Beheizen und Temperieren von Kirchen

Beheizen und Temperieren von Kirchen Beispiele aus der Praxis Dipl.-Ing. Christian Dahm - 27.02.18 Folie 1

75 Minuten Beheizen/Temperieren von Kirchen. Das erwartet Sie: 1. Was braucht der Kirchenraum? Welche Grenzen setzt er? 2. Der Blick in die Praxis 3. Lüften von Kirchen / Sommerkondensation 4. Verdrecken / Schwärzen von Kirchen 5. Raumklimamessungen 6. bauliche Maßnahmen 7. Schnellverfahren: Kirchenheizungssysteme 8. Zusammenfassung Folie 2

Spannungsfeld: Kirche Nutzung Erhaltung Gestaltung Folie 4

Die Basis von Allem: Zusammenhang: Feuchte - Temperatur Folie 5

Zielfeuchte zur Erhaltung von Baustoffen Historische Werkstoffe bevorzugen natürliche Raumluftzustände Bei Trockenheit: Leder, Putze, Leinwände trocknen aus und können zerstört werden Bei hoher Feuchtigkeit Holz wächst Biologisches Wachstum allg. Empfehlung: relative Feuchtigkeit: 50-70 % entsprechende Temperaturen Die Kirche ist kein Wohnzimmer Folie 6

Volumenänderungen bei Feuchteschwankungen Holzvolumen ist stark von Raumluftfeuchte abhängig: Abplatzungen bei Werkstoffverbünden (farbgefasste Figur) reißendes Holz bei massiven Hölzern und verbautem Holz allg. Empfehlung (u.a. DIN EN 15757): Vermeidung extremer Schwankungen Erhaltung des historischen Raumklimas Folie 8

DIN EN 15757: Erhaltung des kulturellen Erbes... Das Kunstwerk hat sich seiner Umgebung angepasst Trotz ggf. vorhandener Grundschädigung können die Schäden größer werden, wenn das Raumklima auf Normwerte zurückgeführt wird. Empfehlung der Norm: Erstellung einer Langzeit-Messreihe des Raumklimas Beurteilung des Kunstgegenstandes durch einen Sachverständigen => Ist bei Beibehaltung des Raumklimas keine Schädigung des Werkstücks zu erwarten, soll das historische Klima beibehalten werden. Kurzzeitige Schwankungen des Raumklimas ist zu vermeiden Erkenntnis: Kurzzeitige Schwankungen sind meist sehr stark und abrupt. => größte Schädigung Empfehlung: Kurzzeitige Schwankungen sollen den Bereich der langfristige Schwankungen nicht überschreiten => Vermeidung von Spitzenwerten Folie 9

Zwischenfazit Jede Kirche mit wertvollen Einbauten sollte über eine Regelautomatik mit Feuchte- Vorrangschaltung verfügen. Die Raumklimawerte sollten über einen Datenlogger erfasst werden. Folie 10

Literaturhinweise: Anforderungen von Holz, Leder, Putzen, Metallen u.a. an das Raumklima Grundsätzliche Hinweise NORM DIN EN 15757 : 2010-12. Erhaltung des kulturellen Erbes - Festlegungen für Temperatur und relative Luftfeuchte zur Begrenzung klimabedingter mechanischer Beschädigungen an organischen hygroskopischen Materialien. KILIAN, RALF: Klimastabilität historischer Gebäude. Bewertung hygrothermischer Simulationen im Kontext der Präventiven Konservierung. Stuttgart : Fraunhofer Verlag 2013 (Forschungsergebnisse aus der Bauphysik 15). - 238 Seiten. - ISBN: 978-3- 8396-0615-5 Zur Durchführung und Interpretation von Langzeitmessreihen ERZBISCHÖFLICHES ORDINARIAT FREIBURG (Hrsg.): Projektbericht Prima-Klima II. Richtig Lüften und Heizen in Kirchen. Freiburg: 2012 Folie 11

Der Blick in die Praxis: Innenraumtemperatur Kirche Folie 13

Der Blick in die Praxis: Beispielhafte Temperaturmessung Die 23.01.2007 + Mi 24.01.2007 50 45 40 14:00 h, 15 C 20 15 35 10 relative Feuchte [%] 30 25 20 15 6:00 h, 11 C 5 0 Temperatur [ C] 10 5 0 rel. Feuchte am Orgelgehäuse Temperatur auf der Orgelbühne Außentemperatur 0 h 3 h 6 h 9 h 12 h 15 h 18 h 21 h 0 h 3 h 6 h 9 h 12 h 15 h 18 h 21 h -5-10 Folie 14

Energieeinsparung und Innenraumtemperatur Kirche 1.Variante 2.Variante 3.Variante 4.Variante 5.Variante 6.Variante 7.Variante 0 12 12 10 8 8 8 8 1 12 12 10 8 8 8 8 2 12 12 10 8 8 8 8 3 12 12 10 9 8 8 8 4 12 13 10 10 8 8 8 5 12 14 11 11 8 8 8 6 12 15 12 12 9 8 9 7 13 16 13 13 10 8 10 8 14 17 14 14 11 8 11 9 15 18 15 15 12 8 12 10 14 17 14 14 11 8 11 11 13 16 13 13 10 8 12 12 12 15 12 12 9 9 11 13 12 14 11 11 8 10 10 14 12 13 10 10 8 11 11 15 12 12 10 9 8 12 12 16 12 12 10 8 8 11 11 17 12 12 10 8 8 11 10 18 12 12 10 8 8 12 9 19 12 12 10 8 8 11 8 20 12 12 10 8 8 10 8 21 12 12 10 8 8 9 8 22 12 12 10 8 8 8 8 23 12 12 10 8 8 8 8 12,4 13,5 11,0 10,0 8,7 9,1 9,5 Folie 15

Innenraumtemperatur Kirche Standardgebäude (21 C) gilt: 1 Absenkung => ca. 6 % Einsparung Kirchen 1 Absenkung => ca. 10 % Einsparung Warum? => Einsparung [%] = 1 Kelvin / (T-Raum T-Außen) Wärmekosten Kirchen: (5 ct/kwh; 400 m²) 3.000... 6.000 /a Folie 16

Der Blick in die Praxis: Befeuchtung? Folie 17

Feuchte in Kirchen - Sommerproblem (1) Folie 21

Lüften von Kirchen - Sommerproblem Folie 22

Lüften von Kirchen - Sommerproblem Folie 24

Lüften von Kirchen NICHT Lüften: Taupunkttemperatur der Außenluft > Oberflächentemperatur der Innenwand Lüften ist MÖGLICH: Bei trockener Raumluft: Abs. Wassergehalt der Außenluft > Abs. Wassergehalt der Innenluft Bei feuchter Raumluft: Abs. Wassergehalt der Außenluft < Abs. Wassergehalt der Innenluft ABER: ggf. erhöhte Heizkosten Folie 25

Literaturquellen zum Zusammenwirken von Gebäude und Raumklima Allgemeine Literatur ERZBISCHÖFLICHES ORDINARIAT FREIBURG (Hrsg.): Projektbericht Prima-Klima II. Richtig Lüften und Heizen in Kirchen. Freiburg: 2012 KILIAN, RALF: Klimastabilität historischer Gebäude. Bewertung hygrothermischer Simulationen im Kontext der Präventiven Konservierung. Stuttgart : Fraunhofer Verlag 2013 (Forschungsergebnisse aus der Bauphysik 15). - 238 Seiten. - ISBN: 978-3- 8396-0615-5 Automatische Lüftung von Kirchen GARRECHT, HARALD: Raumklimatische Untersuchungen und bauphysikalische Konzepte. In: Klimastabilisierung und bauphysikalische Konzepte. ICOMOS 2004 ARENDT, CLAUS: Unter welchen Voraussetzungen ist die Beheizung von Kirchen zu bejahen und wie soll sie durchgeführt werden? In: Klimastabilisierung und bauphysikalische Konzepte. ICOMOS 2004 VIELHABER, PROF. DR. JOHANNES U.A.: Klimastabilisierung in temporär genutzten Gebäuden. In: Erhalt temporär genutzter Gebäude. DBU Initiativen zum Umweltschutz. Band 77. Erich Schmidt Verlag 2009 Folie 26

Verdrecken / Schwärzen von Kirchen Folie 28

Verdrecken / Schwärzen von Kirchen Hauptgrund für Schwärzen: - Heizungen produzieren einen Warmluftstrom - Wandoberfläche kälter als Warmluftstrom - Feuchtekondensation an Außenwand - hohe Luftgeschwindigkeiten => Turbulenzen => Verstärkte Kondensation Feuchtefilm an der Innenoberfläche der Außenwand - In der Luft sind immer Schmutzpartikel, die sich an dem Feuchtefilm anhaften. Herkunft der Partikel: - von Außen, Rußpartikel (Kerzen), Weihrauch - Verwitterung der Kirche (Putze etc.) Folie 29

Verdrecken / Schwärzen von Kirchen Empfehlung zur Vermeidung von Schwärzen: - Verringerung Kondensation: T (Basis, Gottesdienst) = max. 5 Kelvin - Verringerung von Turbulenzen: mögl. kleine Luftgeschwindigkeiten mögl. gleichmäßige, flächige Wärmeeinbringung - Verringerung Schmutzpartikel: rußarme Kerzen, Reinigen der Kirche bei Warmluft-Hzg: Wechsel der Luftfilter keine Luftauslässe im Gangbereich Folie 30

Verdrecken / Schwärzen von Kirchen Folie 31

75 Minuten Beheizen/Temperieren von Kirchen. Das erwartet Sie: 1. Was braucht der Kirchenraum? Welche Grenzen setzt er? 2. Der Blick in die Praxis 3. Lüften von Kirchen / Sommerkondensation 4. Verdrecken / Schwärzen von Kirchen 5. Raumklimamessungen 6. Anforderungen des Kirchenbesuchers 7. bauliche Maßnahmen 8. Schnellverfahren: Kirchenheizungssysteme 9. Zusammenfassung Folie 32

Raumklimamessungen Das ist wichtig: Logger an den kritischen Punkten aufhängen Keine Momentan-Fühler sondern Daten-Logger 15-Minuten-Werte USB-Schnittstelle bzw. einfach auslesbar Folie 33

Quelle: Umweltnetzwerk Kirche Rhein-Mosel Raumklimamessungen Folie 34

Anforderung des Kirchenbesuchers Folie 38

Bauliche Maßnahmen: Verminderung der Fußkälte Folie 39

Bauliche Maßnahmen: Verminderung der Fußkälte Folie 40

Bauliche Maßnahmen: Eingangsbereich - Windfang Vermeidung von Zugerscheinungen Weniger Wärmeverluste Weniger Lärmbelastung Folie 41

Bauliche Maßnahmen: Schutzverglasung Eine Schutzverglasung ist ein Schutz der (Original-)Verglasung bauphysikalisch nicht trivial => immer mit Facharchitekten energetisch nur selten zu rechtfertigen Folie 42

Bauliche Maßnahmen: Verminderung der beheizten Fläche Folie 43

Bauliche Maßnahmen zur Beeinflussung des Raumklimas Holzböden Windleitbleche HEIMSCH, RAINER: Ermittlung und Validierung von Planungsparametern.... In: Erhalt temporär genutzter Gebäude. DBU Initiativen zum Umweltschutz. Band 77. Erich Schmidt Verlag 2009 Schutzverglasung Forschungsprojekt: Schutzverglasungen historischer Glasmalereien und Kunstverglasungen im Spannungsfeld von Denkmalpflege und energetischer Verbesserung von Baudenkmälern (Vitrocentre Romont) Vermeidung von Undichtigkeiten an der Gebäudehülle Windfänge Luftwechselraten hängen vom Außenwetter und der Größe der Undichtigkeiten ab Beispiel Renatuskapelle: 0,24 (windstill); 0,54 (frische Brise); 0,67 (starker Wind); 2,34 (geöffnete Tür) KILIAN, RALF: Die Wandtemperierung in der Renatuskapelle in Lustheim. Auswirkungen auf das Raumklima. Anton Siegl Verlag 2004 In dieser Quelle wird auch ein Verfahren beschrieben, mit dem man anhand der Klimawerte Außen und Innen die Luftwechselzahl der Kirche bestimmen kann. Folie 44

Historische bauliche Maßnahmen zur Beeinflussung des Raumklimas Passive Klimaregulierung von Kirchen KOLLER, MANFRED: Zur Geschichte der vorbeugenden Konservierung. In: Österreichische Sektion des IIC (Hrsg.): Schutz und Pflege von Kunst- und Baudenkmälern. Wien, 1995 (Restauratorenblätter 15) Hinweis auf die ursprünglich üblichen Arten der passiven Klimaregulierung von Kirchen, wie zum Beispiel Holzröhren in den Gewölbescheiteln zur Belüftung des Dachbodens oder perforierte Blecheinsätze anstatt Verglasungen zur Dauerbelüftung des Kirchenraumes. Die im Haupttext recht kurz gefassten Hinweise auf die verschiedenen Varianten der althergebrachten Klimaregulierung werden durch eine ausführliche Liste an Literaturquellen ergänzt. Fehlerquellen bei der Klimaregulierung historischer Gebäude ARENDT, CLAUS: Fehlerquellen bei der Klimaregulierung historischer Gebäude. In: Österreichische Sektion des IIC (Hrsg.): Schutz und Pflege von Kunst- und Baudenkmälern. Wien, 1995 (Restauratorenblätter 15) Neben vielen anderen Aspekten erklärt Claus Arendt die besondere Funktion von belüfteten Dachräumen oberhalb der Gewölbe zur Klimaregulierung des Kirchenraumes. Sehr hilfreiche Informationen, bei der aktuell oft diskutierten Frage, ob Öffnungen in den Gewölben geschlossen oder besser offen gelassen werden sollen! Folie 45

Kirchenheizungssysteme Warmluft + Fußboden 1% Strahlungsheizung Elektro 2% el. Fußboden + Nachtsp. 1% Strahlungsheizung Gas 0% Warmluft+Sitzkissen 2% Sitzbank - Elektro 5% Heizkörper - Gas 2% Heizkörper - Elektro 6% Heizkörper - Dampf 1% Warmluft direkt 39% Heizkörper - Warmwasser 10% Fußboden - Hypokausten 1% Fußboden - Elektro 1% Fußboden - Warmwasser 6% Warmluftstationen 1% Warmluft Lufterhitzer 20% Folie 47

Warmluftheizungen punktuelle Wärmeeinbringung Luftgeschwindigkeit (-) Temperaturschichtung (-) vertretbar WENN: kleine Luftgeschwindigkeit + möglichst viele Lufteinlässe Nachteilig: Baulich aufwendig, meist schwer regelbar Erwärmung nur über Raumluft Vorsicht: ggf. starke Veränderung der Luftfeuchte Vorsicht: bei 70er Jahren ausgedämmten Luftkanälen! => Asbest-Gefahr Varianten: Warmluftstationen (direkt / indir.) bei WW-Satz: Brennwertnutzung Folie 48

Fußbodenheizung kein Eingriff in den Lufthaushalt! gleichmäßige Wärmeeinbringung Luftgeschwindigkeit (+) = Temperaturschichtung (+) sehr träges System (+) Fußwärme (+) hoher Strahlungsanteil (+) Baulich sehr aufwendig (---) Vorsicht bei Elektro-Fußbodenhzg. (!) Folie 49

Einzel- Radiatoren / - Konvektoren kein Eingriff in den Lufthaushalt! lokale Wärmeeinbringung Unterscheidung sichtbare Flächenheizkörper => Strahlungsanteil => begrenzte Wirktiefe eingehauste Heizkörper => nur warme Luft (-) Luftgeschwindigkeit (-) Temperaturschichtung (-) Folie 50

Unterbankstrahler kein Eingriff in den Lufthaushalt! gleichmäßige Wärmeeinbringung hohe Stromkosten => deswegen oft keine Grundtemperierung schwer regelbar Geräuschbelastung (Knacken der Sitzbänke) Folie 51

Sitzkissen-Heizung kein Eingriff in den Lufthaushalt! minimale Wärmeeinbringung geringe Stromkosten => wegen sehr begrenzter Betriebszeit hohe Behaglichkeit der Kirchenbesucher keine Temperierung / Beheizung des Raumes (!!!) Folie 52

Elektro- oder Warmwasser-Strahlungsheizung kein Eingriff in den Lufthaushalt! gleichmäßige Wärmeeinbringung durch Erwärmung des Bodens / der Bänke Stromkosten??? Bei richtiger Umsetzung: hohe Behaglichkeit der Kirchenbesucher Problem: gleichmäßige Bestrahlung => vergleichbar mit Beleuchtung im Raum Problem: Dosierung der Strahlungswärme bei stehenden oder sitzenden Personen (bzw. Aufhängungshöhe & Strahlungsleistung) Folie 53

Gas-Strahlungsheizung Bauphysikalisch höchst bedenklich!!! Vorteil: Strahlungswärme keine Vorlaufzeiten Nachteilig: Erhebliche Feuchtelast Geräuschpegel Folie 54

Sockelheizungen / Wandtemperierung nach Großeschmidt kein Eingriff in den Lufthaushalt! lokale Wärmeeinbringung begrenzte Heizleistung geeignet um kalte Ecken zur Kondensatvermeidung zu erwärmen keine Temperierung des Raumes erst recht: keine Beheizung des Raumes Literatur: LÖTHER, THOMAS: Erfahrungen mit Wandtemperieranlagen und deren Anwendung in Sachsen und Sachsen-Anhalt. In: Die Temperierung. Beiträge zum aktuellen Forschungsstand. Tagungsband zum Internationalen Kolloquium im Kloster Benediktbeuern am 12. November 2012. Folie 55

Vermischtes Folie 56

Es gibt nichts, was es nicht gibt... und Logik schon garnicht... Folie 57

Es gibt nichts, was es nicht gibt... und Logik schon garnicht... Folie 58

Planung der Heizungsanlage Es gibt verschiedene Heizungsarten, die jeweils spezifische Eigenschaften haben und sich unterschiedlich für verschiedene Kirchentypen eignen. ARENDT, CLAUS: Raumklima in großen historischen Räumen. Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln 1993. NORM DIN EN 15759-1 : 2012-02. Erhaltung des kulturellen Erbes - Raumklima - Teil 1: Leitfäden für die Beheizung von Andachtsstätten BAYERISCHES LANDESAMT FÜR DENKMALPFLEGE (Hrsg.): Die Temperierung. Beiträge zum aktuellen Forschungsstand. Tagungsband zum Internationalen Kolloquium im Kloster Benediktbeuern am 12. November 2012, veranstaltet von der Landesstelle für die Nichtstaatlichen Museen in Bayern, im Rahmen des Forschungsprojekts "Sammlungen Erhalten: Die Temperierung als Mittel der Präventiven Konservierung in Museen - Eine Bewertung". München : Volk Verlag, 2014 (Inhalte Projekte Dokumentationen. Schriftenreihe des Bayerischen Landesamtes für Denkmalpflege 8). ISBN 978-3-86222-144-8 Orte und Arten der Wärmeeinbringung müssen für jede Kirche einzeln geplant werden. Auch eine Heizlastberechnung in üblicher Art ist nach unserer Meinung nicht möglich. (Es gibt verschiedene Formeln, die sich erheblich wiedersprechen) PFEIL, AXEL: Kirchenheizung und Denkmalschutz. Wärmebedarf Feuchtehaushalt Heizungssysteme. Bauverlag GmbH 1975. Da das raumklimatische Verhalten von der Geometrie und den bauphysikalischen Eigenschaften der Wände abhängt, dürfte eine Simulation der erfolgreichste Weg sein. DJAHANSCHAH, Sabine (Hrsg.) ; DJAHANSCHAH, Darius (Hrsg.) ; ROLOFF, Jürgen (Hrsg.): Erhalt temporär genutzter Gebäude. Berlin : Erich Schmidt Verlag, 2009 (Initiativen zum Umweltschutz, Band 77). ISBN 978 3 503 11463 4 Folie 59

Kirchenheizungssysteme: Planung der Anlagentechnik - VDI 3817! VDI 3817 Technische Gebäudeausrüstung denkmalwerter Gebäude Anforderungen an die TGA sollen in einem Raumbuch festgelegt werden. Festlegung ergänzender Leistungen (Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen, raumklimatische Messungen) Detaillierte Bestandsaufnahme und Dokumentation Führung eines Betriebsbuches (Wann erfolgte wo welche Instandhaltungsmaßnahme?) Bedienungshandbuch für techn. Anlagen Folie 60

8. Zusammenfassung der Vorgaben möglichst konstante relative Feuchte bei 50-65 %, bzw. im historischen Klima Regelung der Heizung über Feuchtefühler zulässige Raumlufttemperaturen hängen von Feuchtewerten ab möglichst langsame und seltene Änderungen der Raumluftfeuchte kleine Luftgeschwindigkeiten, gleichmäßige Wärmeeinbringung (Behaglichkeit, Schwärzen) Verringerung der Schmutzpartikel Differenz zwischen Nutz- und Absenktemperatur max. 5 C Steigerung der Aufenthaltsqualität durch passive Maßnahmen Aufnahme von Fachrichtlinien in die Ausschreibungen/Aufträge (VDI 3817, WTA E 6-12, DIN EN 15759...) Einfache, nachvollziehbare, angemessene Heizungsregelung! Folie 62

!!! Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!!! Was dürfen wir noch besprechen?...... Folie 63