FB 3 - Energie 12./13.04.2010 15. Fachkongress der kommunalen Energiebeauftragten Lüftungskonzepte...

FB 3 - Energie

Lüftungskonzepte im Zuge ganzheitlicher Schulsanierungen

Dipl.-Ing. Nadine Kiewert

Gebäudemanagement der Stadt WuppertalFunktionsbereich 3 – Energie- und Umweltmanagement

Müngstener Straße 10, 42285 Wuppertal

Lüftung in Schulen – Umsetzung von Hygiene und Energieeffizienz in der Praxis

12./13.04.2010 15. Fachkongress der kommunalen Energiebeauftragten

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Inhalt

• das GMW• Planungsvorgaben (Vorschriften)• Lüftungsarten

manuell / mechanisch / hybrid• Lüftungsmöglichkeiten nach Gerätestandort

zentral / dezentral• Projektbeispiele• Controlling• Fazit


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Gebäudemanagement der Stadt Wuppertal

• Eigenbetrieb nach den Bestimmungen der Gemeindeordnung

• Start 1999 (vorher waren die Aufgaben verschiedensten Organisationseinheiten der Stadtverwaltung zugeordnet)

• Ca. 430 Standorte mit 1.380 Objekten• Ca. 1,7 Mio. m² BGF• Insgesamt ca. 420 Mitarbeiter:

– 250 Hausbedienstete, Pförtner, Hausmeister– 70 Architekten und Ingenieure– 40 gewerbliche Mitarbeiter (Werkstatt)– 60 Mitarbeiter in Verwaltungsaufgaben


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Energieeffizienzrichtlinie - GMW

März 2009


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Energieeffizienzrichtlinie - GMW

• Verbindliche Zusammenfassung und Dokumentation bestehender und neuer Regelungen

• Mindestvorgaben

• Optimierung und Vereinheitlichung der Planungsvorgaben

• Abweichungen im Einzelfall möglich mit Begründung

• Permanente Fortschreibung und Anpassung an den technischen Fortschritt und wirtschaftliche Rahmenbedingungen


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Zielgröße Luftqualität

• Zielwert IDA 4 nach DIN EN 13779- CO2-Gehalt 1.200 ppm (über CO2-Gehalt in der

Außenluft)- baurechtliche Mindestanforderung an Raumluftqualität- entspricht den Empfehlungen CO2-Gehalt kleiner 1.500

ppm- Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden

vom Umweltbundesamt 2008: Richtwert < 1.000 ppm absolut (entspr. IDA 2),

- Pettenkoferzahl 1.000 ppm CO2

• Kompromiss aus Luftqualität, energetischem Aufwand und Investitionsvolumen


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Lüftungsplanung - Vorschriften

Vorgaben unter anderem in:• in LüAR (brandschutztechnische Anforderungen)• VDI 6035 (für dezentrale fassadenorientierte Systeme)• DIN EN 13779 (Lüftung von Nichtwohngebäuden) • VDI-Lüftungsregeln - VDI 3803 (bauliche und

technische Anforderungen an zentrale raumlufttechnische Anlagen)

• VDI 2081 (Geräusch-/Lärmminderung in RLT-Anlagen)


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EnEV-Vorgaben - §15

- RLT - Neuanlagen ab 4.000 m³/h- Erneuerungen von Zentralgeräten oder Kanalnetzen ab

4.000 m³/h

1. SFP der Einzelventilatoren mind. SFP 4 [1.250 - 2.000 W/(m³ x s)]

• GMW: SFP 2 gewünscht [500 - 750 W/(m³ x s)]

2. Wärmerückgewinnung mind. H3 nach DIN EN 13053 Betriebsstundenzahl entspr. Nutzungsrandbedingungen nach DIN V 18599-10 ( 1.400 h) Luftvolumenstrom = Außenluftvolumenstrom Rückwärmzahl 0,4 ab V > 5.000 m³/h

• GMW: hoher Wärmerückgewinnungsgrad (mind. 75%)


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Rückwärmzahl nach DIN EN 13053

Volumenstrom Rückwärmzahl H3 bei Betriebszeit

< 2.000 h

2.000 - 4.000 h

4.000 - 6.000 h

> 6.000 h

2.000 - 5.000 m³/h

--- 0,40 0,43 0,45

5.000 - 10.000 m³/h

0,40 0,43 0,45 0,50

10.000 - 25.000 m³/h

0,43 0,47 0,50 0,55

25.000 - 50.000 m³/h

0,50 0,53 0,58 0,63

> 50.000 m³/h 0,55 0,58 0,63 0,68


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Lüftung - manuell

• alleinige Stoßlüftung in den Pausen reicht nicht (bei Grenzwert 1.000 ppm CO2) – besser alle 20 min (Störung des Unterrichts)

• in der Praxis oft Kipplüftungaus akustischen Gründen vielfach nicht möglich (Verkehrslärm)thermische Behaglichkeit inakzeptabel

Luftqualität infolge dessen schlecht, sowie erhöhter Lüftungswärmebedarf– CO2 - Grenzwert wird überschritten– hohe Geruchsbelästigung– hohe FeuchtelastStudien:

• Untersuchung des Niedersächsisches Landesgesundheitsamtes zur Luftqualität in Schulen, Juli 2005

• BINE Informationsdienst, Gebäude sanieren – Schule, 01/2006• Untersuchungen zum Raumklima und zur Fensterlüftung in Schulen, Hellwig et al,

Bauphysik 31 (2009), Heft 2• IEA - ECBCS Annex 35 HybVent, Projektstudien zur Hybridlüftung• Fraunhofer Institut für Bauphysik, Holzkirchen, Projektstudie zu Regelstrategien bei

automatischer Fensteröffnung


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Lüftungsampeln – ein Hilfsmittel!

• aktuell 150 Lüftungsampeln im Einsatz• werden auf Leihbasis an Schulen verteilt• geringer Montageaufwand• hohe Nutzerakzeptanz (>90% Zufriedenheit)• Unterstützung zum Erlernen des richtigen

Lüftungsverhaltens (Flyeraktion) • Einbindung Schüler – Einforderung von richtigem

Lüftungsverhalten• positives Resümee der Aktion

< 1.000 ppm> 1.000 ppm

> 2.000 ppm> 3.000 ppm


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Wirkung von Kipplüftung

angenommener Querschnitt:Klassen mit lichtem Lüftungsquerschnitt von 6,0 mlichte Öffnungshöhe der Oberlichter 0,4 mÖffnungsweite 0,15 m

4*1,5

0,15

0,4

verbleibenderLüftungsquerschnitt:0,94m²

resultierender Luftwechsel*:0,35 1/h

*Berechnung mit Sommluft des Passivhausinstituts


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Planungshinweise Fenster

X


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• Möglichkeit zur Öffnungsdetektion vorsehen (Heizung ausschalten)

• Grundriss mit Fensteröffnungen an Stirnseite

• Kippfunktion nicht mehr vorsehen• nur noch Drehflügel (Flügelgröße

optimieren um Unfallgefahr zu reduzieren)

• feststehende Unterlichter• Bedienung ohne Schlüsselsperre


„Gegen ganz geöffnete, in der Endstellung verbleibende (Drehflügel-)Fenster z.b. an den Stirnseiten des Klassenraumes (Fensterscharniere stirnwandseitig) bestehen bei ausreichender Brüstungshöhe keine Bedenken.“

Ludger HohenbergerGemeindeunfallversicherungsverband Westfalen Lippe


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Lüftung - mechanisch

• Luftqualität genau steuerbar• Nutzer braucht sich um nichts zu kümmern• Eigenverantwortung wird zurück gedrängt• große Querschnitte erforderlich• lange Leitungswege verursachen hohe

Druckverluste• Strombedarf steigt mit dritter Potenz der

bewegten Luftmenge (doppeltes Luftvolumen = achtfacher Strombedarf)


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Lüftung - hybrid

• Grundluftwechsel über mechanische Lüftungssysteme– CO2-Anstieg wird abgebremst

• Stoßlüftung im Zeitraster der großen Pausen– CO2-Konzentration sinkt wieder deutlich unter

Grenzwert von 1.500 ppmVorteile:gegenüber der mechanischen Voll-Lüftung• Lüftungsquerschnitte

können reduziert werden• Strombedarf für den

Betrieb kann deutlich reduziert werden• Eigenverantwortung wird

gestärkt

Nachteile:• Nutzereinfluss kann

kontraproduktiv wirken• Akzeptanzproblem

gegenüber mechanischer Voll-Lüftung


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Lüftung - Zentralgerät

• zentraler Aufstellort muss gegeben sein (wenn möglich im Gebäude)

• über GLT angebunden (gute Kontrollmöglichkeiten)• WRG unproblematisch• Wartung nur an einer Stelle

• Erstellung des Kanalnetzes im Bestand unter Umständen sehr aufwendig (Querung von Treppenhäusern, Unterzügen etc.)

• Brandschutzklappen erforderlich• lange Leitungswege mit entsprechenden

Dimensionen/Druckverlusten• Hygieneinspektionen – ausreichend Revisionsöffnungen vorsehen


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Lüftung – dezentrale Geräte

• Deutlich kleinere Geräte- Einzelgeräte pro Raum oder ein Gerät, das mehrere Räume

versorgt (Etagenlösung)• Kein Kanalnetz erforderlich (keine externen Druckverluste)• hoher Wärmerückgewinnungsgrad (Passivhaus zertifizierte

Geräte)• zeitlich gestaffelte Nachrüstung, z.b. in den Ferien,

einfacher umzusetzen

• keine Erfassung über GLT• Wartungsaufwand bei gleicher Anzahl von versorgten Räumen

größer als beim Zentralgerät• zum Teil Kondensatablauf erforderlich

• Schallleistungspegel Geräte beachten max. Störpegel durch maschinelle Lüftung in Klassenräumen:DIN 18041 30 / 35 / 40 dB(A) abhängig von UnterrichtsartVDI 2081 35 / 40 dB(A) hohe / niedrige AnforderungenDIN EN 15251 30 / 40 / (35) dB(A) von / bis / (Standard)


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Montagemöglichkeiten dezentraler Geräte


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Projekte Planung oder in Umsetzung

• Schulzentren• Kindertagesstätten• Berufsschulen• Gymnasien• Gesamtschule• Grundschulen• Modulbauten• Veranstaltungssaal• 12 Mensen• zahlreiche Sporthallen

• Hybridauslegung (18m³/P)- Abluft-zentral ohne WRG- Zentralanlage mit WRG- dezentrale Anlagen mit

WRG• Voll-Lüftung (30m³/P)

- Zentralanlage mit WRG


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Berufskolleg – Gewerbeschulstr. 34

Beispiel:zwei Zentralgeräte


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Gewerbeschulstr. 34 - Konzept

• 23 Klassenräume, Umkleidebereiche der Kfz-Halle• Hybridlüftung mit 18 m³/(h x Pers) [mech. Zu- und

Abluft mit Stosslüftung in den Pausen]

• 1 zentrale Anlage mit ca. 11.000 m³/h• 1 zentrale Anlage mit ca. 2.500 m³/h• WRG mit mind. 75%• über GLT zeitgesteuert


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Gewerbeschulstr. – Konzept/Standorte


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Berufskolleg – Reichsgrafenstr. 38

Beispiel:Abluftanlage mit Zuluftnachströmung


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Reichsgrafenstr. 38 - Konzept


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Reichsgrafenstr. 38 - Konzept

• ca. 100 Schüler / 4 Klassenräume • mech. Abluft mit Zuluftelemente in den Fenstern

• 2 Abluftanlagen mit je 900 m³/h (eine Anlage pro Etage) in Nebenräumen installiert

• Zuluftelemente in den Fenstern mit je 30 m³/h• WRG nicht möglich


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Gymnasium – Schluchtstraße 32/34

Beispiel:dezentrale Lüftungsgeräte


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Schluchtstr. – Grundriss


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Luftführung - kombiniert

• nur eine Fassadendurchdringung• Oberlichtersatz• eventueller Kurzschluss• Tafelbeleuchtung gegebenenfalls berücksichtigen

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Detail – kombinierte Luftführung

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stabile Trennung des Fortluftstrahls von der Ansaugöffnungthermische Grenzschicht an der Fassade wird vom Fortluftstrahl weggeblasen


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Gesamtschule – Florian-Geyer-Str. 9/11


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Florian-Geyer-Str. – Nord-Ost-Ansicht

Beispiel:zentrale Zu-/Abluft


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Florian-Geyer-Str. – Süd-West-Ansicht


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Florian-Geyer-Str. – Konzept

• ca. 930 Schüler / 40 Klassen • Hybridlüftung [18 m³/(h x Pers)] mech. Zu- und

Abluft mit Stosslüftung in den Pausen

• Zwei Zu- und Abluftanlagen mit 7.290 m³/h bzw. 9450 m³/h

• WRG jeweils über Rotationswärmetauscher (Wirkungsgrad > 78%)

• Verteilnetz durch die Flure, mit einzelnen Abgängen in die jeweiligen Klassenzimmer (ohne BSK)

• Freigabe der Klassenlüftung über Präsenzmelder (Volumenstromboxen)


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Florian-Geyer-Str. - Erdgeschoss


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Theorie und Praxis – Turnhalle Blutfinke 70

Beispiel:Lüftungskonzept über motorisch betriebene Fenster


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Turnhalle – Fensterlüftung?


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Theorie und Praxis - Kondensatbildung


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Controlling

• Grundlage für Erfolgskontrolle bzw. Fehlersuche- Stimmen Betriebs- und Nutzungszeit überein? regelmäßige Kontrolle- auch größere Baumaßnahmen nicht vernachlässigen- Werden temporäre Zwischenlösungen auch

rückgebaut?


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Fazit

• ausschließlich manuelle Fensterlüftung (im Winter) ist kaum sinnvoll

• in der Bestandssanierung ist ein enges Zusammenspiel aller Sanierungsbereiche erforderlichHeizung / Elektro / Warmwasser / Brandschutz

• Es gibt kein Lüftungskonzept, das immer passt.

• Nutzereinbindung in Zukunft unbedingt erforderlich um Potentiale auszuschöpfen.


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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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