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Einsparungen bei bedarfsgeregelter Lüftung

Studien zeigen, dass die Raumluftqualität in direkter Verbindung mit dem menschlichen Wohlbefinden und der Produktivität steht. So spricht z.B. die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin davon, dass „sie [verbrauchte Luft] zu Beeinträchtigungen der Konzentrations- und Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter führen [kann]“. Ein Indikator für die Qualität der Raumluft ist der CO2-Gehalt, der die Anwesenheit von Personen in Innenräumen aufzeigt. Ist er hoch, ist das ein Anzeichen für ein unzureichend funktionierendes Lüftungssystem und häufig auch ein Hinweis auf unangenehme Gerüche. Das naheliegende Gegenmittel, die Fenster stetig geöffnet zu halten, sorgt zwar für frische Luft, treibt gleichzeitig aber auch den Gebäudeenergieverbrauch in die Höhe.
Ein Lösungsansatz für verbessertes Raumklima bei geringeren Betriebskosten ist eine bedarfsgeregelte Lüftung (DCV – Demand Controlled Ventilation), basierend auf der Messung des CO2-Gehalts. Hierfür ist die Wahl geeigneter CO2-Messtechnik nicht nur unter dem Aspekt der anfänglichen Messgenauigkeit besonders wichtig, sondern auch im Hinblick auf die Langzeitkonstanz.

Vorgaben für Raumklima und Energieverbrauch

CO2 wird in ‚parts per million‘ (ppm) gemessen. Die typische CO2-Konzentration in der Außenluft liegt zwischen 350 und 450ppm, der übliche CO2-Gehalt in Büroräumen erreicht Werte zwischen 600 und 800ppm. Wie hoch die CO2-Konzentration in genutzten Innenräumen werden kann, hängt von mehreren Faktoren ab: Anzahl der Personen, Raumvolumen, Aktivität der Innenraumnutzer, Zeitdauer der Raumnutzung, Verbrennungsvorgänge im Innenraum sowie Luftwechsel bzw. Außenluftvolumenluftstrom. Die tolerierbare CO2-Konzentration liegt bei maximal 1.000ppm. Um den Lüftungsbedarf wirtschaftlich zu bestimmen, hat sich die Messung des CO2-Gehalts bewährt. Durch eine CO2-gesteuerte Lüftung anstelle einer Abschätzung der anwesenden Personen kann die Raumluft ohne überhöhten Luftaustausch und ohne Energieverschwendung bedarfsgerecht frisch gehalten werden.

Herausforderung Messgenauigkeit

Die Prozessstabilität des Lüftungssystems im Gebäude wird in der Regel nur während der Inbetriebnahme kontrolliert, und eingestellt. Ist die Anlage installiert, wird erwartet, dass die CO2-Fühler mindestens fünf Jahre problemlos funktionieren. Deshalb ist die Wahl der CO2-Technologie nicht nur unter dem Aspekt der anfänglichen Messgenauigkeit besonders wichtig, sondern auch in Hinblick auf die Langzeitkonstanz. Die meisten Hersteller von CO2-Sensoren bieten eine Ausgangsgenauigkeit im Bereich von ±50 bis 100ppm bei Konzentrationen von 1.000ppm an. Die Funktionsweise einiger Produkte auf dem Markt basiert auf der Annahme, dass der CO2-Gehalt leerer Räume bei ca. 400ppm liegt, so dass die Sensormesswerte dementsprechend angepasst werden können. Je nach Jahreszeit und Standort – ob nun eher ländlich oder städtisch – können die Hintergrundwerte aber im zweistelligen ppm-Bereich variieren. Andererseits werden die CO2-Werte in Gebäuden mit dauerhafter Belegung womöglich nie die dieser Annahme zugrunde liegenden Ruhekonzentrationen erreichen, obwohl eine bedarfsgeregelte Lüftung zur Optimierung der Luftqualität und zur Senkung des Energiebedarfs eingesetzt wird. Um strikte Genauigkeitsbestimmungen einzuhalten, stellen diese Unsicherheiten in der eigentlichen Mindestkonzentration eine große Herausforderung dar. Soll z.B. die Regelung in einem Raum einen CO2-Gehalt von < 800ppm aufrechterhalten, und der Fehlerbereich des Sensors liegt bei 80ppm, kann die Abweichung zu Fehlalarmen führen: Wenn der CO2-Gehalt zu niedrig ist, wird die Frischluftzufuhr eingeschränkt. Ist er zu hoch, wird dem Raum mehr frische Außenluft zugeführt, als erforderlich. Das Problem wird sich im Laufe der Zeit auch noch verschärfen, wenn der Fühler keine gute Langzeitstabilität aufweist.

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