Kirchenheizungen. Dipl.-Ing. Uwe Scholz Ingenieurgruppe HSK GmbH

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1 2014 Kirchenheizungen Dipl.-Ing. Uwe Scholz

2 Inhaltsverzeichnis Anforderungen an Kirchenheizungen... 2 Raumklima... 4 Kirchenheizungssysteme... 5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für vier verschiedene Kirchenheizsysteme 8 Luftfeuchte Schäden an Orgeln Überwachung Regelsysteme Handlungsanweisungen Heizen/Lüften in Kirchen 20 Handlungsanweisungen Heizen/Lüften in Gemeindehäusern Über uns

3 Anforderungen an Kirchenheizungen Jede Kirchenheizung ist ein so individuelles Projekt, dass es keine pauschale Lösung gibt, die hier angewendet werden könnte. Es ist immer wieder neu unter einer Vielzahl von Möglichkeiten der Wärmeerzeugung und der Wärmeverteilung auf das Bedürfnis des Nutzers und der jeweiligen Gebäude abzustimmen. Bevor Sie eine Kirchenheizung planen, sollte man sich mit der grundsätzlichen Notwendigkeit eingehend befassen. 1. Warum brauchen Sie eine Heizung in ihrer Kirche? Soll Sie den gesamten Kirchenraum erwärmen? Gibt es Forderungen bezüglich des Denkmalschutzes? Oder soll sie dafür sorgen, dass die Gottedienstbesucher während ihres Aufenthaltes in der kalten Jahreszeit nicht frieren? 2. Welchen Wärmeschutz hat ihre Kirche? Sind Außenwände gedämmt, kann ich Verbesserungen vornehmen? Ist das Dach gedämmt, oder kann ich Verbesserungen erreichen? Ist die Verglasung auf einen höheren Wärmedämmstandard zu bekommen? 3. Wie wird ihre Kirche genutzt? Wie viele Stunden wird ihre Kirche in der Woche genutzt? Wie viele Besucher kommen zu den jeweiligen Veranstaltungen? 4. Wie Wertvoll ist ihre Kirche? Steht ihre Kirche unter Denkmalschutz? Ist ihre Kirche mit wertvollen Gemälden, Schnitzereien oder Kunstgegenständen ausgestattet? Besitzt ihre Kirche eine Orgel und welche Anforderungen sind einzuhalten? 2

4 Wenn man nach den vorgenannten Überlegungen zu der Überzeugung gelangt, es soll eine Beheizung erfolgen, so stellt sich die Frage nach dem System. Angeführte Gründe für die Beheizung Gottesdienstbesucher erwarten auch in denkmalgeschützten Kirchen behagliche Innentemperaturen. Auf der anderen Seite stellen Denkmalpfleger, Kirchenverwaltungen und Orgelbaumeister bzw. Orgelsachverständige hohe Anforderungen an das Raumklima und an die Heizungsanlage. Bei der Festlegung eines Heizungssystems müssen weitere Fakten überdacht werden. Welche Energie steht zur Verfügung? (fossile Energie, regenerative Energie, Strom) Ist eine Kopplung des Heizsystems mit anderen Gebäuden wie Pfarrhaus, Gemeindehaus, Kindergarten möglich oder sinnvoll? Soll der Innenraum der Kirche beheizt werden oder? Soll nur der Kirchenbesucher gewärmt werden? Welches Raumklima möchte ich in der Kirche erreichen? 3

5 Raumklima Viele Probleme im Bereich der Orgel und Schäden an wertvollen Inneneinrichtungen lassen sich auf ein falsches Raumklima in den Kirchen zurückführen. Kontrollieren Sie die Temperierung und Lüftung Ihrer Kirche, um Schäden zu vermeiden und den Energieverbrauch zu optimieren. Wichtig ist hier die richtige Steuerung der Kirchenheizung. Sensible Bereiche lassen sich nicht mit Thermostaten steuern, da die Schalthysterese zu groß ist. Hier müssen Sie auf Regelsysteme mit automatischer Steuerung mit Temperaturfühlern und Feuchtefühlern zurückgreifen. Als Orientierungwerte sind zu empfehlen: Parameter Wert Einheit Grundtemperatur 6-8 C Temperatur für Nutzungszeit (z.b. Gottesdienste) C Temperatur für spezielle Nutzung (z.b. Konzerte) 18 C Unterer Grenzwert für relative Luftfeuchtigkeit 45 % Oberer Grenzwert für relative Luftfeuchtigkeit 75 % Oben genannte Werte sind wie oben gesagt Orientierungswerte. Man kann sicherlich je nach Erfordernis auch die Grundtemperatur unterschreiten, sollte aber im jeden Fall die Frostfreiheit garantieren. 4

6 Kirchenheizungssysteme im Vergleich Nachfolgend werden vier mögliche Varianten der Beheizung verglichen: Warmluftheizung Bankheizung Fußboden- oder Wandheizung Kirchensitzheizung W A R M L U F T H E I Z U N G Funktionsprinzip Warme Luft wird über großzügig dimensionierte Luftschächte und/oder über Ausströmgitter im Fußboden oder Wand in den Kirchenraum eingeblasen. Eine aufwändige Regelungstechnik stellt sicher, dass es auch im Aufenthaltsbereich der Kirchenbesucher warm wird, die Temperaturunterschiede zwischen Kirchendecke und Bodenbereich nicht zu groß werden und sich die Temperaturen in der Kirche insgesamt nur sehr langsam und gleichmäßig ändern (Denkmalverträglichkeit). Schalldämpfer und Staubfilter mindern Strömungsgeräusche und Staubaufwirbelung. Warmluftheizungen werden i. d. R. mit Öl oder Gas betrieben.gas betrieben. 5

7 B A N K H E I Z U N G Funktionsprinzip: Glühende Quarzstrahler, etwas weniger heiße Dunkelstrahler oder spezielle Bankheizkörper sind unter den Kirchenbänken montiert. Sie werden entweder elektrisch oder mit Heizungswasser betrieben. Einen Teil ihrer Wärme geben diese Heizvorrichtungen i. d. R. in Form von Wärmestrahlung an ihre unmittelbare Umgebung ab, z. B. die Beine der Kirchenbesucher. Der andere Teil strömt als angewärmte Luft am Kirchenbesucher vorbei in den Kirchenraum. Eine geeignete Regelung soll die Temperaturunterschiede zwischen Bankstrahler und Umgebung auf ein Minimum begrenzen und verhindern, dass sich die Lufttemperaturen zu rasch ändern. F U S S B O D E N - oder W A N D H E I Z U N G Funktionsprinzip: Bei dieser Heizmethode wird das kalte Mauerwerk und/oder der kalte Fußboden temperiert. Wasserführende Heizleitungen oder elektrische Heizdrähte erwärmen Wand und Bodenflächen. Die Wärmeabgabe erfolgt sowohl über Wärmestrahlung als auch über Temperierung der Luft im Kirchenraum. Durch die erhöhten Oberflächentemperaturen reduziert sich der Temperaturunterschied zwischen Kirchenbesucher und Umgebung. Der Mensch gibt weniger Wärme an seine Umgebung ab und friert nicht mehr. 6

8 K I R C H E N S I T Z H E I Z U N G Funktionsprinzip: Bei der Kirchensitzheizung wird nicht die Kirche beheizt, sondern der Besucher gewärmt. In den Sitzauflagen der Kirchenbänke sind elektrische Heizdrähte eingebaut, die das Innere der Sitzkissen sanft temperieren. Sobald ein Kirchenbesucher auf einer Sitzauflage Platz nimmt, entsteht der direkte Kontakt zur wärmenden Sitzfläche und die Heizwärme gelangt ohne Umwege und Streuverluste zu ihrem Ziel. Der Wärmehaushalt des Menschen ist wieder im Gleichgewicht - der Mensch friert nicht mehr. 7

9 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für vier verschiedene Kirchenheizsysteme Als Vergleichsobjekt wurde eine gotische Kirche mit 200 Sitzplätzen, einer Grundfläche von 360 m² und einer Raumhöhe von 15 m angenommen. Warmluftheizung Beim Einbau müssen meist gewaltige bauliche Eingriffe vorgenommen werden. Investitionssumme für Material u. Einbau: bis Euro Heizaggregat, Lüftungskanäle und Zubehör rund Euro, zzgl. Umbau- und Wiederherstellungsarbeiten, die Kosten hierfür werden oft unterschätzt Empfohlene Betriebsweise (Denkmalschutz): Dauerbetrieb in der kalten Jahreszeit, d. h. Grundtemperierung mit exakt definierter Temperaturanhebung zu den Nutzungszeiten Installierte Heizleistung pro Sitzplatz: 300 bis 500 Watt Empfohlene Vorheizzeit vor einer Nutzung: 10 bis 12 Stunden Jährliche Betriebskosten: mit zwei Gottesdiensten pro Woche und Grundtemperierung ca Euro mit zwei Gottesdiensten pro Woche ohne Grundtemperierung ca Euro CO2-Belastung bei Betrieb mit: - Öl: bzw kg/jahr - Gas: bzw kg/jahr Das gezielte Beheizen von einzelnen Sitzbereichen ist nicht möglich. Eine Warmluftheizung verändert Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit im Inneren einer Kirche. Bau- und Denkmalschutzexperten sind deshalb vor dem Einbau unbedingt zu Rate zu ziehen! Eine Warmluftheizung darf aus Gründen der Denkmalverträglichkeit nur in Verbindung mit einer gut abgestimmten Regelungsanlage betrieben werden! 8

10 Bankheizung Der Einbau einer Bankheizung erfordert d. R. nur geringe bauliche Eingriffe. Investitionssumme für Material u. Einbau: bis Euro Empfohlene Betriebsweise (Denkmalschutz): Dauerbetrieb in der kalten Jahreszeit, d. h. Grundtemperierung mit exakt definierter Temperaturanhebung zu den Nutzungszeiten Installierte Heizleistung pro Sitzplatz: 80 bis 250 Watt Empfohlene Vorheizzeit vor einer Nutzung: 7 bis 12 Stunden Jährliche Betriebskosten: mit zwei Gottesdiensten pro Woche und Grundtemperierung ca Euro mit zwei Gottesdiensten pro Woche ohne Grundtemperierung ca Euro CO2 Belastung bei Betrieb mit: - Strom: bzw kg/jahr - Öl: bzw kg/jahr - Gas: bzw kg/jahr Das gezielte Beheizen von einzelnen Sitzbereichen ist möglich. Der Betrieb einer Bankheizung verändert Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit im Inneren einer Kirche. Bau- und Denkmalschutzexperten sind deshalb vor dem Einbau unbedingt zu Rate zu ziehen! Eine Bankheizung darf aus Gründen der Denkmalverträglichkeit nur in Verbindung mit einer gut abgestimmten Regelungsanlage betrieben werden! 9

11 Fußboden- oder Wandheizung Der Einbau einer Fußboden- oder Wandheizung erfordert gewaltige bauliche Eingriffe. Investitionssumme für Material u. Einbau: bis Euro Kosten für Heizzentrale, Flächenheizung und Zubehör rund Euro, zzgl. Umbau- und Wiederherstellungsarbeiten, die Kosten hierfür werden oft unterschätzt. Kann auf Grund der großen Reaktionsträgheit nur im Dauerbetrieb betrieben werden Installierte Heizleistung pro Sitzplatz: 100 bis 400 Watt Sehr schwerfälliges Reaktionsvermögen, daher kein rasches Aufheizen möglich Jährliche Betriebskosten: - mit zwei Gottesdiensten pro Woche und Grundtemperierung ca Euro CO2-Belastung bei Betrieb mit: - Strom: kg/jahr - Öl: kg/jahr - Gas: kg/jahr Das gezielte Beheizen von einzelnen Sitzbereichen ist nicht möglich. Eine Fußboden- oder Wandheizung verändert Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit im Inneren einer Kirche. Bau- und Denkmalschutzexperten sind deshalb vor dem Einbau unbedingt zu Rate zu ziehen! Eine Fußboden- oder Wandheizung kann auf Grund ihres schwerfälligen Reaktionsverhaltens während der Heizperiode i.d.r. nur im Dauerbetrieb gefahren werden. 10

12 Kirchensitzheizung Beim Einbau einer Kirchensitzheizung sind d. R. nur minimale bauliche Eingriffe nötig. Investitionssumme für Material u. Einbau: bis Euro Empfohlene Betriebsweise: Die Heizung wird nur während der Nutzungszeiten eingeschaltet Installierte Heizleistung pro Sitzplatz: 30 Watt Empfohlene Vorheizzeit vor einer Nutzung: 2 bis 3 Minuten Jährliche Betriebskosten: - mit zwei Gottesdiensten pro Woche ca. 30 Euro CO2-Belastung bei Betrieb mit: - Strom: 78 kg/jahr Das gezielte Beheizen von einzelnen Sitzbereichen ist jederzeit möglich. Eine Kirchensitzheizung verändert weder Temperatur noch Luftfeuchtigkeit im Inneren einer Kirche. Bau- und Denkmalschutzexperten freuen sich aber trotzdem, wenn sie vor dem Einbau zu Rate gezogen werden! Die Investitionskosten für eine Kirchensitzheizung beinhalten nicht nur die Kirchenheizung, sondern zusätzlich neue Sitzauflagen für die jeweiligen Bänke und Stühle. 11

13 Fazit Vergleich der Heizsysteme Wertung hoch - mittel - gering - sehr gering Warmluftheizung, baulicher Eingriff Investitionskosten Betriebskosten hoch hoch hoch Bankheizung / Radiatoren baulicher Eingriff Investitionskosten Betriebskosten gering gering gering Fußboden / Wandheizung baulicher Eingriff Investitionskosten Betriebskosten hoch mittel gering 12

14 Kirchensitzheizung baulicher Eingriff Sehr gering Investitionskosten gering Nicht direkt vergleichbar, da die Heizung nicht für die Grundlastbeheizung geeignet ist. Betriebskosten Sehr gering Nicht direkt vergleichbar, da die Heizung nicht für die Grundlastbeheizung geeignet ist. Der Hauptanteil des Wärmebedarfs (Grundbeheizung) einer Kirche sollte nach Möglichkeit immer über ein wassergebundenes System gedeckt werden, da dieses die wirtschaftlichste Variante in der Regel darstellt. Elektrische Heizgeräte sind aufgrund der hohen Energiekosten nur als Zusatzheizung oder der direkten Beheizung des Kirchenbesuchers empfehlenswert. 13

15 Beispiel elektrische Beheizung einer Kirche 14

16 Luftfeuchte Viele Feuchteprobleme im Bereich der Orgel und Schäden an wertvollen Inneneinrichtungen lassen sich auf ein schlechtes Raumklima zurückführen. Feuchtequellen o Bauwerk o Außenwände (Regen, Erdreich) o Fußboden (Erdreich) o Besucher o Außenluft o Warmluftheizung mit Luftbefeuchtung Gründe für zu hohe Raumluftfeuchte o Permanente Feuchtequellen o Gestörter Feuchteabtransport in Wänden o Zu geringe oder falsche Lüftung Gründe für zu geringe Raumluftfeuchte o Falsches Heizen mit zu hohen Temperaturen oder zu langen Heizzeiten o Zu geringe oder falsche Lüftung 15

17 Bei der Luftaufheizung von -5 C auf +15 C, bleibt die absolute Feuchte konstant. Die relative Feuchte hingegen reduziert sich drastisch (hier von ca. 80% auf 20%). Bei einer solchen relativen Feuchte würde keine Behaglichkeit herrschen, und es könnte zu starken Schäden an der Orgel kommen. Diese braucht immer eine rel. Feuchte zwischen mind. 45% und max. 80%. Um diese zu erreichen, muss die Luft zusätzlich befeuchtet werden. Bei einer Abkühlung der Luft (30,40% auf 17,90%) muss hingegen entfeuchtet werden, um die Grenzwerte einhalten zu können. 16

18 Schäden an Orgeln Hohe Luftfeuchte: Schimmel entsteht überwiegend durch eine Überfeuchtung der Materialoberflächen. Als Ursachen für die Schimmelbildung sind nahezu immer eine falsche Beheizung und Belüftung des Raumes zu nennen. Niedrige Luftfeuchte: Trockenheit, insbesondere über einen längeren Zeitraum, führt zu Schwindrissen an Holzteilen. Die hiermit verbundenen Reparaturkosten übertreffen die Kosten für eine Vorbeugung bei weitem. Der Bund Deutscher Orgelbaumeister empfiehlt als Allgemeine Geschäftsbedingungen folgende Vereinbarungen: "Die Gewährleistung entfällt insbesondere bei Schäden, die durch unsachgemäße Behandlung, natürlichen Verschleiß, Verschmutzung, Einwirkung tierischer oder pflanzlicher Schädlinge, durch chemische oder witterungsbedingte und außerordentliche klimatische Einflüsse wie auch durch Trockenheit oder Feuchtigkeit verursacht worden sind." "Als außerordentlich gelten Änderungen der Raumtemperatur von mehr als 2 C pro Stunde und eine relative Luftfeuchtigkeit des Raumes, in welchem die Orgel steht, von weniger als 45% oder mehr als 80%." Wir sehen diese Werte als äußere Grenzen und empfehlen eine engere Fassung. 17

19 Überwachung Ein wirksamer Schutz der Orgel und wertvoller Einrichtungsgegenstände erfordert die Einhaltung bestimmter Grenzwerte von Temperatur und Feuchtigkeit sowie deren maximaler zeitlicher Änderung. Zum einen ist eine zu geringe Luftfeuchtigkeit infolge der Aufheizung zu vermeiden. Dies kann kurzzeitig durch eine Begrenzung der Kirchenheizung oder durch eine gezielte Luftbefeuchtung erreicht werden. Andererseits ist eine zu hohe Luftfeuchtigkeit zu vermeiden. Eine kurzzeitige Reduzierung ist durch eine zeitweise Beheizung oder Luftentfeuchtung möglich. Die "kontrollierte Lüftung" ist ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren, um den Feuchtehaushalt in Kirchen ohne Einsatz einer Be-/ Entfeuchtungsanlage zu verbessern. Der Feuchtehaushalt der Kirche wird dabei durch ein geeignetes Regelgerät überwacht, das automatisch Fenster öffnet und schließt. Ein kirchengeeignetes Regelgerät speichert die Messwerte aller relevanten Parameter über Langzeitmessungen und erlaubt somit eine Analyse der raumklimatischen Daten. Die Feuchtesteuerung muss mit der Regelung der Kirchenheizung verknüpft werden. Von einer "Stand-Alone-Lösung" ist ausdrücklich abzuraten. 18

20 Regelsysteme Fachgerecht ausgeführte Kirchenheizungssysteme unterscheiden sich insbesondere in Bezug auf die Regelung wesentlich von konventionellen Heizungen. Es sind für Kirchen Regelgeräte weiterentwickelt wurden, mit denen das Raumklima über die Parameter Temperatur und Luftfeuchte den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden kann. Zusätzlich sind oft ein Gemeindezentrum oder andere Gebäude zu integrieren, d.h. die Kirchenheizungstechnik ist mit konventioneller Technik zu kombinieren. Charakteristisch für ein richtig ausgelegtes Kirchenheizungssystem ist die anforderungsgerechte Regelung: o o o Programmierbare langsame Aufheizung mit rund 1 K/h von Grundtemperatur auf Solltemperatur (gestrichelt) Begrenzung der Luftfeuchte nach unten und oben Verbesserung des Feuchtehaushaltes mittels einer kontrollierten Lüftung 19

21 Handlungsanweisungen Heizen / Lüften in Kirchen Bei einer Lüftung von Hand halten wir es für erforderlich, dass der Küster auch über eine entsprechende Erfassung der Temperatur und Feuchte verfügt. d.h., es sollte in der Kirche eine Wetterstation vorhanden sein, die Innentemperatur und Feuchte sowie die Außentemperatur und Feuchte anzeigt. Grundsätzlich sollte eine Heizung nur dann betrieben werden, wenn hier die Notwendigkeit der Nutzung dies erfordert. Einstellung Regelung prüfen In allen anderen Zeiten sollte die Heizung im Winter in einer Absenkphase betrieb werden und im Sommer komplett ausgeschaltet sein. Im Winter < 5 C) sollte möglichst wenig gelüftet werden. Da bei jedem Lüftungsvorgang kalte Außenluft eingebracht wird, die dann durch die Aufheizung zu einer geringeren relativen Feuchte führt. In den Außentemperaturen zwischen +5 C und +10 C nach Möglichkeit darauf achten, dass die relative Luftfeuchtigkeit innen wie außen zwischen 50-70% liegt. Ist die Luftfeuchtigkeit außen höher, würde eine Befeuchtung und ist sie außen niedriger, eine Entfeuchtung erfolgen. Bei der Lüftung im Sommer, d.h. Außentemperaturen von >20 C ebenfalls darauf achten, dass die Luftfeuchtigkeit außen nicht über 50 % liegt, da sonst die Gefahr besteht, dass sich an Einbauten oder Wänden Kondensation bildet. Besonders gefährlich ist eine Gewitterluft, da diese oftmals mit sehr hoher Luftfeuchtigkeit gebunden ist. Handlungsanweisungen Heizen / Lüften in Gemeindehäusern Grundsätzlich sollte eine Heizung nur dann betrieben werden, wenn hier die Notwendigkeit der Nutzung dies erfordert. Einstellung Regelung prüfen In allen anderen Zeiten sollte die Heizung im Winter in einer Absenkphase betrieb werden und im Sommer komplett ausgeschaltet sein. Die Räume in den Gemeindehäusern sollten einmal vormittags und einmal nachmittags stoßgelüftet werden. Dieses ist speziell in Gebäuden mit einer sehr dichten Gebäudehülle zwingend notwendig, weil der CO2-Gehalt in der Luft doch erheblich zunimmt, wenn eine entsprechende Raumbelegung gegeben ist. 20

22 Über uns Als unabhängiges und neutrales Ingenieurbüro sind wir seit mehr als 20 Jahren mit den vielfältigen Problemen der Beheizung und Klimatisierung von unterschiedlichsten Gebäuden vertraut. Wir haben viele Bauherren beraten, mehrere Kirchenheizungsanlagen geplant und Bauüberwachungen bis hin zur Prüfung von Schlussrechnungen durchgeführt. Ebenso betreuen wir die Anlagen während der gesamten Gewährleistungszeit. Des Weiteren waren wir bei fehlerhaft geplanten bzw. ausgeführten Anlagen Dritter (Planer und Heizungsfirmen) als Gutachter tätig. Unsere Referenzen reichen von kleinen Dorfkirchen bis zur Beheizung von ganzen Ortschaften. In der Regel erzielen wir bei wettbewerbsmäßig ausgeschriebenen Heizungsarbeiten vergleichbare und günstigere Angebote als bei einem sogenannten freien Angebot direkt von einer Heizungsfirma. Weiterhin sind wir in der Lage, bei besonderen Problemstellungen raumklimatische Messungen durchzuführen. Wir sind mit Messgeräten für Raumtemperatur, -feuchte und Raumluftqualität ausgestattet. Referenzen aus 2013 Mutterhaus der Kongregation der barmherzigen Schwestern des Hl. Vinzenz von Paul, Bistum Hildesheim Evangelische Kirche Westerhof Christophorusgemeinde Göttingen Evangelische Kirche Hilkerode Kirche St. Sixti, Northeim Evangelische Kirche Osterhagen Evangelische Kirche Odagsen 21