Luftwechselrate im Labor – Leitfaden für die Laborbelüftung

Ein ausgeklügeltes Belüftungskonzept nimmt im Labor eine zentrale Rolle ein, um die Labormitarbeiter vor schädlichen Dämpfen und Partikeln zu schützen. Notwendig dafür ist der richtige Luftwechsel, aber auch ein passendes Zuluftsystem, das für die Durchmischung der Raumluft sorgt.

Allerdings haben raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) im Labor einen enormen Energiebedarf: Schon ein einzelner Laborabzug kann so viel Energie verbrauchen wie bis zu drei Einfamilienhäuser. 

Um Ressourcen zu schonen und Kosten zu sparen, lohnt es sich also, das Belüftungskonzept und die Luftwechselrate im Labor zu optimieren. Wie das gelingen kann, erfahren Sie hier.

Was bedeutet Luftwechselrate?

Die Luftwechselrate oder Luftwechselzahl ist eine Kennzahl, die angibt, wie oft die Raumluft pro Stunde ausgetauscht wird. Sie wird mit der Maßeinheit 1/h oder h-1 (ausgesprochen als „pro Stunde“) angegeben. Im englischen Sprachraum nennt man sie auch ACH, was für „air changes per hour“ steht.

Ein Beispiel: Eine Luftwechselrate von 3 1/h bedeutet, dass die Raumluft 3-mal pro Stunde komplett ersetzt wird.

Der hygienisch bedingte Mindestluftwechsel in Innenräumen beträgt laut DIN EN 12831 in der Regel 0,5 1/h. Um hygienische Luftverhältnisse sicherzustellen, muss die Luft also alle 2 Stunden komplett getauscht werden. 

Dieser Mindestwert gilt allerdings nur für simple Wohn- oder Büroräumlichkeiten. Ein Labor muss höhere Standards erfüllen – schließlich wird hier häufig mit toxischen, krankheitserregenden oder anderweitig gesundheitsgefährdenden Stoffen hantiert. Vor all diesen Gefahren müssen die dort arbeitenden Fachkräfte geschützt werden.

Um die Sicherheit im Labor zu gewährleisten, muss die Belüftungseinrichtung entsprechend leistungsstark sein. Unter anderem entscheiden folgende Faktoren, wie effektiv sie sein muss:

• Laborgröße und Anzahl der Arbeitsplätze: Die Gesamtgröße des Labors und die Anzahl der Arbeitsplätze bestimmen, wie viel Luft abgeführt werden muss.
• Temperatureintrag durch Geräte: Durch den Einsatz von Laborgeräten entstehen oft hohe Wärmelasten.
• Teilabluftvolumenströme durch die Laborausstattung: Sämtliche Abzüge, Sicherheitsschränke etc. müssen im Gesamt-Lüftungskonzept mitbedacht werden.
• Feuchtelasten: Die Feuchtigkeit, die Personen, Prozesse oder Geräte an die Raumluft abgeben, kann ebenfalls ein Einflussfaktor sein.
• Schadstoffbelastung: Vor allem entscheiden jedoch die Stoffe und Substanzen, die zum Einsatz kommen, über den Luftwechsel. Atemwegsreizende Stoffe erfordern etwa eine besonders effektive Abluft.

Normen & Vorschriften: Welche Luftwechselrate im Labor?

Die einzuhaltenden Standards und Normen rund um den Luftwechsel variieren je nach Land. Seit 2020 ist eine Norm für den gesamten EU-Raum in Planung: die CEN/TS 17441 (Laboreinrichtungen – Lüftungssysteme in Laboratorien), die derzeit noch den Status einer Vornorm hat. Sie ersetzt große Teile der bisher angewandten DIN 1946-7 (Raumlufttechnische Anlagen in Laboratorien).

In Deutschland gelten außerdem die Regelungen der TRGS 526 "Laboratorien", herausgegeben von der deutschen Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAUA). Darin wird eine Planungsvorgabe von 25 m³/h je m² Laborfläche angegeben.

Bei einer Raumhöhe von 3 m ergibt das den bereits erwähnten Luftwechsel von 8 1/h. Manchmal kann allerdings ein deutlich höherer Luftaustausch nötig werden, wenn z. B. besonders gefährliche Stoffe zum Einsatz kommen.

In einigen Fällen darf der Luftwechsel im Labor jedoch auch verringert werden. Und zwar dann, wenn eine Gefährdungsbeurteilung zum Schluss kommt, dass die geringere Belüftung für die vorgesehenen Tätigkeiten ausreichend ist. 

Für Laborbetreiber bedeutet das: Eine flexible Belüftung birgt großes Einsparpotenzial. Allerdings ist dabei das Gesamtkonzept zu bedenken, das mehr als nur den Luftwechsel umfasst.

Gesamtkonzept für die Laborbelüftung

Wie zu Beginn schon erwähnt, ist der Luftwechsel von 25 m³/m2h eine Planungsgrundlage. In der Praxis bedeutet das: Eine individuelle Gefährdungsbeurteilung ist nötig, um die RLT-Anlagen im jeweiligen Labor richtig zu planen.

Die Luft muss zudem nicht nur im ausreichenden Maß zu- und abgeführt werden – ausschlaggebend ist eine entsprechende Durchmischung der Raumluft. Die Zuluft-Einbringung sollte so erfolgen, dass sich Gefahrstoffe nicht an einem Ort konzentrieren und so potenziell Labormitarbeiter gefährden können.

Aus diesem Grund ist es stets empfehlenswert, einen Profi bei der Laborplanung zurate zu ziehen, insbesondere für die richtige Belüftung.

Luftwechselrate im Labor berechnen

Mit der zuvor genannten Planungsgrundlage von 25 m³/m2h können Sie die Belüftungsrate auch als Laie ungefähr feststellen. Es handelt sich dabei jedoch nur um grobe Richtwerte zur Orientierung.

Mit folgender Formel lässt sich die Luftwechselrate im Labor berechnen:

Ein einfaches Rechenbeispiel: Ein Labor mit 100 m² Nutzfläche und einer Raumhöhe von 3 m wird mit einem Luftvolumenstrom von 25 m³/m2h belüftet.

1. Zuerst wird der Abluftvolumenstrom für die gesamte Nutzfläche berechnet:
   Fläche 100 m² x Abluftvolumenstrom 25 m³/h = 2.500 m³/h
2. Anschließend das Raumvolumen:
   Fläche 100 m² x Raumhöhe 3 m = 300 m³ 
3. Daraus ergibt sich die Luftwechselrate:
   Ges. Abluftvolumenstrom 2.500 m³/h / Raumvolumen 300 m³ = 8,33 1/h

Umgekehrt können Sie auch mithilfe der Luftwechselrate den Abluftvolumenstrom berechnen, also wie viel Kubikmeter Luft die Lüftungsanlage pro Stunde austauschen soll. Hier lautet die Berechnung wie folgt:

Wird das Labor aus diesem Rechenbeispiel 24 Stunden durchgängig betrieben, dann müsste täglich etwa ein Luftvolumen von 60.000 m³ ausgetauscht werden. Um eine solche Menge an Luft zu transportieren, ist viel Energie nötig. Deshalb ist die Laborbelüftung ein zentrales Element, wenn Sie Energie und damit Kosten sparen möchten.

Luftwechsel im Labor als Umwelt- & Kostenfaktor

Ein hoher Luftwechsel im Labor sorgt in Kombination mit dem richtigen Zuluftsystem zwar für Sicherheit, wirkt sich jedoch direkt auf die Umweltbilanz und Betriebskosten aus. Je größer das Labor und je länger die tägliche Nutzungszeit, desto energieintensiver ist der Luftaustausch. Dies treibt die Kosten in die Höhe. 

Auch die benötigte Energie für Heizung und Kühlung steigt mit an, da zugeführte Frischluft erst auf Temperatur gebracht werden muss. Ein niedriger Luftwechsel wiederum würde zwar Energie- und Heizkosten sparen, kann jedoch ein Risiko für die Fachkräfte im Labor sein.

Es gilt, die richtige Balance zwischen Sicherheit einerseits sowie Kosteneffizienz und Ressourcenschonung andererseits zu finden. Die Belüftung soll so gering wie möglich ausfallen, ohne jemanden zu gefährden. Intelligente Lüftungs- und Klimatechnik hilft dabei maßgeblich.

Konkret sind die folgenden drei Maßnahmen hilfreich, um sowohl sicher als auch energieeffizient zu arbeiten:

Belüftungsplanung an individuelle Anforderungen anpassen

Eine richtig dimensionierte Belüftung ist bereits bei der Planung eines Labors ein zentrales Thema. Der erste Schritt ist eine umfassende Gefährdungsbeurteilung: Diese sollte möglichst umfassend erfolgen und Faktoren wie: 

• Laborgröße, 
• Laboreinrichtung (v. a. Abzüge, Sicherheitsschränke, Einhausungen u. Ä.) 
• sowie eingesetzte Chemikalien und Prozesse betrachten.

Das System für die Zulufteinbringung sollte ebenfalls gut überlegt sein: Das Ziel ist es, dieses so zu gestalten, dass mit wenig Energieaufwand die bestmögliche Durchmischung der Raumluft erreicht wird.

Ein wichtiger Aspekt ist auch die Trennung verschiedener Belüftungszonen: In Räumen, in denen weniger gefährliche Arbeiten durchgeführt werden, kann eine natürliche Belüftung oder ein niedrigerer Luftwechsel ausreichen. 

Es ist außerdem sinnvoll, von Anfang an eine flexible Lüftungsanlage zu installieren, die auf wechselnde Raumnutzungen und Sicherheitsanforderungen reagieren kann.

Luftwechsel reduzieren, wo möglich

Im laufenden Laborbetrieb lässt sich Energie sparen, indem der Luftwechsel auf das notwendige Minimum reduziert wird. Die Luftwechselrate kann zum Beispiel von 8 auf 4 Wechsel pro Stunde gesenkt werden, wenn keine Gefahrstoffe freigesetzt werden. 

Darüber hinaus sollte die Lüftung reduziert werden, wenn gerade niemand im Labor arbeitet, etwa nachts oder während der Pausen. Zudem lohnt sich ein Standby-Modus für Abzüge, sodass der Luftstrom minimiert wird, wenn sie nicht aktiv genutzt werden. 

Zusätzlich können die Mitarbeiter selbst zum Energiesparen beitragen, indem sie z. B. Schiebefenster von Laborabzügen sofort schließen, wenn sie diese nicht mehr benötigen.

Intelligentes Luftmanagement nutzen

Das größte Potenzial bietet eine intelligente, bedarfsorientierte Steuerung der Lüftung – besonders in Räumen, die sehr flexibel genutzt werden. 

Ein zentral gesteuertes Regelsystem sorgt dafür, dass der Luftwechsel dynamisch angepasst wird. Alle Abzüge, Absaugungen, abgesaugten Laborschränke etc. sind aufeinander abgestimmt und werden je nach Nutzung automatisch reguliert. So trägt die gesamte Laborausstattung dazu bei, den Energiebedarf zu senken.

Sicherheit & Effizienz: die perfekte Luftwechselrate im Labor

Zusammengefasst braucht es für den richtigen Luftwechsel im Labor und eine gute Durchmischung der Raumluft eine Kombination aus guter Planung und individueller Gefährdungsbeurteilung, modernen Geräten, intelligenter Steuerung und entsprechendem Bewusstsein unter den Mitarbeitern. So lässt sich das Energiesparpotenzial voll ausschöpfen, ohne Einbußen bei der Sicherheit hinnehmen zu müssen.

Ein abschließender Tipp: Vergessen Sie nicht auf die Wartung der Lüftungsanlagen, damit diese langfristig funktionstüchtig bleiben und den Energiebedarf nicht unnötig steigern.