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.
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.
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-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.
Wichtige technische Merkmale von NDIR-CO₂-Sensoren für den Gebäudeeinsatz:
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.
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:
| Nutzungstyp | Auslegungs-Volumenstrom | Effektiver Mittelstrom mit CO₂ | Einsparung Luft | Kennwert |
|---|---|---|---|---|
| Büro (Einzelbüro) | 40 m³/(h·Pers) | 20–28 m³/(h·Pers) | 30–50% | 40–60% typische Belegung |
| Großraumbüro | 35 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 |
| Versammlungsraum | 30 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.
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.
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.
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.
Wärmebedarf zur Zulufterwärmung sinkt um 80%. Volumenstrom bleibt konstant auf Auslegungsniveau. Ventilatorstrom unverändert hoch. Ergebnis: Wärmeenergieeinsparung ca. 80%, Stromverbrauch Ventilatoren gleich.
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.
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.
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:
| Parameter | Konstante Lüftung | CO₂-VAV-Regelung | Auswirkung Bilanz |
|---|---|---|---|
| Volumenstrom-Ansatz | 100% Nennvolumenstrom | 50–70% mittlerer Betrieb | Hilfsenergie Ventilatoren sinkt kubisch |
| Luftwechselrate Ø | Entsprechend Vollbelegung | Belegungsabhängig reduziert | Wärmebedarf Zuluft sinkt proportional |
| Betriebsstunden | Nutzungszeit + Vorheizzeit | Nutzungszeit + verkürzte Vorheizzeit | Geringerer Grundbetrieb |
| SFP (Specific Fan Power) | Hoch (Vollast-Auslegung) | Niedriger (Teillast-Betriebspunkt) | Reduktion Ventilatorenergie |
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.