Messen Berechnen Simulieren. Beheizen von Kirchen ein Praxisbeispiel

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Eleonora Krause
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1 Messen Berechnen Simulieren Beheizen von Kirchen ein Praxisbeispiel Dipl.-Ing. (FH) Thomas Löther

2 Gliederung 1. Projekteinführung 2. Klosterkirche St. Marienstern 3. Voruntersuchungen 4. Berechnungen / Simulationen 5. Heizkonzept / bisherige Umsetzungen 6. Aktueller Stand

3 1. Projekteinführung Nutzungsorientierte, optimierte Lokaltemperierung von Kirchen - modellhafte Voruntersuchungen und Konzeptentwicklung AZ Laufzeit: 2007 / 2008 Untersuchung modellhafter Maßnahmen zur gleichzeitigen Reduzierung des Energieverbrauchs, Verbesserung des Nutzerkomforts und Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes temporär genutzter Sakralbauten AZ Laufzeit: 2010 / 2012

4 2. Klosterkirche St. Marienstern Erbaut zwischen 1250 und 1300

5 2. Klosterkirche St. Marienstern - tägliche Nutzung - Grundtemperierung des Kirchenraums auf > 10 C - bauliche Besonderheiten

6 2. Klosterkirche St. Marienstern

7 2. Klosterkirche St. Marienstern Grundriss mit Heizsystem bis 2007

8 2. Klosterkirche St. Marienstern Raumzustand 2007

9 2. Klosterkirche St. Marienstern Raumzustand 2007

10 2. Klosterkirche St. Marienstern Raumzustand 2007

11 2. Klosterkirche St. Marienstern - Erneuerungen der inneren Raumschale Erstmaliger Heizungseinbau Errichtung Ende 17. Jh Renovierungskosten:

12 3. Klosterkirche St. Marienstern Brennstoffkosten [ ] Kosten [ ] Auswertung der Heizkostenabrechnung

13 3. Voruntersuchungen Raumklimamessungen

14 3. Voruntersuchungen IR- Untersuchungen

15 3. Voruntersuchungen

16 3. Voruntersuchungen

17 3. Voruntersuchungen Luftströmungen

18 3. Voruntersuchungen Luftströmungen

19 3. Voruntersuchungen - Ergebnisse - stabiles Raumklima - kaum Kurzzeitschwankungen - Zugerscheinungen durch Grundtemperierung, bestehendes Heizsystem, Besucher - Kondenswasserbildung an Fenstern und Gewölbeunterseiten - Verschmutzung der Raumschale - kritische Bauteile (Fenster, Gewölbe) - geringer (normaler?) natürlicher Luftaustausch

20 4. Berechnungen / Simulationen Ziele / Anforderungen an die Heizung Schaffung eines behaglichen Raumklimas während der kontinuierlichen Nutzung Vermeidung von Staubablagerungen bzw. Staubfahnen Reduzierung des bauphysikalischen Schadenpotentials (Feuchteschäden, wie Kondensation und Schimmel) Senkung der Heizenergie und damit der Heizkosten Formschöne, moderne Heizung

21 4. Berechnungen / Simulationen Quellenstudium Quelle: Arendt, Raumklima in großen historischen Räumen mittlere Heizleistung: Qm = 19 W/m³ minimale Heizleistung: Qmin = 8 10 W/m³

22 4. Berechnungen / Simulationen Unsere Ziel ist die zu installierende Heizleistung auf kw zu reduzieren: Q = 5-7 W/m³ Können wir das tun? Vorhandene Heizleistung: kw (Diplomarbeit Köhler 2008)

23 4. Berechnungen / Simulationen Q Q F Q W Q L F W L Wärmeverluste durch Fenster Wärme zum Aufheizen der Wände Lüftungswärmebedarf klassische Auslegung einer Heizungsanlage

24 4. Berechnungen / Simulationen Wärmeverluste durch Fenster 28 kw Fensterfläche U Wert der Fenster Temperaturdifferenz (-10 C außen / 15 C) Wärme zum Aufheizen der Wände 101 kw Außenwandfläche Aufheiztemperaturdifferenz = 0 Wärmeabsorptionskoeffizient der Wände Lüftungswärmebedarf 40 kw Luftwechsel 0.5 h -1 Raumvolumen = 0.2 h SUMME: 169 kw (17 W/m³) SUMME: 68 kw 7 W/m³

25 4. Berechnungen / Simulationen Gebäudesimulation am Baudenkmal Messung Rechnung Validierung Nutzungsstudie Raumklimamessung Temperaturen Luftfeuchtigkeit CO2 - Konzentration Luftwechsel etc. Materialanalyse Hygrothermische Gebäudesimulation Vergleich der Ergebnisse mit der Messung Anpassung der Eingabeparameter wie: Luftwechsel, thermische Eigenschaften Variantenrechnung durch die Gebäudesimulation

26 4. Berechnungen / Simulationen Vergleich Messung / Rechnung Temp. [ c], rel. Feuchte [%] Umgebungstemperatur T_Kirche_berechnet rh_kirche_berechnet t_3m rh_3m 0 Die rel. Raumluftfeuchte lässt sich ohne Berücksichtigung der hygrischen Speicherfähigkeit der Umfassungskonstruktion nicht berechnen!

27 4. Berechnungen / Simulationen Berechnung mit Testreferenzjahr Umgebungstemperatur T_Kirche_berechnet 20 Temp. [ C] Ohne Heizung sinken die Temperaturen unter 0 C!

28 4. Berechnungen / Simulationen Berechnung mit Testreferenzjahr Umgebungstemperatur T_Heizung_8 C T_Heizung_11 C T Kirche berechnet 20 Temp. [ C]

29 4. Berechnungen / Simulationen Berechnung mit Testreferenzjahr Umgebungstemperatur T_Kirche_berechnet T_Kirche_50 kw / Luftwechsel = 0,5 20 Temp. [ C]

30 4. Berechnungen / Simulationen Berechnung mit Testreferenzjahr Umgebungstemperatur T_Kirche_berechnet T_Kirche_70 kw / Luftwechsel = 0,5 20 Temp. [ C]

31 4. Berechnungen / Simulationen Eine Beheizung (Temperierung) der Kirche auf ein geringes Temperaturniveau empfiehlt sich aufgrund der Nutzung und zur Vermeidung von bauphysikalischen Problemen. Durch das Einbringen der Heizwärme nah am Nutzer kann das mittlere Temperaturniveau in der Kirche gesenkt werden. Gewölbedämmung: Reduzierung der Bedarfes um ca. 7 % Eine Heizleistung von kw wird für die Temperierung notwendig.

32 4. Berechnungen / Simulationen Das Problem: Die Ergebnisse von Simulationen wirken sehr überzeugend. Auch wenn sie auf falschen Annahmen beruhen. Quelle: GEO, Heft 05/2012 S.62

33 5. Heizkonzept / bisherige Umsetzungen kw 0? kw 5 kw kw 5 kw 0? kw 0 30 kw 5 kw 5 kw 5 kw 5 kw 15? kw? kw 15? kw 15? kw

34 5. Heizkonzept / bisherige Umsetzungen Chorgestühl

35 5. Heizkonzept / bisherige Umsetzungen Bankreihen

36 5. Heizkonzept / bisherige Umsetzungen Nordfenster

37 6. Aktueller Stand - Grundtemperierung < 8 C - Zugerscheinungen verringert - Behaglichkeitsgefühl wurde verbessert

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! KLOSTER ST. MARIENSTERN Dipl.-Ing. (FH) Thomas Löther

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