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Sick Building Syndrome

Neue Erkenntnisse und Ihre Auswirkungen auf den Bau und Betrieb von RLT-Anlagen

©2003 Diplomarbeit 152 Seiten

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
„Die wesentlichsten Ausscheidungsstoffe unserer Lungen und unserer Haut, so weit sie in die Luft übergehen, sind Kohlensäure und Wasser. Gleichzeitig mit diesen geht stets noch eine geringe Menge flüchtiger organischer Stoffe in die Luft über, die sich bei einiger Anhäufung durch den Geruch bemerkbar machen. [...] Für empfindsame Geruchsnerven wird jedes gewohnte Zimmer mehr oder weniger Geruch haben, so daß wir uns nach einem Maßstab umsehen müssen, der uns genau gewisse Grade der Luftverderbnis ohne Mitwirkung subjektiver Empfindungen zu bestimmen erlaubt. [...] Somit bleibt uns kein anderer Anhaltspunkt als die Kohlensäure, deren Gehalt in der freien Luft durchgehend gering ist [...] Der Kohlensäuregehalt allein macht die Luftverderbnis nicht aus, wir benützen ihn bloß als Maßstab, wonach wir auch noch den größeren oder geringeren Gehalt an anderen Stoffen schließen, welche zur Menge der ausgeschiedenen Kohlensäure sich proportional verhalten.“
Max von Pettenkofer (1858)Wie das Zitat zeigt, wurde bereits vor über 100 Jahren von Pettenkofer die Bedeutung der Lufthygiene in Wohn- und Aufenthaltsräumen des Menschen erkannt. Er sah den Mensch als alleinige Quelle der Luftverunreinigungen und nahm diese Erkenntnis als Grundlage zur Einführung des CO2- Maßstabes für die Bewertung der Raumluftqualität.
„Wir haben somit ein Recht, jede Luft als schlecht und für den beständigen Aufenthalt als untauglich zu erklären, welche in Folge der Respiration und Perspiration der Menschen mehr als 1 pro mille Kohlensäure enthält.“
Max von Pettenkofer (1858)
Dieser Maßstab ging weltweit in Normen und Richtlinien ein um die Luftleistung, nach der Zahl der im Raum anwesender Personen zu bestimmen. Obwohl die Forderungen dieser Richtlinien erfüllt werden, wird in Bürogebäuden seit Jahren zunehmend über Befindens- und Gesundheitsstörungen geklagt.
Die Klimaanlage wird immer öfter als Verursacher für die Befindens- und Gesundheitsstörungen der Menschen diskutiert.
In diesem Zusammenhang wurden zahlreiche Studien zu dieser Thematik durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass auch in konventionell gelüfteten Gebäuden viele Beschwerden auftraten, aber signifikant häufiger waren die Beschwerden in Gebäuden mit Klimaanlage.
Die in Deutschland wohl bekannteste Studie zu dieser Problematik wurde 1985 von Peter Kröling unter dem Titel „Gesundheits- und Befindensstörungen in klimatisierten Gebäuden“ veröffentlicht.
Ziel dieser Arbeit ist es, […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis


Gliederung

1 Einleitung

2 „Sick Building Syndrome“ - Definition und Einflussgrößen
2.1 Definition
2.2 Einflüsse auf das Raumklima und die Raumluftqualität
2.2.1 Einflussgröße Thermisches Raumklima
2.2.1.1 Lufttemperatur
2.2.1.2 Luftgeschwindigkeit und Turbulenz
2.2.1.3 Luftfeuchte
2.2.1.4 Einfluss von Aktivität und Bekleidung auf die thermische Behaglichkeit
2.2.1.5 PMV und PPD als Funktion des thermischen Raumklimas
2.2.2 Einflüsse auf die Raumluftqualität
2.2.3 Schadstoffbelastungen der Außenluft
2.2.4 Hygienische Einflüsse auf die Raumluftqualität / Schadstoffe in Innenräumen
2.2.4.1 Kohlendioxid
2.2.4.2 Kohlenmonoxid
2.2.4.3 Stickoxide, Schwefeldioxid
2.2.4.4 Ozon
2.2.4.5 VOC´s
2.2.4.6 Formaldehyd
2.2.4.7 Tabakrauch
2.2.4.8 Biologische Kontaminationen (Mikroorganismen, Endotoxine und Allergene)
2.2.4.9 Staub
2.2.4.10 Radon
2.2.4.11 Gerüche
2.2.5 Empfundene Raumluftqualität (olf, decipol)
2.2.6 Optische und akustische Einflüsse
2.2.7 Weitere Einflüsse
2.3 Zusammenstellung der SBS- Beschwerden mit möglicher Ursache

3 Sind schlecht gewartete RLT- Anlagen eine der Ursachen des SBS ? – Hygienische Maßnahmen zur Beschränkung des SBS
3.1 Aufgaben und prinzipieller Aufbau von RLT- Anlagen
3.1.1 Aufgaben
3.1.2 Aufbau
3.1.3 Verunreinigungen durch RLT- Anlagen
3.2 Die Raumluftqualität in der nationalen und internationalen Normung
3.2.1 DIN 1946, Teil 2
3.2.2 DIN EN ISO 7730
3.2.3 CEN- Bericht CR 1752
3.2.4 DIN EN 13779
3.2.5 ASHRAE- Standard 62- 1989
3.2.6 DIN 31051
3.2.7 VDMA 24186, Teil 1
3.2.8 VDMA 24176
3.2.9 VDI 6022, Blatt 1
3.2.10 VDI 6022, Blatt 2
3.3 Neue Erkenntnisse und Entwicklungen in den letzten Jahren
3.3.1 Luftqualität und Enthalpie der Raumluft
3.3.2 Raumluftqualität als zugesicherte Eigenschaft einer RLT- Anlage ?
3.3.3 Welchen Einfluss haben die klimatischen Parameter Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit auf das Verhalten von Mikroorganismen auf Luftfiltern ?
3.3.4 Wie verhalten sich von Mikroogrganismen gebildete Endotoxine auf Luftfiltern und in Befeuchtern ?
3.3.5 Ionisierung und Ultraviolettstrahlung zur Luftdesinfektion
3.3.6 Forschungsprojekte AIRLESS und ProKlimA
3.4 Hygienische Maßnahmen bei Planung, Betrieb und Wartung von RLT- Anlagen
3.4.1 Außen- und Fortluftdurchlässe
3.4.2 Luftfilter
3.4.3 Luftbefeuchter
3.4.4 Luftkanäle
3.4.5 Wärmerückgewinnung
3.5 Grenzwerte (MAK- Werte)
3.6 Klimageräte in Hygieneausführung
3.7 Grundsätze zur Luftqualitätsverbesserung

4 Schlußbetrachtung und Ausblick

5 Literaturverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Verteilung der durchschnittlichen täglichen Aufenthaltsdauer der Bevölkerung im Raum und der Außenatmosphäre in nordamerikanischen Städten nach SZALAI (1972) und CHAPIN (1974)

Tab. 2: Symptome des Sick Building Syndroms, untergliedert in 5 Leitsymptome (nach Molhave)

Tab. 3: Grenzwerte für Strahlungstemperaturdifferenzen beider Halbräume, bei der noch thermische Behaglichkeit besteht

Tab. 4: Gesamtwärmeabgabe je Person in Abhängigkeit vom Aktivitätsgrad

Tab. 5: Wärmedurchlasswiderstand der Bekleidung

Tab. 6: Benötigte Parameter zur Berechnung von PMV und PPD mit im Programm verwendeter Symbolik

Tab. 7: PMV- Werte und zugehörige PPD- Werte

Tab. 8: Zusammensetzung der natürlichen, trockenen, reinen Luft nach MOHRY und RIEDEL (1981)

Tab. 9: Mittlerer Staubgehalt der Luft

Tab. 10: VOC Richtwertempfehlungen des Bundesumweltamtes für die Innenraumluft

Tab. 11: Analogie zwischen den Einheiten für Luftverschmutzung und entsprechenden ähnlichen Einheiten für Licht und Schall

Tab. 12: Empfundene Luftqualität, ausgedrückt durch den Prozentsatz unzufriedener Personen im Raum

Tab. 13: Zusammenstellung typischer Außenluftqualitäten nach DIN 1946 und Fanger

Tab. 14: Verunreinigungslasten von Personen nach DIN 1946

Tab. 15: Oktavbänder und A- Bewertung nach VDI 2081

Tab. 16: Richtwerte für Schalldruckpegel der RLT- Anlagen

Tab. 17: Typische SBS- Beschwerden und mögliche Ursachen nach Kröling (2002)

Tab. 18: Mögliche Keimquellen von RLT- Anlagen

Tab. 19: Personen- und flächenbezogener Außenluftstrom

Tab. 20: Auslegungskriterien für Räume, Aktivitätsstufe I, angenommene Lüftungseffektivität von 1

Tab. 21: Erforderlicher Luftvolumenstrom je Person

Tab. 22: Begriffe und Definitionen nach DIN 31051

Tab. 23: Beurteilung des Istzustandes nach VDMA 24176

Tab. 24: Schulungsinhalte der VDI 6022, Blatt 2

Tab. 25: Einfluss von Lufttemperatur und Luftfeuchte auf das mikrobielle Verhalten auf Luftfiltern

Tab. 26: Physikalische, chemische und mikrobiologische Messungen des ProKlimA- Projektes

Tab. 27: Vergleich der Konzentrationen (Mittelwerte) gemessener Raumklimaparameter zwischen klimatisierten und natürlich belüfteten Arbeitsplätzen

Tab. 28: Wartungsaufgaben und Intervalle nach VDMA 24186 und VDI 6022 für Außen- und Fortluftdurchlässe

Tab. 29: Klassifizierung von Luftfiltern, Abscheide- und Wirkungsgrade sowie abgeschiedene Partikel und typische Anwendungen

Tab. 30: Wartungsaufgaben und Intervalle nach VDMA 24186 und VDI 6022 für Luftfilter

Tab. 31: Wartungsaufgaben und Intervalle nach VDMA 24186 und VDI 6022 für Luftbefeuchter

Tab. 32: Wartungsaufgaben und Intervalle nach VDMA 24186 und VDI 6022 für das Kanalnetz

Tab. 33: Einfluss mechanischer Reinigungsmethoden auf die Raumluftqualität und Leistungsverluste von RLT- Anlagen

Tab. 34: Wartungsaufgaben und Intervalle nach VDMA 24186 und VDI 6022 für die Wärmerückgewinnung

Tab. 35: MAK- Werte (1999) einiger ausgewählter Stoffe

Tab. 36: Empfehlungen zur Vorbeugung des SBS bzw. zur Sanierung von „Sick Buildings“ mit RLT- Anlagen

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Einflussgrößen auf die Thermische Behaglichkeit nach DIN 1946

Abb. 2: Schematische Darstellung des Stoffwechsel vom Menschen

Abb. 3: Haut- und Oberflächentemperaturen des ruhenden Menschen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Abb. 4: Wärmeflussschema für den körperlich nicht tätigen Menschen, tL und tu = 20°C

Abb. 5: Wärmeabgabe in Abhängigkeit von der Wärmeproduktion

Abb. 6: Wärmeabgabe in Abhängigkeit von der Lufttemperatur, Aktivitätsstufe I, normale Bekleidung, ruhende Luft

Abb. 7: graphische Darstellung zur Berechnung der Einstrahlzahl j K

Abb. 8: Bereiche operativer Raumtemperaturen

Abb. 9: Behaglichkeitsfeld in Anhängigkeit von Raumlufttemperatur tL und mittlerer Raumumschließungsflächentemperatur`tu

Abb. 10: Lokales Unbehagen, hervorgerufen durch Strahlungstemperatur- Asymmetrie

Abb. 11: Unfallhäufigkeit, Leistungsfähigkeit und Behaglichkeit bei sitzender Tätigkeit und leichter Bekleidung

Abb. 12: Grenzwerte mittlerer Luftgeschwindigkeiten als Funktion von Temperatur und Turbulenzgrad

Abb. 13: Intakte Flimmerepithel (links), reduziert leistungsfähiges Flimmer-epithel mit Schleim- Schmutzpfropf (mitte) und verkümmerter Schleimhautrasen mit krustigen Ablagerungen (rechts)

Abb. 14: Behaglichkeitsbereich relativer Luftfeuchte, dargestellt im h, x Diagramm nach Mollier

Abb. 15: Optimale operative Raumtemperatur als Funktion von Aktivität und Bekleidung

Abb. 16: Quelltext des BASIC- Programms zur Berechnung von PMV und PPD

Abb. 17: Vorausgesagter Prozentsatz Unzufriedener (PPD) als Funktion des vorausgesagten mittleren Votums (PMV)

Abb. 18: Zeitlicher Anstieg der CO2 Konzentration in einem 50 m³ großen Raum mit einer Belegung von 3 Personen

Abb. 19: Darstellung der toxischen Wirkungen von CO, der Gehalt der Luft an CO ist in % angegeben, 0,1% = 1000 ppm

Abb. 20: Hausstaubmilbe in vielfacher Vergrößerung

Abb. 21: Partikelgrößen einiger Staubarten in der Luft

Abb. 22: Die menschliche Geruchswahrnehmung

Abb. 23: Ein olf ist die Verunreinigungslast einer Norm Person (Aktivitätsstufe I und Hygienestandard von 0,7 Bädern am Tag)

Abb. 24: Eine Verschmutzungsquelle hat 3 olf, wenn 3 Norm Personen die selbe Unzufriedenheit auslösen.

Abb. 25: Ein decipol ist die empfundene Luftverunreinigung eines Raumes mit einer Verunreinigungslast von einem olf, der mit 10 l/sek sauberer Luft gelüftet wird.

Abb. 26: Gliederung der Lufttechnik nach DIN 1946, Teil 1

Abb. 27: Prinzipieller Aufbau eines RLT- Gerätes

Abb. 28: Prozentsatz Unzufriedener bei einer Verunreinigungslast von 1 olf in Abhängigkeit der Lüftungsverhältnisse

Abb. 29: Unterteilung der Instandhaltung nach DIN 31051, Entwurf 10/2001

Abb. 30: Wahrnehmung sauberer Luft bei verschiedenen Raumluftenthalpien. Die Testpersonen sind der Luft mit dem ganzen Körper ausgesetzt.

Abb. 31: Prozentuale Verteilung der Außenluftzustände in Stunden im Jahr (h/a), dargestellt im h, x Diagramm nach Mollier

Abb. 32: Anlagenaufbau eines Raumluft- Essenzen- Zugabe (REZ) Systems der Firma DVK, Düsseldorf

Abb. 33: Prozentsatz von Nutzern, die mit dem Raumklima zufriedenen/unzufrieden sind

Abb. 34: Zeitlicher Verlauf der Endotoxinkonzentration auf Luftfiltern der 1. Filterstufe

Abb. 35: Zeitlicher Verlauf der Konzentration an endotoxinbildenden Bakterien (gramnegativen Bakterien) in der Luft vor/hinter dem Befeuchter, sowie im Befeuchterwasser

Abb. 36: UVC- Luftentkeimungseinheit Howatherm-UV-Unit im Klimazentralgerät

Abb. 37: Auswirkung der UVC- Luftentkeimungseinheit Howatherm-UV-Unit auf die Konzentration an Bakterien (Mikrococcus luteus) in der Luft von RLT- Anlagen

Abb. 38: Anteil der als „befindlichkeitgestört“ eingestufter Personen in den untersuchten Gebäuden in %, hellgrau bedeutet natürliche Lüftung,

Abb. 39: Vergleich der subjektiven Einschätzung des Raumklimas für klimatisierte und natürlich belüftete Arbeitsplätze in %

Abb. 40: Partikelgrößen der Luftverunreinigungen und Filterart, an der die jeweiligen Partikel abgeschieden werden

Abb. 41: Schema eines Sprühdüsenbefeuchters

Abb. 42: Beispiel eines Verdunstungsbefeuchters (Munters, Aachen)

Abb. 43: Schematische Darstellung der Ultraschall- Befeuchtungstechnik (LxLir Barth + Stöcklein)

Abb. 44: Schnittbild des Hybrid- Luftbefeuchters Condair Dual (LxLir Barth + Stöcklein)

Abb. 45: Hygienezertifikat des Hybrid- Luftbefeuchters Condair Dual

Abb. 46: Luftkanäle mit unterschiedlichen Staubniveaus: 5 g/m² links (hoher Standard), 10 g/m² mitte (mittlerer Standard) und 20 g/m² rechts (niedriger Standard)

Abb. 47: Schema eines Rotationswärmetauschers (Wärmerad)

Abb. 48: Güte- und Prüfbestimmungen für die Herstellung von RLT- Geräten (RAL-GZ 652)

„Die wesentlichsten Ausscheidungsstoffe unserer Lungen und unserer Haut, so weit sie in die Luft übergehen, sind Kohlensäure und Wasser. Gleichzeitig mit diesen geht stets noch eine geringe Menge flüchtiger organischer Stoffe in die Luft über, die sich bei einiger Anhäufung durch den Geruch bemerkbar machen. [...] Für empfindsame Geruchsnerven wird jedes gewohnte Zimmer mehr oder weniger Geruch haben, so daß wir uns nach einem Maßstab umsehen müssen, der uns genau gewisse Grade der Luftverderbnis ohne Mitwirkung subjektiver Empfindungen zu bestimmen erlaubt. [...] Somit bleibt uns kein anderer Anhaltspunkt als die Kohlensäure, deren Gehalt in der freien Luft durchgehend gering ist [...] Der Kohlensäuregehalt allein macht die Luftverderbnis nicht aus, wir benützen ihn bloß als Maßstab, wonach wir auch noch den größeren oder geringeren Gehalt an anderen Stoffen schließen, welche zur Menge der ausgeschiedenen Kohlensäure sich proportional verhalten.“

Max von Pettenkofer (1858)

1 Einleitung

Wie das Zitat zeigt, wurde bereits vor über 100 Jahren von Pettenkofer die Bedeutung der Lufthygiene in Wohn- und Aufenthaltsräumen des Menschen erkannt. Er sah den Mensch als alleinige Quelle der Luftverunreinigungen und nahm diese Erkenntnis als Grundlage zur Einführung des CO2- Maßstabes für die Bewertung der Raumluftqualität.

„Wir haben somit ein Recht, jede Luft als schlecht und für den beständigen Aufenthalt als untauglich zu erklären, welche in Folge der Respiration und Perspiration der Menschen mehr als 1 pro mille Kohlensäure enthält.“

Max von Pettenkofer (1858)[1]

Dieser Maßstab ging weltweit in Normen und Richtlinien ein um die Luftleistung, nach der Zahl der im Raum anwesender Personen zu bestimmen. Obwohl die Forderungen dieser Richtlinien erfüllt werden, wird in Bürogebäuden seit Jahren zunehmend über Befindens- und Gesundheitsstörungen geklagt.

Die Klimaanlage wird immer öfter als Verursacher für die Befindens- und Gesundheitsstörungen der Menschen diskutiert.

In diesem Zusammenhang wurden zahlreiche Studien zu dieser Thematik durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass auch in konventionell gelüfteten Gebäuden viele Beschwerden auftraten, aber signifikant häufiger waren die Beschwerden in Gebäuden mit Klimaanlage.

Die in Deutschland wohl bekannteste Studie zu dieser Problematik wurde 1985 von Peter Kröling unter dem Titel „Gesundheits- und Befindensstörungen in klimatisierten Gebäuden“[2] veröffentlicht.

Ziel dieser Arbeit ist es, anhand von Literaturstudien den derzeitigen Erkenntnisstand zum Sick Building Syndrome (SBS) darzustellen. Es sollen neue Erkenntnisse und deren Einfluss in die nationale und internationale Normung aufgezeigt werden.

Weiterhin soll ein Einblick in die sich daraus ergebenden Anforderungen an klimatisierte Räume, im Hinblick auf die Wartung von RLT- Anlagen (u.a. hygienische Anforderungen der VDI 6022) und die Raumluftqualität, gegeben werden.

Da die Beschwerden vor allem in Bürogebäuden auftreten bezieht sich diese Arbeit in erster Linie auf selbige. Infolge der höheren Wärmelasten in Bürogebäuden (durch Leichtbauweise, hohen Glasflächenanteil der Fassade, Personen sowie technische Geräte im Büro), im Vergleich zum Wohnraum, ist die Klimatisierung von Bürogebäuden, zur Abfuhr dieser Wärmelasten, oft unerlässlich.

Die vorliegende Arbeit ist in zwei Hauptteile gegliedert. Im ersten Teil wird aufgrund einer Literaturanalyse versucht, das SBS zu beschreiben, die Ursachen für Behaglichkeits- und Befindensstörungen einzuordnen und die einzelnen Faktoren zu analysieren. Hierbei werden im einzelnen die Einflüsse des Raumklimas und der Raumluftqualität betrachtet. Abschließend werden die Erkenntnisse zusammengetragen um einen Überblick über den Komplex des SBS und seine Beziehung zur RLT- Anlage zu bekommen.

Der zweite Teil befasst sich mit den Anforderungen an die Raumluftqualität in klimatisierten Räumen.

Es werden Anforderungen unterschiedlicher nationaler und internationalen Normen dargestellt. Danach werden die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse zum SBS aufgezeigt. Weiterhin werden einzelne Bauteile einer RLT- Anlage betrachtet, die Problembereiche im Hinblick auf ein SBS darstellen. Für diese wird gezeigt, was bei der Planung, im Bau und Betrieb, sowie bei der Wartung zu beachten ist und gefordert wird.

Besondere Aufmerksamkeit ist dabei der Hygiene gewidmet, die in den letzten Jahren für RLT- Anlagen außerordentlich wichtig geworden ist.

2 „Sick Building Syndrome“ - Definition und Einflussgrößen

Die Bewohner in gemäßigten Zonen halten sich überwiegend in Innenräumen auf. Subjektiv wird der Anteil der Zeit, die wir in Gebäuden verbringen, häufig unterschätzt. Eine Reihe von Untersuchungen zeigt, dass wir uns etwa 90% des Tages in Gebäuden aufhalten. Erstaunlicherweise weichen die Zahlen unterschiedlicher Länder kaum voneinander ab.[3]

Die Analysen von SZALAI und CHAPIN ergeben sogar eine durchschnittliche Aufenthaltsdauer der Bevölkerung in Gebäuden von über 90%. Dieses ist in Tabelle 1 dargestellt.

Tab. 1: Verteilung der durchschnittlichen täglichen Aufenthaltsdauer der Bevölkerung im Raum und der Außenatmosphäre in nordamerikanischen Städten nach SZALAI (1972) und CHAPIN (1974)[4]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Selbst wenn die Untersuchungen von SZALAI (1972) und CHAPIN (1974) schon weit über 20 Jahre zurückliegen haben neuere Untersuchungen gezeigt, dass sich das Verhaltensmuster seither kaum verändert hat.[7]

Durch die Tabelle wird deutlich, dass die Außenluftqualität nicht genügt, um die Behaglichkeit des Menschen abzuschätzen. Vielmehr müssen Quellen von Luftschadstoffen in Innenräumen und deren Einfluss auf die Behaglichkeit erarbeitet werden.

So leiden nach einer Erhebung der World Health Organisation (WHO) in Deutschland etwa 30% der Beschäftigten in klimatisierten bzw. zwangsbelüfteten Büros an Symptomen, die unter dem Begriff „Sick Building Syndrome“ zusammengefasst sind.[8]

2.1 Definition

Wörtlich übersetzt bezeichnet das „Sick Building Syndrome“ ein Krankheitsbild mit vielfältigen Symptomen, das von „kranken“ Gebäuden ausgeht. Sinngemäß könnte man das SBS mit: krank durch Innenraumbelastungen, oder Gesundheitsstörungen in kranken Häusern bezeichnen. Diese Häuser sind allerdings nicht selber krank, sondern verursachen bei den Nutzern Gesundheitsschäden. Die Häuser sind daher eher als „krankmachend“ zu bezeichnen.

In der Literatur werden Synonyme wie „Building Illness Syndrom“, „Tight Building Syndrom“, „Gebäudesyndrom“, „ill buildings“, „stuffy offices“, „Building Related Complex“ angeführt, allerdings dürfte SBS die international bekannteste Bezeichnung darstellen.

Bei genauerer Betrachtung der unterschiedlichen, in der Literatur angeführten, Bezeichnungen muss eine Differenzierung dieser vorgenommen werden.

Auf die unterschiedlichen Bezeichnungen und Definitionen der genannten Synonyme wird nicht weiter eingegangen, da sich auch bei Unterschieden in der Definition international die Bezeichnung SBS durchgesetzt hat. Der Vollständigkeit halber seien sie an dieser Stelle aber erwähnt.

Der Begriff „ Building Illness Syndrom“ (Sterling und Sterling 1983) stammt aus dem amerikanischen Sprachraum und kann als SBS verstanden werden. Im englischen Schrifttum spricht man vom „ Tight Building Syndrom“ (TBS) im Zusammenhang mit dem Beschwerdesyndrom.[9]

Derzeit wird das TBS im Zusammenspiel mit zu geringer Lüftungsrate in Gebäuden diskutiert. Das TBS lässt sich also formal gegenüber dem SBS abgrenzen, wird aber ebenfalls unter dem Begriff SBS subsummiert. Man beachte, dass die Beschwerden in „tight buildings“ aufgrund des geringen Luftwechsels ein anderes Spektrum aufweisen und auch in Gebäuden ohne RLT- Anlage beobachtet werden.

Im Gegensatz zum SBS, versteht man unter dem „ Building Related Complex“ (auch „ Building Related Illness“ genannt) Erkrankungen[10], die eindeutig auf Bedingungen im Gebäude zurückzuführen sind. In erster Linie handelt es sich um Luftschadstoffe, die das Gebäude „krank“ machen. Die betroffenen Personen weisen meistens eine Veranlagung zu allergischen Reaktionen auf, oder sind bereits Allergiker.[11]

Das Wort „Syndrom“ stammt aus dem griechischen und stellt einen Komplex parallel auftretender Krankheitssymptome dar. Eine begriffliche Festlegung der Symptome hat die WHO in einer Veröffentlichung aus dem Jahre 1983 vorgenommen.

Die nachfolgende Tabelle zeigt das Spektrum dieser Symptome nach Molhave. Er geht dabei vom 5 Leitsymptomen aus, denen typische Beschwerden zugeordnet sind.

Tab. 2: Symptome des Sick Building Syndroms, untergliedert in 5 Leitsymptome (nach Molhave)[12]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Aufstellung von Molhave zeigt die allergologischen Aspekte des SBS. Festzustellen ist, dass die, im Zusammenhang mit klimatisierten Gebäuden, immer wieder auftretenden Behaglichkeitsstörungen fehlen.

Ausgehend von der WHO- Definition für Gesundheit[13] erscheint es sinnvoll, die auftretenden Behaglichkeitsstörungen in die Liste von Molhave mit aufzunehmen. Zu diesen Behaglichkeitsstörungen, welche der Klimaanlage zuzuordnen sind, gehören vor allem Zugerscheinung, thermischer Discomfort und Klagen über mangelhafte Luftqualität.

In diesem Zusammenhang wird in den folgenden Kapiteln auf die genannten Behaglichkeitsstörungen und deren Einflüsse genauer eingegangen. Weiterhin erfolgt eine Zusammenstellung von Schadstoffen in Innenräumen, die zum entstehen eines SBS führen können. Es werden die empfundene Raumluftqualität sowie die Schadstoffbelastung der Außenluft betrachtet.

Nachdem diese Einflüsse behandelt worden sind, erfolgt eine detailliertere, klimatechnisch betrachtet, sinnvollere Zusammenstellung der SBS Beschwerden.

Da die, dem SBS zugeordneten, Symptome auch in der Normalbevölkerung mit einer Häufigkeit von 5 bis 10% auftreten sei an dieser Stelle gesagt, dass ein Gebäude erst dann als „sick“ bezeichnet werden kann, wenn bei mindestens 20% der Nutzer Symptome auftreten, die Beschwerden stärker als üblich sind und sich eine Normalisierung nach dem verlassen des Gebäudes einstellt.[14]

Weiterhin ist ein SBS erst gegeben, wenn mehrere Synergieeffekte zusammenwirken. Innenräume mit eindeutiger Schadstoffquelle (z.B. Formaldehyd aus Spanplatten) werden nicht als SBS verstanden.

2.2 Einflüsse auf das Raumklima und die Raumluftqualität

Das Kernstück lüftungs- und klimatechnischer Bemühungen ist die Behaglichkeit der Menschen. Diese wird im allgemeinen durch das Raumklima und die Raumluftqualität bestimmt. Beides hängt von vielen Faktoren ab und kann nach folgenden Einflussgrößen unterschieden werden:[15]

Einflussgröße „Mensch“ mit den Parametern:

- Art der Tätigkeit
- Bekleidung
- Aufenthaltsdauer
- thermische und stoffliche Belastung (z.B. Gerüche)
- Belegung bzw. Anzahl
- psychische und physische Verfassung
- Geschlecht und Alter

Einflussgröße „Raum“ mit den Parametern:

- mittlere Oberflächentemperatur
- Lufttemperaturverteilung
- Wärmequellen
- Schadstoffquellen
- Innere und äußere Geometrie, architektonische Gestaltung
- bauphysikalische Eigenschaften der Bauhülle
- Beleuchtungsverhältnisse
- Raumakustische Eigenschaften

Einflussgröße „klimatechnische Anlage“ mit den Parametern:

- Lufttemperatur
- Luftgeschwindigkeit
- Luftfeuchte
- Luftwechsel
- Luftreinheit (Aerosole und Gerüche)
- Außenluftmenge, Abluftmenge
- Lage der Luftdurchlässe (Zuluft- und Abluftöffnungen)
- Geräusche der Anlage

Einflussgröße „Äußere Bedingungen“ mit den Parametern:

- Außenklima
- Lage des Raumes bzw. Standort des Gebäudes
- Bauform und -ausführung

Wie der Aufstellung zu entnehmen ist wird die Behaglichkeit von mehreren Faktoren beeinflusst. Weiterhin bestehen vielfältige Wechselwirkungen zwischen den Einflussgrößen und somit gestaltet es sich recht schwierig einen gültigen Maßstab für behagliches Raumklima und angenehme Raumluftqualität anzugeben.

Während das Raumklima auf die Lebensvorgänge im Organismus des Menschen einwirkt (Raumtemperatur und Luftgeschwindigkeit beeinflussen die Wärmeabgabe des Menschen und somit die thermische Behaglichkeit), wird die Raumluftqualität durch Gerüche, Ausdünstungen und den Kohlendioxidgehalt der Atemluft verschlechtert. Mikroorganismen können Infektionen und Allergien auslösen, Schadstoffe können zu Vergiftungen führen.

Im folgenden werden nun die Einflüsse des Raumklimas und der Raumluftqualität anhand von Literaturstudien dargestellt.

2.2.1 Einflussgröße Thermisches Raumklima

Dieser Abschnitt befasst sich mit den thermischen Einflüssen auf das Raumklima. In der Literatur und in den Normen wird das thermische Raumklima auch als thermische Behaglichkeit bezeichnet.

Die DIN EN ISO 7730 definiert die thermische Behaglichkeit als das Gefühl, welches die Zufriedenheit mit dem Umgebungsklima ausdrückt.[16]

In der DIN 1946, Teil 2 gilt die thermische Behaglichkeit als gegeben, wenn der Mensch die Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftbewegung und Wärmestrahlung in seiner Umgebung als optimal empfindet und weder wärmere noch kältere, weder trockenere noch feuchtere Raumluft wünscht.[17]

Betrachtet man die thermische Behaglichkeit in Hinblick auf die dominanten Haupteinflussgrößen so muss der Klimaingenieur folgende Parameter des Raumklimas aufeinander abstimmen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Einflussgrößen auf die Thermische Behaglichkeit nach DIN 1946

Demnach existieren also folgende thermische Einflussgrößen auf die Behaglichkeit:

- Lufttemperatur
- Luftgeschwindigkeit und Turbulenz der Luftbewegung im Raum
- Luftfeuchte
- Temperatur der Raumumschließungsflächen

sowie

Aktivitätsstufe und Bekleidung der Personen im Raum.

Diese Einflüsse werden im folgenden ausführlicher betrachtet.

2.2.1.1 Lufttemperatur

Bevor auf den Einfluss Lufttemperatur näher eingegangen wird, erfolgt ein Einblick in die wärmephysiologischen Grundlagen des Menschen.[18]

Der Mensch als Warmblüter ist, im Gegensatz zum Kaltblüter, nicht in der Lage, seine Körpertemperatur der Umgebung anzupassen. Vielmehr ist der menschliche Körper bestrebt ein Gleichgewicht zwischen Wärmeproduktion und Wärmeabgabe herzustellen und so die Körpertemperatur konstant bei 37 ± 0,8°C zu halten.

Dies stellt ein komplexes Temperaturregelsystem sicher, welches im, zum Zwischenhirn gehörenden, Hypothalamus angeordnet ist. Abweichungen der Körpertemperatur werden durch Änderungen der Wärmeproduktion und der Wärmeabgabe ausgeglichen.

Die Wärmeproduktion nennt man auch chemische Temperaturregelung. Sie ist in erster Linie vom Aktivitätsgrad[19] des Menschen abhängig und kann anhand des menschlichen Energiestoffwechsels, welcher schematisch in Abbildung 2 dargestellt ist, erläutert werden. Wie die Abbildung zeigt wird die, durch Nahrung aufgenommene, chemische Energie in Wärme umgewandelt. In den Muskeln erfolgt zusätzlich eine Umwandlung in Bewegungsenergie. Die Wärmeerzeugung beruht demnach auf der Oxidation (Verbrennung) von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Schematische Darstellung des Stoffwechsel vom Menschen[20]

Bei Abweichungen der Körpertemperatur (z.B. Aktivitätsänderung) reagiert der Körper mit Veränderungen dieser Stoffwechselvorgänge. Sinkt z.B. die Bluttemperatur, so steigert der Organismus die Stoffwechselvorgänge (vor allem in der Leber und den inneren Organen). Weiterhin wird ein Drang nach körperlicher Tätigkeit und Muskelbewegung (Händereiben bei Kältegefühl) erzeugt.[21]

Die Wärmeabgabe, auch physikalische Temperaturregelung, hingegen wird durch die Umgebungsbedingungen beeinflusst. Hierbei wirken eine Reihe physiologischer Mechanismen zusammen, um die Wärmeabgabe des Körpers der Körpertemperatur anzupassen.

Die Wärmeabgabe erfolgt dabei durch Konvektion der Wärme von der Körper-oberfläche an die Luft, durch Wärmeleitung an berührenden Flächen (z.B. Füßen oder Gesäß), durch Wärmestrahlung von der Körperoberfläche an die umgebenden Flächen, durch Verdunstung von Wasser auf der Haut (Schwitzen) und durch die Atmung.

Weiterhin erfolgt noch ein Wärmeaustausch mit der Nahrungsaufnahme und bei Ausscheidungen. Dieser ist aber, gegenüber den anderen Einflüssen, so gering (etwa 2 – 3%), dass er vernachlässigt werden kann. Außerdem kann durch Muskelzittern eine verstärkte Wärmebildung erreicht werden.

Da die Körpertemperatur über der Umgebungstemperatur liegt findet eine Wärmeabgabe am die Umgebung statt. Im einzelnen lässt sich anhand des beschriebenen Wärmehaushaltes folgende Wärmebilanz aufstellen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Körperoberflächentemperatur tK ist von der Umgebungstemperatur abhängig und kann aus Abbildung 3 abgelesen werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Haut- und Oberflächentemperaturen des ruhenden Menschen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur[22]

Weiterhin muss beachtet werden, dass für die Konvektionswärmeabgabe die Körperoberfläche bekleideter und unbekleideter Körperstellen[23] getrennt berechnet werden müssen.

Der Wärmeaustausch durch Strahlung lässt sich durch folgende Gleichung beschreiben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (3)

In der Gleichung bedeuten:

j12 Einstrahlzahl zwischen Körper und Raumumschließungs-

flächen

C1, C2, CS Strahlungskoeffizienten

TK Körperoberflächentemperatur

Tu Raumumschließungsflächentemperatur

In Anlehnung an den konvektiven Wärmeübergang kann die Gleichung auch folgendermaßen dargestellt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (4)

aS stellt dabei einen fiktiven Wärmeübergangskoeffizienten dar und wird wie aK mit 5 W/m²K angenommen. Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächentemperaturen muss wieder in bekleidet und unbekleidet unterschieden werden.

Fasst man die Raumlufttemperatur tL aus Gleichung (2) und die Umschließungs-flächentemperatur tu aus Gleichung (4) zur empfundenen Temperatur te zusammen, so gilt folgende Beziehung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (5)

Gleiche empfundene Temperatur setzt gleiche Wärmeabgabe durch Strahlung und Konvektion voraus. Somit erhält man:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (6)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (7)

Da aS = aK = 5 W/(m²K) angenommen wird, vereinfacht sich die empfundene Temperatur wie folgt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (8)

Auf die empfundene Temperatur wird im weiteren Verlauf des Kapitels noch näher eingegangen.

Die Wärmeabgabe durch Leitung resultiert aus dem Kontakt zwischen Körper und Umgebungsflächen des Raumes (üblicherweise an den Füßen und ggf. noch am Gesäß). Aufgrund der kleinen Austauschfläche dieser Körperteile hat die Wärmeleitung kaum Einfluss auf die Wärmeabgabe des Menschen und wird somit vernachlässigt.

Die abgegebene Wärme durch Verdunstung setzt sich folgendermaßen zusammen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (9)

die neuen Größen bedeuten dabei:

r Verdampfungswärme von Wasser (ca. 2400kJ/l)

s Stoffübergangskoeffizient

pDK - pDL Dampfdruckgefälle zwischen Haut und Raumluft

Der Stoffübergangskoeffizient ist von der Luftgeschwindigkeit abhängig. Über die Lewis- Zahl besteht ein Zusammenhang zwischen Stoffübergangskoeffizient und Wärmeübergangskoeffizient:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (10)

Da die Lewis- Zahl im relevanten Bereich als konstant angenommen werden kann, lässt sich s durch aK ersetzen. Der Wasserdampfdruck der Hautoberfläche pDK hängt vom Feuchtegehalt auf der Haut und von der Hauttemperatur ab. Der Wasserdampfdruck der Luft pDL wird von der Lufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit im Raum bestimmt.

Die Atmungswärme setzt sich aus einem trockenem Anteil (durch Aufheizung der Atemluft in der Lunge) und einem feuchten Anteil (durch Anreicherung der Atemluft mit Wasserdampf) zusammen und folgt der Gleichung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (11)

es bedeuten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAtemluftstrom (bei körperlich nicht tätigen Menschen 0,3 m³/h)

tAtm Temperatur der ausgeatmeten Luft

xAtm Feuchtegehalt der ausgeatmeten Luft

xL Feuchtegehalt der Raumluft

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Wärmeflussschema für den körperlich nicht tätigen Menschen, tL und tu = 20°C[24]

Die prozentuale Verteilung der menschlichen Wärmeabgabe ist Abbildung 4 zu entnehmen. Wie zu erkennen ist erfolgt die Wärmeabgabe zu 88% über die Haut und 12% über die Lunge. Weiterhin ist ersichtlich, dass 46% über Strahlung, 35% als konvektive Wärme und 19% als feuchte Wärme abgegeben werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5: Wärmeabgabe in Abhängigkeit von der Wärmeproduktion[25]

In Abbildung 5 ist der Zusammenhang zwischen Wärmeabgabe und Wärmeproduktion dargestellt. Wie die Abbildung zeigt lässt sich die Wärmeabgabe durch Strahlung und Konvektion, mit Anstieg der Wärmeproduktion, kaum steigern. Die Wärmeabgabe durch Verdunstung (Schwitzen) kann jedoch erheblich gesteigert werden.

Abbildung 6 verdeutlicht die Wärmeabgabe durch Konvektion, Strahlung und Verdunstung in Abhängigkeit von der Raumlufttemperatur. Überwiegen bei geringeren Temperaturen noch Strahlung und Konvektion, so wird bei höheren Raumlufttemperaturen die Wärme hauptsächlich durch Verdunstung (Schwitzen) abgegeben. Dies ist sehr wirksam, da pro Liter Wasser, der auf der Hautoberfläche verdunstet, dem Körper ca. 2400 kJ entzogen werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 6: Wärmeabgabe in Abhängigkeit von der Lufttemperatur, Aktivitätsstufe I, normale Bekleidung, ruhende Luft[26]

Obwohl der Mensch sich wechselnden Luftzuständen anpassen (akklimatisieren) kann gibt es doch einen Bereich, den Behaglichkeitsbereich, in dem er sich am wohlsten fühlt. Streng gesehen lässt sich der Behaglichkeitsbereich nicht genau abgrenzen, da er von mehreren Faktoren abhängt (vgl. Abbildung 1).

Für die Gestaltung der Lufttemperatur in Räumen mit RLT- Anlage wird die DIN 1946, Teil 2 zugrunde gelegt. Im Zusammenhang mit der Lufttemperatur unterscheidet die Norm weiter in empfundene oder operative Raumtemperatur, Lufttemperaturschichtung und Strahlungstemperatur.

Legt man Gleichung (8) zugrunde so kann die empfundene Temperatur nach folgender Näherungsgleichung ermittelt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (12)

in der Gleichung bedeuten:

te örtlich empfundene Raumtemperatur, in °C

tL örtliche Lufttemperatur, in °C

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten örtliche Strahlungstemperatur, in °C

jK ist dabei die Einstrahlzahl zwischen dem Raumpunkt P und der Fläche K. tK stellt die Temperatur der Fläche in °C dar.

Für den Grundfall gilt die Formel:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (13)

Abb. 7: graphische Darstellung zur Berechnung der Einstrahlzahl jK[27]

Abbildung 8 zeigt Bereiche operativer Raumtemperaturen Die Werte gelten für Aktivitätsstufen I oder II bei leichter bis mittlerer Bekleidung.[28]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 8: Bereiche operativer Raumtemperaturen[29]

Der kreuzschraffierte Bereich stellt empfohlene operative Raumtemperaturen dar. Treten im Raum thermische Lasten (z.B. Maschinenwärme) auf, so darf die operative Raumtemperatur, in Abhängigkeit der Außentemperatur (bis 29°C), um 1 K über den empfohlenen operativen Temperaturen liegen (senkrecht schraffierter Bereich). Bei bestimmten Luftsystemen (z.B. Quelllüftung) sind auch operative Raumtemperaturen im waagerecht schraffierten Bereich zulässig. Die operativen Temperaturen sind im Raum innerhalb des Aufenthaltsbereiches[30] einzuhalten.

Als Lufttemperaturschichtung ist der vertikale Temperaturgradient in der Aufenthaltszone definiert. Dieser darf maximal 2 K je m Raumhöhe betragen. Hierbei ist eine Lufttemperatur von 21°C in 0,1 m über dem Fußboden nicht zu unterschreiten, da der Mensch im Knöchelbereich empfindlich auf kühle Temperaturen reagiert.

Eine einseitige Erwärmung oder Abkühlung des Menschen durch uneinheitliche Umgebungsflächentemperaturen kann zu thermischer Unbehaglichkeit führen. Prinzipiell ergibt sich eine behagliche Lufttemperatur in Abhängigkeit von der mittleren Umschließungsflächentemperatur aus Abbildung 9.

`tu [°C]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 9: Behaglichkeitsfeld in Anhängigkeit von Raumlufttemperatur tL und mittlerer Raumumschließungsflächentemperatur`tu[31]

Um allerdings zu beurteilen, inwieweit Behagen oder Unbehagen von einzelnen Umschließungsflächen (z.B. kalte/warme Fensterfläche) hervorgerufen wird, muss eine Betrachtung der Strahlungstemperatur- Asymmetrie erfolgen. Der Raum wird hierbei in zwei Halbräume geteilt und in jedem die Halbraum- Strahlungstemperatur berechnet oder gemessen.

Dabei gilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (14)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (15)

wobei bedeuten:

trH1 Halbraum- Strahlungstemperatur f. d. Halbraum 1

trH2 Halbraum- Strahlungstemperatur f. d. Halbraum 2

K = 1 bis m Flächen im Halbraum 1

K = m+1 bis n Flächen im Halbraum 2

Nachdem beide Halbraum- Strahlungstemperaturen bestimmt sind, wird die Differenz beider Temperaturen gebildet um die Behaglichkeit abzuschätzen. In Tabelle 3 sind die Grenzwerte für die Differenz der Strahlungstemperatur beider Halbräume, bei der noch thermische Behaglichkeit besteht, aufgeführt.

Tab. 3: Grenzwerte für Strahlungstemperaturdifferenzen beider Halbräume, bei der noch thermische Behaglichkeit besteht[32]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ein Sprichwort besagt: „Einen kühlen Kopf bewahren“. Die Tabelle bestätigt diese Aussage. Wie zu erkennen ist reagieren Personen in Innenräumen am empfindlichsten auf warme Decken. Die Strahlungstemperaturdifferenz zu diesen darf maximal 3,5 K betragen. Im Gegensatz dazu werden zu kühlen Decken Strahlungstemperaturdifferenzen bis 17 K und zu warmen Wänden sogar bis 19 K als noch behaglich empfunden.

Dieser Zusammenhang ist in Abbildung 10 grafisch dargestellt. Die Abbildung zeigt den Prozentsatz Unzufriedener infolge der Strahlungstemperatur- Asymmetrie von warmen/kühlen Decken und Wänden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 10: Lokales Unbehagen, hervorgerufen durch Strahlungstemperatur- Asymmetrie[33]

Die Strahlungsasymmetrie stellt in Bürogebäuden nur selten ein Problem dar. Als Ausnahmen sind dabei allerdings zu hohe Beleuchtungsstärken[34] und große Fensterflächen zu nennen.

Ein weiterer Punkt, der im Zusammenhang mit der Lufttemperatur eine Rolle spielt, ist die Problematik des thermischen Discomfort. Bisher wurde angenommen, dass eine zu gleichförmige Temperatur in klimatisierten Gebäuden, die sogenannte „Klimamonotonie”, für einen Teil der SBS- Beschwerden verantwortlich sei. Im Widerspruch hierzu fand Kröling, vor allem in klimatisierten Gebäuden in Leichtbauweise mit großen Fensterflächen, oft ausgeprägtere Temperaturschwankungen und Abweichungen vom Idealwert (ca. 22 ± 1°C) als in konventionellen Gebäuden.

Darüber hinaus zeigen diese Abweichungen eine, dem physiologischen Bedürfnis entgegengerichtete zeitliche Struktur. So ist es nach Kröling morgens zu kühl und nachmittags zu warm. Er behauptet, dass die daraus resultierende, meist unterschwellig wirksame, Wärmebelastung für kreislaufabhängige Beschwerden mitverantwortlich sei.[35]

Krölings Behauptung ist allerdings wissenschaftlich nicht bestätigt und demzufolge recht kritisch zu bewerten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 11: Unfallhäufigkeit, Leistungsfähigkeit und Behaglichkeit bei sitzender Tätigkeit und leichter Bekleidung[36]

Das vorhandene Temperaturniveau im Raum beeinflusst nicht nur die thermische Behaglichkeit, sondern auch die Arbeitsleistung von Personen.

In der Abbildung 11 sind Messergebnisse von Wyon darstellt, die den Einfluss der Temperatur auf die Geschicklichkeit der Hände, die Fingerfertigkeit, die Arbeitsleistung und geistige Fähigkeiten zeigen.

Wie zu erkennen ist wirkt sich eine Temperatur von ca. 26°C optimal auf die Geschicklichkeit der Hände und die Fingerfertigkeit aus. Demgegenüber steigt jedoch die Unfallhäufigkeit bei dieser Temperatur rapide an.

Weiterhin werden höhere Temperaturen zunehmend unbehaglicher empfunden (vgl. auch Abbildung 8). Dieser Aspekt sollte bei der Planung nicht unbeachtet bleiben.

Ein weiterer Faktor, der das Entstehen eines SBS begünstigt, ist die fehlende Einwirkmöglichkeit der Nutzer auf die Raumtemperatur. Die Personen fühlen sich dem Raumklima ausgeliefert, was negative Befindlichkeiten hervorrufen kann. Diesbezüglich gibt die VDI 6022 an, dass eine individuelle Einstellung für jeden Raum grundsätzlich wünschenswert sei.[37]

2.2.1.2 Luftgeschwindigkeit und Turbulenz

Ein weiterer Einfluss auf das Raumklima ist die Luftbewegung im Raum. Die thermische Behaglichkeit der Personen im Raum wird im besonderen Maße von der Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich und der Luftführung im Raum mitgeprägt.

In konventionell belüfteten Räumen beträgt die mittlere Luftgeschwindigkeit in der Regel 0,05 m/s, in klimatisierten oder mechanisch belüfteten Räumen kann es zu Luftgeschwindigkeiten bis zu 0,20 m/s kommen. Geschwindigkeiten ab 0,15 m/s können bereits als störend empfunden werden. Als Folge zu hoher Luftgeschwindigkeiten in Räumen treten sogenannte Zugerscheinungen auf.

Zum notwendigen Wärme- und Stofftransport ist eine Mindestluftgeschwindigkeit erforderlich, um den Luftwechsel im Raum zu gewährleisten. Um allerdings Zugerscheinungen zu vermeiden darf eine Höchstgeschwindigkeit nicht überschritten werden. Neben der Luftgeschwindigkeit beeinflusst auch der Turbulenzgrad der Luft die Behaglichkeit. So werden bei gleichen Luftgeschwindigkeiten höhere Turbulenzgrade als unbehaglich empfunden.

Die Grenzwerte für Luftgeschwindigkeiten sind von der Lufttemperatur sowie vom Turbulenzgrad der Strömung abhängig und ergeben sich aus Abbildung 12. Die Werte gelten für die Aktivitätsstufe I und einen Wärmedurchlasswiderstand der Kleidung von 0,12 m²K/W. Den zulässigen Luftgeschwindigkeiten liegt ein Prozentsatz von 15% Unzufriedener (PMV[38] bzw. DR[39] ) zugrunde.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 12: Grenzwerte mittlerer Luftgeschwindigkeiten als Funktion von Temperatur und Turbulenzgrad[40]

Bei operativen Raumtemperaturen (vgl. Abbildung 8) zwischen 20 und 22°C ist (außer bei Mischlüftung) die thermische Behaglichkeit noch gegeben, wenn die in Abbildung 12 angegebenen Luftgeschwindigkeiten nicht überschritten werden.

Der Turbulenzgrad T ist dabei folgendermaßen definiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wird der Wärmedurchlasswiderstand der Kleidung um 0,032 W/ m²K oder die Aktivität um 10 W erhöht, so darf die zulässige Luftgeschwindigkeit auf die um etwa 1 K erhöhte zugeordnete Luftgeschwindigkeit angehoben werden.

So wird z.B. in einem Büroraum bei Aktivitätsstufe I, Wärmedurchlasswiderstand der Bekleidung R = 0,12 W/m²K, einer Lufttemperatur von 23°C, eine Luft-geschwindigkeit (nach Abbildung 12) v = 0,15 m/s zugelassenen. Bei Aktivitätsstufe II und sonst gleichen Bedingungen liegt nach Tabelle 4 eine Wärmeabgabe von 150 W gegenüber 120 W bei Aktivitätsstufe I vor. Die zulässige Luftgeschwindigkeit wird daher bei einer Luftgeschwindigkeit von 23 + 3°C abgelesen und beträgt v = 0,20 m/s.

Die angesprochene Zugluft ist eine unerwünschte lokale Abkühlung des menschlichen Körpers, welche durch die Luftbewegung im Raum verursacht wird. Die Anzahl derjenigen, die sich durch Zugluft beeinträchtigt fühlen, kann mittels folgender Gleichung bestimmt werden:[41]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (19)

es bedeuten:

DR Beeinträchtigung durch Zugluft, d.h. Prozentsatz von Menschen

die sich durch Zugluft beeinträchtigt fühlen

ta lokale Lufttemperatur, in °C

` v lokale mittlere Luftgeschwindigkeit, in m/s

Tu lokaler Turbulenzgrad, in %

2.2.1.3 Luftfeuchte

Eine weitere Einflussgröße des thermischen Raumklimas ist die Raumluftfeuchte. Ist sie in einigen Gebäuden (z.B. Museen) unerlässlich, so stellt sich die Frage nach der Notwendigkeit von Luftbefeuchtung in Bürogebäuden. In diesem Zusammenhang werden die Wirkungen der Raumluftfeuchte auf den Menschen erläutert.

Die Entwärmung des menschlichen Körpers erfolgt auch durch Verdunstung von Wasser auf der Haut und somit hat die Luftfeuchtigkeit ebenfalls Einfluss auf die thermische Behaglichkeit. Für die Stärke der Verdunstung ist, bei sonst gleichen Bedingungen, die Druckdifferenz des Wasserdampfes an der Hautoberfläche und des Wasserdampfes in der Luft verantwortlich.[42]

Da bei normalen Raumtemperaturen (20 - 22°C) und Aktivitätsstufe I die Wärmeabgabe durch Verdunstung kaum von Bedeutung ist, wird eine Änderung der Raumluftfeuchte im Bereich von 30 - 70% relativer Feuchte vom Menschen eigentlich nicht wahrgenommen.

Nach Abbildung 6 dominiert bei höheren Lufttemperaturen und Aktivitäten die Wärmeabgabe durch Verdunstung und die trockene Wärmeabgabe (Strahlung und Konvektion) nimmt ab. Wird nun bei zu hoher Luftfeuchte diese Wärmeabgabe (durch Verdunsten von Schweiß auf der Körperoberfläche) erschwert, so empfinden die Personen im Raum die Luft als schwül. In Versuchen wurde festgestellt, dass die sogenannte Schwülegrenze für einen normal bekleideten, ruhenden Menschen bei einem Wassergehalt von x = 12 g Wasser je kg trockene Luft liegt.[43]

Aus diesem Grund gibt die DIN 1946, Teil 2 einen Feuchtegehalt der Luft von x = 11,5 g/kg als obere Grenze an. Die relative Luftfeuchte wird auf 65% begrenzt. Als untere Grenze werden 30% relative Feuchte genannt.[44]

Die VDI 6022 sieht ebenso relative Luftfeuchten zwischen 30 und 65% vor.[45] Es werden auch Luftfeuchten unter 30% zugelassen, sofern der Feinstaubgehalt in der Luft gering gehalten werden kann. Dies erscheint allerdings schwierig, da bei Luftfeuchtigkeit unter 35%, die ja im Winter in beheizten Räumen leicht auftreten kann, die Staubbildung erleichtert wird.

Durch Verschwelung des gebildeten Staubes entstehen Gase, welche die Atmungsorgane (Nase, Rachen und Luftröhre) reizen.[46]

Ein weiteren Grund zur Vermeidung geringer Luftfeuchten ist die Tatsache, dass bei relativen Luftfeuchten unter 40%, im Winterbetrieb, eine erhebliche Zunahme von Erkältungskrankheiten zu beobachten ist.[47]

Die erwähnten Atmungsorgane (Nase, Rachen und Luftröhre) reinigen, erwärmen und befeuchten die eingeatmete Luft. Wird während längerer Zeit Luft mit sehr niedriger relativer Luftfeuchte eingeatmet, so kann es in den Schleimhäuten der Atemwege zu Austrocknungserscheinungen kommen. Dieses ist in Abbildung 13 dargestellt.

Sind die Flimmerhaare (Flimmerepithel) links noch intakt, so ist mit zunehmender Trockenheit der Luft zu erkennen, dass die Flimmerhaare in ihrer Funktion beeinträchtigt werden (mitte) und über längere Zeit ganz austrocknen (rechts).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 13: Intakte Flimmerepithel (links), reduziert leistungsfähiges Flimmerepithel mit Schleim- Schmutzpfropf (mitte) und verkümmerter Schleimhautrasen mit krustigen Ablagerungen (rechts)[48]

Anzeichen dafür sind Empfindungen von Trockenheit im Nasen- Rachen- Raum (verstopfte Nase), da der Schleim eingedickt wird und an den Schleimhäuten haften bleibt (Abbildung 13, mitte). Nasenbluten kann entstehen. Schluckbeschwerden, Reizhusten, eine belegte Stimme und Heiserkeit sind weitere Symptome.[49]

Das Reinigungssystem arbeitet nur noch unzureichend, so dass Bakterien ein günstiges Milieu zur Entwicklung von Krankheiten vorfinden. So erklärt sich die Anfälligkeit für Erkältungskrankheiten bei zu geringen Luftfeuchten während der Heizperiode.

In der Studie von Kröling (1985) wurden gemessene relative Feuchten von 40 – 50% als unangenehm trocken empfunden. Als Hauptursache vermutet Kröling überhöhte Lufttemperaturen über 23°C, die sich ebenfalls durch einen Austrocknungseffekt, besonders an den Augenschleimhäuten (Kontaktlinsen-träger), bemerkbar machen. Als weitere Ursache für die, eigentlich nicht vorhandene, Trockenheit macht Kröling eine erhöhte Belastung mit schleimhautreizenden Partikeln der RLT- Anlage[50] verantwortlich. Diese kann u.a. auch in verkeimten Befeuchtern entstehen.[51]

Abbildung 14 zeigt das Behaglichkeitsfeld relativer Luftfeuchte im h, x Diagramm. Der Behaglichkeitsbereich wird mit 35 - 65% relativer Luftfeuchtigkeit angegeben. Aus vorgenannten Gründen wird allerdings empfohlen eine minimale Luftfeuchte von 40% nicht zu unterschreiten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 14: Behaglichkeitsbereich relativer Luftfeuchte, dargestellt im h, x Diagramm nach Mollier

Ob nun eine Luftbefeuchtung erforderlich ist, muss von Fall zu Fall geprüft werden. Prinzipiell kann aber gesagt werden, dass die Luftbefeuchtung Vorteile, aber auch Risiken mit sich bringt. Vorteile sind z.B. das vermeiden von zu hohen und zu geringen Luftfeuchten. Zu hohe Luftfeuchten werden als schwül empfunden und zu geringe Luftfeuchten machen sich durch Austrocknungserscheinungen der Atemwege bemerkbar. Wie gezeigt sollte beides vermieden werden. Als Risiko ist die Keimbelastung im Befeuchterwasser von schlecht gewarteten Anlagen zu nennen. Bei strenger Einhaltung der, in der Richtlinie VDI 6022, gestellten Anforderungen[52] sollte dies allerdings kein Problem darstellen.

2.2.1.4 Einfluss von Aktivität und Bekleidung auf die thermische Behaglichkeit

Wie im Kapitel 2.2.1.1 beschrieben ist die Wärmeproduktion in erster Linie vom Aktivitätsgrad des Menschen abhängig. Tabelle 4 gibt einen Überblick über die Wärmeabgabe des Menschen bei unterschiedlichen Aktivitäten sowie die spezifische Wärmeabgabe je m². Weiterhin ist der Energieumsatz in der international verwendeten Einheit met angegeben. 1 metabolische Einheit (met) bezieht sich dabei auf den Ruheenergieumsatzes in sitzender Position: 1 met = 58 W/m² Körperoberfläche, wobei für eine Person etwa 1,7 m² zugrundegelegt werden.

Tab. 4: Gesamtwärmeabgabe je Person in Abhängigkeit vom Aktivitätsgrad[53]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In der Praxis sind leichte, hauptsächlich sitzende Tätigkeiten (Aktivitätsstufe I) von besonderen Interesse. Diese Tätigkeiten sind charakteristisch für Personen, die sich in Innenräumen (z.B. Büros) aufhalten.

Nicht nur der Aktivitätsgrad, sondern auch die Charakteristik der ausgeübten Tätigkeit hat einen deutlichen Einfluss auf die Befindlichkeit. Untersuchungen haben gezeigt, dass Personen denen ein hohes Maß an Verantwortung übertragen wird, weniger Beschwerden hinsichtlich ihrer Befindlichkeit äußern als Personen ohne übertragene Verantwortung.[55]

Ein weiterer Faktor, der bisher noch nicht betrachtet wurde, stellt die Bekleidung der Menschen dar. Diese ist als Isolierschicht zwischen Haut und Umgebung anzusehen. Der Isoliergrad der Bekleidung ist im wesentlichen von der Dicke, Porosität und Material (Wärmedurchlasskoeffizienten) abhängig. Die Wärmewirkung wurde messtechnisch ermittelt und kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (20)

wobei bedeuten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenWärmestrom durch die Bekleidung

AK Oberfläche des bekleideten Körpers[56]

R Wärmedurchlasswiderstand der Bekleidung

tS Hauttemperatur

tB Oberflächentemperatur der Bekleidung[57]

In Deutschland wird der Wärmedurchlasswiderstand R in m²K/W angegeben. International ist die Bezeichnung clo[58] gebräuchlich, wobei 1 clo = 0,155 m²K/W darstellt. Die nachfolgende Tabelle zeigt typische Bekleidungsisolierwerte nach DIN EN ISO 7730.

Tab. 5: Wärmedurchlasswiderstand der Bekleidung[59]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In Abhängigkeit von körperlicher Tätigkeit und Isolierwert der Bekleidung kann die optimale operative Raumtemperatur[60] anhand der folgenden Abbildung bestimmt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 15: Optimale operative Raumtemperatur als Funktion von Aktivität und Bekleidung[61]

Das Zusammenspiel der genannten thermischen Einflüsse stellt das thermische Raumklima dar. Über die Zufriedenheit der anwesenden Personen, mit dem Raumklima, gibt PMV und PPD Auskunft. Deshalb werden diese Größen im folgenden Kapitel behandelt.

2.2.1.5 PMV und PPD als Funktion des thermischen Raumklimas

Das Wärmeempfinden des Menschen ist im wesentlichen abhängig vom thermischen Gleichgewicht (Wärmebilanz) seines Körpers im Ganzen.[62] Wie in den vorangegangenen Kapiteln gezeigt, wird dieses Gleichgewicht von den Parametern des Umgebungsklimas (Lufttemperatur, mittlere Strahlungs-temperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte), sowie von der körperlichen Tätigkeit und der Bekleidung, beeinflusst.

In Abhängigkeit dieser Parameter kann das Wärmeempfinden für den Körper als ganzes vorausgesagt werden, indem der PMV[63] berechnet wird.

Der PMV ist ein Index, der den Mittelwert der Urteile über das thermische Empfinden einer größeren Personengruppe, anhand der folgenden Siebenpunkteskala, voraussagt:[64]

[...]


[1] Witthauer, J./Horn, H./Bischof, W.: Raumluftqualität – Belastung, Bewertung, Beeinflussung, Karlsruhe, 1993, S. 208.

[2] Kröling, P.: Gesundheits- und Befindensstörungen in klimatisierten Gebäuden, Vergleichende Untersuchungen zum „building illness“-Syndrom, München, 1985.

[3] Vgl. Pluschke, P.: Luftschadstoffe in Innenräumen: Ein Leitfaden, Heidelberg, 1996, S. 14.

[4] Witthauer, J./Horn, H./ Bischof, W.: a.a.O., S. 3.

[5] SZALAI (1972) Spalte 2 und 3.

[6] CHAPIN (1974) Spalte 4 und 5.

[7] Vgl. Pluschke, P.: a.a.O., S. 14.

[8] Vgl. Koch, P.: Konzepte gegen Sick Building Syndrom, in: KI, 03/1994, S. 129.

[9] Vgl. Kröling, P.: Gesundheits- und Befindensstörungen in klimatisierten Gebäuden, Vergleichende Untersuchungen zum „building illness“-Syndrom, München, 1985, S. 17f.

[10] Meist sind dies Haut- oder Atemwegserkrankungen, aber auch Infektionen, Allergien und Krebserkrankungen.

[11] Vgl. Leben in Räumen, Broschüre mit Informationen rund ums Gebäude, VBG, 2001, S. 15.

[12] Kröling, P.: Das Sick Building Syndrom in klimatisierten Gebäuden: Symptome, Ursachen und Prophylaxe, in Diel, F. (Hrsg.): Innenraumbelastungen; erkennen, bewerten, sanieren, Berlin, 1993, S. 28.

[13] Die WHO definiert die Gesundheit nicht im herkömmlichen Sinne mit dem fehlen von behandlungsbedürftiger Krankheit, sondern als Zustand des körperlichen, psychischen und sozialen Wohlbefindens, in: KI, 11/1995, S. 526.

[14] Vgl. Recknagel/Sprenger/Schramek: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik 01/02, München, 2001, S. 84.

[15] Vgl. Hanel, B.: Raumluftströmung, Heidelberg, 1994, S. 5f und DIN 1946, Teil 2, Raumluft-technik, Gesundheitstechnische Anforderungen, VDI Lüftungsregeln, 01/1994, S. 1.

[16] DIN EN ISO 7730, Ermittlung des PMV und des PPD und Beschreibung der Bedingungen für thermische Behaglichkeit, 09/1995, S. 6.

[17] DIN 1946, Teil 2, S. 1.

[18] Vgl. Baumgarth, S./Hörner, B./Reeker, J.: Handbuch der Klimatechnik, Band 1, Grundlagen, Heidelberg, 2000, S. 52ff.

[19] Nähere Erläuterungen dazu im Kapitel 2.2.1.4.

[20] Baumgarth, S./Hörner, B./Reeker, J.: a.a.O., S. 53.

[21] Vgl. Rechnagel/Sprenger/Schramek: a.a.O., S.47.

[22] Baumgarth, S./Hörner, B./Reeker, J.: a.a.O., S. 57.

[23] Für eine Körperoberfläche von 1,8 m² kann mit 0,18 m² für den unbekleideten und mit 1,62 m² für den bekleideten Bereich gerechnet werden.

[24] Ebenda, S. 59.

[25] Ebenda, S. 60.

[26] Ebenda, S. 60.

[27] DIN 1946, Teil 2, S. 11.

[28] Vgl. Tabelle 4 und Tabelle 5.

[29] DIN 1946, Teil 2, S. 3.

[30] Der Aufenthaltsbereich ist normalerweise mit 2 m Höhe und Abständen von 1,0 m zu Außenwänden und 0,5 m zu Innenwänden definiert.

[31] Vgl. Prof. Dr.-Ing. Bendel: Vorlesungsunterlagen im Fach Klimatechnik, FB IV, TFH Berlin.

[32] Vgl. DIN 1946, Teil 2, S. 3.

[33] DIN Fachbericht 79, Lüftung von Gebäuden, Auslegungskriterien für Innenräume, Deutsche Fassung des CEN- Berichtes CR 1752, 1999, S. 19.

[34] Nähere Erläuterungen im Kapitel 2.2.6.

[35] Vgl. Kröling, P.: Das Sick Building Syndrom und die für Gesundheit und Wohlbefinden abträglichen Tücken von Klimaanlagen, in: Workshop - "Zwischen Klimaanlage, Toner und Elektrosmog – Gesundes Büro oder Giftküche?", DGB-Bundesvorstand Angestelltensekretariat Düsseldorf, 10/1996.

[36] Fitzner, K.: Thermische Behaglichkeit und Luftqualität – Anforderungen und technische Regeln, in: VDI Berichte 1149, Verbesserung der Innenraumluft, Raumlufttechnische Lösungen für Bürogebäude, Düsseldorf, 1994, S. 6.

[37] Vgl. VDI 6022 Blatt 1, Hygienische Anforderungen an Raumlufttechnische Anlagen, Büro- und Versammlungsräume, 07/1998, S. 5.

[38] Predicted mean vote = vorrausgesagtes mittleres Votum.

[39] Draft risk = Zugluftrisiko.

[40] DIN 1946, Teil 2, S. 3.

[41] DIN EN ISO 7730, S. 6.

[42] Vgl. dazu auch Kapitel 2.2.1.1.

[43] Vgl. Recknagel/Sprenger/Schramek: a.a.O., S. 58.

[44] Vgl. DIN 1946, Teil 2, S. 4.

[45] Vgl. VDI 6022 Blatt 1, S. 5.

[46] Vgl. Recknagel/Sprenger/Schramek: a.a.O., S. 57.

[47] Vgl. Iselt, P./Wilcke, M.: Gas- Dampfluftbefeuchter, Eine Möglichkeit zur hygienisch sauberen Luftbefeuchtung in raumlufttechnischen Anlagen, in: TAB, 02/2001, S. 45.

[48] Diebenschlag, W.: Grundlagen der Wohnungsphysiologie aus medizinischer Sicht: Das Raumklima, in: KI, 09/1986, S. 347.

[49] Vgl. Iselt, P.: Die Luftbefeuchtung, Streichelobjekt bei raumlufttechnischen Anlagen, in: Die Kälte- und Klimatechnik, 04/1994, S. 258.

[50] Näheres dazu im Kapitel 2.2.4.8.

[51] Vgl. Kröling, P.: Das Sick Building Syndrom und die für Gesundheit und Wohlbefinden abträglichen Tücken von Klimaanlagen, in: Workshop - "Zwischen Klimaanlage, Toner und Elektrosmog – Gesundes Büro oder Giftküche?", DGB-Bundesvorstand Angestelltensekretariat Düsseldorf, 10/1996.

[52] Auf die Anforderungen der Richtlinie wird im zweiten Teil dieser Arbeit näher eingegangen.

[53] Vgl. DIN 1946, Teil 2, S. 2 und Baumgarth, S./Hörner, B./Reeker, J.: a.a.O., S. 55.

[54] Körperoberfläche einer Person = 1,7 m2.

[55] Vgl. Kruppa, B./Bischof, W./Bullinger, M.: Zusammenfassende Darstellung des ProKlimA Forschungsprojektes, Positive und negative Wirkungen raumlufttechnischer Anlagen auf Befindlichkeit, Leistungsfähigkeit und Gesundheit, in: GI, 02/2002, S. 93.

[56] Bei einer Körperoberfläche von 1,8 m2 kann 1,62 m2 für die bekleidete Oberfläche angenommen werden.

[57] Haut- und Oberflächentemperatur nach Abbildung 3.

[58] Clo = aus dem englischen clothing value.

[59] Vgl. DIN 1946, Teil 2, S. 2 und DIN EN ISO 7730, S. 21f.

[60] Bedeutet PMV = 0, Erläuterungen dazu im Kapitel 2.2.1.5.

[61] DIN EN ISO 7730, S. 19.

[62] Vgl. dazu Kapitel 2.2.1.1.

[63] Predicted mean vote = vorrausgesagtes mittleres Votum.

[64] Ebenda, S. 2.

Details

Seiten
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2003
ISBN (eBook)
9783832472788
ISBN (Paperback)
9783838672786
DOI
10.3239/9783832472788
Dateigröße
6.8 MB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Beuth Hochschule für Technik Berlin – Versorgungs- und Energietechnik, Klimatechnik
Erscheinungsdatum
2003 (Oktober)
Note
1,0
Schlagworte
klimatechnik raumklima raumluft schadstoff wartung
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Titel: Sick Building Syndrome
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