Projekt 20841/01

rmittlung und Validierung von Planungsparametern zur Optimierung von Wärmebedarf, thermischer Behaglichkeit und Regelung für einen energiesparenden und bausubstanzerhaltenden Betrieb temporär genutzter Gebäude mit Hilfe der dynamischen Gebäudesimula[…]

Projektdurchführung

Hansestadt Wismar
Am Markt 1 (Rathaus)
23966 Wismar

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung des Forschungsvorhabens war es, am Beispiel von St. Marien und St. Georgen in Wismar Planungsparameter für temporär genutzte Gebäude schwerer Bauart mit Hilfe der dynamischen Gebäudesimulation und vergleichender Feldmessungen zu ermitteln und zu validieren.
Das Forschungsvorhaben sollte dazu beitragen, vorhandene Grundlagen für die Planung, Dimensionierung und Ausschreibung für die ökologische und ökonomische Temperierung von temporär genutzten Gebäuden zu vertiefen und zu allgemein gültigen Richtlinien weiter zu entwickeln. Die Erkenntnisse wer-den in einen Leitfaden für den Umgang mit historischer Bausubstanz in Planungsprozess und Nutzung einfließen, den der von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt eingesetzte Beirat Erhalt und Nutzung temporär genutzter Gebäude herausgeben soll.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit Hilfe der dynamischen Gebäudesimulation wurden Wärmeleistung, Energieverbrauch und Raumklima bei unterschiedlichen Nutzungsvarianten der beiden Baudenkmäler ermittelt. Die Berechnungen für St. Georgen und St. Marien wurden von Prof.-Ing. Zecchin und Dr. De Carli, Universität Padua, geleitet. Prof. Dr.-Ing. Sommer, Fachhochschule Köln, betreute drei Diplomarbeiten über den Wärmebedarf von temporär genutzten Gebäuden schwerer Bauart sowie die dynamische Gebäudesimulation einer Modellkirche.
Parallel zu den theoretischen Berechnungen wurden von Dipl.-Ing. Reinecke, Fa. Theod. Mahr Söhne GmbH, Aachen, sowie dem Ing.-Büro Rainer Heimsch, Rastede, Feldversuche zur Wärmeversorgung und -verteilung unter Berücksichtigung von Temperatur, Luftfeuchte und Temperaturschichtung in bei-den Kirchen durchgeführt. Prof. Dr.-Ing. Olesen, Fa. Wirsbo-Velta Norderstedt/Universität Lyngby, führte Versuche und Messungen mit sog. Windabweisern an den Fenstern von St. Marien durch, um deren Wirkung auf Raumklima und Behaglichkeitsempfinden zu ermitteln. Die Ergebnisse flossen in eine von Prof. Dr.-Ing. Olesen betreute Diplomarbeit über die Beheizung von Kirchen ein. Zur quantitativen und qualitativen Verifizierung der Simulationen und der Messungen wurden von Prof. Dr.-Ing. Mainka und Dipl.-Ing. Winkler von der Universität Rostock, Außenstelle Wismar, Thermografien in der St. Marienkirche im stationären und instationären Betrieb durchgeführt und dokumentiert.
Bei den Versuchsreihen waren das Architekturbüro Angelis & Partner, Oldenburg/Wismar, sowie Herr Dipl.-Architekt Ferdinand, Kirchenbauamt der Hansestadt Wismar, beratend tätig. Die wissenschaftliche Begleitung unter denkmalpflegerischen Gesichtspunkten erfolgte durch Prof. Dr. Kiesow, Deutsche Stif-tung Denkmalschutz.


Ergebnisse und Diskussion

Der Wärmebedarf und Energieeinsatz in diesem Gebäudetypus hängt sehr stark von den gewählten Grund- und Nutzungstemperaturen ab. Der Energieeinsatz ist bei einer Grundtemperatur von 10 °C und 16 °C bei der Nutzung am Wochenende um ca. 25% niedriger als bei einer durchgehenden Temperierung bei ca. 14 °C. Die operative (empfundene) Temperatur liegt jedoch wesentlich niedriger, was zu einem deutlichen Absinken der thermischen Behaglichkeit führt.
Die Dämmung von Kirchendecken hat bei den durchgeführten Simulationen zu Energieeinsparungen von 7-10% geführt. Die Oberflächentemperaturen steigen dabei lokal um ca. 10% an, was zu Schäden an empfindlichen Malereien etc. führen kann.
Der Einsatz von Windabweisern trägt deutlich zur Reduzierung von Zugerscheinungen, Ansteigen der operativen Temperatur und damit zur Behaglichkeitssteigerung bei. Dadurch kann die Raumlufttemperatur abgesenkt und als Folge der Energieeinsatz reduziert werden.
Für die Anordnung von Raumfühlern müssen neue Strategien entwickelt werden, da durch die konven-tionelle Anordnung in der Regel zu hohe Raumlufttemperaturen in der Aufheizphase vorliegen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das wichtigste Mittel zur Verbreitung der Ergebnisse dieses Projekts und der anderen im Rahmen des Förderschwerpunktes geförderten Projekte ist der geplante Leitfaden. Das Projekt war Teil des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt unterstützten Förderschwerpunktes Erhalt temporär genutzter Gebäude, der zum Ziel hat, einen Leitfaden für den Umgang mit historischer Bausubstanz in Planungsprozess und Nutzung herauszugeben.
Dr. Michele De Carli hat Ergebnisse des Forschungsvorhabens auf einem internationalen Workshop zum Thema Indoor environment quality in museums am 07.05.2005 in Rom vorgestellt. Der Titel seines Vortrags lautete Neuere Entwicklungen bei der Beheizung historischer Kirchen: eine Fallstudie.
Projektleiter Rainer Heimsch hat mehrfach die Forschungsergebnisse des Projekts vorgetragen. U. a auf der XXXIII. Fortbildungsveranstaltung der Evangelischen Akademie Loccum am 20. und 21.03.2006 be-richtete er über die Energiesparende Nutzung von Kirchenheizungen unter Berücksichtigung von bauphysikalischen Rahmenbedingungen.
Die Ergebnisse sollen in das Kirchliche Bauhandbuch über energiesparendes, umweltschonendes Bauen in der Evangelischen Kirche Deutschlands aufgenommen werden.


Fazit

Durch die durchgeführten theoretischen und experimentellen Arbeiten konnten wesentliche Grundlagen für die Temperierung /Beheizung temporär genutzter Gebäude geschaffen werden. Dies gilt sowohl für die Planung als auch für den Betrieb von Heizungsanlagen in solchen Gebäuden.

Durch die Dämmung von Decken kann zwar der Energieeinsatz reduziert werden, jedoch ist im Einzelfall zu prüfen, ob durch den Anstieg der Oberflächentemperaturen raumseitig ggf. Schäden an Deckenfresken provoziert werden.

Der Einsatz von Windabweisern an einfach verglasten Fenstern führt zu einem Anstieg der operativen Temperatur und damit zu einer Behaglichkeitssteigerung mit der Möglichkeit zur Senkung der Lufttemperatur. Daraus resultieren eine bauphysikalische Entlastung der Gebäude und eine Reduzierung des Energieeinsatzes, was zur Entlastung der Umwelt und zur Senkung der Energiekosten führt.