–Was sind die Vorteile einer Klimaanlage für Studenten?

Laut einer Umfrage des Nationalen Zentrums für Bildung und Wirtschaft verbringen Kinder und Jugendliche sowie ältere Schüler und Lehrer in aller Welt durchschnittlich sieben Stunden pro Tag in der Schule, und das an über 180 Tagen im Jahr. Schulen und Universitäten sind für viele Schüler wie ein zweites Zuhause, insbesondere in Südkorea, wo 220 Schultage die Regel sind. Es versteht sich von selbst, dass ihr Wohlbefinden und ihr Komfort in diesen Einrichtungen mit der gleichen Gründlichkeit betrachtet werden sollten wie das von Arbeitnehmern am Arbeitsplatz.

Spezialisierte Institutionen wie die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) und die Environmental Protection Agency (EPA) bieten jeweils Richtlinien an (auf die wir uns im Folgenden beziehen), um optimale Bedingungen für die Innenraumluftqualität (IAQ) in diesen Räumen zu schaffen. Im Falle der USA haben jedoch verschiedene Bezirke oder Bundesstaaten ihre eigenen Anweisungen für Schulen, die von den Empfehlungen der Experten abweichen können, was dazu führt, dass die Standards nicht immer mit den Empfehlungen übereinstimmen. Dies ist auf der ganzen Welt unterschiedlich. In einer Umfrage der Weltgesundheitsorganisation (WHO) wurden die Mitgliedsländer in Europa gebeten, einen Fragebogen zu den Richtlinien für die Schulumgebung auszufüllen; nur 45 % der antwortenden Länder verfügten über IAQ-Standardverfahren für Schulen. In den USA verfügen nach Angaben der EPA etwa 50 % der Schulen nicht über einen IAQ-Managementplan.

Bei den Vorschriften für Heizung, Lüftung und Klimaanlagen (HVAC) in Schulen und Universitäten gibt es noch viel zu tun. Aus diesem Grund möchten wir in diesem Artikel anhand einer Fallstudie von Johnson Controls-Hitachi Air Conditioning beleuchten, wie sich die Umgebung auf das Lernen und die Leistung der Schüler auswirken kann und wie sie von einer optimalen Luftqualität profitieren können. 

Raumluftqualität in Schulen

Bei der Messung oder Überwachung der Luftqualität in Innenräumen gibt es einige wichtige Indikatoren, auf die man achten sollte. Der häufigste dieser Indikatoren ist das Vorhandensein von Luftschadstoffen und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs). Bei einigen dieser Schadstoffe handelt es sich um Chemikalien, die von Reinigungsmitteln, Pestiziden und Farben freigesetzt werden, wie Formaldehyd und Benzol. Andere können natürlich in der Luft vorhanden sein, sind aber in höheren Konzentrationen giftig, wie z. B. Kohlendioxid (CO2). Hohe CO2-Konzentrationen treten vor allem in Räumen mit hoher Belegung auf, was in der Regel bei Klassenräumen der Fall ist. Andere Schadstoffe sind Schimmelpilzsporen, die in feuchten Umgebungen wie Toiletten und Umkleideräumen gedeihen. 

Je mehr Schadstoffe vorhanden sind, desto schlechter ist die Qualität der Innenraumluft. Die EPA weist darauf hin, dass 20 % der Schulen in den USA im Jahr 1999 eine unbefriedigende Innenraumluftqualität meldeten. Die Auswirkungen dieser Verbindungen auf die Gesundheit von Kindern werden durch ihr sich noch entwickelndes Immunsystem noch verstärkt. Einige dieser Schadstoffe sind auch Auslöser für Schüler mit Atemwegsproblemen wie Asthma und Allergien, wodurch die Zahl der Fehltage in der Schule steigt. Zu den häufigen Symptomen, die durch schlechte IAQ verursacht werden, gehören Kopfschmerzen, Husten und Niesen sowie Müdigkeit. In unserem Artikel erfahren Sie mehr über IAQ und seine Auswirkungen auf die Bildung von Kindern.

Belüftung in Bildungseinrichtungen

Um die Luftqualität in Innenräumen zu verbessern, ist die Zufuhr von Frischluft in die Räume von entscheidender Bedeutung. Dies kann durch natürliche oder mechanische Belüftung geschehen. Die Belüftung kann anhand der Luftwechselrate (AER) gemessen werden. Je mehr Luftaustausch pro Stunde stattfindet, desto geringer ist die Konzentration von Schadstoffen in der Innenraumluft. Auch überschüssige Feuchtigkeit in Gebäuden wird durch Lüften abgeführt. In der oben erwähnten WHO-Studie wurde auch festgestellt, dass die meisten Schulen aufgrund schlechter Belüftung stickige Klassenzimmer haben, insbesondere im Winter, weil es keine angemessene Heizung gibt. Eine Studie zur Bewertung der Luftqualität und Belüftung in Schulen in Michigan ergab außerdem, dass die Belüftung in vielen Schulen unzureichend war, da nur 27% der Klassenräume den ASHRAE-Standard von 3 Luftwechseln pro Stunde erreichten.

Die Belüftungsstrategie einer Schule sollte auch Außenfaktoren wie Wetter, Temperatur, Pollenflug und Verschmutzung berücksichtigen. Auf diese Weise können Schulen von einer Kombination aus natürlicher und mechanischer Belüftung profitieren, wobei bei schlechter Außenluftqualität auf die mechanische Belüftung zurückgegriffen wird.

Bestimmte Bereiche, wie Schulkantinen, Kunsträume oder Toiletten, benötigen im Idealfall spezielle Abluftanlagen. Eine wirksame Abluftanlage entfernt Schadstoffe aus dem Raum, indem sie diese absaugt und durch die Lüftungsöffnungen ins Freie drückt. In Schulen können sich Feuchtigkeit, Dämpfe vom Kochen, Anstrichstoffe und Reinigungsmittel ansammeln, so dass Abluftventilatoren eine Notwendigkeit sind.

Schulgebäude haben jedoch besondere Herausforderungen, die einem optimierten HLK-System im Wege stehen. Oftmals werden öffentliche Bildungseinrichtungen mit günstigeren Baumaterialien gebaut, um die Kosten zu senken, oder es handelt sich um ältere Gebäude. In diesen Fällen sind die Möglichkeiten für eine effektive Installation von HLK-Systemen eingeschränkt, da Kanalsysteme nicht in allen Gebäudetypen praktikabel sind oder der Platz für die Installation der Geräte begrenzt ist. 

Welche Temperatur ist die beste für ein Klassenzimmer?

Die Bestimmung der idealen Temperatur für ein Klassenzimmer ist nicht einfach, und sie unterscheidet sich natürlich je nach Land und Klima. Die gesundheitlichen Auswirkungen einer schlechten Luftqualität sind bekannt, aber ebenso besorgniserregend und weniger bekannt ist, dass das Klima auch die schulischen Leistungen der Schüler beeinflusst. Schulabsentismus ist ein weit verbreitetes Problem, das sich wiederum auf die Fortschritte der Schüler und ihre schulischen Leistungen auswirkt. Chronische Atemwegserkrankungen (z. B. Asthma) stehen in direktem Zusammenhang mit unzureichender Anwesenheit aufgrund schlechter Luftqualität, aber auch eine unzureichende Infrastruktur und Umgebung kann eine häufige Ursache sein.

• Thermische Behaglichkeit. Das Konzept des thermischen Komforts bezieht sich auf das richtige Wärmeempfinden, nicht zu kalt und nicht zu warm. Laut ASHRAE sollte in Klassenzimmern im Winter eine Mindesttemperatur von 22 ºC (72 ºF) und im Sommer eine Temperatur von 24 ºC (75 ºF) herrschen, bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40-60 %. 

Bei extremen Temperaturen, wie z. B. Hitzewellen und Kälteeinbrüchen, müssen Schulen, die nicht mit geeigneten HVAC-Systemen ausgestattet sind, ihre Aktivitäten einstellen und die Klassenräume schließen. An immer heißeren Sommertagen ist es für die Schüler unangenehm und erdrückend, in Räumen ohne Klimaanlage oder an eisigen Wintertagen ohne Heizung den Unterricht zu besuchen, was zu einem Rückgang der Schülerzahl führt.

• Temperatur und Verhalten. Da die Daten eine Zunahme von Straftaten an heißen Sommertagen zeigen, haben Studien begonnen, ein Muster zu erkennen, das Hitze mit Reizbarkeit und Kurzatmigkeit in Verbindung bringt. Schüler in heißen Klassenzimmern neigen möglicherweise eher zu reizbarem Verhalten oder beeinflussen die Wahrnehmung des Verhaltens der Schüler durch die Lehrer negativ. Extreme Temperaturen werden auch mit mangelnder Motivation in Verbindung gebracht, da es schwieriger ist, sich auf Aufgaben zu konzentrieren, da sich der Körper nur schwer an die Temperatur anpassen kann. 

• Auswirkungen auf die schulischen Leistungen. Mangelnder Wärmekomfort wirkt sich direkt auf das Lernen aus, wie die Ergebnisse einer Studie der Harvard University zeigen. Heißere Länder schneiden bei akademischen Leistungstests tendenziell schlechter ab, und bei einem standardisierten Test in High Schools ohne Klimaanlage gehen die Ergebnisse der Studie noch weiter. Die Ergebnisse zeigen, dass jeder Temperaturanstieg um 1 ºF (0,56 ºC) das Ergebnis eines Schülers um 1 % des Lernwerts eines Jahres verschlechtert. Einer anderen Studie zufolge, die in finnischen Schulen durchgeführt wurde, schnitten Schüler, die sich wohler fühlten, 4 % besser ab als ihre Mitschüler.

Auch bei der Luftqualität und der Belüftung wurde ein gewisser Zusammenhang mit den schulischen Leistungen festgestellt. In einer Studie an 100 Grundschulen in den USA erzielten Schüler mit höherer Belüftungsrate bessere Noten und hatten ein genaueres Bildgedächtnis und eine bessere Worterkennung.

Empfehlungen zur Energieeinsparung

Angesichts begrenzter Ressourcen und knapper Budgets können Bildungseinrichtungen von einer HLK-Strategie, die auf Energieeffizienz und die Reduzierung von Energieverschwendung abzielt, stark profitieren. Hier sind einige Empfehlungen für energieeffizientere und umweltfreundlichere HLK-Systeme in Schulen:

• Natürliche Belüftung, wenn möglich. Die Förderung der natürlichen Belüftung durch Fenster und Türen trägt dazu bei, Feuchtigkeit, flüchtige organische Verbindungen (VOC), Allergene und andere Schadstoffe aus den Räumen zu entfernen, ohne dass dabei Energie verbraucht wird. Manchmal ist es jedoch nicht sicher, natürlich zu lüften, z. B. in der Allergiesaison oder an Tagen mit hoher Luftverschmutzung, wenn die Außenluftqualität schlechter ist als die IAQ. Oder an Tagen mit extremem Wetter, wenn es zu heiß oder zu kalt ist, um die Fenster zu öffnen. In diesen Fällen ist ein hybrides Lüftungssystem am effektivsten, da man sich nur bei Bedarf auf die mechanische Lüftung verlassen kann. 

• Ventilatoren. Die Installation von kindersicheren Ventilatoren in Klassenzimmern kann das Gefühl der Abkühlung und des Komforts erhöhen, ohne die Temperatur zu senken. Ein gutes Beispiel für effiziente und klassenzimmersichere Ventilatoren sind Deckenventilatoren, die eine gleichmäßigere Temperatur im Klassenzimmer erreichen können, indem sie die aufsteigende warme Luft ableiten.

• Isolierung. Die Aufrechterhaltung des thermischen Komforts und die Verhinderung des Austretens von Feuchtigkeit können weitere Probleme mit Temperaturverlusten und Feuchtigkeit verringern. Die Abdichtung des Gebäudes mit Dämmstoffen und die Überprüfung der Dichtungen an Fenstern und Türen können den Energieverbrauch für die Kühlung im Sommer und die Heizung im Winter senken, da der Wärmeverlust sehr gering ist.

• Auswahl energieeffizienter Klimasysteme. Die Berücksichtigung der Infrastruktur, um die optimale Lösung für jeden Fall zu finden, kann Energie einsparen. Einige Systeme bieten bessere Technologien zur Steigerung der Effizienz und zur Senkung des Verbrauchs, wie z. B. Wärmerückgewinnungssysteme, die die Abwärme zum Heizen wiederverwenden.

Welche Art von Klimagerät sollte in Schulen installiert werden?

Auch wenn jede Schule ihre eigenen Bedürfnisse hat, bietet die Hitachi-Produktreihe mit variablem Kältemittelfluss (VRF) ideale Lösungen für Bildungseinrichtungen. Systeme mit variablem Kältemittelfluss passen die Kältemittelmenge, die zu jedem Innengerät fließt, automatisch an, was zu einer besseren Temperaturregelung führt. Diese Systeme bieten Kühlung und Heizung für mehrere Räume, wobei mehrere Innengeräte mit nur einem Außengerät verbunden sind. Die vielseitigen und effizienten VRF-Systeme ermöglichen die Installation verschiedener Arten von Innengeräten, wie z. B. Wandgeräte, Kassettengeräte, Kanalgeräte usw. Die benutzerfreundlichen Bedienelemente und die individuelle Anpassung verbessern die Erfahrung und die Effizienz von Raum zu Raum.

Die Wärmerückgewinnung der Hitachi VRF-Baureihe ermöglicht das gleichzeitige Heizen und Kühlen verschiedener Räume und ist sogar noch energieeffizienter, da sie die Abwärme aus der Kühlung eines Raumes zur Beheizung eines anderen Raumes nutzt. Erfahren Sie in unserem Artikel, wie die Hitachi VRF-Wärmeübertragung funktioniert und welche Vorteile sie in verschiedenen Räumen bietet.

Die Vorteile der Klimatisierung im Bildungswesen

Wie Sie gesehen haben, gibt es eindeutige Beweise dafür, warum Schulen, Hochschulen, Universitäten und andere Bildungseinrichtungen die Vorteile der Klimatisierung nutzen sollten, um den Komfort und die Leistung der Schüler zu verbessern und eine HLK-Strategie zu entwickeln. 

Ein hervorragendes Beispiel dafür ist auch eine unserer Fallstudien, nämlich die North Kellyville Public School in Australien. Die Schule qualifizierte sich für die Teilnahme am Cooler Classrooms Program des NSW Department of Education, mit dem die Lernumgebung in Schulen verbessert werden soll, in denen die durchschnittlichen Höchsttemperaturen im Januar 30°C und mehr erreichten. Ein Hitachi-VRF-System, bestehend aus 24 Set Free Σ (Sigma)-VRF-Einheiten, wurde so konzipiert, dass es sich an die Einrichtungen der Schule anpasst und Komfort sowie die hohe Energieeffizienz und Regelbarkeit von Hitachi bietet. Trotz der Hindernisse, wie z. B. der Notwendigkeit, die bestehende Zwischendecke zu entfernen, können die Schüler der North Kellyville K-6 das Lernen im australischen Sommer bequem genießen. 

Weitere Informationen über die Hitachi VRF-Reihe und die Vorteile eines voll flexiblen Systems finden Sie hier.