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Forschungsbericht: Energetische Optimierung einer Produktionshalle unter besonderer Berücksichtigung eines innovativen Lüftungskonzeptes. Abschlußbericht

Energetische Optimierung einer Produktionshalle unter besonderer Berücksichtigung eines innovativen Lüftungskonzeptes. Abschlußbericht
Margrit Kennedy, Joachim Eble, Alois Graw, Reto Miloni, Alan Müller, Julius Natterer, Arnold Schlüter, Klaus Sonnenmoser, Wilhelm Stahl
Hübner Gummi und Kunststoff GmbH, Kassel
1999, 126 S., Abb.,Tab.,Lit.
Fraunhofer IRB Verlag

Kurzbericht [PDF] deutsche Version

Inhalt

Eine gut gedämmte Gebäudehülle, Sonnenenergienutzung, Erdkanäle zur Luftvorerwärmung, Quelllüftung und eine natürliche Klimatisierung. Sie gehören zum Energiekonzept der 2 000 Quadratmeter großen Industriehalle. Der Gesamtentwurf der Halle führt zu einem geringen Energie- und Ressourcenverbrauch beim Bauen, bei der Wartung sowie später bei einem eventuellen Abriss. Die energetisch-solar und belichtungstechnisch optimierte Halle bietet ein Produktionsumfeld, das die Leistungsfähigkeit der darin Beschäftigten steigert und eine hohe Fertigungsqualität unterstützt. Nahezu während des ganzen Jahres wird der Hallenraum ohne Fremdenergie belüftet, temperiert und mit der erforderlichen Luftfeuchtigkeit versorgt. Im Winter liefert die physiologisch günstige Deckenstrahlungsheizung die zusätzlich noch notwendige Wärme. Die Beleuchtung ist blendfrei und nutzt weitestgehend das Tageslicht. Wegen der impulsarmen Quelllüftung mit Frischluftkonditionierung über Erdkanäle befinden sich die Angestellten stets in einer zirka 2, 5 Meter hohen Luftschicht, die eventuelle Luftschadstoffe nach oben hin abdrängt. Die Luftzufuhr über Erdkanäle bewirkt im Winter eine Reduktion des Lüftungswärmebedarfs und im Sommer eine natürliche Hallenkühlung. Ein weiteres Novum ist die mit Luft-Wasser-Wärmetauschern rückgewinnbare Lüftungswärme. Die Halle hat eine hervorragende Gesamtprimärenergiebilanz vorzuweisen; auf 50 Jahre bezogen bleibt die Umwelt von insgesamt 10 340 Tonnen Kohlendioxid verschont.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG 1
2 EINFÜHRUNG 3
2.1 Geschichte und Entwicklung 3
2.2 Vorprojekt, Ausführungsprojekt und Referenzprojekt 3
2.3 Gesamtprimärenergiebedarf 4
2.4 Vorschriften und Anforderungen an die Heizenergieeffizienz von größeren Industriehallen 4
2.5 Integrale Planung 6
2.6 Zielsetzung des Projekts 7
3 FUNKTION, ARCHITEKTUR UND TRAGWERK 9
3.1 Vorprojekt 9
3.1.1 Städtebauliche Orientierung 9
3.1.2 Architekturkonzept 11
3.1.3 Baubiologie und Ökobilanz 14
3.2 Ausführungsprojekt 15
3.2.1 Städtebauliche Orientierung 16
3.2.2 Architekturkonzept 19
3.2.3 Baubiologie und Ökobilanz 25
3.3 Referenzprojekt 26
3.3.1 Städtebauliche Orientierung 27
3.3.2 Architekturkonzept 28
3.3.3 Baubiologie und Ökobilanz 30
3.4 Vergleichende Konstruktionsübersicht 31
4 TAGESLICHTNUTZUNG UND FARBGESTALTUNG 33
4.1 Der traditionelle Umgang mit Tageslicht im Industriebau 33
4.2 Quantitative Tageslichtcharakterisierung verschiedener Hallenvarianten 34
4.2.1 Tageslichtverhältnisse im Vorprojekt 35
4.2.2 Tageslichtverhältnisse im Ausführungsprojekt 38
4.2.3 Tageslichtverhältnisse im Referenzprojekt 41
4.3 Qualitative Tageslichtcharakterisierung 44
4.4 Farbgestaltung 47
4.4.1 Analyse 47
4.4.2 Ziele und Wirkung der Farbe 47
4.4.3 Farbkonzept und Farbgestaltung 48
5 TECHNISCHER AUSBAU 51
5.1 Vorprojekt und Vorentwürfe 51
5.1.1 Auswahl des Lüftungsprinzips 53
5.1.2 Belichtung und passive Sonnenenergienutzung 57
5.2 Ausführungsprojekt 58
5.2.1 Gebäudebeschreibung 58
5.2.2 Energetisches Konzept 60
5.2.3 Technische Gebäudeausrüstung des Ausführungsprojektes 64
5.3 Referenzprojekt 72
5.3.1 Gebäudebeschreibung 72
6 INVESTITIONSKOSTEN 75
7 ZIEL UND RAHMENBEDINGUNGEN DER ENERGETISCHEN OPTIMIERUNG 79
7.1 Einsatz von Simulationsprogrammen 79
7.1.1 Dynamische Gebäudesimulationen 79
7.1.2 Fluiddynamische Simulationen 80
7.2 Klimaparameter 80
8 HERSTELLUNGSENERGIEBILANZ 83
8.1 Herstellungsenergiebilanz der Konstruktion 83
8.1.1 Geltungsbereich und Abgrenzung einer Ökobilanz 83
8.1.2 Strukturmerkmale der verglichenen Projekte 86
8.1.3 Verwendete Datengrundlage und Datenqualität 88
8.1.4 Massenermittlung 90
8.1.5 Resultate der Ökobilanz 90
8.2 Herstellungsenergiebilanz der Gebäudeausrüstung 98
9 BETRIEBSENERGIEBILANZ 99
9.1 Heizenergiebedarf und Energiebedarf für die Warmwasserbereitung 99
9.1.1 Ausführungsprojekt 99
9.1.2 Referenzprojekt 105
9.2 Elektrischer Energieverbrauch 106
9.2.1 Ausführungsprojekt 106
9.2.2 Referenzprojekt 107
9.3 Betriebsenergie 108
9.3.1 Ausführungsprojekt 108
9.3.2 Referenzprojekt 108
10 GESAMTPRIMÄRENERGIEBILANZ 111
11 ZUSAMMENFASSUNG 113
11.1 Aufgabe 113
11.2 Zeitrahmen 113
11.3 Konstruktion 113
11.4 Kostenrahmen 113
11.5 Innovationsziele 114
11.6 Ergebnisse 114
12 ANHANG 119
12.1 Autoren und Beteiligte 119
12.2 Quellenverzeichnis 121
12.3 Abbildungsverzeichnis 122
12.4 Tabellenverzeichnis 125

Publikationslisten zum Thema:
Halle, Produktionshalle, Industriehalle, Lüftung, Optimierung, Quellüftung, Schadstoffentfernung, Umweltbelastung, Ökologie, Tageslicht, Energiebilanz, Ausführungsentwurf, Kosten, Investitionskosten,

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Bücher, Broschüren

Georg Tale-Yazdi
Lüftung von Gewerbeküchen: Grundlagen, Berechnungen
Kälte, Klima, Lüftung kompakt, Band cci Buch
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VDE-Verlag

Das Buch gibt ausführliche Informationen über die Auslegung, die Planung und den Betrieb von Küchenlüftungsanlagen. Es enthält eine Übersicht über die zu beachtenden Normen, Vorschriften, Richtlinien, Arbeitsschutz, Bauordnungsrecht inkl. Anforderungen an den Brandschutz.

Karl-Heinz Quenzel, Frank Bitter, Heinrich Fischer, Georg Tale-Yazdi
Einrichtungen zur Rauch- und Wärmefreihaltung
Praxis für Architekten - Planer - Fachfirmen
5., Aufl.
2018, 250 S., 230 farb. Abb. 30 Tab. 29.6 cm, Hardcover
Feuertrutz Verlag

Anlagen zur Rauch- und Wärmefreihaltung haben im vorbeugenden Brandschutz eine besondere Bedeutung. Moderne Brandschutzkonzepte sind ohne diese innovativen Techniken kaum noch zu realisieren. Die 5. Auflage des anerkannten Standardwerkes beschreibt die Anforderungen aus DIN-Normen und Richtlinien. "Einrichtungen zur Rauch- und Wärmefreihaltung" bietet eine übersichtliche Einführung in die Grundlagen des Brandgeschehens. Detailliert beschreiben die Autoren die natürlichen und maschinellen Rauch- und Wärmeabzugsanlagen und lassen hierbei ihre langjährige praktische Erfahrung einfließen. Das Werk beschreibt ausführlich den Betrieb und die Wartung von Rauch-, Wärmeabzugs- und Druckanlagen. Zahlreiche Fotos, Prinzipskizzen, Details sowie Tabellen erleichtern zusätzlich das Verständnis und die direkte Umsetzung in die Praxis.

Heinrich Huber
Komfortlüftung in Wohngebäuden
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2016, 302 S., 152 farb. Abb. 45 Tab. 246 mm, Hardcover
Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH &Co. KG

Wohngebäude sollen nicht nur den aktuellen Anforderungen an Energieeffizienz entsprechen, sondern auch behaglich und komfortabel für die Nutzer sein. Um konstant ein entsprechendes Raumklima zu ermöglichen, muss für eine bedarfsgerechte Lüftung gesorgt werden. Anlagen mit mechanisch geförderter Zu- und Abluft sowie mit Wärmerückgewinnung (Komfortlüftungssysteme) bieten sich hier als eine Möglichkeit zur Lösung dieser Aufgabe an. Das Buch stellt entsprechende Lüftungskonzepte für Wohngebäude vor. Es beschreibt zur direkten Anwendung in der Praxis die Anforderungen an Lüftungsanlagen im Neubau und Baubestand, deren Planung, Installation, Inbetriebnahme und Instandhaltung. Zudem wird auf nützliche direkt anwendbare Berechnungstolls (Druckverlust, Schall) verwiesen.

Manfred Lippe, Knut Czepuck, Johann Esser
Kommentar mit Anwendungsempfehlungen und Praxisbeispielen zur Lüftungsanlagen-Richtlinie M-LüAR
2., Aufl.
2016, 240 S., m. 30 farb. u. 130 SW-Abb. sowie 15 Tab. 30 cm, Softcover
Feuertrutz Verlag

In der Muster-Lüftungsanlagen-Richtlinie, die in den Bundesländern als Technische Baubestimmung eingeführt worden ist, sind die bauaufsichtlich anerkannten Lösungsmöglichkeiten zur Einhaltung der brandschutzrechtlichen Anforderungen an Lüftungsanlagen beschrieben. Der Fachkommentar mit seinen Anwendungsempfehlungen unterstützt sowohl bei der Umsetzung grundlegender Lösungsvorschläge der M-LüAR als auch einer vereinfachten Nachweisführung für die Erfüllung der Schutzziele. Das Handbuch beinhaltet neben dem Originaltext der Richtlinie eine fachliche, praxisorientierte Kommentierung. Es erläutert die eingeführte Lüftungsanlagen-Richtlinie und dokumentiert die Abweichungen bei der Einführung in den einzelnen Bundesländern.

Claus Ihle
Lüftung und Luftheizung
Der Heizungsingenieur, Band 3
7., Aufl.
2015, XIV, 578 S., Beil.: Falttaf. z. Bestimmung d. Kanalquerschnitte lufttechn. Anlagen. 24,5, Softcover
Reguvis Fachmedien

In gewohnt übersichtlicher und anschaulicher Weise erläutert der Autor alle wesentlichen Systeme im Gesamtzusammenhang von Anlagentechnik und Gebäude: Energieeinsparmaßnahmen, Umweltschutz und Nachhaltigkeit, Gebäude- und Gesundheitsschutz, Arbeitsleistung, Wirtschaftlichkeit und Hygiene sind ebenso Gegenstand der systematischen Darstellung wie Komfortbedürfnisse und Sicherheit. Berücksichtigung finden die spezifischen Anforderungen im Hinblick auf Gebäude- und Nutzungsarten (Wohngebäude, Bürogebäude, Versammlungsräume, Schulen, Küchen, Verkaufs- und Produktionsstätten, Schwimmbäder, Garagen, Labors etc.). Für die 7. Auflage wurde das erfolgreiche Standardwerk für Ausbildung und Praxis neu konzipiert, erweitert und aktualisiert. Die in den letzten Jahren zum Thema "Raumlufttechnik" so zahlreich erschienenen Normen und Verordnungen, sowie neue Produkte und effiziente Verbesserungen der Hersteller wurden berücksichtigt.

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Forschungsberichte

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EwWalt - Energetische Bewertung der dezentralen kontrollierten Wohnraumlüftung in alternierender Betriebsweise

Tim Röder, Paul Mathis, Dirk Müller
EwWalt - Energetische Bewertung der dezentralen kontrollierten Wohnraumlüftung in alternierender Betriebsweise
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3147
2019, 111 S., 79 Abb. u. 24 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Dezentrale alternierende Wohnungslüftungsgeräte finden zunehmend Verbreitung im Markt. Zur Wärmerückgewinnung werden Wärmespeicher verwendet, die zeitlich variant durchströmt werden; zur Luftförderung kommen meist Axialventilatoren zum Einsatz, deren tatsächliche Volumenströme von äußeren Druckdifferenzen abhängen. Beides birgt Unsicherheiten hinsichtlich eines energetischen und lüftungstechnischen Vergleichs mit anderen Lüftungskonzepten. Zur Bewertung dezentraler alternierender Wohnungslüftungsgeräte werden durch die drei Forschungsstellen sowohl Untersuchungen zur lüftungstechnischen Funktion auf Basis von numerischer Strömungssimulation (RWTH Aachen) durchgeführt, als auch experimentelle Verfahren zur energetischen Bewertung (HLK Stuttgart) erarbeitet. Aus den Ergebnissen werden geeignete Kennwerte für die gesamtheitliche Bewertung in der Normung abgeleitet (ITG Dresden).

Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wohnküchen in energieeffizienten Gebäuden

Kristin Bräunlich, Martina Broege, Alfred Bruns, Thomas Hartmann, Oliver Kah, Christine Knaus, Sven Knothe, Matthias Weinert, Julia Sophie Weiser, Enrico Zönnchen
Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wohnküchen in energieeffizienten Gebäuden
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3142
2019, 156 S., 66 Abb. u. 38 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll für Dunstabzugssysteme in Wohnküchen der energetische Einfluss im Gebäude und die Wirksamkeit der Systeme in Bezug auf die Reduzierung von Küchendünsten untersucht werden und dies insbesondere im Abluft- und Umluftbetrieb. In einem ersten Arbeitsschwerpunkt wurden normative und gesetzliche Rahmenbedingungen ermittelt. Die sich daraus ergebenden Anforderungen sind sowohl für die weiteren Untersuchungen als auch zur Ableitung von Planungsempfehlungen grundlegend. Außerdem befasst sich das Forschungsvorhaben mit der technischen Bewertung von Dunstabzugssystemen. Hierbei sollen wesentliche Bewertungsverfahren und Kennzeichnungen einer kritischen Prüfung unterzogen werden. Der dritte Themenbereich behandelt die Wechselwirkung von Dunstabzugssystemen mit dem Gebäude und weiteren technischen Systemen. Werden Dunstabzugssysteme im Abluftbetrieb verwendet, muss für eine ausreichende Nachführung von Außenluft gesorgt werden, andernfalls können kritische Unterdrücke in der Wohnung auftreten. Die Erkenntnisse aus der Studie sind ferner in einem Leitfaden für Nutzer, Planer und Gutachter zusammengefasst.

Lüftungsinnovationen: Vom Nischenphänomen zum Mainstream

Florin Vondung, Thomas Adisorn, Rike Carpantier, Andreas Kaschuba-Holtgrave, Christopher Moore, Raphael Moser, Dietmar Schüwer
Lüftungsinnovationen: Vom Nischenphänomen zum Mainstream
Entwicklung eines Diffusionskonzepts für innovative Lüftungstechnologien auf Basis einer Hemmnisanalyse. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3115
2019, 182 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, innovative Strategien und Handlungskonzepte zu entwickeln, um die Verbreitung von KWL-Anlagen mit WRG im Wohnungsbestand und speziell in Mehrfamilienhäusern (MFH) zu befördern. Im Rahmen der Untersuchung stand die Frage im Zentrum, welche akteursspezifischen und -übergreifenden Hemmnisse einer Verbreitung von effizienten Lüftungsanlagen im Geschosswohnungsbau entgegenstehen und wie diese adressiert werden können. Konkret wurde die jeweilige Perspektive verschiedener an der Entscheidung für oder gegen eine entsprechende Investition beteiligter Akteure, deren Rolle/Handlungsrationalität sowie Verhältnis zueinander beleuchtet. Es wurde eine Vielzahl von akteursspezifischen oder -übergreifenden Hemmnissen identifiziert, die sich in sieben Hemmniskategorien einordnen lassen. Basierend auf den Ergebnissen der ExpertInnen- und Tiefeninterviews und der Befragungen ergab die Hemmnisanalyse vielfältige Lösungsvorschläge zur Unterstützung der Diffusion von KWL mit WRG in MFH.

Thomas Kirmayr
High Tech Membranen zur energiesparenden und hygienischen Raumluftbefeuchtung
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3073
2018, 94 S., 75 Abb. u. 11 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Eine zu geringe Luftfeuchte zählt nachweislich zu den häufigsten Beschwerdegründen hinsichtlich des Raumklimas in Bürogebäuden. Heute verfügbare Lösungen weisen allesamt einen sehr hohen technischen wie energetischen Aufwand auf. Ionomere weisen interessante Potentiale zur Lösung dieses Problems auf und sind daher Schwerpunkt dieser Untersuchung. Das Ziel dieser Untersuchung lag demzufolge in der Untersuchung der Verwendbarkeit sowie der Ermittlung der Leistungskennwerte dieser High-Tech-Membranen zur Raumluftbefeuchtung in Gebäuden. Zu diesem Zweck wurden gemeinsam mit den Industriepartnern insgesamt 6 Funktionsmuster für unterschiedliche Einsatzzwecke entwickelt, hergestellt und vermessen. Insgesamt weisen die untersuchten Lösungen ein sehr interessantes Umsetzungspotential für eine industrielle Anwendung auf. Die entwickelten Funktionsmuster belegen die Möglichkeit einer zentralen Verwendung in klassischen Lüftungsanlagen sowie einem dezentralen manuellen Einsatz in Kombination mit einem Heizkörper.

Anwendungsorientierte Untersuchung eines in einer Wohnungslüftungsanlage integrierten Messsystems zur Diagnose der Luftdichtheit von Gebäuden

Rolf-Peter Strauß, Timo Kaiser
Anwendungsorientierte Untersuchung eines in einer Wohnungslüftungsanlage integrierten Messsystems zur Diagnose der Luftdichtheit von Gebäuden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2782
2011, 51 S., 34 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die Forschungsarbeit "Anwendungsorientierte Untersuchung eines in einer Wohnungslüftungsanlage integrierten Messsystems zur Diagnose der Luftdichtheit von Gebäuden" beschäftigt sich mit der Thematik, eine Raumdichtheitsprüfung analog zu der DIN EN 13829 mit Hilfe einer im Haus installierten Lüftungsanlage durchführen zu können. Im Zuge dieser Forschungsarbeit wurden zuerst verschiedene Verfahren und Abläufe erarbeitet, die aufzeigen, mit welchem Umfang eine Lüftungsanlage modifiziert werden muss, um eine Dichtheitsanalyse eines mit ihr ausgerüsteten Gebäudes durchführen zu können. Hierbei gliederte sich die Arbeit in die Bereiche der Analytik, der Sensorik, der entsprechenden Softwareentwicklung sowie einer praktischen Untersuchung im direkten Vergleich zu einem Blowerdoor-Test anhand modifizierter Lüftungsanlagen in zwei Häuser. Im analytischen Teil der Arbeit wurden Strukturen erarbeitet, die eine einfache und sichere Handhabe der Abläufe zur Luftdichtheitsanalyse, auch von nicht sachkundigen Personen gewährleisten. Die Sensorik beschäftigte sich mit der Entwicklung von Verfahren, die eine objektive Beurteilung der im Vorfeld bemusterten Sensoren auf ihre Tauglichkeit den Anforderungen des Messsystems entsprechend machen zu können. Als zu bestimmende Parameter zur Auswertung einer Luftdichtheitsanalyse müssen verschiedene Volumenströme und Drücke aufgenommen werden. Hierbei zeigte sich schnell, dass direkte Verfahren zur Volumenstrommessung in Rohrleitungen sehr kostenintensiv sind und nicht die geforderte absolute Genauigkeit des momentan herrschenden Volumenstroms erfüllen. Als praktikable, kostengünstige Variante wurde eine Kombination aus einem Messkreuz, in Verbindung mit einem Differenzdrucksensor als Volumenstromaufnahme gewählt. Es wurde außerdem eine Software, die eine sichere und unkomplizierte Durchführung der Luftdichtheitsanalyse durch den Endverbraucher gewährleistet, entwickelt. Anschließend, nach der Durchführung der Gebäudeanalyse, erhält der Benutzer hiermit einen Prüfbericht analog der DIN E

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Zeitschriftenartikel

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Händel, Claus
Neuer Rahmen für die Lüftung. Überarbeitung der DIN 1946-6 - SBZ-Serie. Tl.1 (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2020

Pecceu, S.; Caillou, S.
Wärmerückgewinner: ihre Leistungen auf die Probe gestellt (kostenlos)
Kontakt, 2019

Meyer Primavesi, Andreas
Die Lüftungsfrage am Objekt beantworten. Hightech oder Lowtech: Nachhaltigkeit verlangt differenzierte Konzepte
Werk Bauen + Wohnen, 2019

DIN SPEC 15240 - Energetischen Inspektion von Klima- und Lüftungsanlagen
GI - Gebäudetechnik in Wissenschaft & Praxis, 2019

Händel, Claus
Entwurf der DIN 1946-6. Wichtiges Planungsinstrument im Wohnungsbau
Sanitär + Heizungstechnik, 2018

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