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Abluftanlage für Klassenzimmer bauen

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In Schulen gehört "Stoßlüften" zu einer der wichtigsten Hygiene-Massnahmen im Kampf gegen steigende Infektionszahlen. Um der Pandemie entgegenzutreten, beschäftigt sich das Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz intensiv damit, wie es möglich wäre, die Ausbreitung von Aerosolen in geschlossenen Räumen wirksamer zu reduzieren.

Wir zeigen, was sich die Wissenschaftler haben einfallen lassen: eine pragmatische Abluftanlage zum Selbstbauen.

Lesezeit 9 min.
Über unser rein wissenschaftliches Interesse hinaus sahen wir Handlungsbedarf, nicht nur, weil auch wir teilweise Kinder im Schulalter haben, sondern auch, weil wir als öffentlich finanzierte Einrichtung ein großes Interesse am Gemeinwohl haben.

Thomas Klimach und Frank Helleis; Max-Planck-Institut für Chemie

Die Angst vor erneuten Schulschließungen ist allgegenwärtig. Immer mehr Schulen müssen ganze Schulklassen nach Hause schicken. Wie könnte man in den etlichen schwierig zu lüftenden Klassenräumen im Land die Raumlufthygiene dauerhaft verbessern? Und zwar schnell, einfach und kostengünstig. Diese Frage trieb die Wissenschaftler über Monate um.

Die Antwort ist eine pragmatische. Es gibt im Handel keine passende Abluftanlagen. Jedenfalls keine für die derzeitigen, besonderen Anforderungen. Daher haben die Wissenschaftler in Macher-Manier angepackt und einen Prototypen in einer Schule gebaut, auf Basis ihrer Erkenntnisse und Studien.

Die Ergebnisse der vorläufigen Messungen legen nahe, dass die entwickelte Anlage das durch infektiöses Aerosole bedingte Ansteckungsrisiko deutlich senken könne (unter günstigsten Bedingungen um 90%).

Diese Idee haben sie auch in einer Anleitung aufbereitet, um weitere Schulen dazu zu befähigen, angepasst an die Größe ihrer Klassenzimmer, effiziente Abluftanlagen zu installieren. Das Dokument sei vorläufig und werde nach und nach ergänzt, teilt das Institut mit.

Wir betonen, dass unsere Anlage nicht das konsequente Einhalten von Sicherheitsmaßnahmen wie das Tragen von Masken ersetzt. Sie kann vielmehr ergänzen, um so das Risiko einer Infektion mit dem Corona-Virus während des Unterrichts zu verringern.

Klimach und Helleis; Max-Planck-Institut für Chemie

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So baut man die Abluftanlage

Wir haben uns dazu entschieden, die Anleitung des Max-Planck-Instituts auf Machbarkeit zu prüfen. Tatkräftige HORNBACH Kollegen haben zusammen mit Mitarbeitern des Otto-Hahn-Gymnasiums einen Prototypen gebaut. Wir haben für uns die Anlage optimiert und angepasst.

Der Aufbau wurde ganz individuell auf das Otto-Hahn-Gymnasium abgestimmt. Denn jedes Klassenzimmer ist anders aufgebaut.

Wir haben für Dich zusammengefasst, wie wir auf Basis der Empfehlung des Max-Planck-Instituts die Abluftanlage nachgebaut haben.

Abluftanlage Klassenzimmer AS 19

Die Lüftungsanlage des Otto-Hahn-Gymnasium

Hornbach
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Das siehst Du hier
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Fensteranschluss
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Ventilator
3
Zentralrohr
4
Verteiler
5
Absaugrohr
6
Haube
Material- und Werkzeugliste
Download

Wir haben hier für Dich zusammengefasst, welche Materialen und Werkzuge wir zum Bau für unser Projekt verbaut haben:

Material- und Werkzeugliste für das Musterklassenzimmer im Otto-Hahn-Gymnasium

Richtige Stelle auswählen

01

Zunächst haben wir ein Fenster ausgewählt, an dem wir die Lüftungsanlage installieren und die Abluft ausleiten können – ohne dabei große bauliche Eingriffe am Fenster vornehmen zu müssen. Dafür haben wir uns für ein Fenster in der Mitte des Raums entschieden, welches gekippt werden kann.

Da über jedem Tisch ein Trichter hängen soll, müssen die Tische idealerweise in einem regelmäßigen Raster stehen. Dies hilft, die Übersicht zu behalten beim Aufbau, und gewährleistet zudem die geforderten 1,5 m Abstand.

Pro Verteiler können zwei Einzelrohre angeschlossen werden. Wir haben den Abstand der besetzten Tischkantenmitten zu den entsprechenden Verteilern ausgemessen und so die Verteiler bestimmt.

Verteiler vorbereiten

02

Die Hartschaumplatten haben wir mit einer Säge auf die entsprechenden Maße (181 mm x 1000 mm) zugeschnitten. Alternativ ist der Zuschnitt auch mit einem Cuttermesser möglich.

Nun haben wir 2 gegenüberliegende Löcher mit dem Durchmesser der Anschlussstücke in den Verteiler gebohrt. Dafür haben wir eine Lochsäge benutzt.

Abluftanlage Verbindungselemente
Abluftanlage Verbindungselemente

Verteiler zusammen bauen

03

Um die einzelnen Streifen miteinander zu verbinden haben wir die kurze Seite übereinander geschoben und leicht überstehen lassen. Zur Stabilisierung haben wir die Verteiler mit Schrauben fixiert.

Mit einer Lochsäge haben wir die Anschlussmöglichkeit mit passendem Durchmesser für die Rohre erstellt. Die Rohre haben wir anschließend mit Acryl fixiert.

Da der Abschlussverteiler verschlossen sein muss, haben wir ihn mit Folie abgedichtet und mit Kabelbindern fixiert.

abluftanlage klassenzimmer details verteiler 2

Zentralrohr-Segmente bauen

04

  • Die Gitter haben wir auf die entsprechende Länge geschnitten
  • Den Schlauch haben wir pro Seite ca. 5 cm überstehen lassen
  • Das Gitter anschließend zusammengerollt, in den Schlauch geschoben und auf den entsprechenden Verteiler montiert.
  • Zur Stabilisierung haben wir von der Hartschaumplatte einen schmalen Streifen geschnitten, gerollt, mit Kabelbinder fixiert und ins Rohr gelegt.

Abluftanlage Zentralrohr
Abluftanlage Zentralrohr
abluftanlage klassenzimmer details zentralrohrsegmente

Absaugrohre anbringen

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Um eine bessere Stabilität in der Länge zu erhalten, haben wir uns entschieden fertige HT-Rohre zu nutzen.

Zum Fixieren haben wir Kabelbinder benutzt.

Abluftanlage Klassenzimmer AS 22
Abluftanlage Klassenzimmer AS 22
Hornbach
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Das siehst Du hier
7
Rohr DN 75
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Rohr DN 110
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Rohr DN 110
10
Bogen DN 110 / 90 Grad
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Abzweig DN 110 / 75 45 Grad & Bogen DN 75 / 45 Grad
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Rohr DN 110

Hauben erstellen

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Die Hauben fangen den warmen Abluftstrom ein und leiten ihn Richtung Absaugrohr. Wichtig ist, dass die Haube waagerecht hängt.

Wir haben die Installationssrohre mit einer selbstgebauten Steckverbindung verbunden, um einen Reifen mit ca. 130 cm Durchmesser zu erhalten.

In unserem Aufbau haben wir 12 Hauben erstellt.

Abluftanlage Hauben
Abluftanlage Hauben

Die Kontur haben wir mit einem Folienmarker auf die Flachfolieübertragen und mit einem Abstand von 4 bis 5 cm zur Markierung ausgeschnitten.

Die Folie haben wir anschließend mit Klebeband fixiert. Wichtig dabei war, dass die Markierung richtig um den Reif liegt.

In der Mitte haben wir zum Schluß ein Loch mit einem Durchmesser von 50 mm bis 60 mm geschnitten und das Rohrstück HT Abzweigung bzw. das HT-PP-Winkel-Rohrstück vorsichtig über die Folie geschoben. Alles wurde mit Klebeband fixiert.

abluftanlage-klassenzimmer-details-hauben

Aufhängen der Anlage

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Je nach Deckenbeschaffenheit wird entsprechend der Draht für die Aufhängung befestigt. Wir haben darauf geachtet sie so hoch zu hängen, damit sich niemand stoßen kann oder daran hängen bleibt.

Die Teile des Zentralrohrs haben wir von außen nach innen aufgehängt. Anschließend die Mittelsegmente und dann die Absaugrohre.

Abluftanlage Aufhängung
Abluftanlage Aufhängung
abluftanlage-klassenzimmer-details-befestigung

Achtung!

Arbeiten an elektrischen Geräten dürfen ausschließlich durch Elektrofachkräfte ausgeführt werden!

Lüfter montieren

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Um das Fenster noch nutzen zu können, haben wir einen kleinen Anbau um das Fenster herum erstellt und den Axiallüfter direkt damit verbunden.

Der Anbau wurde dafür individuell an das Fenster angepasst.

Abluftanlage Ventilatpr
Abluftanlage Ventilatpr

Umbau des Lüfters

Um den Lüfter nutzen zu können, mussten wir ihn umbauen, um die Strömungsrichtung zu drehen. Dafür haben wir die Nieten ausgebohrt und den Lüfter entnommen. Um den Ventilator wieder einbauen zu können, haben wir mittels Bohrschablone (PDF, 69 KB) neue Löcher gebohrt.
Danach haben wir den Lüfter gedreht und neu zusammengebaut.

Wichtig: Den Lüfter so drehen, dass die Stömungsrichtung nach außen und der Stützen nach innen zeigt.

abluftanlage klassenzimmer details luefter
abluftanlage klassenzimmer details luefter 2

Anschluss der Anlage ans Fenster

09

Mit einer Dichtung wie man sie bei Klimageräten für den Abluftschlauch verwendet haben wir den Anbau um das Fester abgedichtet und das Verbindunsstück in den Anbau geführt.

Abluftanlage Fensteranschluss
Abluftanlage Fensteranschluss
Abluftanlage Klassenzimmer Details Fensteranschluss
Da in den Klassenräumen die Fenster unterschiedlich verbaut sind, muss individuell entschieden werden, welcher Lüfter bzw. welcher Fensteranschluss sinnvoll ist.
Abluftanlage Klassenzimmer AS 18

Unsere Anlage wurde nach dem Modell des Max-Planck-Instituts in Mainz nachgebaut und von der Technischen Universität in Kaiserslautern geprüft. Hier geht's zum aktuellen Testbericht. (PDF, 2.043 KB)

Eins ist klar: Geschichte schreibt man nicht mit einem Stift! Wir haben's gebaut. Und jetzt sind Sie dran. Oder Sie holen sich professionelle Unterstützung.
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Wir sind Partner an Ihrer Seite

Bei einem solchen Projekt ist es wichtig professionelle Unterstützung hinzuzuziehen:

Falls Interesse besteht, das Projekt auch an Ihrer Schule oder in anderen öffentlichen Räumen umzusetzen, sprechen Sie unsere Profikundenbetreuer in den Märkten an. Wir sind bei diesem wichtigen Projekt an Ihrer Seite.

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Details zur Projektstudie Low-Cost-Abluftanlage

Projektstudie des Max-Planck-Institutes für Chemie in Mainz in Zusammenarbeit mit der Integrierten Gesamtschule Mainz-Bretzenheim

Antrieb: Schule in der Coronapandemie - Infektionsschutz

Idee: Ausnutzung der durch eine Person hervorgerufenen natürlichen Konvektion mit einem Abzug direkt über der Person.

Ziel: möglichst große effektive Wechselrate, direkt bei den Personen, bei geringer nomineller Wechselrate der gesamten Raumluft

Vorteile im Überblick

  • Ausnutzung der Konvektion (warme Luft steigt über Personen mit deren Aerosolen nach oben)
  • Abtransport bis zu 90% der Aerosole durch einen kontinuierlichen Abzug direkt über der Person
  • CO2-Reduzierung in den Klassenräumen – somit auch nach der Pandemie sinnvoll einsetzbar
  • Niedriger Geräuschpegel
  • Deutliche Reduzierung des Wärmeverlustes gegenüber Stoßlüften alle 20 min.
  • geringe Anschaffungskosten (weniger als 200 € Materialkosten pro Raum)
  • geringste Betriebskosten (Strom für Ventilator vs. Energieersparnis bei Heizkosten)
  • Niedrige Anforderungen: Steckdose und kippbares Fenster/Oberlicht
  • Keine Umbaumaßnahmen an Fassade etc. notwendig
  • Minimale Verdunkelung durch transparente bzw. helle Bauteile
  • Individuelle und einfache Bedienung
  • Der notwendige hydraulische Abgleich (sorgt für gleichmäßige Wärmeverteilung) ist gegeben.
  • Das modulare System ist vielfältig anpassbar. Die entsprechende Umsetzung an einer Grundschule (Brunnenschule Marienborn) und einer Sportstätte (Turnabteilung der TSG 1846 Bretzenheim) ist bereits in Planung.

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Häufig gestellte Fragen beantwortet durch das Institut

Wie funktioniert das Abluftsystem für Klassenzimmer, das Sie an der integrierten Gesamtschule in Mainz Bretzenheim installiert haben?

Die Luft wird von Abzugshauben, die über jedem Tisch installiert sind, aufgenommen, durch kleinere Rohre in ein großes Zentralrohr unter der Decke geleitet und über einen Ventilator an einem kippbaren Fenster nach draußen geblasen. Die Zuluft kann über ein weiteres spaltoffenes Fenster oder, vorzugsweise, sofern die Flure über zu öffnende Fenster verfügen, durch die spaltoffene Tür zugeführt werden. Eine besondere Eigenschaft der Anlage ist, dass sie die um den warmen menschlichen Körper aufsteigende Strömung (Konvektion) ausnutzt und so die natürlicherweise ausgeatmete Luft innerhalb von etwa zehn Sekunden in das Absaugrohr transportiert, also bevor sie sich turbulent im gesamten Raum verteilt.

Wie teuer und aufwendig ist die Installation?

Die Materialkosten liegen im Moment bei etwa 200 Euro pro Klassenraum. Die Anlagen sind so konstruiert, dass sie von engagierten Lehrern und Eltern und 10 eventuell auch Schülern aufgebaut werden können. Neben typischen Werkzeugen wie Zange und Schere sind einige spezieller Geräte wie ein Lötkolben für die Verbindung von Drähten oder ein Plastikschweißgerät sinnvoll. Mit Routine im Umgang mit den Geräten und den entsprechenden Materialien, kann eine Anlage von 4-6 Leuten in vier Stunden eingebaut werden. Beim erfolgreichen Versuch die Grundschule Mainz-Marienborn (11 Räume) an einem Wochenende mit Unterstützung der Eltern und Lehrer auszustatten wurden im Mittel pro Raum etwa 30 Personenstunden benötigt. Dabei wurden im Vorraus die Räume schon ausgemessen und die Verteilerboxen in Heimarbeit erstellt.

Wie haben Sie getestet, wie wirksam dieser Low-Tech-Ansatz zur Luftreinigung ist?

Wir haben Messungen mit Aerosol- und CO2-Quellen durchgeführt, die auf einem Sitzplatz in Kopfhöhe installiert wurden und einen infizierten Schüler simulieren. Indem wir den Probeneinlass in- und außerhalb des Abluftsystems positionieren, kann die Anreicherung der Aerosole im Abluftsystem direkt als Verhältnis der beiden Messwerte ermittelt werden.

Bringt man den Aerosolgenerator außerhalb des Absaugbereichs der Abzugshaube an, wird das Aerosol nicht selektiv abgesaugt. Dabei sieht man einen entsprechenden Anstieg der Aerosol-Konzentrationen im gesamten Klassenraum. Bei diesen Messungen mit simulierten Schülern wurde eine Reduktion von Aerosolen um gut 90 % gemessen.

Für welche Art und Geometrie von Klassenzimmern wäre solch eine Anlage sinnvoll?

Das System ist ein Baukasten aus mit einer Schere zuschneidbaren Folienrohrsegmenten und Verteiler- bzw. Verbindungsstücken. Da die Rohrsegmente direkt vor Ort hergestellt werden, gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich Art oder Geometrie. Die Verteilung der Schulbänke in einem gleichmäßigen Raster vereinfacht den Aufbau allerdings deutlich. Man benötigt lediglich ein kippbares Fenster und eine Steckdose.

Wie groß ist das Interesse von Schulen und anderen Einrichtungen an dem Nachbau?

Wir haben seit dem ersten Pressebericht am 30.10.2020 bis heute (10.11.2020) über 2700 Anfragen von Schulleitern, Schulträgern, Privatpersonen und verschiedenen Firmen erhalten. Die Anzahl der auszurüstenden Räume geht in die Zehntausende. Das System ist prinzipiell mit Standardluftungskomponenten darstellbar, wurde damit aber viel teurer, schwerer und in der Montage aufwendiger. Zudem sind diese Materialien nicht transparent, wodurch die Montage in der Nähe bzw. unterhalb von Lampen zu Verdunklungen führen könnte.

Erfüllt Ihre Anlage gängige Brandschutzauflagen und Sicherheitsbestimmungen?

Unsere Anlage wurde im Vorfeld durch Sachverständige des zuständigen Schulträgers in Bezug auf Brandschutz- und allgemeinen Sicherheitsbestimmungen geprüft und akzeptiert. Durch die Art der Konstruktion, die Nutzung vorhandener Fenster und die brandschutztechnisch relativ unbedenklichen bzw. im Klassenraum auch an anderen Stellen verwendeten Materialien (PE, PP) ergaben sich nur geringe burokratische Hürden.

Noch ein Hinweis von uns:
Auch bei uns wurden die Brandschutzverantwortlichen der Stadt hinzugezogen und unsere Anlage als unbedenklich eingestuft. Aber die Abluftanlage sollte in keine naturwissenschaftlichen Klassenzimmer verbaut werden. Durch Experimente im Unterricht (z. B. offene Flammen) kann es zu einer erhöhten Brandgefahr kommen.

Muss das Fenster in Ihrer Variante dauerhaft gekippt bleiben oder kann es zeitweise geschlossen werden, z.b. nachts wegen Einbruchschutz?

Die Beseitigung der Aerosole erfolgt kontinuierlich, um die benötigten Leistungen und die Geräuschbelastung niedrig zu halten. Das Fenster behält seine ursprungliche Funktion und ist lediglich mit einem Anschluss für den Ventilator ausgerüstet, der unabhängig von der Fensterstellung praktisch luftdicht ist. Daher kann und soll das Fenster in der unterrichtsfreien Zeit geschlossen werden, bei Verwendung eines Kontaktschalters stoppt der Ventilator dann sogar automatisch.

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