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liNear Referenzprojekte

Referenzprojekt Universität Erfurt
HKL Ingenieure

HKL Ingenieurgesellschaft mbH

Gebäudetechnische Systeme, welche in der Lage sind, die im Zuge der Energiewende steigenden Anforderungen an Primärenergiebedarf und Effizienz zu erfüllen, sind in „ihrer Natur” oftmals komplexer als konventionelle Systeme (z.B.: bivalente Struktur von Erzeugersystemen, Umweltwärmequellen mit dynamischem Verhalten, Stromerzeugung etc.). Als innovative Planungswerkzeuge haben sich im Spannungsfeld zwischen Innovation, Funktionalität und Wirtschaftlichkeit die dynamische Simulationsrechnung und die liNear-Software bewährt.

Das „Kommunikations- und Informationszentrum“ der Universität Erfurt wird nach Fertigstellung zwei Hörsäle, vier PC-Pools, zwei Konferenzräume sowie das Rechenzentrum der Universität Erfurt mit Büros und zentralem Serverraum umfassen. Die Abbildung der nutzungsspezifischen Personendichte und technische Ausstattung des Gebäudes innerhalb eines frühen thermischen Simulationsmodells führte dazu, dass bereits in der Phase der Vorplanung festgestellt werden konnte, dass im realen Gebäudebetrieb der Kühlenergiebedarf vielfach höher als der Heizenergiebedarf sein wird. Dementsprechend konnten frühzeitig in der Phase der Konzeption Wirtschaftlichkeitsund Variantenvergleiche auf Grundlage jährlicher Lastgänge durchgeführt werden. Ein Wärmespeicher auf Wasserbasis mit 400 m³ Volumen wurde als wirtschaftlichste Lösung ermittelt. Kälte für die ganzjährig erforderliche EDV-Kühlung und Umweltwärme für den Betrieb einer Wärmepumpe können auf dem gleichen Temperaturniveau bereitgestellt sowie Synergieeffekte beider Systeme genutzt werden. Die Möglichkeit der saisonalen, mittel- und kurzfristigen Speicherung von EDV-Wärme und Kälte ermöglicht viel Flexibilität, um auch auf eventuell abweichende Verhältnisse des realen Betriebs reagieren zu können. Die erhöhten Investitionskosten konnten dem Bauherrn rechtzeitig durch eine Gesamtkostenberechnung als innovative aber auch sinnvolle Investition vorgestellt werden.

Weiterhin kam in diesem Projekt eine Kopplung von thermischer Simulation mit Strömungssimulation zum Einsatz. Damit wurde überprüft, ob für das vollflächig verglaste Atrium durch natürliche Nachtentwärmung auch im Sommer erträgliche Temperaturniveaus sowie moderate Überhitzungshäufigkeiten zu erwarten sind. Ergebnis der Simulation war die Optimierung von Größe und Anordnung der zu öffnenden Fensterflächen, um die Thermik der natürlichen Lüftung wirksam zu unterstützen (Abb. 1).

 

Im Projekt „Neubau Bauhaus Museum Weimar“ wurde in der Entwurfsplanung zur Klärung unterschiedlicher Sichtweisen ein ausführlicher Variantenvergleich hinsichtlich der Art der Luftführung durchgeführt. Die diskutierten Konzepte waren „Quelllüftung über randnahe Auslässe in Bodennähe“ und „Mischlüftung mit gleichmäßig verteilten Deckenschlitzauslässen“. An die Museumsräume werden Klimaanforderungen gestellt, sodass Temperaturund Feuchtegradienten vermieden werden müssen. Es wurde vorwiegend der Kühlfall untersucht. U.a. konnten folgende Ergebnisse im Rahmen einer Strömungssimulation ermittelt werden:

1. Die allgemein verbreitete Lehrmeinung, dass die Quelllüftung eine Temperaturschichtung im Raum zur Folge hat, konnte nicht nachgewiesen werden und ist somit zunächst kein Ausschlusskriterium. Als Ursache zur Erklärung dieser Diskrepanz ist die geringe Personenzahl zu nennen. Wie bei Quelllüftung üblich, erwärmt sich die Luft in der Nähe von Wärmequellen. Der resultierende Dichteunterschied führt zum Auftrieb. Anders als bei bspw. vollbesetzten Hörsälen findet dieser Auftrieb nicht in der Fläche gleichmäßig sondern nur punktuell statt. Demzufolge entsteht die Möglichkeit zur Ausbildung einer Raumwalze, welche zur Raumluftdurchmischung beiträgt.

2. Mit turbulenter Mischlüftung lässt sich eine wesentlich stabilere Raumströmung realisieren als mit Quelllüftung. Während bei Mischlüftung der erhöhte Impuls und die Auslassgeometrie für die gleichmäßige Verteilung sorgen, ist die Luftverteilung bei Quelllüftung von Wärmequellen im Raum abhängig und kann durch Gegenstände, die in Auslassnähe angeordnet sind, gebremst werden. In Auslassnähe entstehen Bereiche mit Zulufttemperaturzustand, während der gewünschte Raumluftzustand, in welchem die geforderten Klimatoleranzen eingehalten werden, sich erst in einer gewissen Entfernung vom Auslass einstellt [Abb.2]. An dieser Stelle konnte gezeigt werden, wie wichtig das Ausstellungskonzept bereits in der Konzeptphase ist. Bspw. sind wandhängende Bilder mit darunterliegenden Quellauslässen wenig geeignet, wenn für die Umgebung der Bilder gradientenfreie Luftzustände gefordert werden. Der Vorteil der Simulationsrechnung an dieser Stelle ist leicht zu erraten aber nicht zu unterschätzen: unvorhergesehene Effekte können bereits in der Simulation erkannt werden, bevor Fehlentscheidungen in der Realität irreparabel umgesetzt wurden. Weiterhin liefern Strömungssimulationen aussagekräftige Bilder, welche die Aussagen der Fachleute in verständlicher Form untermauern und die Kommunikation im Planungsteam erleichtern. Die Simulationsrechnung kann weiterhin genutzt werden, um wertvolle Erfahrungswerte zu untermauern, zu quantifizieren oder auch – bei speziellen Rahmenbedingungen – zu überprüfen.

Bei der weiteren planerischen Umsetzung der Projekte hat sich liNear seit mehr als zehn Jahren im Büroalltag der HKL Ingenieurgesellschaft bewährt. Mit 2D- und 3D-Luftkanalkonstruktionen kann der Platzbedarf für Schächte und Trassen im Planungsteam anschaulich diskutiert und ermittelt werden [Abb.3]. Heizlastberechnungen sind seit der Einführung des Gebäudemanagers (Desktop AddOn Building Manager) noch effizienter umzusetzen und führen schnell zu den benötigten Ergebnissen wie Geräte- und Trassengrößen. Ebenso können Heiz- und Kühlflä- chen unter Einbeziehung konkreter Herstellerdaten komfortabel ausgelegt werden und in Strangschemen exportiert werden. Auch Sanitärschemen lassen sich effizient mit dem Schemagenerator umsetzen. Die anschließende Rohrnetzberechnung liefert im Ergebnis u.a. Stücklisten, Ventilauslegung und Ausstoßzeiten und ist somit eine bedienerfreundliche Ausschreibungsgrundlage für alle Planungsgewerke. liNear hat sich durch seine Vielfältigkeit im Projektalltag des Planungsbüros als zeit- und kosteneffizientes Planungswerkzeug für alle relevanten Leistungsphasen erwiesen.

David Feige (HKL Ingenieure)