutzes zusätzlich konkretisiert. Darauf aufbauend formuliert der „SARS-CoV-2 – Schutzstandard Schule“ vom 25. September 2020 branchenspezifische Empfehlungen zur Umsetzung von Schutzmaßnahmen in allgemeinbildenden und berufsbildenden Schulen.
Ziel dieser Schutzmaßnahmen ist es, „die Sicherheit und Gesundheit aller am Schulleben Beteiligten zu gewährleisten, durch Unterbrechung der Infektionsketten die Bevölkerung zu schützen, den Schulbetrieb unter Berücksichtigung der besonderen Hygiene- und Schutzmaßnahmen sicherzustellen sowie Schulschließungen zu vermeiden und zugleich einen mittelfristig andauernden Zustand flacher Infektionskurven herzustellen.“
Neben den allgemeinen Verhaltensregeln, (Wahrung von Abstand), sowie durch verbesserte Hygiene (wie regelmäßiges Händewaschen) ist auch die Gestaltung der Arbeits-, Lehr- und Lernumgebung u. a. durch Sicherstellung des Mindestabstands und einer ausreichenden Lüftung, entscheidend.
Eine kontinuierliche Erneuerung der über die menschliche Atmung mit CO2 angereicherten Raumluft gewährleistet eine hygienisch unbedenkliche Luftqualität, gleichzeitig wird durch das Belüften die Konzentration potenziell virushaltiger, luftgetragener Aerosole verringert. Für die Fachräume selbst wurde hierzu ein separates Lüftungssystem installiert.
Laborabzüge
Unter etwas anderen Vorzeichen gelten die gleichen Kriterien für Abzüge. Ihre grundsätzliche Aufgabe ist es, eine gefährliche Konzentration von Gasen, Dämpfen oder Stäuben im Abzug zu verhindern. Insbesondere müssen explosionsfähige Atmosphären im Abzugsinneren unbedingt verhindert werden. Durch die Absaugung werden Lehrer und Schüler vor verspritzenden und gesundheitsgefährdenden Stoffen geschützt.
Wie aktuell beim „SARS-CoV-2 – Schutzstandard Schule“ ist zum Erreichen der Schutzziele die Rangfolge der Maßnahmen, das aus den Grundsätzen des §4 ArbSchG abgeleitet T-O-P-Prinzip zu beachten: Zuerst sollen immer die technischen Maßnahmen (T), siehe Kapitel 5.5 in der Technischen Regel für Betriebssicherheit TRBS 1111, ausgeschöpft werden. Dann sind es die organisatorischen (O) Maßnahmen und wenn diese nicht ausreichen, sollte zu den persönlichen Schutzmaßnahmen (P) gegriffen werden.
Technische Maßnahmen haben Vorrang vor organisatorischen Maßnahmen / Mitteln, weil auf den Menschen nicht immer Verlass ist, analog dazu haben organisatorische Maßnahmen Vorrang vor personenbezogenen Maßnahmen.
Eine ausreichende und gut funktionierende Lüftung, die beispielsweise durch eine einfach handhabbare oder automatisierte Drehzahlanpassung an die notwendigen Erfordernisse bzw. an den Bedarf der Betreiber oder der Nutzung angepasst werden kann sowie entsprechende Ventilatoren für Abzüge, entsprechen genau den Vorgaben, die der Gesetzgeber über § 4 ArbSchG macht.
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