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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
FB 3 - Energie
Inhalt
• das GMW• Planungsvorgaben (Vorschriften)• Lüftungsarten
manuell / mechanisch / hybrid• Lüftungsmöglichkeiten nach Gerätestandort
zentral / dezentral• Projektbeispiele• Controlling• Fazit
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FB 3 - Energie
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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FB 3 - Energie
Energieeffizienzrichtlinie - GMW
März 2009
12./13.04.2010 15. Fachkongress der kommunalen Energiebeauftragten
FB 3 - Energie
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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FB 3 - Energie
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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Planungshinweise Fenster
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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
Planungshinweise Fenster
„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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Schluchtstr. – Grundriss
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Luftführung - kombiniert
• nur eine Fassadendurchdringung• Oberlichtersatz• eventueller Kurzschluss• Tafelbeleuchtung gegebenenfalls berücksichtigen
©
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Detail – kombinierte Luftführung
©
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?
12./13.04.2010 15. Fachkongress der kommunalen Energiebeauftragten
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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.
12./13.04.2010 15. Fachkongress der kommunalen Energiebeauftragten
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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!