Grundlagen, Konstruktionen, Details. mit 599 Abbildungen und 200 Tabellen

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1 Atlas Gebäudetechnik Grundlagen, Konstruktionen, Details mit 599 Abbildungen und 200 Tabellen Herausgeber Professor Dr.-Ing. Jörn Krimmling Professor für Technisches Gebäudemanagement, Gesellschafter eines Ingenieurbüros Dipl.-Ing. André Preuß geschäftsführender Gesellschafter eines Ingenieurbüros für Gebäude- und Versorgungstechnik Autoren Professor Dr.-Ing. Jörn Krimmling Dipl.-Ing. André Preuß Dipl.-Ing. Jens Uwe Deutschmann geschäftsführender Gesellschafter einer Ingenieurgesellschaft für Technische Gebäudeausrüstung Dr.-Ing. Eberhard Renner beratender Ingenieur und Gutachter für Bauklimatik DE

2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH & Co. KG, Köln 2008 Alle Rechte vorbehalten Das Werk einschließlich seiner Bestandteile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne die Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme. Wiedergabe der DIN bzw. der Abbildungen 5.6, 6.65, 6.66, 7.2, 7.25, 7.26, 10.22, 10.23, 11.1, 13.6 bis aus den DIN , , , , , 15306, und mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Maßgebend für das Anwenden von Regelwerken, Richtlinien, Merkblättern, Hinweisen, Verordnungen usw. ist deren Fassung mit dem neuesten Ausgabedatum, die bei der jeweiligen herausgebenden Institution erhältlich ist. Zitate aus Normen, Merkblättern usw. wurden, unabhängig von ihrem Ausgabedatum, in neuer deutscher Rechtschreibung abgedruckt. Das vorliegende Werk wurde mit größter Sorgfalt erstellt. Verlag, Herausgeber und Autoren können dennoch für die inhaltliche und technische Fehlerfreiheit, Aktualität und Vollständigkeit des Werkes keine Haftung übernehmen. Wir freuen uns, Ihre Meinung über dieses Fachbuch zu erfahren. Bitte teilen Sie uns Ihre Anregungen, Hinweise oder Fragen per oder Telefax: mit. Lektorat: Jan Stüwe, Köln Umschlaggestaltung: Designbüro Lörzer, Köln Satz: WMTP Wendt-Media Text-Processing GmbH, Birkenau Druck und Bindearbeiten: Media-Print Informationstechnologie GmbH, Paderborn Printed in Germany ISBN

3 5 Vorwort Die Gebäudetechnik (auch als Haustechnik oder technische Gebäudeausrüstung bezeichnet) eines Gebäudes gewinnt zunehmend an Bedeutung. Das liegt in erster Linie daran, dass der Energieverbrauch von Gebäuden der durch die Gestaltung der Gebäudetechnik wesentlich beeinflusst wird eine Größe von gesamtgesellschaftlicher Relevanz geworden ist. Gebäude verursachen in Deutschland ca. 40 % des Energieverbrauchs. Aufgrund der globalen Energie- und Klimaproblematik besteht die Forderung, den Energieverbrauch von Gebäuden nachhaltig zu senken. Dieses Ziel wird durch die Neufassung der Energieeinsparverordnung deutlich unterstützt, die u. a. wesentliche Forderungen an die Konzeption und Planung, den Betrieb sowie die Instandhaltung der Gebäudetechnik stellt. Dabei handelt es sich um wichtige Aufgaben für Architekten und Ingenieure, die schon von der ersten Entwurfsidee gemeinsam auf das Ziel eines minimalen Energieverbrauchs hinwirken müssen. Hinzu kommen erhöhte Anforderungen der Gebäudenutzer und Bauherren hinsichtlich der Behaglichkeit, was sich insbesondere auf die Gestaltung der Klima- und Beleuchtungstechnik auswirkt. Außerdem sind die Belange der Akustik bzw. des Schallschutzes sowie des Brandschutzes zu beachten. Insgesamt ergeben sich sehr komplexe Gestaltungs- und Planungsaufgaben. Die dafür notwendige integrale Planung erfordert ein hohes Wissen auf allen Gebieten der Gebäudetechnik nicht nur bei den verantwortlichen Fachingenieuren, sondern auch bei Architekten und Bauingenieuren. Durch die Gebäudetechnik werden aber auch die Lebenszykluskosten eines Gebäudes wesentlich beeinflusst. Der Anteil an den Investitionskosten liegt je nach Gebäudeart im Bereich zwischen 20 und 50 %. Ganz entscheidend wirkt sich die Gebäudetechnik jedoch auf die Nutzungskosten von Gebäuden aus. Das betrifft in erster Linie die Kosten für Energie, Betrieb und Instandhaltung, welche durchaus 40 % der Nutzungskosten ausmachen können. Das vorliegende Buch richtet sich in erster Linie an Architekten, Bauingenieure, Facility Manager, Energieberater und andere Interessierte, die in das Gebiet der Gebäudetechnik einsteigen wollen. Da alle Teilgebiete der Gebäudetechnik ausführlich dargestellt werden, bietet sich das Buch auch als Grundlage für die Lehre an, insbesondere an Fachhochschulen. Es wird ein umfassender Überblick über den Stand der Technik sowie Entwicklungstendenzen im gesamten Gebiet der Gebäudetechnik gegeben. Dabei verfolgt die Darstellung das Ziel, technische Systeme nicht nur aufzulisten oder zu beschreiben, sondern es soll vor allem das Verständnis für grundlegende Funktionsprinzipien geschult werden. Außerdem wird ein Einblick in Planungs- und Berechnungsverfahren gegeben, also sozusagen in die Werkstatt des Gebäudetechnikplaners. Das Buch enthält eine Reihe von Beispielen, die aus praktischen Projekten der Verfasser abgeleitet wurden. Dadurch können die grundlegenden Planungsschritte einfach nachvollzogen werden. Der Atlas Gebäudetechnik ist ein Gemeinschaftsprojekt von 4 Fachkollegen, die seit vielen Jahren gemeinsam Projekte in der Gebäudetechnikplanung realisiert haben. Der dabei gesammelte Erfahrungsschatz bildet die Grundlage des Buches, wobei jedoch auch neue und besonders innovative Technologien in die Darstellung integriert wurden. Die Autoren wünschen sich, dass der vorgelegte Atlas Gebäudetechnik ein breites Publikum findet. Sie verstehen das Buch auch als Ausgangspunkt für interessante Fachdiskussionen und bitten um Hinweise und Verbesserungsvorschläge. Zittau/Dresden/Berlin, im Frühjahr 2008 Die Autoren

4 7 Inhalt Vorwort Gebäudetechnik im Lebenszyklus Das Lebenszykluskonzept Lebenszykluskosten Nutzungsqualität Gebäudemanagement Haustechnikplanung Leistungsbild Integrale Planung Computer Aided Facility Management (CAFM) Literaturverzeichnis Facility-Management-gerechte Gebäudegestaltung Zielstellungen und Herangehensweise Energetische Gebäudegestaltung Komfort und Behaglichkeit Komfort versus Energieeinsparung Thermisches Raumklima Luftqualität Visuelles Raumklima Allgemeine Struktur gebäudetechnischer Systeme Literaturverzeichnis Bewertung von Technikvarianten Bewertungskriterien Entscheidungskonstellationen Nutzwertanalyse Wirtschaftliche Bewertung Verfahren und Modellbildung Kapitalwertverfahren Annuitätenverfahren Zinsfußverfahren Ökologische Bewertung Energieumwandlungskette Primärenergiefaktoren Emissionsfaktoren Literaturverzeichnis... 45

5 8 Inhalt 4 Wärmeversorgung Systemübersicht Gesetze und Vorschriften Bundesimmissionsschutzgesetz Energieeinsparverordnung Heizkostenverordnung Pumpenwarmwasserheizungen Wärmeerzeugung Übersicht Kesselanlagen Blockheizkraftwerke (BHKW) Brennstoffzellen Wärmepumpen Fernwärme Verteilsysteme Hydraulische Schaltungen Hydraulische Netzberechnung Umwälzpumpen Ausdehnungsgefäße Wasseraufbereitung Raumheizeinrichtungen (Nutzenübergabe an den Raum) Übersicht Freie Heizflächen Baukörperintegrierte Heizflächen Energetische Aspekte Regelung von Heizungsanlagen Sonderformen der Gebäudeheizung Einzelheizungen Hallenheizungen Nutzung regenerativer Energiequellen Heiz- und Aufstellräume Literaturverzeichnis Lüftung und Klimatisierung Systemübersicht Freie Lüftung Fugen- und Fensterlüftung Schachtlüftung, RWA-Anlagen, Lüftung über Dachaufsätze Lüftung von Atrien, Hybridsysteme Luftbehandlungsfunktion und Hauptaggregate Luftzustände Lufterwärmung Luftkühlung Luftbefeuchtung Luftentfeuchtung Lüftungsprinzipien Nur-Luft-Anlagen Luftaufbereitung Luftkanäle Luftauslässe Wohnungslüftung Luft-Wasser-Anlagen Induktionsanlagen Fan-Coil-Anlagen (Ventilator-Konvektoren)

6 Inhalt Stille Kühlsysteme (Nur-Wasser-Anlagen) Flächenkühlung Bauteilaktivierung Dezentrale Systeme Splitanlagen Türluftschleiergeräte Sonderformen Passive Kühlung Luft-Erdwärmetauscher Adiabate Kühlung Kälteerzeugung Kühllastberechnung Die Kälteerzeugung als Kreisprozess Kompressionskältemaschinen Sorptionskältemaschinen Kälteerzeugung mit natürlichen Prozessen Wasserkühlanlagen Luftkühlanlagen Rückkühlwerke Regelung von raumlufttechnischen Anlagen Technikzentralen Anordnung und Platzbedarf Schallschutz Brandschutz Brandschutztechnische Anforderungen an Lüftungs anlagen Maschinelle Entrauchungsanlagen Entlüftung und Entrauchung von Tiefgaragen mittels Jet-Ventilatoren Kosten raumlufttechnischer Anlagen Grundlegende Normen und Richtlinien Literaturverzeichnis Wasserversorgung Wassergewinnung und Wasserarten Wasserbedarf Eigenschaften des Trinkwassers Lebensmittelspezifische Eigenschaften Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Korrosivität Neigung zur Steinbildung Systemüberblick Einspeisung und Wasseraufbereitung Hausanschluss Wasseraufbereitung Druckerhöhung Warmwasserbereitung Systemübersicht Auslegungsstrategien Temperaturhaltesysteme Trinkwasserverteilung Rohrleitungen Gestaltungsaspekte bei Trinkwassersystemen Dimensionierungsverfahren Armaturen in Trinkwassersystemen Absperrarmaturen Sicherheitsarmaturen und -einrichtungen

7 10 Inhalt Entnahmearmaturen Regenwassernutzung Systemübersicht Bemessung Feuerlöschanlagen Systemübersicht Hydrantenanlagen und Löschwasserleitungen Anlagen zur automatischen Brandbekämpfung Literaturverzeichnis Abwasserentsorgung Systemübersicht Die Entwässerung tief liegender Abwassereinleit stellen (Rückstauproblematik) Berechnung von Abwasserströmungen Regenwassersysteme Anordnung und Funktionsprinzip Dachrinnen und Abläufe Leitungen Bemessung Freispiegelsysteme Bemessung Druckrohrsysteme Schmutzwassersysteme Anordnung und Funktionsprinzip Schutz gegen Rückstau Entwässerungsgegenstände Leitungen Lüftungssysteme Rückhaltung schädlicher Stoffe Bemessung Schmutzwassersysteme Anschluss an die öffentliche Abwasserentsorgung Abwasseraufbereitung Literaturverzeichnis Gasversorgung Brenngase und deren Eigenschaften Gasbereitstellung Erdgas Flüssiggas Gasverteilungsnetze Materialien Anordnung der Leitungen Verbindungstechnologien Armaturen und Sicherheitseinrichtungen Bestimmung der Leitungsdurchmesser Gasanwendungen Klassifizierung von Gasgeräten Aufstellung von Gasgeräten Verbrennungsluftzufuhr Abgasführung Hausanschlussraum Sonderanlagen Schwach- und Biogasanlagen Druckluft Medizinische Gase Literaturverzeichnis

8 Inhalt 11 9 Elektroenergietechnik Systeme zur Bereitstellung der Elektroenergie Systemübersicht Elektroenergietechnik im Gebäude Bezug elektrischer Energie Eigenstromversorgung und -erzeugung Speicherung von Elektroenergie Gebäudeinstallation Mittelspannungs- und Transformatorstation Sicherheitsstromversorgung Hauptstromversorgungssystem Verteilprinzipien für Verteiler und Leitungsanlagen Kabel- und Leitungsanlagen, Verlegesysteme Endverbraucherinstallation Baustromversorgung Ausbauflexibilität Kosten Schutzmaßnahmen Elektrische Schutztechnik Potenzialausgleich und Erdung Blitz- und Überspannungsschutz Brandschutz Berücksichtigung von Regelwerken Regelwerke für die Installation Regelwerke für den Betrieb Literaturverzeichnis Beleuchtungstechnik Systemübersicht Lichttechnische Grundgrößen Grundfunktionen des Gesichtssinnes Aufbau des menschlichen Auges Anpassung an die Leuchtdichte (Adaptation) Akkommodation und Konvergenz Farbensehen und Farbanpassung Lichtquellen Lichterzeugung Eigenschaften künstlicher Lichtquellen Temperaturstrahler Gasentladungslampen Leuchten und Beleuchtungsmethoden Beleuchtungsarten Allgemeine Anforderungen bei Kunstlichtbeleuchtung Sonnenstrahlung und Tageslicht Leuchtdichte und Farbigkeit beleuchteter Flächen Vorwiegend reflektierende Materialien Vorwiegend transmittierende Materialien Berechnung der Beleuchtungsstärke Lichtstärkemethode bei quasipunktförmigen Lichtquellen Lichtstärkemethode bei linienförmigen Lichtquellen Lichtstrommethode (Wirkungsgradmethode) Bemessung der Tageslichtbeleuchtung Bemessungsgrundsätze Berechnung des Tageslichtquotienten Tageslichtlenkung Praktische Beleuchtungsplanung Beispiele Büros

9 12 Inhalt Ausstellungen Sporthallen und Hallenbäder Verkaufsräume Gaststätten Literaturverzeichnis Sommerlicher Wärmeschutz Systemübersicht Vereinfachtes Nachweisverfahren nach DIN Klimaregionen Anwendungsbereiche und Ausnahmen Randbedingungen Bestimmung des Sonneneintragskennwertes Anforderungen Ingenieurtechnische Vorbemessung des sommerlichen Wärmeschutzes Wärmeschutzklassen Ermittlung der zulässigen äußeren Wärmelast Vorhandene mittlere äußere Wärmelast Zulässige nutzungsbedingte Wärmelast Rechenbeispiel Literaturverzeichnis Schwachstromtechnik Systemübersicht Einordnung Systemübersicht Fernmelde- und Informationstechnik Systemübersicht Gebäudeautomation Außenanbindung des Gebäudes zur Kommunikation Schnittstellen Fernsprechnetz und Internetanschluss Unterhaltungsmedien Nicht öffentliche Netze Telekommunikationsanlagen Anlagen für Telefonie Videokonferenzanlagen und Bildtelefonie Such- und Signalanlagen Zeitdienstanlagen Elektroakustische Anlagen (ELA) Fernseh- und Antennenanlagen Gefahrenmelde- und Alarmanlagen Brandmeldeanlagen und sonstige sicherheitsrelevante Anlagen Einbruchmeldeanlagen (EMA) und Überfallmelde anlagen (ÜMA) Übertragungsnetze Allgemein verwendbare Übertragungsnetze Strukturierte Datenverkabelung Gebäudeautomation Grundstruktur von Automationssystemen Aufgaben und Methoden der Automationstechnik Gebäudesystemtechnik Bussysteme Herstellerneutrale Systemverbindung Sonstige schwachstromtechnische Anlagen Literaturverzeichnis

10 Inhalt Förderanlagen Systemübersicht Aufzugsanlagen Grundlagen Personenaufzüge Bettenaufzüge Lastenaufzüge Fahrtreppen und Fahrsteige Sonstige Förderanlagen Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis