Luftqualitätsmanagement und Umweltmanagement in Bildungs- und Ausbildungseinrichtungen (LUMUMBA)
Projektdurchführung
APPEAL Engineering UG
Oppenhoffallee 143
52066 Aachen
Zielsetzung
LUMUMBA zielt darauf ab, praktische Lösungen bereitzustellen, die Gebäudebetreibern und -planern dabei helfen, ein zufriedenstellendes Niveau der Raumluftqualität bei gleichzeitiger Optimierung der hierzu erforderlichen Energiebedarfe sicherzustellen. Hierbei verfolgt LUMUMBA den Ansatz eines Reallabors. Wissenschaftliche Methoden des standardisierten Innenraumluftqualitätsmanagements (nach ISO 16000-40) sowie des standardisierten Umweltmanagements (nach ISO 14001) werden partizipativ mit Lernenden in Bildungs- und Ausbildungseinrichtungen angewendet, um energieeffiziente Konzepte zu entwickeln, die der Bereitstellung einer hohen Raumluftqualität dienen. Zu diesen Konzepten zählen z. B. der unterstützende Einsatz von Luftreinigungsapparaten, die bedarfsangepasste smarte Fensterlüftung, die Erhöhung des Umluftanteils bei raumlufttechnischen Anlagen in Kombination mit Luftreinigungsapparaten und / oder der Einsatz dezentraler Lüftungsanlagen mit Wärmetauschern.
Zu den umweltrelevanten Zielen von LUMUMBA zählen (i) der Schutz der menschlichen Gesundheit durch bedarfsangepasste Lüftung in einer Umgebung, für die in Bezug auf luftgetragene Schadstoffe keine weitreichenden und verbindlichen immissionsschutzrechtlichen Bestimmungen gelten, (ii) die Ressourcenschonung durch Reduktion von lüftungsbedingten Heizenergieverlusten und damit verbundener Reduktion des Verbrauchs von vorwiegend fossilen Energieträgern, (iii) die Minderung von CO2-Emissionen durch reduzierten Verbrauch an fossilen Energieträgern zur Gebäudebeheizung, (iv) die Stärkung des Nachhaltigkeitsbewusstseins und -handelns der Lernenden in teilnehmenden Einrichtungen durch den zugrundeliegenden partizipativen Reallabor-Ansatz sowie (v) die nachhaltige Sicherung der gewonnenen Erkenntnisse durch Verankerung im Sinne betrieblicher Managementsysteme zur kontinuierlichen Verbesserung von Innenraumluftqualität und Umweltleistung der teilnehmenden Einrichtungen.
Die notwendigen Schritte umfassen die Identifikation und messtechnische Charakterisierung geeigneter Räumlichkeiten in den teilnehmenden Einrichtungen, die numerische Simulation von Luftqualität und lüftungsbedingten Energieverbräuchen der Räumlichkeiten, die Planung, Umsetzung und Validierung von Verbesserungsmaßnahmen sowie die Gesamtevaluation und Verstetigung der Ergebnisse.
Arbeitsschritte
LUMUMBA gliedert sich in vier Arbeitspakete: Messtechnische Charakterisierung geeigneter Räumlichkeiten (AP1), Ermittlung der Energieeinsparpotenziale der Lüftungssysteme durch Simulation und Optimierung (AP2), praktische Planung/Umsetzung/Betrieb/Optimierung/Validierung der Verbesserungspotenziale (AP3) und wirtschaftliche Einordnung und Perspektiven zum Aufbau von Managementsystemen nach ISO 14001 und ISO 16000-40 (AP4). Diese erfolgen jeweils im partizipativen Ansatz eines Reallabors gemeinsam mit den Lernenden in den teilnehmenden Einrichtungen. Der minimale Untersuchungsrahmen umfasst Räumlichkeiten mit freien Lüftungssystemen sowie Räumlichkeiten mit raumlufttechnischen Anlagen mit und ohne Lüftungsfunktion in drei Einrichtungen.
AP1 dient der Identifikation und messtechnischen Charakterisierung geeigneter Räumlichkeiten, die das Potenzial aufweisen zur Implementierung von energieeffizienten Maßnahmen der Raumluftqualitätsverbesserung. Eingangs wird auf Basis der baulichen und betrieblichen Gegebenheiten der zu untersuchenden Räumlichkeiten eine generelle Eignung für LUMUMBA analysiert.
Die Energieeinsparpotenziale im Zusammenhang mit den Potenzialen zur Verbesserung der Raumluftqualität werden in AP2 mittels numerischer Simulation bestimmt. Es handelt sich dabei also um die theoretische Evaluation der Implementierung energieeffizienter Maßnahmen zur Raumluftqualitätsverbesserung. Im Gegensatz zu AP1 erfolgt diese Evaluation jedoch auf Basis messtechnisch bestimmter Luftwechselraten und den damit verbundenen lüftungsbedingten Heizenergieverlusten in der Heizperiode.
Im Fokus des AP3 steht die Erhebung und Analyse von Betriebsdaten des in AP2 ermittelten optimierten Betriebszustands der untersuchten Räumlichkeiten. Eingangs erfolgt zu diesem Zweck die praktische Planung und Umsetzung der identifizierten Optimierungspotenziale für die energieeffiziente Bereitstellung hoher Raumluftqualität aufbauend auf den Ergebnissen von AP1 & 2. Die durch numerische Simulation ermittelten Optimierungsmaßnahmen werden nach erfolgter praktischer Realisierung messtechnisch charakterisiert.
AP4 dient der Gesamtevaluation und Verstetigung der Ergebnisse. Eingangs erfolgt eine individuelle wirtschaftliche Betrachtung der technisch-wissenschaftlichen Ergebnisse für die drei teilnehmenden Einrichtungen. Hierzu werden die für die jeweilige Einrichtung spezifischen Kosteneinsparpotenziale auf Basis von realen Messdaten für den laufenden Gebäudebetrieb kalkuliert.
Ergebnisse
Im Rahmen von LUMUMBA wurden 8 Einrichtungen mit 19 Räumen untersucht (KITA bis Hochschule) und der im Antrag vorgesehene Mindestrahmen von 3 Einrichtungen deutlich übertroffen; 14 Räume in 6 Einrichtungen wurden quantitativ und jahreszeitlich ausgewertet. Alle Räume sind ausschließlich natürlich belüftet. Die Bewertung nach AMEV 166 zeigte, dass kein Raum sämtliche baulichen Auslegungskriterien erfüllt, womit für alle Räume ein bedingter Bedarf einer mechanischen Lüftungsanlage besteht. Die sensorbasierten CO₂-Profile wiesen erhebliche Raum-zu-Raum-Variabilität auf; 7 von 14 Räumen erreichten den UBA-Mindestwert für nutzerspezifische Lüftungsvolumenströme (25–30 m³ h⁻¹ Person⁻¹) nicht. Die flächenspezifischen Lüftungswärmeverluste lagen bei 1–40 kWh m⁻² a⁻¹ und können bis zu 80 % des BBSR-Referenzheizbedarfs ausmachen – dies veranschaulicht den inhärenten Zielkonflikt zwischen hygienisch unbedenklicher Raumluftqualität und energieeffizientem Gebäudebetrieb. Als zentrales wissenschaftliches Ergebnis wurde eine CO₂-basierte 4×4-IAQ-Risikomatrix entwickelt, die Schweregrad (EN-16798-1-Kategorien) und Häufigkeit (prozentualer Zeitanteil von Überschreitungen) kombiniert und als reproduzierbares Entscheidungsunterstützungswerkzeug dient. Zwei Räume (B1, D3) wurden als hohes IAQ-Risiko eingestuft, die Mehrheit als moderates Risiko. Für technisch geeignete Räume wurden dezentrale Lüftungsgeräte als minimalinvasive Maßnahme installiert (Einrichtungen C und D); die Nachmessung belegt eine signifikante Verbesserung der Raumluftqualität bei reduzierten Lüftungswärmeverlusten. Für alle Modellräume wurden digitale Zwillinge nach BIM-Methodik (Autodesk Revit, INDALO-Plugin) erstellt und für Ist-Soll-Simulationen genutzt. Erstmals auf Basis realer Betriebsmessdaten wurden zudem die durch unzureichende Raumluftqualität verursachten Krankheitskosten ökonomisch bewertet: rund 27.000 € vermeidbare direkte Krankheitskosten je Schule und Jahr (konservativ, nur Lehrende). Bei Einbeziehung dieser Kosten amortisieren sich dezentrale Lüftungsgeräte (ca. 3.500 €) in weit weniger als einem Jahr.
Öffentlichkeitsarbeit
Die Ergebnisse wurden über multiple Kanäle verbreitet. Wissenschaftlich erfolgte dies durch zwei peer-reviewte Open-Access-Publikationen (https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.110937; https://doi.org/10.1016/j.indenv.2026). Populärwissenschaftlich wurde in ‚Bildung aktuell' des Philologenverbands NRW (2024) und in ‚Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft' (2025) publiziert. Hinzu kamen eine Posterpräsentation bei der Tagung Innenraumluft 2024 (UBA) und ein Vortrag beim Kölner Innenraumforum 2025. Politische Stakeholder (Bundesschülerkonferenz, Deutscher Philologenverband) wurden über eine Executive Summary adressiert; über die Aktivitäten berichteten die Aachener Zeitung und die Rhein-Zeitung, ergänzt durch Projektwebseiten teilnehmender Schulen. In der technischen Regelsetzung wurden die Erkenntnisse in die Revision der ISO 16000-8 (ISO/TC 146/SC 6) und der VDI 4300 Blatt 9 eingebracht sowie über das Management Committee der EU-COST-Action CA23139 ‚Net4CleanAir' in den europäischen Kontext getragen.
Fazit
LUMUMBA hat gezeigt, dass ein standardisiertes Innenraumluftqualitäts-Managementsystem nach ISO 16000-40 – verknüpft mit Umweltmanagement nach ISO 14001 – in deutschen Bildungs- und Ausbildungseinrichtungen praxistauglich implementierbar ist. Der partizipative Reallabor-Ansatz bewährte sich als wirksames didaktisches Konzept zur Stärkung von Nachhaltigkeitsbewusstsein und -handeln und verbindet die wissenschaftlich-technische, die institutionell-managementorientierte und die pädagogisch-gesellschaftliche Ebene. Die Messungen belegen strukturelle Defizite der natürlichen Lüftung; die entwickelte CO₂-basierte IAQ-Risikomatrix bietet ein reproduzierbares Entscheidungswerkzeug. Der Zielkonflikt zwischen hoher Raumluftqualität und Energieeffizienz erwies sich durch minimalinvasive Maßnahmen (dezentrale Lüftung) als technisch lösbar. Alle Meilensteine wurden erreicht und der Untersuchungsrahmen deutlich erweitert (8 statt 3 Einrichtungen). Zusätzlich liefert das Projekt erstmals eine ökonomische Bewertung der Krankheitskosten durch unzureichende Raumluftqualität (~27.000 € je Schule und Jahr) sowie eine Übersichtsarbeit mit Modernisierungsvorschlägen für die ISO 16000-8. Damit leistet LUMUMBA direkte Beiträge zur technischen Regelsetzung, zur gesellschaftlichen Bewusstseinsbildung und zur Bildung für nachhaltige Entwicklung.