Lüftungstechnik & Energieeffizienz

CO₂-geführte Lüftungsregelung: Bedarfsgerechte Frischluftzufuhr und Energieeinsparung

CO₂-Konzentration als Regelgröße ermöglicht eine präzise, bedarfsgerechte Frischluftzufuhr — statt konstanter Volllastlüftung auf Auslegungsniveau. Das senkt den Energiebedarf um 30–60% ohne Einbußen bei der Raumluftqualität, und wird in der Energiebilanz durch reduzierte Volumenströme abgebildet.

30–60% Energieeinsparung gegenüber Konstantlüftung
NDIR-Sensoren: Genauigkeit ±50 ppm
IDA-2-Luftqualität nachgewiesen sicherstellen
420 ppmCO₂-Konzentration in Außenluft
<1.000 ppmPettenkofer-Grenzwert Raumluft
30–60%Energieeinsparung durch CO₂-Regelung

CO₂-Konzentration als Maß für Raumluftqualität

Menschen erzeugen durch Atmung kontinuierlich CO₂. Die Konzentration in der Raumluft steigt proportional zur Belegung und fällt mit zunehmendem Frischluftanteil. CO₂ ist damit ein idealer Indikator für die Luftqualität in belegten Räumen — nicht weil CO₂ selbst schädlich ist, sondern weil es mit anderen Belastungsstoffen (VOC, Gerüche, Feuchtigkeit) korreliert.

420 ppm
Außenluft
Referenzwert frische Außenluft
<800 ppm
IDA 2 — Gut
Sehr gute Innenraumluft, optimal
800–1.000
IDA 3 — Mittel
Pettenkofer-Grenzwert, akzeptabel
1.000–1.500
IDA 4 — Niedrig
Deutlich wahrnehmbare Verschlechterung
>1.500 ppm
Unakzeptabel
Müdigkeit, Konzentrationsmangel, sofort lüften

Die Norm DIN EN 15251 (ersetzt durch DIN EN 16798) definiert die Luftqualitätskategorien IDA 1 bis IDA 4. Kategorie IDA 2 mit einer CO₂-Konzentration unter 800 ppm gilt für gehobene Ansprüche (Schulen, Kindertagesstätten, Gesundheitseinrichtungen). Kategorie IDA 3 (800–1.000 ppm) entspricht dem Mindestniveau für normale Büros und Versammlungsräume.

NDIR-Sensortechnik: Messprinzip und Eigenschaften

NDIR-Sensoren (Nondispersive Infrared) sind der Standard für präzise CO₂-Messung in Gebäuden. Sie nutzen die Eigenschaft von CO₂-Molekülen, Infrarotstrahlung bei einer charakteristischen Wellenlänge von 4,26 µm zu absorbieren. Je mehr CO₂ im Messkanal, desto geringer die durchgelassene IR-Strahlung am Detektor.

CO₂-Sensor (NDIR)
±50 ppm, 5–10 Jahre
DDC-Regler
Soll-Ist-Vergleich, PID-Regelung
VAV-Stellantrieb
Volumenstromklappe, 0–100%
Ventilator (FU)
Drehzahlregelung, P² Kurve
Zuluft
Bedarfsgerechter Volumenstrom

Wichtige technische Merkmale von NDIR-CO₂-Sensoren für den Gebäudeeinsatz:

Energieeinsparung durch bedarfsgerechte Lüftung

Herkömmliche RLT-Anlagen fördern konstant den für Vollbelegung ausgelegten Volumenstrom — auch wenn der Raum nur zu 30% belegt ist. CO₂-gesteuerte VAV-Systeme (Variable Air Volume) reduzieren den Volumenstrom proportional zum tatsächlichen Bedarf. Da die Ventilatorleistung mit der dritten Potenz des Volumenstroms sinkt, sind die Einsparungen erheblich.

100%
Ventilatorenergie
Konstantbetrieb Volllast
kein CO₂-Sensor
40–70%
Ventilatorenergie
CO₂-VAV-Regelung
typische Bürobelegung
30–60% Einsparung
30–50%
Heizenergie Zuluft
Weniger zu erwärmende Luft
bei CO₂-Regelung
bis 70% proportional
Physikalischer Hintergrund: Die Ventilatorleistung P verhält sich zum Volumenstrom V nach dem Ähnlichkeitsgesetz P ~ V³. Sinkt der Volumenstrom auf 70%, fällt die Leistungsaufnahme auf nur 34% (0,7³). Das macht Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter in Kombination mit CO₂-VAV-Steuerung besonders energieeffizient.

Typische Volumenströme je Nutzungstyp

Die Nutzungsprofile geben Außenluftvolumenströme je Person vor, die für Vollbelegung die vorgeschriebene Luftqualität gewährleisten. CO₂-Regelung erlaubt eine Absenkung des geförderten Volumenstroms bei Teilbelegung — der effektive Jahresmittelstrom sinkt deutlich unter den Auslegungswert:

NutzungstypAuslegungs-VolumenstromEffektiver Mittelstrom mit CO₂Einsparung LuftKennwert
Büro (Einzelbüro)40 m³/(h·Pers)20–28 m³/(h·Pers)30–50%40–60% typische Belegung
Großraumbüro35 m³/(h·Pers)18–25 m³/(h·Pers)28–48%Schwankende Belegung
Schule (Klassenraum)25 m³/(h·Pers)14–20 m³/(h·Pers)25–44%Feste Stundenpläne
Hotel (Zimmer)25 m³/(h·Pers)12–18 m³/(h·Pers)28–52%Tag: leer, Nacht: belegt
Versammlungsraum30 m³/(h·Pers)10–20 m³/(h·Pers)33–66%Höchste Belegungsschwankung

Bei der Bilanzierung wird der effektive mittlere Volumenstrom über das Jahr als Basis für den Berechnung des Hilfsenergiebedarfs der Ventilatoren und den Wärmebedarf zur Konditionierung der Zuluft verwendet. Ein Abminderungsfaktor auf den Nennvolumenstrom ist zulässig, wenn die CO₂-Regelung im Rahmen der Systemplanung nachgewiesen wird.

Schulgebäude: Anwendungsfall mit hohem Einsparpotenzial

Beispiel Klassenraum — 30 Schüler, 65 m² Grundfläche

Ohne CO₂-Regelung würde die Lüftungsanlage auch während Pausen, Freistunden und außerhalb der Schulzeit mit Vollvolumenstrom betrieben. CO₂-Messung zeigt hingegen exakt, wann Frischluft benötigt wird.

20 min
bis CO₂ >1.500 ppm ohne Lüftung bei Vollbelegung
750 m³/h
Auslegungsvolumenstrom (30 × 25 m³/h·P)
50%
mittlere Jahresauslastung (Pausen, Ferien)
45%
Energieeinsparung durch CO₂-VAV-Regelung

Schulgebäude profitieren besonders stark von CO₂-Regelung, weil die Belegung stark schwankt: Vollbelegung im Unterricht, nahezu leer in Pausen, Freistunden und Ferien. Ohne Regelung wird während Ferien (ca. 13 Wochen/Jahr = 25%) konstant gelüftet — reiner Energieverlust ohne Nutzwert.

Kombination mit Wärmerückgewinnung (WRG)

CO₂-geführte Lüftung entfaltet ihr volles Potenzial in Kombination mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung. Beide Maßnahmen ergänzen sich synergetisch: WRG reduziert den Wärmebedarf je Kubikmeter geförderter Luft, CO₂-Regelung reduziert die gesamte geförderte Luftmenge.

Nur WRG (η = 80%)

Wärmebedarf zur Zulufterwärmung sinkt um 80%. Volumenstrom bleibt konstant auf Auslegungsniveau. Ventilatorstrom unverändert hoch. Ergebnis: Wärmeenergieeinsparung ca. 80%, Stromverbrauch Ventilatoren gleich.

Nur CO₂-VAV-Regelung

Volumenstrom sinkt auf mittleren Betriebspunkt. Ventilatorstrom sinkt kubisch (V³-Gesetz). WRG-Wirkungsgrad aber bleibt, Wärmebedarf sinkt proportional zur Luftmenge. Ergebnis: 30–60% Strom- und Wärmeeinsparung.

Kombination WRG (η ≥ 75%) + CO₂-VAV-Regelung — Optimum

Doppelter Spareffekt: Die gesamte geförderte Luftmenge sinkt durch CO₂-Regelung (30–60% weniger Volumen). Von dieser reduzierten Luftmenge wird zudem 75–85% der Wärme zurückgewonnen. Gesamteinsparung Wärmeenergie für Zulufterwärmung: bis zu 90–95% gegenüber unkontrollierter Lüftung ohne WRG. Der Ventilatorstrom sinkt um 30–60% durch VAV. Systemkombination ist Stand der Technik für Neubauten und Sanierungen.

Bilanzierung in der Energiebilanz: Parameter und Einflussgrößen

Die Energiebilanz berücksichtigt CO₂-geführte Lüftung über den effektiven mittleren Betriebsvolumenstrom, der im Jahresverlauf deutlich unter dem Auslegungsvolumenstrom liegt. Folgende Parameter sind für die korrekte Bilanzierung relevant:

ParameterKonstante LüftungCO₂-VAV-RegelungAuswirkung Bilanz
Volumenstrom-Ansatz100% Nennvolumenstrom50–70% mittlerer BetriebHilfsenergie Ventilatoren sinkt kubisch
Luftwechselrate ØEntsprechend VollbelegungBelegungsabhängig reduziertWärmebedarf Zuluft sinkt proportional
BetriebsstundenNutzungszeit + VorheizzeitNutzungszeit + verkürzte VorheizzeitGeringerer Grundbetrieb
SFP (Specific Fan Power)Hoch (Vollast-Auslegung)Niedriger (Teillast-Betriebspunkt)Reduktion Ventilatorenergie
Hinweis für die Bilanzierung: Der Nachweis der CO₂-Regelung erfordert eine Beschreibung des Regelungskonzepts und der eingesetzten Sensorik im Energieaudit. Der Abminderungsfaktor auf den Volumenstrom ist zu begründen und plausibilisieren. Bei Messungen im Bestand sind reale Betriebsprotokolle der Lüftungsanlage (GLT-Daten) wertvolle Grundlage.

Häufige Fragen zur CO₂-geführten Lüftungsregelung

Der Pettenkofer-Wert bezeichnet die CO₂-Konzentration von 1.000 ppm in der Raumluft, bei der Menschen die Luftqualität als gerade noch akzeptabel empfinden. Außenluft enthält ca. 420 ppm CO₂. Moderne Lüftungsregelungen halten die Konzentration idealerweise unter 800 ppm (Kategorie IDA 2), insbesondere in Schulen und Kindereinrichtungen. Über 1.500 ppm treten nachweislich Konzentrationsmängel und Müdigkeit auf.

Standard sind NDIR-Sensoren (Nondispersive Infrared). Sie messen CO₂ durch Absorption von Infrarotlicht bei einer spezifischen Wellenlänge von 4,26 µm. Genauigkeit liegt bei ±50 ppm bei regelmäßiger Kalibrierung. Lebensdauer beträgt 5–10 Jahre. Hochwertigere Dual-Beam-NDIR-Sensoren sind wartungsärmer, da sie eine Referenzmessung mitführen, und haben Lebensdauern von bis zu 15 Jahren.

Gegenüber konstanter Volllastlüftung spart CO₂-geführte bedarfsgesteuerte Lüftung 30–60% Ventilatorstrom und proportional dazu Heiz- bzw. Kühlenergie für die Zulufttemperierung. In Schulen und Versammlungsstätten mit stark schwankender Belegung ist das Einsparpotenzial am höchsten. Die kubische Abhängigkeit der Ventilatorleistung vom Volumenstrom (P ~ V³) macht die Einsparung besonders effektiv.

Die Nutzungsprofile geben einen Nenn-Volumenstrom für die Vollbelegung vor. CO₂-geregelte Systeme erlauben einen Abminderungsfaktor auf den mittleren Betriebsvolumenstrom, was den Hilfsenergiebedarf der Ventilatoren und den Wärmebedarf zur Erwärmung der Zuluft reduziert. Der Abminderungsfaktor muss im Audit begründet und durch das Regelungskonzept plausibilisiert werden.

Büro: 40 m³/(h·Person), Schule: 20–30 m³/(h·Person), Hotel: 25 m³/(h·Person). Mit CO₂-Regelung und typischer Teilbelegung reduziert sich der effektiv geförderte Volumenstrom um 30–50% gegenüber dem Auslegungswert. Versammlungsräume weisen die stärksten Schwankungen auf und profitieren am meisten von bedarfsgerechter Regelung.