Temperierung

Impressum:
Herausgeber:

Landesstelle für die nichtstaatlichen Museen beim Bayrischen Landesamt für Denkmalpflege
Prinzregentenstr. 3, 8000 München 22
Bearbeiter: Henning Großeschmidt
Redaktion: Dr. Wolfgang Stäbler
München, Juni 1992

Nachdruck gestattet - Belegexemplar erbeten

 

 

INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT

Die Temperierung



A Temperierungsanlagen


Vorbemerkungen

1. Bedarf an alternativer technik
1.1 Anstoß durch die Museumsberatung
1.2 Probleme der Akzeptanz
1.3 Entwicklung im Zuge der Museumsberatung

2. FORMEN VON TEMPERIERUNGSANLAGEN

3. WIRKUNGSPRINZIP VON TEMPERIERUNGSANLAGEN
3.1 Unterschied zu üblichen Heiztechniken
3.2 Wirkungsmechanismus bei Massivbauweise
3.2.1 Einfluss des Sorptionsverhaltens (Hysterese)auf Energiebedarf und Klimaausgleich
3.2.2 Sanierendes Beheizen des Massivbaus bei geringem Energieeinsatz und der einfachen Installation

3.3. Energieeinssparung auch bei nicht-speicherfähiger Bauweise

4. ALLGEMEINE ERKENNTNISSE
4.1 Temperieranlagen als integrale Lösung
4.2 Adaption bestehende Heizanlagen
4.3 Nottemperierung von Depots
5.1 Trockenlegung und Feuchteschutz der Bausubstanz
5.2 Optimale Raumbeheizung
5.3 Raumklima ohne Kurzzeitschwankungen

6. BEGRIFFE ZUR FEUCHTESANIERUNG
6.1 "Thermische Horizontalsperre"
6.1 "Thermische Bausanierung"

7. BESONDERE AUSWIRKUNGEN DER KONSTRUKTION
7.1
Verringerter Heizenergie-Bedarf gegenüber konventioneller Methoden der Wärmeverteilung
7.1.1 Vollständige Übertragung der erzeugten Wärme
7.1.2 Geringere Wärmeleitung im direkt beheizten Bauteil
7.1.3 Geringere Warmluftaustritt dank niedrigerer Raumlufttemperatur
7.1.4 Energie-Einsatz und Nutzerverhalten
7.1.5 Der Energieaufwand bei Temperierung entspricht dem Wärmebedarf der Gebäudehülle
7.2
Rohrnetz-Struktur als Gewähr für die Funktionssicherheit
7.3
Bei Störung nur gleitende Klima-Änderung möglich
7.4
Universelle Anwendbarkeit des Wirkungsprinzips
7.5
Reduzierbarkeit der Wirkungen

8. LÜFTUNGSTECHNIK IM TEMPERIERTER GEBÄUDEHÜLLE
8.1 Senkung von Störpotenzial und Kosten durch Heizen mit Temperieranlage
8.2
Grundlösung: Abluftventilator
8.3
Großlösung: Volumenstrom-reduzierte Teilklima-Anlage
8.3.1 Voraussetzung: Senkung der Wärmezufuhr aus Tages- und Kunstlicht
8.3.2 Ergebnis: Starke Reduzierung der Raumluft-Technik beim Heizen mit Temperieranlagen

9. PLANUNG UND AUSFÜHRUNG VON TEMPERIERANLAGEN
9.1 Anleitung örtlicher Fachkräfte durch den Fachberater
9.2 Die Regel-Leistung des Fachberaters

B EINSATZBEREICHE

1. MUSEEN (ALLGEMEIN)
1.1 Wirkungsweise als entsprechender Vorteil
1.2 Keine konservatorischen Nachteile durch offene Anlagen oder Heizrohrlösungen

2. MUSEEN IN ALTBAUTEN UND BAUDENKMÄLERN
2.1 Feuchteschutz durch Wärme

2.2 Energieeinsparung durch Optimierung der Wärmespeicherung der Bausubstanz

3. FREILICHTMUSEEN

4. MODERNE BAUWEISE, INDUSTRIEBAUTEN


ANHANG

A KONSERVATORISCHE GRUNDLAGEN

1. Schäden durch Kurzzeitschwankungen

1.1 Richtwerte für ein "alltagstaugliches" Raumklima

2. Klimamessungen im Museumsalltag (Thermo-Hydrograph)


3. Raumfeuchte im Museumsalltag

3.1 Relative Luftfeuchtigkeit
3.2 Absolute Luftfeuchtigkeit
3.3 Das Mollier h-x-Diagramm

B PHYSIOLOGISCHE ASPEKTE

1. Optimale Raumbedingungen gerade im Museum

2. Bedeutung der Raumluft-Temperatur für die Regulation der Körpertemperatur
3. Gebäudekrankheit

C VERWENDETE LITERATUR

D ABBILDUNGEN

 

Vorwort

Museumsobjekte brauchen Schutz, um auch noch für folgende Generationen bewahrt zu werden. Einer der wichtigsten Aspekte hierbei sind die klimatischen Verhältnisse, unter denen wir sie ausstellen oder deponieren. Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen stimmen und Schwankungen vermeiden werden, um die gesammelten Gegenstände. Die meist ohnehin mit starken Alterungsspuren ins Museum kamen, möglichst schonend aufzubewahren.

Neben diesen Objekten halten sich aber auch Menschen auf: Das Personal von der Museumsleitung bis hin zum Reinigungsdienst und, wie wir hoffen, auch viele Besucher. Auch an ihr Wohlbefinden sollten wir denken.

Der dritte Punkt, den wir beim Problem "Klima im Museum" zu berücksichtigen haben, ist das Museumsgebäude selbst. In Bayern sind rund 80% aller Museen in denkmalgeschützten Bauten untergebracht, was bedeutet, dass wir die klimatechnischen Anlagen mit größter Behutsamkeit in die bestehende Bausubstanz einfügen müssen. Dabei wäre es natürlich ideal, wenn man mit dem erreichten Klima im Gebäude auch etwas für das Gebäude tun könnte. Diese Frage stellt sich in besonderer Weise in Freilichtmuseen, in denen Gebäude mit ihrem Inhalt die ?Sammlungsgegenstände? darstellen.

Aus diesen Überlegungen heraus beschäftigt sich die Landesstelle für die Nichtstaatlichen Museen in Bayern seit nunmehr 10 Jahren mit der Temperierung, einer alternativen Heizmethode, die auf den 2000 Jahre alten Prinzipien der Hypokausten-Heizung beruht. Inzwischen sind allein in Museen rund 140 Anlagen dieser Bauart in betrieb gegangen, davon 100 in Bayern, zwei in Österreich und eine der Niederlanden.

Die Grundlagen der Temperierung und unsere Erfahrungen damit schildert dieses Heft. Es zeigt, dass die angewandte kleinteilige Technik fähig ist, die gestellten Aufgaben integriert lösen.

Dr. Egon Johannes Greipl M.A.

Leiter der Landesstelle für die Nichtsstaatlichen Museen in Bayern

 

DIE TEMPERIERUNG

KURZFASSUNG

Die "Temperierung" ist eine Alternative zu den üblichen Methoden der Gebäudebeheizung und des Feuchteschutzes. Sie wirkt im wesentlichen über Warmwasser-Heizrohre, Temperierbänder oder Sockelleisten-Heizkörper, die an allen Fundamenten und äußeren Stockwerksgrenzen auf deren ganzer Länge verlegt sind und bei Bedarf durch weitere Heizrohre ergänzt werden, z.B. in Leibungen, Flachdach-Ecken, an Glasfassaden und -dächern (Abb. 1 u. 3).

Diese Konstruktionsweise führt bei gleitendem, d.h. von der mittleren Außentemperatur abhängigem, kontinuierlichem Betrieb zur direkten Temperierung der Gebäudehülle.

Das bedeutet:

- Ohne Umweg über die Raumluftmasse werden die Wärmeverluste des Gebäudes unmittelbar an seiner Hülle kontinuierlich ergänzt. Dabei liegt im erdberührten Bereich ein ganzjähriger, in den Geschossen nur ein zeitweiliger Wärmebedarf vor.

- Zur Wärmeübertragung von den Heizelementen an die Außenbauteile kann bei Massivbauten (ältere Bauweise) weitgehend Wärmeleitung genutzt werden (zunehmender Wärmestau im trockenen Baustoff), bei Leichtbauweise (Fachwerk, moderne Dämmkonstruktion) oder Glasfassaden etc. ist Warmluft-Auftrieb an den Bauteil-Oberflächen erforderlich.

- Durch Selbstregeleffekte beschränkt sich die Heizleistung auf die Ergänzung der Energieangebote, die zusätzlich auf die Gebäudehülle einwirken (Tages- bzw. Kunstlicht, Personenwärme etc.).

- Lüftungswärmeverluste werden im Normalfall durch die Strahlungstemperatur der Hüllflächen gedeckt; erst bei Dauer-Luftwechselraten über 1 Raumvolumen pro Stunde (Lüftungs-Anlage) kann die Nacherwärmung der Frischluft erforderlich werden.

Die Wärme-Erzeugung kann mit konventionellen Wärmeerzeugern geschehen, deren Leistung um bis zu zwei Drittel geringer ist, als bei üblicher Wärmeverteilung durch Raumluft-Umwälzung. Die Kombination mit alternativer Technik (z.B. Solarkollektoren) ist sinnvoll, besonders bei Massivbauten.

Die Art der Wärme-Verteilung, deren Prinzip seit 2000 Jahren bekannt ist (Hypokausten-Wandheizung, Abb. 2), führt unmittelbar zu folgenden Effekten:

- Trockenlegung und Kondensatschutz für Bausubstanz und Raumschale (thermische Ausschaltung des Dipol-Effektes des Wasserdampfmoleküls am Bauteil)

- Gleichförmigkeit der "Raumtemperatur" (Temperatur-Werte von Raumhüllflächen und Raumluft gleich und stabil); Gleichförmigkeit der relativen Luftfeuchte (Wert der rel. Luftfeuchte in allen Raumteilen gleich und stabil)

- geringer Befeuchtungsbedarf, der ganz entfällt, wenn der Luftwechsel beschränkt wird und die Raumtemperatur gleiten darf

- Wegfall der heizbedingten Bewegung der Raumluft, sowohl im Einzelraum wie im Baukörpern

- Wegfall von Zugerscheinungen, Staubumwälzung und Belastung der Atemwege;

- Behaglichkeit schon bei geringerer Raumtemperatur (Temperatur von Wänden, Raumluft und eingeatmeter Luft ist annähernd gleich);

- extrem geringer Energiebedarf bezogen auf den cbm umbauten Raumes (geringere Wärmeleitung in der trockenen Gebäudehülle, kein Verlust unge­nutzter Heizluft).

Die Wirkung wird optimiert durch flankierende Maßnahmen:

- Ergänzung der Wärmedämmung an den erdberührten Flächen (Well-Estrich,Abb. 9) und am Dach (Temperatur-Ausgleichsebene, Abb. 15);

- Kontrolle des Luftwechsels (Abdichtung der Gebäudefugen, Windfang, mechanische Lüftung);

- Einschränkung der Wärmezufuhr aus Kunst- und Tageslicht.

In Gebäuden mit geforderter Klimastabilität sind die flankierenden Maßnahmen, insbesondere die Abdichtung der Gebäudefugen und die Kontrolle des Luftwechsels, unabdingbare Voraussetzung, um das angestrebte Ziel zu gewährleisten.

 

A TEMPERIERANLAGEN

Vorbemerkung

Während des Symposiums "Neue Wege der Klimatisierung im Altbau" im Stadtmuseum Linz (30.01.-1.02. 1992), das der Methode der Temperierung (Thermische Bausanierung) gewidmet war, teilte Dr. Krec vom Institut für Hochbau für Architekten der Technischen Universität Wien Ergebnisse einer Studie (1) mit, in der rechnerisch der in Massivbauten erforderliche Heizenergiebedarf von Wandheizungen und üblichen, mit Raumluftumwälzung arbeitenden Heizsystemen ("Luftheizungen") verglichen wurde. Dabei bestätigte sich, was aus Verbrauchszahlen von Temperieranlagen bisher schon abzulesen war:

Bei einer Aufgabenstellung, die konservatorischen, bauphysikalischen und physiologischen Anforderungen gleichermaßen gerecht wird, nämlich eine Raumtemperatur einzuhalten, bei der die Temperaturen der Raumumschließungsflächen möglichst wenig von der Raumluft-Temperatur abweichen, benötigen unter normalen Luftwechsel-Bedingungen Wandheizsysteme nicht mehr, sondern weniger Heizenergie als "Luftheizungen".

Die Untersuchung betrachtete ausschließlich den stark vom Nutzerverhalten mitbestimmten Einfluss des Luftwechsels. Bereits hier zeigte sich die große Alltagsbedeutung dieser Heiztechnik:

Gerade bei höheren Luftwechselraten, z.B. infolge stärkeren Besuchsverkehrs, "erwies sich die Wandheizung als die sparsamere", obwohl nur ein einzelner Wirkungsfaktor, die niedrige Raumlufttemperatur, betrachtet wurde.

Krec bestätigte auch die zweite energetisch bedeutsame Wirkung von Wandheizungen, die Trocknung der Bausubstanz, als deren Folge die durch Wärmeleitung bedingten Energieverluste sich ebenfalls deutlich verringern. Unter Hinweis auf eine ältere Quelle (2) erläuterte er, dass sich bei 1% geringerer Materialfeuchte bereits ein Rückgang der Wärmeleitung um 10 % ergibt.

Im Gegensatz dazu geht die offizielle Planungspraxis nur von einem Rückgang von 3 % aus. Ferner wird sogar - ohne Rücksicht auf das Heizsystem - ein sog. praktischer Feuchtegehalt des Mauerwerks angenommen, wie er sich bei nicht direkt beheizten Wänden in Abhängigkeit von der Raumluftfeuchte einstellt. Schließlich wird auch der unterschiedliche Einfluss auf den Luftwechsel in der Regel nicht betrachtet.

Aus der Sicht dieser Fakten werden im Folgenden die Erfahrungen mit Temperieranlagen neu bewertet und die Bedeutung einfachster Lösungen mit Heizrohren stärker herausgestellt.

 

1. Bedarf an alternativer Technik

Die "Temperierung" erfüllt ein Desiderat des musealen und denkmalpflegerischen Bereichs. Sie ist eine Methode der Gebäudebeheizung, die bereits bei geringem Energieeinsatz konservatorisch wirksam ist: Feuchtesanierung des Bauwerks, Stabilisierung des Raumklimas und Raumtemperierung sind die durch ihre Konstruktion gesicherten Mindestleistungen (Abb. 1 u. 3).

Die für diese Aufgabenstellung nötige Installation (s. Abb. 9 u. 11 bis 14) er­fordert nur geringfügige Eingriffe in die Bausubstanz und ruft daher nur mini­male Veränderungen am Bauwerk selbst hervor. Bereits bei niedrigen Raum­temperaturen entstehen besucher- und personalfreundliche Raumverhältnisse, da Luft- und Wandtemperatur übereinstimmen. Bei höherer Auslegung der Anlage, besonders bei Ergänzung mit Leibungsheizrohren, kann die Raumtemperatur optimiert werden, ohne dass konservatorische Gefahren entstehen. Der ggf. zeit­weise auftretende Befeuchtungsbedarf kann mit geringem Aufwand gedeckt werden.

 

1.1 Anstoß durch die Museumsberatung

Die Methode wurde auf Betreiben der Landesstelle für die Nichtstaatlichen Mu­seen in Bayern mit dem Ziel entwickelt, Alternativen zu den heute üblichen, konservatorisch und bauphysikalisch durchweg mangelhaften Verfahren der Raumbeheizung und des Feuchteschutzes anzubieten.

Die Landesstelle förderte Museumsprojekte, in denen die Technik der Wärme­- Verteilung optimiert wurde. Das dabei verfolgte Prinzip liegt sowohl der anti­ken Hypokaustenheizung wie der modernen Sockelleistenheizung zu Grunde: die Direktbeheizung von Außenbauteilen ohne Umweg über die Raumluftmasse.

 

1.2 Probleme der Akzeptanz

In den meisten Projekten regte sich zu Anfang der Widerspruch der Baufach­leute, insbesondere der haustechnischen und bauphysikalischen Berater. Noch immer wird kaum erkannt, wie stark der Energiebedarf bei der Raumbeheizung von der Art der Wärme- Verteilung (Abb. 1 bis 7) bestimmt wird (Beispiel: das vergessene offene Kippfenster über einem Heizkörper). Dagegen wird seit der Energiekrise die energetische Relevanz von Wärme-Dämmung und Wärme-Erzeu­gung völlig überbewertet.

Bereits in der römischen Form (Abb. 2) erweist sich dagegen das Prinzip der direkten Wandtemperierung als perfektes Ergebnis alten Erfahrungswissens. Auf­grund der heute in falschen Normen festgeschriebenen Theorie waren die Wi­derstände jedoch so stark, dass die Rehabilitierung des Prinzips nur auf empi­rischem Wege gelang. Der Wert der speicherfähigen, historischen Massivbau­weise erschien gleichzeitig in neuem Licht.

 

1.3 Entwicklung im Zuge der Museumsberatung

Erst durch die Erfahrungswerte aus laufenden Museumsprojekten konnte ein Tatsachendruck entstehen, der wohl zur Revision des Verfahrens der Wärmebe­darfsberechnung von Gebäuden führen wird. Die Ansätze, die fachkundige Pla­ner von Temperieranlagen bisher schon wagten, erweisen sich angesichts der in der Vorbemerkung angesprochenen Untersuchung noch als sehr vorsichtig.

Ausgangspunkt der Entwicklung waren die optimalen konservatorischen Erfah­rungen mit dem sog. "Temperiersystem" von Karl Assmann (Abb. 8), das 1982 zum ersten Mal in einem .Museum zur Anwendung kam (Stadtmuseum Starn­berg). Bereits, 1978 hatte Assmann in einem Wohnheim an Außenwänden und erdberührten Böden geschlossene Wand- bzw. Wand-Boden-Temperierschalen er­probt, die mit ihrem inneren, von Warmwasser-Heizleisten erzeugten Warmluft­kreislauf eine optimale Raumbeheizung bei sehr geringem Energieeinsatz er­laubten.

Seit 1983 wurde auf Veranlassung der Landesstelle in Museumsprojekten zunächst diese Anlagenform variiert, bald aber nach vereinfachten Formen ge­sucht, die eine universelle Anwendung des Wirkungsprinzips auf alle Arten von Bauwerken, insbesondere auf historische Bausubstanz erlauben.

 

2. FORMEN VON TEMPERIERANLAGEN

 Die Wand-Temperierschalen (Abb. 8) stellen eine technisch einfache, in der Funktion optimale Analogie zur Hohlziegellage der Hypokaustenheizung dar.

Wenn keine denkmalpflegerischen Anforderungen bestehen, sind sie, insbesondere für Wandkonstruktionen geringer Stärke (z.B. Fachwerk) oder für extreme Raumnutzungen

(z.B. Depot, Wechselausstellung, Gaststätte), die idealen "Heizkörper?.

In nicht unterkellerten Räumen werden Boden-Temperierschalen (s.u.) damit kombiniert. Derartige geschlossene Wand- bzw. Wand-Bodenschalen, in denen von Randheizleisten erwärmte Luft zirkuliert, bilden das sog. Temperiersystem, mit dem beliebige Raumtemperaturen eingehalten werden können.

Zur Temperierung erdberührter Räume mit denkmalpflegerischen Auflagen wur­den die Wandschalen entbehrlich durch die Entwicklung offener Boden-Tempe­rierschalen (Abb. 9 und 10). Ihr Aufbau unterscheidet sich von dem bei der Bo­densanierung üblichen nur darin, dass der schwimmende Estrich durch Einlegen von Wellplatten als Wellestrich ausgebildet wird. In diesen Aufbau sind an den Mauersockeln Heizleisten (an den Außenwänden) bzw. Heizrohre (an den Innen­wänden) integriert, so dass in den Wandbodenecken lediglich Ein- und Austritts­fugen zu sehen sind.

In Räumen ohne denkmalpflegerische Auflagen können die Heizleisten oberhalb des Bodenbelages montiert werden, so dass die Ausbildung der Randfugen ent­fallen kann. Die Heizrohre werden dann auch in die Außenwand-Bodenecken eingelegt, so dass ein umlaufender, von den Heizleisten unabhängiger, auch im Sommer einsetzbarer Kreis der Fundamentheizung (Abb. 11) entsteht. Bei sehr großen Bodenflächen ist das Einlegen einiger Heizrohre unter dem Wellestrich, quer zur Wellenrichtung, vorteilhaft.

Für die Temperierung von Obergeschoßräumen zeigten sich vereinfachte Sockel­heizleisten (Abb. 13) als ausreichend; werden sie ggf. ergänzt durch Leibungs­heizrohre (s. nächster Absatz), sind auch höhere Raumtemperaturen erreichbar. Bei Sanierung der Geschoßböden können deren Hohlräume als "Boden-Temperier­schale" genutzt und die Heizleisten integriert werden, so dass die Sockelzonen ungestört bleiben. Durch den Luftwiderstand der Bodenschale wird die Heizlei­stung jedoch geringer.

Der Endpunkt der Entwicklung, zugleich wohl auch die Ideallösung für Massiv­bauten, dürfte in Anlagen zu sehen sein, in denen lediglich Heizrohre kleinen Durchmessers in direkter Berührung mit dem Mauerwerk montiert sind, auf Putz hinter Sockelprofilen (Abb. 12) oder im Bodenaufbau (Abb. 1 I) bei der Sa­nierung des Belages, unter Putz in Leibungen, deren Putz verloren ist (bzw. ge­schlitzt werden darf), oder in der erweiterten Putzfalz, wenn die Fenster erneuert werden.

In erdberührten Räumen sollten die Sockelheizrohre durch Bodenschalen ergänzt werden, wobei zur Temperierung von Massivbauten die Randfugen entfallen können. Wenn Leibungsheizrohre in genügender Zahl zum Einsatz kommen, wer­den normale Raumtemperaturen erreicht.

Bei ungenutztem (ungedämmtem) Dachraum sollte, analog zu den Heizleisten im ausgebauten Dachraum, eine Mauerkronenheizung (Abb. 14) ausgebildet werden. Dazu werden entlang der Dachbodenkante Heizrohre verlegt, wenn möglich, in direkter Berührung mit der Mauerkrone, z.B. unter Lehmschlag. So wird nicht nur die letzte Stockwerksgrenze versorgt, sondern es kommt sogar zu einer deutlichen Beruhigung der Klimawerte des Dachraums selbst.

Da man bei Heizrohren in Wandberührung sowohl die Heizwirkung als auch die Verluste durch Wärmeleitung völlig falsch einschätzte, kam es bisher eher zu­fällig oder aus denkmalpflegerischen Zwängen heraus zur Ausbildung solcher reiner "Heizrohr- Temperieranlagen". Seit jedoch die Zunahme der Dämmwirkung direkt beheizter Außenwand-Konstruktionen erkannt wurde und sie nun auch rechnerisch nachvollziehbar ist, werden solche Lösungen gezielt angestrebt, zumal sie kostengünstig sind und praktisch keinerlei Störungen in Baudenkmä­lern hervorrufen.

 

 

3. WIRKUNGSPRINZIP VON TEMPERIERANLAGEN

3.1 Unterschied zu üblichen Heiztechniken

Der prinzipielle Unterschied zwischen der Temperier-Methode und den heute üblichen Heiztechniken besteht darin, dass die "Wärmeträger" konsequent an den Wärmebedarfs-Flächen des Gebäudes geführt werden. Die Verteilung der Wärme erfolgt direkt an den Fundamenten, Außenwänden, erdberührten Böden, Dach­schrägen und Giebelwänden (Abb. 3).

War bei der Hypokaustenheizung (Abb. 2) ein einzelner Wärmeträger wirksam, nämlich die Rauchgase, die im hohlen Bodenaufbau und in den Wandhohlziegeln strömten, so sind es in Temperieranlagen zwei Medien, nämlich das Heizwasser, das entlang aller Fundamente und äußeren Stockwerksgrenzen, ggf. auch in Lei­bungen etc. fließt, und die Warmluft, die von diesen Zonen aus an den entspre­chenden Wandflächen aufsteigt (an erdberührten Böden mit offenen Bodenscha­len wird ein Teil der- Luft, die an der Außenwand erwärmt aufsteigt, durch den hohlen Bodenaufbau zugeführt).

Wärmeleitung im Bauteil und Warmluft-Auftrieb an seiner Oberfläche sind heute die eigentlichen Faktoren, die - ohne Umweg über die Raumluftmasse ­- die direkte Wärmeversorgung der Gebäudehülle bewirken, wodurch sich die ganzheitliche Wirkung der Methode entfaltet.

 

3.2 Wirkungsmechanismus bei Massivbauweise

Bei Dauerbetrieb von Heizrohren, die in Berührung mit Massivbauteilen mon­tiert sind, stellt sich ein spezieller Wirkungsmechanismus ein, der sich im Laufe der Zeit (bei durchfeuchteter Bausubstanz im Laufe von Wochen) zwangsläufig optimiert. Wegen seiner Bedeutung für den rationellen Energie­einsatz wird er hier genauer betrachtet (vergleiche dazu die Abb. 1 und 3):

- Die Energie-Übertragung durch Wärmeleitung (primäre Heizwirkung) erzwingt

im Nahbereich des Heizelements eine deutliche Steigerung der Schwingungs­energie der Baustoff-Moleküle. Dadurch wird die Anziehungskraft der dipolartigen und daher in den Kapillaren bis dahin stabil gebundenen­ Wasserdampf-Moleküle überwunden. Das Porenwasser gelangt zügig nach außen.

- Als Folge sinkt im primär beheizten Bereich zunehmend die Wärmeleitfähig­keit des Materials, so dass bei gleich bleibendem Energieangebot ein Wärme­stau entsteht und die Material-Temperatur ansteigt. Es bilden sich halbzylin­derförmige Zonen im Mauerwerk, die trocken und deutlich wärmer als die Umgebung sind. Von diesen Halbzylindern geht ein kleinerer Wärmefluss aus: an den Stockwerksgrenzen in Richtung der Brüstung des betrachteten und der Sturzzone des nächst tieferen Raumes bzw. zum Fundament und in den Mau­erpfeilern zwischen beheizten Leibungen.

- Die den Schnittflächen dieser Halbzylinder entsprechenden Teile der Wand­oberfläche sind ebenfalls zunächst deutlich wärmer als die angrenzenden, noch feuchteren Wandbereiche. Es kommt daher bald zu spürbarer Wärme­strahlung in den Raum hinein und gleichzeitig zu Warmluft-Auftrieb (sekundäre Heizwirkung), da sich die an dieser Wandzone anstehende Luft er­wärmt.

- Da der Wärmefluss in das Fundament und die Erhöhung der Wandoberflächentemperatur durch Wärmeleitung und Auftrieb den Feuchtenachschub sowohl aus der Erdberührung (aufsteigende F.) als auch aus der Raumluft (Kapillarkondensat) ausschalten, tritt eine dauerhafte Optimierung des k-Wer­tes des Bauteils ein: Die Massivwand wird zum "speicherfähigen Dämmstoff".

 

Hier wird die Mitteilung der Technischen Universität Wien (s.o. S. 11) besser verständlich, wonach die Wärmeleitung im direkt beheizten Bauteil nicht um 3% abnimmt (offizielle Berechnungsgrundlage), sondern bereits um 10 %, wenn sich die Wand feuchte nur um 1 % verringert. Wie beim Kachelofen verliert der Porenhohlraum des mineralischen Baumaterials durch Wasserverdrängung weitge­hend seine Wärmeleitfähigkeit, so dass das umgebende Material der Kapillar­wände nun durch geringen Energienachschub in höherer Schwingung, d.h. auf höherer Temperatur, gehalten werden kann.

 

3.2.1 Einfluss des Sorptionsverhaltens (Hysterese) auf Energiebedarf und Klimaausgleich

 Mineralische Wandbaustoffe können bei Schwankungen der Raumluftfeuchte, die stets bei unkontrolliertem Lüften wie auch bei unterbrochenem Beheizen auf­treten, Wasserdampf aufnehmen (Adsorption) und abgeben (Desorption). Lässt man jedoch bei der Betrachtung dieses "Sorptionsverhaltens" die polare Bau­weise des Wassermoleküls außer Acht, so überschätzt man leicht die klimasta­bilisierende Wirkung dieses Vorgangs, wie man auch die Relevanz des Molekül­baus für den Heizenergiebedarf unterschätzt:

Während die Absorption nämlich dank der Dipol-Anziehungskraft spontan und zügig verläuft, treten von den nun im Kapillarsystem fixierten Molekülen in der Desorptionsphase weniger aus, so dass bei erneuter Adsorption der Dampfgehalt des Bauteils und damit seine Wärmeleitfähigkeit gestiegen sind. Dieser Unter­schied der adsorbierten zur desorbierten Dampfmenge wird Hysterese genannt. Hierin liegt ein weiteres Argument für den stetigen, gleitenden Betrieb einer Heizanlage, sowohl in klimatischer als auch in energetischer Hinsicht.

 

3.2.2 Sanierendes Beheizen des Massivbaus bei geringem Energieeinsatz und einfacher Installation

 Bei älterer Bauweise tritt diese komplexe, energiesparende Heizwirkung also zwangsläufig und unabhängig vom Nutzerverhalten ein, als Folge der direkten Wärmeübertragung durch Wärmeleitung: Massivmauerwerk, das durch den direk­ten Kontakt aufmontierter oder eingeputzter Sockel-Heizrohre beheizt ist, wird nach einiger Zeit, bei fortschreitender Trocknung, im Brüstungsbereich zum "Strahlungsheizkörper", der die ganze Länge der Wand einnimmt. An dieser Zone erwärmt sich gleichzeitig die anstehende Luft, so dass ein zwar schwa­cher, aber kontinuierlicher Warmluft-Auftrieb zu fließen beginnt.

Von diesem stetigen Energiefluss wird nun indirekt der obere Wandbereich ver­sorgt, so dass oberhalb der ca. 30 bis 50 cm hohen direkt beheizten Sockelzone die Oberflächentemperatur der Wand nur um Zehntelgrade abnimmt. Ist das ganze Bauwerk temperiert, so steigt die Temperatur des oberen Wandbereichs auf den letzten 20 cm wieder leicht an, da der Wärmefluss von den Heizrohren der nächsten Stockwerksgrenze bis in diese Zone herabreicht.

Optimiert wird die Direktbeheizung der Wand, wenn auch die Montage von Lei­bungsheizrohren möglich ist, da nun die zwischen den Fenstern liegenden Wand­bereiche fast vollständig durch Wärmeleitung versorgt werden. Damit sind bei Dauerbetrieb auch zur Raum-Beheizung schon Wassertemperaturen unter 45°C ausreichend, so dass der Wärmebedarf weitgehend durch alternative Wärmeer­zeugung (z.B. Solarkollektoren) gedeckt werden kann.

Hier wird deutlich, warum bei dieser Methode der Wärmeverteilung im Massiv­bau der Grad der Energieeinsparung vorn Nutzerverhalten unabhängig ist: Zur Herabsetzung der Energieverluste durch Wärmeleitung kommt, dass das Heiz­medium Warmluft nur noch geringfügige Bedeutung hat, die sog. "Lüftungs­wärmeverluste" also vernachlässigbar werden.

 

3.3 Energieeinsparung auch bei nicht-speicherfähiger Bauweise

 Bei Leichtbauweise und nichtspeicherfähigen Konstruktionen, z.B. bei Fachwerk, moderner Dämm-Konstruktion etc., geht die Heizwirkung hauptsächlich vorn Auftrieb aus, der von kleinen Sockelleisten-Heizkörpern erzeugt wird, oder, bei geringerer Temperaturanforderung, von Heizrohren, die ohne Wandberührung montiert sind. Die Wassertemperatur liegt daher eher über 45°C, damit ein ausreichend starker Auftrieb aufrechterhalten werden kann.

Bei Glasfassaden werden Sockel-Heizprofile und Heizrohre in die Haltekonstruk­tion integriert. Der von den waagerecht montierten Heizelementen ausgehende Auftrieb wird optimal ergänzt durch die Strahlungswärme aller Rohre, da die langwellige Wärmestrahlung fast vollständig vorn Glas reflektiert und damit auf der gesamten Fläche wirksam wird.

Auch in diesen Fällen ist das Nutzerverhalten für den Grad der Energieeinspa­rung kaum relevant, obwohl bei nicht-speicherfähigen Konstruktionen das Heiz­medium Warmluft die eigentliche Arbeit verrichtet. Da es durch den "thermi­schen Coanda-Effekt", also den mit einseitiger Wärmeabgabe zum Bauteil hin verbundenen Auftrieb, auf physikalische Weise an der Wärmebedarfsfläche ent­lang geführt wird, gibt es auf dem Weg nach oben seinen gesamten Wärme­überschuss an das Bauteil ab. Der Warmluftstau unter der Decke und die Ther­mik im Gebäude entfallen also.

 

4. ALLGEMEINE ERKENNTNISSE

Die gezielte Auseinandersetzung mit dem Problem der Wärmeverteilung, die in den Museumsprojekten aus konservatorischen Gründen nötig wurde, führte zu grundlegenden Erkenntnissen, die wesentliche Vereinfachungen im Bereich des Feuchteschutzes, der Beheizung und Klimatisierung von Museen und Architektu­robjekten eröffnen:

4.1 Temperieranlagen als integrale Lösung

Es wurden Konstruktionsprinzipien erarbeitet, nach denen sog. Temperieranlagen für alle Arten von Baukonstruktionen und Aufgaben konzipiert werden können, sei es für thermische Architekturkonservierung, Depot- Temperierung, Altbau-Sa­nierung oder Neubau. Gerade im Bereich von Museum und Denkmalpflege wer­den solche Anlagen zunehmend anstelle konventioneller Heizsysteme eingesetzt, da die kleinteilige Anlagentechnik optimal in die Bausubstanz integriert werden kann und da die Effekte, die über die reine Raumheiz-Funktion hinausgehen, ohne Zusatzmaßnahmen die substanzschonende Feuchtesanierung und die Klima­stabilisierung sicherstellen.

4.2 Adaption bestehender Heizanlagen

 Ferner ergaben sich Kriterien, nach denen bestehende Anlagen modifiziert wer­den können, um den Vorteilen von Temperieranlagen näher zu kommen. Bei Ra­diatorheizung z.B. muss der von den Heizkörpern ausgehende Heizluftkreislauf in die Wandebene umgelenkt werden, was bereits durch einfachste Maßnahmen möglich ist (Brüstungspaneel, Stell wand etc. zur Ausschaltung des Luftzutritts von vorn). Ferner müssen alle vorhandenen Heizkörper kontinuierlich betrieben werden, bei gleitend geregelter Vorlauftemperatur.

An längeren Außenwandpartien, an denen jede Installation fehlt, müssen zumin­dest Heizrohre als Verlängerung des vorhandenen Heizkreises montiert werden. In den erdberührten Wand-Boden-Ecken sollten grundsätzlich Heizrohrpaare als Fundamentheizung nachgerüstet werden, die, unabhängig von den Heizkörpern, ganzjährig betrieben werden können.

Fußbodenheizungen sollten nicht zur "Raumbeheizung" genutzt werden, sondern nur zur Deckung des Wärmebedarfs von Böden mit Wärmeverlust, also von erd­- oder außenluftberührten bzw. über unbeheizten Kellern oder Durchfahrten lie­genden Böden. In solchen Räumen sollten sie ergänzt werden durch Heizrohre oder Heizleisten, die an allen Wandsockeln montiert sind und unabhängig von den Rohrleitungen im Boden betrieben werden können.

Fußbodenheizungen in Obergeschoßräumen sollten stillgelegt und z.B. durch Sok­kelheizleisten an den Außenwänden ersetzt werden


4.3 Nottemperierung von Depots

Durch Heizrohre mit kleinem Durchmesser (z.B. 15 mm), die in direkter Wand­berührung am Sockel von Massivmauerwerk verlegt sind, kann innerhalb von Wochen die konservatorische Mindestwirkung erreicht werden (Mauertrocknung, Senkung der rel. Luftfeuchte). Es können dabei sehr kleine Wärmeerzeuger ein­gesetzt werden (z.B. elektrische Wärmetausch-Pumpen von 2 kW Leistung)

Solche provisorischen "Not- Temperieranlagen" erlauben bei sehr geringem bauli­chem und finanziellem Aufwand die Ausschaltung weiterer Schäden durch Korro­sion oder Schimmelbefall etc.; dabei verbessert sich ganz allgemein die Raumsituation. Demgegenüber stehen reine Bekämpfungsmaßnahmen wie Dauer­pflege mit öligen Substanzen (Rost), Begasung oder Bestrahlung (Schimmel) etc., die zeit- und kostenintensiv, sowie gefährlich sind und keinen prophylaktischen Effekt haben.

5. FUNKTIONEN VON TEMPERIERANLAGEN

 Temperieranlagen erfüllen gleichzeitig und optimal drei für Museum und Denk­malpflege entscheidende Funktionen. Dies ergibt sich aus dem Konstruktions­prinzip, das in gezielter Abweichung von den üblichen Heizsystemen konzipiert wurde - der Integration des Rohrnetzes in die Gebäudehülle. Die wesentlichen Funktionen sind:

5.1 Trockenlegung und Feuchteschutz der Bausubstanz

Ohne weitere Maßnahmen kommt es unmittelbar zur Trockenlegung des Gebäu­des durch Ausschaltung der aufsteigenden Feuchte mittels des konstanten Wär­megefälles in den Fundamenten. Der Feuchteschutz der Raumschale ergibt sich dadurch, dass deren Oberflächen-Temperatur über der Raumluft- Temperatur liegt, Kondensat also verhindert wird. Selbst salzbelastete historische Bausub­stanz kann man dadurch weitgehend unverfälscht erhalten.

5.2 Optimale Raumbeheizung

Bei sehr geringem Energieaufwand wird eine optimale Raumbeheizung möglich, die ein vom sommerlichen Raum her bekanntes "Strahlungsklima" erzeugt, d.h. warme Wandoberflächen ohne Aufheizung der Raumluft und ohne Staubumwäl­zung, und daher für Personal, Besucher, Exponate und Bausubstanz gleicher­maßen zuträglich ist.

5.3 Raumklima ohne Kurzzeitschwankungen

 Es entsteht ein konservatorisch ideales Raumklima, das bei minimalem Rege­lungsaufwand ohne Kurzzeitschwankungen entsprechend den saisonalen Mittel­werten des Außenklimas gleitet.

Mit geringem baulichem und apparativem Mehraufwand (z.B. durch Abdichtung der Gebäudefugen und kontrollierte Lüftung) können dabei die saisonal sinn­vollen Grenzen der relativen Luftfeuchte (im Winter min. 45 %, im Sommer max. 65 %) eingehalten werden. Die Luftendfeuchtung entfällt dabei ganz, Luftbefeuchtung wird nur bei höherem Luftwechsel erforderlich.

6. BEGRIFFE ZUR FEUCHTESANIERUNG

 Da die gewünschten Effekte auf rein thermischem Wege erreicht werden, ist es sinnfällig, zwei Begriffe in die bauphysikalische Fachsprache aufzunehmen:

6.1 "Thermische Horizontalsperre"

Bei kontinuierlichem Warmwasserfluss (Mindesttemperatur 25°C) in Rohren oder Temperierbändern, die an erdberührten Mauersockeln montiert sind, tritt inner­halb von Wochen der Stillstand der aufsteigenden Feuchte ein.

Der wirksame Effekt liegt in der Aufhebung der Dipolwirkung des Wassermole­küls: Wird die Temperatur der Moleküle der Kapillarwandungen deutlich über Erdreich-Temperatur (+10 bis +18 °C im Sommer) gehalten, so überwindet deren Abstoßungskraft die Anziehungskraft der polaren Wassermoleküle. Ein weiterer Wassertransport über die Benetzung der Kapillarwände findet nicht mehr statt, auf Dauer wird das Fundament durch Wasserverdrängung getrocknet.

Zur klaren Abgrenzung von mechanischen, chemischen und elektro-physikalischen Horizontalsperren, die weder das Kapillarkondensat aus der Raumluft verhin­dern, noch die Raumtemperatur beeinflussen, wird für die trockenlegende Wir­kung von Heizleitungen an Mauersockeln derjenige Begriff sinnvoll, der den Wirkungsfaktor (Wärme) bezeichnet: "thermische Horizontalsperre" .

6.2 "Thermische Bausanierung"

 Analog zielt der Begriff "Thermische Bausanierung" darauf ab, die feuchtesanie­rende Gesamtwirkung der Heizleitungen und der Temperierschalen zu bezeich­nen: Der Betrieb von Temperieranlagen zu Heizzwecken führt zur Trockenle­gung der Grundmauern und zum Kondensatschutz der übrigen kritischen Bau­teile, der erdberührten Böden, der Brüstungs- und der Sturzzonen.

Umgekehrt gilt: Der Betrieb von Temperieranlagen zur Trockenlegung und zum Schutz vor Kondensat führt zur Temperierung des Gebäudes.

7. BESONDERE AUSWIRKUNGEN DER KONSTRUKTION

Alle Funktionen von Temperieranlagen, nicht zuletzt diejenigen, die über die reine Heizfunktion hinausgehen, sind unmittelbare Auswirkungen der Anlagen­konstruktion; dabei ist das wichtigste Konstruktionsmerkmal die Integration des Rohrnetzes in die Gebäudehülle.

7 .1 Verringerter Heizenergie-Bedarf gegenüberkonventionellen Methoden der Wärmeverteilung

Die folgenden Punkte zeigen, warum die direkte Temperierung der Gebäudehülle ihre Funktionen mit wesentlich geringerem Energie-Einsatz als andere Methoden erfüllt. Ein Vergleich mit konventionellen Fallbeispielen ist dennoch schwierig:

Temperieranlagen leisten im Winter eine gleichmäßige Beheizung aller Räume eines Gebäudes, im Sommer den Feuchteschutz der kritischen Räume.

Verbrauchs-Auswertungen in Museen bei gleitend betriebenen Anlagen, z.B. im Gerätemuseum des Coburger Landes in Ahorn, ergaben Jahresenergiekosten von (DM 1,-- bis 1,50) ? 0,51 bis 0,75 pro cbm umbauten Raum unter folgenden Bedingungen: Winter min. 14°C, Sommer rel. Feuchte unter 65 % (bei Einsatz von Erdgas zu Prei­sen von ca. (DM 0,50) ? 0,26 pro cbm).

7.1.1 Vollständige Übertragung der erzeugten Wärme

 Wärmestrahlung und Wärmeleitung dieser besonderen Rohrführung, ggf. auch der davon ausgehende wandgebundene Warmluftschleier, bewirken zunächst, dass die erzeugte Wärme ohne Übertragungsverluste verteilt wird. Das bedeutet, dass mit einem örtlich geringeren Heizwärmeangebot die gesamte Gebäudehülle erreicht werden kann.

Selbst im geschlossenen Raum ist eine derartig konsequente Energienutzung mit üblichen Methoden gar nicht möglich, da sie alle nur indirekt über die Umwäl­zung der Raumluft wirksam werden (s. die Staubablagerung an Zimmerdecken als Beweis für "fehlgeleitete", nicht genutzte Heizluft-Mengen).

7.1.2 Geringere Wärmeleitung im direkt beheizten Bauteil

 Die stetige Wärmeversorgung der Außenbauteile führt zu ihrer schonenden Trocknung; ihre Wärmeleitfähigkeit sinkt daher (bei Massivmauerwerk um den Faktor 1O!) und die Verluste durch Wärmeleitung nehmen ab. Dadurch steigt die Wärmeträgheit der Bauteile bzw. ihr Wärmerückhaltevermögen als Folge des verbesserten Speichervermögens für innere und äußere Wärmeangebote.

Es kommt daher bald zu Wärme-Akkumulation in der Gebäudehülle, so dass dann auch bei starkem Mauerwerk nur mehr kleine Wärmemengen benötigt werden, vorausgesetzt, sie fließen kontinuierlich.

Im Gegensatz dazu ist bei konventionellen Methoden nicht gesichert, dass alle feuchtegefährdeten Außenbauteile ausreichend mit Wärme versorgt werden. Vielmehr nimmt während der Heizperiode die Wärmeleitfähigkeit unterversorg­ter Bauteile durch Kapillarkondensat zunächst unbemerkt zu, später tritt Schimmel- oder Algenbewuchs auf. Selbst Wärmedämm-Material, das zum Feuchteschutz montiert wurde, verliert auf diesem Wege seine Funktion.

7.1.3 Geringerer Warmluftaustritt dank niedrigerer Raumluft-Temperatur

 Da die Raumluft-Masse dabei nicht Heizmedium ist, gibt es keine durch Heizen verursachte bzw. für das Heizen benötigte Luftbewegung im Raum. Die Tempe­ratur der Raumluft ist max. gleich der Wandtemperatur und damit niedrig, so dass der Luftdruck und damit der Luftwechsel gering sind und die sog. Lüf­tungswärmeverluste vernachlässigbar werden:

- Der "Durchzug", der sonst durch die Thermik aufgeheizter Raumluft entsteht, kann nicht wirksam werden.

- Es können nur geringe Energiemengen in Form von ungenutzter Heizluft oder warmer Raumluft an den Öffnungen und Fugen des Gebäudes austreten.

- Die dort zugleich eintretenden, ebenfalls geringeren Kaltluftmengen sind durch die warmen Raumhüllflächen schnell erwärmt (geringe Wärmekapazität des Gasgemisches "Luft", hohe Wärmekapazität der Massen!).

7.1.4 Energie-Einsatz und Nutzerverhalten

 In diesen Effekten ist begründet, dass bei Temperieranlagen die Größenordnung des Energiebedarfs vom Verhalten des Nutzers unabhängig ist. Bei konventionellen Heizmethoden dagegen wird der Energiebedarf stark vom Nutzerverhalten beeinflusst:

- Unterbrochenes Heizen verstärkt die Wandfeuchte, die bereits deswegen höher als bei Temperierung ist, weil die Wände kälter als die Raumluft bleiben.

- Unachtsames Lüften verstärkt die Verluste durch Warmluftaustritt, die bereits deswegen höher sind, weil die Raumluft als Heizmedium wärmer als in wand­temperierten Räumen ist.

- Durch ein über einem Heizkörper geöffnetes Kippfenster tritt ungenutzte Heizluft mit der jeweils höchstmöglichen Temperatur aus, z.B. mit 50°C.

7.2 Rohrnetz-Struktur als Gewähr für die Funktionssicherheit

 Dabei müssen diese miteinander verknüpften Funktionen nicht durch eine kom­plexe Regelungstechnik abgesichert werden, wie sie bei Klimaanlagen schon zur Eingrenzung des Störpotentials unverzichtbar ist. Die eigentliche Funktionssiche­rung entsteht vielmehr durch die in die Gebäudehülle integrierte, lückenlose Struktur des Rohrnetzes bzw. die von diesem an den Außenbauteilen verursach­ten Wärmeflüsse und Warmluftbewegungen.

Die grundlegenden Vorteile von Temperieranlagen sind also gerade durch dasje­nige konstruktive Merkmal sichergestellt, das, nach Analyse der Fehlerquellen konventioneller Heizverfahren, gezielt von diesen abweichend konzipiert wurde. Die folgenden Punkte zeigen dies noch deutlicher.

7.3  Bei Störung nur gleitende Klima-Änderung möglich

 Da örtlich nur sehr kleine Energiemengen benötigt und - völlig unabhängig von der Raumluftmasse - den Bauteilen direkt zugeführt werden, ist das Störpoten­tial vernachlässigbar.

Die falsche Regelung einer Temperieranlage verursacht immer nur gleitende Klimaveränderungen, während falsches Lüften temperierter Räume zwar (wie sonst auch) die rasche Änderung der relativen Luftfeuchte zur Folge hat; die "Raumtemperatur" jedoch bleibt gleich, da sich die Temperatur der Raumhüll­flächen nicht ändert.

7.4 Universelle Anwendbarkeit des Wirkungsprinzip

Die Wirkungen sind im Prinzip in allen Arten von Gebäuden herstellbar, unab­hängig von Bauart und Größe bzw. von Wandgewicht und Raumvolumen. Hieraus ergibt sich eine besondere Eignung als "Kirchenheizung" bzw. als Heizung für "große Räume historischer Bauart".

7.5 Reproduzierbarkeit der Wirkungen

 Alle Wirkungen von Temperieranlagen stellen sich durch deren gezielte thermi­sche Einwirkung auf Bauteile ein, entweder direkt, wie die Trockenlegung, oder indirekt, wie die Raumtemperierung und die Klimastabilisierung. Im Vergleich dazu führt das Kapitel 10 der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure unter dem Namen "Thermische Bauphysik" lediglich Leistungen im Zusammen­hang mit Wärmedämmung an. Bei Temperieranlagen hingegen ist die Wärmezu­fuhr am Bauteil ("Bauteiltemperierung") der einzig wirksame Faktor.

Die Wirkungen von Temperieranlagen sind daher bleibend reproduzierbar (Beispiel: Eine erneute Feuchteaufnahme eines erdberührten Bauteils nach Aus­fall der Wärmeerzeugung wird nach Wiederinbetriebnahme der Anlage auf die gleiche schonende Weise wie zuvor wieder rückgängig gemacht; durchfeuchtetes Dämm-Material dagegen muss ausgetauscht werden.

 

8. LÜFTUNGSTECHNIK IN TEMPERIERTER GEBÄUDEHÜLLE

Lüftungsanlagen (raumlufttechnische Anlagen, RL T -Anlagen) sind der größte Ri­sikofaktor im Museum, besonders wenn sie auch die Heizaufgabe übernehmen müssen. Die dazu benötigten sehr großen Warmluftmengen sind gerade während der Öffnungszeiten, wegen der Gebäudethermik, nur schwer zu führen, so dass eine Klimakonstanz ohne Kurzzeitschwankungen auch bei großem Regelungsauf­wand selten erreicht wird.

8.1 Senkung von Störpotential und Kosten durch Heizen mit Temperieranlage

Bei steigendem Bauvolumen und damit steigender Anlagengröße nehmen das konservatorische Gefährdungspotential, die Energiekosten und die physiologischen Beeinträchtigungen (Aufsichtspersonal!) deutlich zu. Dagegen ist die Funktions­sicherheit von Temperieranlagen von Bauvolumen und Anlagengröße völlig unab­hängig, da bei Direktbeheizung der Gebäudehülle die am Einzelbauteil be­reitzustellenden Energiemengen unabhängig von der Größe des Bauwerks sind!

8.2 Grundlösung: Abluftventilator

 In Gebäuden älterer Bauweise mit speicherfähigem Mauerwerk und normalem Fenster-Wandverhältnis, die dank geringerer Besucherfrequenz keine RL T -Anlage benötigen, wird die Verwendung einfachster Technik möglich, deren typische Merkmale (Verwendung von Einzelaggregaten, geringe Dimensionierung, geringer Regelungsaufwand) das Störpotential klein halten. Es haben sich z.B. Einzel­- Abluftventilatoren mit hygrostatischer Steuerung bewährt, die einen Grundluft­wechsel von 1/10 Gebäudevolumen (V) pro Stunde (h) und einen Bedarfsluft­wechsel von 1 bis max. 2 V /h herstellen.

8.2 Großlösung: Volumenstromreduzierte Teilklimaanlage

8.2.1 Voraussetzung: Senkung der Wärmezufuhr aus Tages- und Kunstlicht

 In Gebäuden, die wegen ihrer hohen Besucherfrequenz mit einer RLT-Anlage auszustatten sind, sollten zunächst durch bau- und lichttechnische Maßnahmen die Wärmewirkung des Tageslichts und die Abwärme der Leuchten dauerhaft beschränkt werden (Einhaltung der Lux-Grenzen; äußere bzw. zwischen den Scheiben liegende Beschattung besonnter Fenster, Korrektur von falschen Licht­dachkonstruktionen; Bevorzugung von abgehängten gegenüber eingebauten Leuch­ten, so dass sowohl die Wattleistung dank des verkürzten Leuchtenabstands ver­ringert werden kann, als auch die Speicherung der Leuchtenabwärme in Deckenkonstruktionen vermieden wird).

Ziel dieser Maßnahmen ist vor allem, den Anlagenteil für Kühlung so klein wie möglich zu halten bzw. ganz aufgeben zu können. Er hat den bei weitem höchsten Anteil am Energiebedarf der Anlage und birgt ein vermeidbares großes Störpotential. Wie beim Beheizen müssen nämlich auch zum Kühlen von Bau­teilen große Mengen (gekühlter) Luft bewegt werden. Es kommt daher auch bald zur Störung der Behaglichkeit, beim Personal oft sogar zu Gesundheitsstö­rungen.

8.2.1 Ergebnis: Starke Reduzierung der Raumluft-Technik beim Heizen mit Temperieranlagen

Bei Beheizung von Großbauten mittels Temperieranlagen verringern sich nicht nur die Aufgaben dieser raumlufttechnischen Anlagen (z.B. Wegfall der Endfeuchtung, geringere Nacherhitzung des Außenluftanteils, stark verringerter Be­feuchtungsbedarf), sondern sehr deutlich auch das zu fördernde Luftvolumen (Wegfall der Heizaufgabe, geringere Lüftungsanforderung wegen der höheren Qualität der nicht zum Heizen genutzten Raumluft usw.)

Unter solchen Bedingungen genügen auch in Gebäuden mit hoher Besucherfre­quenz bzw. mit Mindesttemperatur-Anforderung gleich/größer 18°C sog. Teil­klimaanlagen mit verringertem Luftvolumenstrom.

Bei maximalen Luftwechselraten von 2 Raumvolumen pro Stunde tagsüber (sonstige Zeit 1/10 V/h) verbleiben in der thermisch und hygrisch kritischen Zeit im Winter als Anlagenleistungen zur Außenluftaufbereitung ein stark ver­ringerter Bedarf an Befeuchtung und an Nacherwärmung.

Im Sommer dagegen wird der Bedarf an Luftendfeuchtung, besonders in schwe­rer Bausubstanz, sowohl aus konservatorischer wie physiologischer und energeti­scher Sicht wesentlich besser durch Temperierung der Gebäudehülle gedeckt, die dabei auch die Trockenlegung leistet (Sommertemperierung).

Dieselben drei Aspekte sollten dazu führen, dass auch Spitzen von Strahlungs­wärmelasten
(Tages-/Kunstlicht) durch dauerhafte konstruktive Maßnahmen ver­hindert werden, statt dass eine Kühlung eingebaut wird; auch die Personen­wärme ist kein besseres Argument für den Einbau: Man vergleiche die Strah­lungstemperaturen des bekleideten Körpers (ca. 26°C) und üblicher Leuchtkör­per (4q bis 120°C!)

9. PLANUNG UND AUSFÜHRUNG VON TEMPERIERANLAGEN

9.1 Anleitung örtlicher Fachkräfte durch den Fachberater

 Dank inzwischen vereinfachter Technik können Temperieranlagen unter Anlei­tung von Fachberatern durch örtliche Fachplaner geplant und in Zusammenar­beit örtlicher Fachfirmen (Heizungs- und Lüftungsbauer, Bodenleger, Schreiner etc.) ausgeführt werden. Der Fachberater sorgt für die Funktionssicherheit ei­ner Anlage, indem er während Planung und Ausführung darauf achtet, dass das Konstruktionsprinzip eingehalten wird. Dazu gehört auch die projektgerechte

Beschränkung der Anlagenleistung und die optimale Integration der Anlagen­technik in historische Bausubstanz.

9.1 Die Regel-Leistungen des Fachberaters

In komplizierteren Fällen, insbesondere in Baudenkmälern, ist eine intensive Projektbetreuung erforderlich. Der Fachberater übernimmt dann in der Regel folgende Aufgaben im Sinne der "Grundleistungen" der Honorarordnung für Ar­chitekten und Ingenieure:

- Grundlagenermittlung, Vorkonzept und Kostenschätzung;

- Bereitstellung von Planungsgrundlagen für Architekt und Fachplaner;

- Mitwirkung bei der einzelraumbezogenen Umsetzung von Prinzipdetails;

- Prüfung der Entwurfs- und Ausführungsplanung;

- Bereitstellung spezieller Ausschreibungsunterlagen;

- Prüfung des Leistungsverzeichnisses;

- Mitwirkung bei der Vergabe;

- Einweisung der Fachfirmen;

- Fachoberbauleitung (mit verbindlicher Kompetenz in historischer Bausubstanz);

- schriftliche Betriebsanleitung (unter Berücksichtigung aller wärmeabgebenden und den Luftwechsel beeinflussenden Einrichtungen);

- Dokumentation der Gesamtmaßnahme; messtechnische Überprüfung der Anlagenfunktion über den Zeitraum eines Jahres.

 

B EINSATZBEREICHE

1. MUSEEN (ALLGEMEIN)

1.1
Wirkungsweise als entscheidender Vorteil

 Die Erfahrung zeigt, dass die prinzipiellen Vorteile von Temperieranlagen gegen­über konventionellen Heizmethoden (ind. der Heizwirkung von Klimaanlagen) für den musealen Bereich entscheidend sind:

- Der Betrieb von Temperieranlagen führt zu annähernd gleich hohen und gleichförmigen Temperaturen an den Oberflächen der beheizten und unbe­heizten Raumhüllflächen.

- Wie im unbeheizten Raum nimmt die Raumluft die Temperatur der Hüllflä­chen an (Strahlungsklima, geringerer Luftdruck).

- Bei gleicher Raumtemperatur stellt sich daher eine wesentlich geringere Rate des natürlichen Luftwechsels (der Fugenlüftung) ein.

- Daher liegt die absolute Luftfeuchte deutlich höher (mindestens Ig pro m³ Raumluft) als bei konventionellen Heizverfahren.

- Bei Temperierung liegt daher ein geringerer Befeuchtungsbedarf vor oder er entfällt ganz.

- Bei reduziertem und kontrolliertem Luftwechsel sind die Werte des Raumkli­mas stabil, d.h. sie zeigen keine Kurzzeitschwankungen.

- Die Raumwerte gleiten in einem konservatorisch sinnvollen Rahmen, entspre­chend der saisonalen Mittelwerte von Außentemperatur und absoluter Außen­feuchte (in Räumen mit größerem Tageslicht- bzw. Kunstlichtanteil auch im Tagesgang dieser Strahlungsenergie).

- Die sonst unvermeidliche Verstaubung entfällt.

- Der Energiebedarf für eine vergleichbare Gesamtleistung ist um bis zu 60% geringer.

1.2 Keine konservatorischen Nachteile durch offene Anlagen oder Heizrohrlösungen

 Auch Temperieranlagen mit offener Luftführung (Sockelleisten- Temperierung, offene Bodentemperierschale mit Warmluftauftrieb an der Außenwand) oder Lö­sungen mit Heizrohren (an Fundamenten, Außenwandsockeln, Leibungen, Mauer­kronen, Flachdachecken etc.) sind für Museen, selbst für Gemäldegalerien, nutzbar, ohne dass Nachteile für Objekte an Außenwänden entstehen:

- Bei gleitendem Dauerbetrieb gehen die Effekte von Wärmeleitung und Wärme­speicherung von den Geschoßgrenzen (Brüstungs- und Fenstersturzzonen), ggf. auch von den Leibungsachsen aus.

- Zur Versorgung der dazwischenliegenden Außenwand-Restflächen müssen daher nur geringe Energiemengen über Wärmeleitung und Auftrieb transportiert werden.

- Es fließen daher nur geringe Warmluftmengen mit geringer Übertemperatur (gegenüber Maueroberfläche und Objektrückseite) und geringer Auftriebsge­schwindigkeit, bzw. die Wärmeleitung geht von Heizrohren aus, die außerhalb der eigentlichen Hängeflächen liegen.

- Die rel. Luftfeuchte an der Außenwandfläche liegt oberhalb einer Linie in ca. 30 cm Höhe nur noch wenige Prozent unter der Raumluftfeuchte.

- Die transportierte Staubmenge ist vernachlässigbar.

Wenn bei Sockelheizleisten an der Objektrückseite (vor allem bei Leinwandbil­dern) z.B. eine Grautapete befestigt ist und ein Mindestabstand von 4 cm zur Außenwand eingehalten wird, sind die Strömungsverhältnisse verbessert und die Temperatur- und Feuchteunterschiede am Objekt nivelliert.

2. MUSEEN IN ALTBAUTEN UND BAUDENKMÄLERN

 

2.1 Feuchteschutz durch Wärme

 

Ähnlich grundlegende Effekte ergeben sich aus bauphysikalischer Sicht, so dass die Methode auch für Museen in Altbauten bzw. Baudenkmälern gravierende Vorteile bringt:

 

- Durch die Wärmeverteilung an den Gebäude-Hüllflächen schützen Temperier­anlagen die Bausubstanz vor aufsteigender Feuchte, Kondensat und hygrosko­pischer Feuchteaufnahme bei Versalzung (thermischer Feuchteschutz). Dies gilt für alle Konstruktionsarten, auch für Leichtbauweise (Fachwerk) und Schwerstmauerwerk (Burg, Kirche etc.).

- Maßnahmen des konventionellen Feuchteschutzes wie die Trockenlegung durch Horizontalsperre, der Kondensatschutz von Mauerwerk durch Wärmedämmung und die Behandlung der bauschädlichen Salze sind nicht erforderlich, so dass die damit verbundenen Mängel (zusätzlicher hoher Aufwand, Verlust histori­scher Bausubstanz, Wirkungs-Unsicherheit) entfallen.

 

2.2 Energieeinsparung durch Optimierung der Wärmespeicherung der Bausubstanz

Die bei historischer Bauweise meist vorliegende massive Bausubstanz, insbeson­dere die starken Außenmauern, erweisen sich im Gegensatz zu konventionellen Heizmethoden bei Temperieranlagen als Vorteil. Während bei freier Heizluft­umwälzung durch Kapillarkondensat in der Heizperiode die Feuchte größerer Wandbereiche gesteigert wird, und so die Verluste durch Wärmeleitung zuneh­men, ist es bei Temperieranlagen umgekehrt:

- Die fortschreitende Trocknung betrifft die gesamte Gebäudehülle, so dass die schwere Bausubstanz sowohl innere wie äußere Wärmegewinne besser zurück­halten kann. Grund dafür ist die bei Direktbeheizung um den Faktor 10 ab­nehmende Wärmeleitfähigkeit trocknenden Mauerwerks (s.o. S. 11).

- Während die stetige Feuchteaufnahme im Raum-Inneren (Kapillarkondensat aus der Raumluft) ganz verhindert wird, geht gleichzeitig auch die akute Auf­nahme von Regenwasser über die Außenoberfläche zurück und die Trocknung nach Regen verläuft zügig.


3. FREILICHTMUSEEN

Ein weiterer Bereich, in dem die Methode zunehmend Anwendung findet, ist das Freilichtmuseum. Es ist kaum bekannt, dass bei plötzlichem Temperaturan­stieg im Freien, was ja häufig im Jahresverlauf geschieht, in den schwereren Gebäuden eine starke Kondensation von Wasserdampf stattfindet, weil ihre Baumasse dem Temperatursprung nicht folgen kann und daher gegenüber der gestiegenen äußeren Wasserdampfmenge zu kalt bleibt.

Während der alten Nutzungsphase bestand diese Gefahr kaum. Am neuen Stand­ort jedoch fehlt den Häusern jedes innere Wärmeangebot, selbst die geringe Wärmestrahlung, die vorher ständig von der meist zentral gelegenen Achse von Herd und Kamin aus auf die Außenwände einwirkte und die Gebäude tempe­rierte.

Die für diesen Einsatzbereich entscheidende Mindestfunktion ist also eine glei­tende Temperierung zum Schutz der Bausubstanz vor Kondensat und zur Be­grenzung der rel. Luftfeuchte auf Werte unter 65%. Wegen des geringen und stabilisierten Raum-Luftdrucks können Temperieranlagen dies auch bei höherem Luftwechsel (d.h. während der Besuchszeit) sicherstellen.

Neben der optimalen Integrierbarkeit der Anlagentechnik in Bausubstanz und Ausstattung zählt hier vor allem, dass bei sachgemäßem Betrieb der Energiebe­darf für ein ganzes Gebäude kaum höher liegt, als wenn im gleichen Fall Luft­endfeuchter betrieben würden - bei besserem Ergebnis, da keine technikbeding­ten Kurzzeitschwankungen provoziert werden.

Ein solch niedriger Energiebedarf, der den Einsatz dieser konservatorisch und denkmalpflegerisch überlegenen Feuchteschutz - Methode selbst im Freilichtmu­seum, d.h. bei wachsender Gebäudezahl, sinnvoll macht, wird erreicht, wenn

- die Leistung der jeweiligen Anlage auf die konservatorische Mindestaufgabe beschränkt wird (Ausgleich der äußeren Tag/Nacht- Temperaturschwankungen, langfristige Unterschreitung der Feuchte-Obergrenze, Gewährleistung der Frostsicherheit),

- der Gebäudeluftwechsel eingeschränkt wird durch einfache handwerkliche Maßnahmen an den Gebäudefugen und Öffnungen (Baufugen, Außentüren und Fenster abdichten, soweit optisch vertretbar; Kamin schließen; Türschließer an Eingangstür etc.), ggf. auch durch temporäre, "nur" außerhalb der Be­suchszeit wirksame Maßnahmen (z.B. Verhängen der Tür zum Dach, wenn eine Dachschalung mit Temperatur-Ausgleichsebene nach Abb. 15 nicht mög­lich ist).

Inzwischen werden in zwei bayerischen Freilichtmuseen (Freilichtmuseum des Bezirks Oberbayern, Großweil, Oberpfälzer Freilandmuseum, Neusath-Perschen) Architektur und Raumausstattung ganzer Gebäude durch Temperieranlagen kon­serviert, deren Wärmebedarf durch kleine elektrische Wärmetauschpumpen ("Tauchsieder" in Heizpatronen mit Umwälzpumpe) bei Dauer-Leistungen von 1 bis 2 kW pro Stunde gedeckt wird. In zwei anderen Fällen wird die Energie ganzjährig durch Solarkollektoren bereitgestellt (Objekt Schlicht, Bauernhausmu­seum Amerang, Soleleitungsmuseum Grassau). Weitere Konservierungsmaßnahmen wurden nicht erforderlich.

4. MODERNE BAUWEISE, INDUSTRIEBAUTEN

Durch einfache Montage von Heizrohren in bzw. an den kritischen Bauteilen kann die Kondensatgefahr ausgeschaltet und der Wärmebedarf der Bauteile ge­deckt werden. Die Rohre werden z.B. in den Wand-Deckenecken von Flachdächern,­ auf den Streben von Glasdächern und an den Stützen von Glasfassaden verlegt. Wie seit den fünfziger Jahren bekannt, ist die Heizwirkung z.B. von Fassadenheizungen optimal, da das Glas für die von Heizrohren ausgehende langwellige Wärmestrahlung als Reflektor wirkt.

Das Problem des Schutzes vor zu großer Wärmezufuhr aus der Sonneneinstrah­lung, das in der Regel durch Kühlung mittels Raumlufttechnik "behandelt" wird, muss unabhängig von heiztechnischen Überlegungen gelöst werden. Zur Reduzie­rung der Anlagentechnik, der Wartungs- und Energiekosten sowie aus physiologi­scher Sicht sollten hier bauliche Maßnahmen (Beschattung, Reduzierung von Glasflächen durch Blechabdeckung bzw. Ersatz durch Massivbauteile etc.) den Vorrang haben Gerade bei Flachdachbauweise und technikbestimmten Zweckbauten (Industrie­bauten) ist die Integration von Sonnenkollektoren leicht möglich. Der Feuchteschutz von Großbauten wie Industriedenkmälern kann daher bei sinnvol­ler Verteilung von Kollektor- Teilanlagen mit minimalen Jahresenergiekosten ge­währleistet werden.

ANHANG

A KONSERVATORISCHE GRUNDLAGEN

1. Schäden durch Kurzzeitschwankungen

 Nach neueren Untersuchungen zu Malschichtschäden an Leinwandbildern, Glas­korrosion, Schäden an Wandmalereien etc. zählen die ständigen geringen Schwankungen des Raumklimas, die im Museumsalltag (d.h. auch im "klimati­sierten" Museumsraum) als unvermeidbar hingenommen werden, zu den Haupt­ursachen von Schäden an historischem Material. Die durch sie hervorgerufenen zyklischen Mechanismen wie

 - Sorptionszyklen an porösen Oberflächen bzw. textilem Material, Kondensati­onszyklen an nichthygroskopischen Oberflächen wie Glas und Metall,

- Dampfdruckschwankungen in feinsten Hohlräumen von Oberflächen,

- Diffusionsströme wechselnder Richtung in Leinwandbildern an Außenwänden,

- Krista11isationszyklen an Oberflächen, die Salze enthalten, führen durch ständige Materialbelastung zu Langzeitschäden, deren Entstehung in der täglichen musealen Realität meist kaum erkannt wird.

1.1 Richtwerte für ein "alltagstaugliches" Raumklima

 Die wichtigste konservatorische Forderung im Museum muss also die Forderung nach Kurzzeit-Stabilität der relativen Luftfeuchte sein - innerhalb des saisonal sinnvollen konservatorischen Rahmens von min. 45 % (im Winter, für alle Mate­rialien) und max. 65 % (im Sommer; für Textil, Papier, Metall max. 60 %). Demgegenüber ist die Höhe der Raumtemperatur konservatorisch zweitrangig (nur bei Zinn sollten 14 °C nicht unterschritten werden) - vorausgesetzt, sie ändert sich nur gleitend, wie es bei "Wandheizung" im Gegensatz zu allen die Raumluftmasse einsetzenden Heizsystemen gegeben ist.

Es erweist sich vielmehr als wenig "alltagstauglich", im Museum in der Heizpe­riode die Einhaltung einer Mindesttemperatur zu fordern, wie es im Wohnbe­reich (kein Bedarf an konstanter relativer Luftfeuchte) üblich ist. Einerseits nimmt die mittlere Wasserdampf-Konzentration in der Außenluft (absolute Feuchte) mit abnehmender saisonaler Außentemperatur ab; zugleich führt die Raumbeheizung im Winter zur Verdrängung von Wasserdampf aus dem Raum. Andererseits ist der Aufwand, der für eine gleichmäßige Luftbefeuchtung erfor­derlich ist, erheblich, ohne dass bauphysikalische, konservatorische und physiolo­gische Risiken ausgeschaltet werden können.

Temperaturvorgaben für die Heizperiode sollten daher die Bedingungen für einen möglichst geringen Bedarf an Befeuchtung schaffen. Neben der Forderung nach Luftwechselkontrolle sind zwei Vorgaben unabdingbare Voraussetzung hier­für:

- Statt der Aufrechterhaltung einer bestimmten Raumtemperatur muss eine mit der mittleren Außentemperatur gleitende Raumtemperatur Planungsziel sein.

- Die Raumluft- Temperatur muss dabei so gering wie möglich gehalten werden, d.h. die Raumluftmasse darf nicht als Heizmedium genutzt werden ("Wandheizung").

2. KIimamessung im Museumsalltag (Thermo-Hygrograph)

 Den meisten im Museums-Alltag über Klima geführten Gesprächen liegen Mess­aufzeichnungen zugrunde, die mit Hilfe von Thermo-Hygrographen hergestellt wurden. Kontrollmessungen mit geeichten elektronischen Geräten ergeben in den meisten Fällen bei der rel. Feuchte stärkere Abweichungen (von bis zu 25 %). Auf dem Schreiberblatt jedoch liegt die Feuchtekurve in solchen Fällen häufig im zulässigen Bereich, so dass von keiner nachteiligen Situation ausgegangen wird.

Abgesehen davon, dass die Kurzzeit-Schwankungen wegen der starken Stauchung der Werte (1 cm entspricht 4 Stunden) meist nicht in ihrer Bedeutung erkannt werden, sind zwei prinzipielle Gründe die Ursache der so häufig angetroffenen Fehleinschätzung:

- Hygrometer, insbesondere Haar-Hygrometer, können im Innenraum (rel. Feuchte immer unter
80 %) nur etwa 2 Wochen überhaupt exakt anzeigen, da die Haare sich im "trockenen" Klima verkürzen bzw. eine Verstaubung eintritt; sie müssten daher alle 2 Wochen mit destilliertem Wasser "regeneriert" werden (Längenrückführung, Reinigung), wenn man sie für exakte Aussagen heranziehen will (qualitative Aussagen über Mechanismen, die auf das Klima einwirken, lassen sich jedoch klar ablesen).

- Die Position bestimmt die Anzeige: Die meist geschützt aufgestellten Geräte zeichnen nicht das "Raumklima" auf, sondern das des Nahbereichs (in der Wand-Boden-Ecke, hinter Möbeln etc.). Die Feinschwankungen werden abgemildert, bei Luftbefeuchtung sind die Werte in Bodennähe niedriger als in höheren Bereichen (wasserdampfreiche Luft ist leichter als trockenere).

Die tatsächliche konservatorische Situation ist daher in den meisten Fällen nicht erkennbar, so dass der Sinn technischer Korrektur (vor allem: Maßnahmen gegen die Kurzzeit-Schwankungen) nicht gesehen wird.

3. Raumluftfeuchte im Museumsalltag

Eine Festlegung von Werten der relativen Raumluftfeuchte, die im Gebäude bzw. in Gebäudeteilen angestrebt werden sollten, sowie eine konservatorische Einschätzung der Folgen von "Wohnverhalten" im Museum (Lüftung durch Fen­steröffnen, Festsetzen der Windfang- bzw. Treppenhaustüren etc.) setzt die Kenntnis der Abhängigkeiten des Wertes der rel. Luftfeuchte voraus.

Luft enthält unter Normalbedingungen immer eine gewisse Menge an Wasser­dampf. Im Innenraum stellt sich ein Gleichgewicht zwischen "freiem" Wasser­dampf (in der Luft) und "eingelagertem" Dampf (in den Materialporen) ein. An Raumflächen oder Gegenständen, die kälter als die Raumluft sind, schlägt sich spontan Wasserdampf nieder, da die geringere kinetische Energie der Oberflä­chen-Moleküle der kälteren Massen die Anziehungskraft der Dampfmoleküle (schwache Dipole) nicht überwinden kann.

Bei größerem Energieverlust des Dipols (größere Temperaturdifferenz) kommt es zu massenhaftem Niederschlag an der Material-Oberfläche (Tröpfchenbildung an Glas und Metall, aber auch an Holz!). Bei geringer Differenz tritt ein feiner, aber stetig fortschreitender Niederschlag ein, der nur an seinen Folgen (Schimmel in der Leibung etc.) sichtbar wird.

Er findet statt an der "Phasengrenze", d.h. an den Kapillarwänden des Materi­als, wo sich "Festkörper-Phase" und "Gas-Phase" innig berühren (Kapillar­kondensat). Es bilden sich keine Tropfen an der Wandoberfläche, da bei gerin­gem Energieverlust des Dipols in sehr engen Hohlräumen (Kapillaren) die Kohä­sions-Kraft (Anziehung der Wasser-Moleküle untereinander) von der Adhäsions­kraft (zwischen Einzel-Dipolen und Molekülen der Kapillaroberfläche) überlagert ist.

Die Dampfmenge pro cbm Raumluft ist weitgehend von Faktoren abhängig, die allgemein von der Temperatur beeinflusst werden. Dazu gehören z.B. die mitt­lere absolute Außenfeuchte der Jahreszeit, die von der mittleren Monatstempe­ratur, dem Stand der Vegetation wie auch der Nähe von Wasserflächen abhän­gig ist.

 

Ein weiterer Faktor ist der Luftwechsel des Bauwerks, der wieder vom Fugen­luftwechsel des geschlossenen Gebäudes, vom akuten Luftwechsel bei Besuchs­verkehr, sowie von der Raumluft- Temperatur, also der Art der Wärmevertei­lung/Beheizung, abhängt.

Bei größerer Personenzahl kann auch die über die Atmung abgegebene Feuchte relevant werden (s.o. S. 26). Wichtiger sind jedoch technische Gegebenheiten wie Wirkungsprinzip und Regelungsart der Luftbefeuchtung.

3.1 Relative Luftfeuchtigkeit

 Die relative Luftfeuchtigkeit nennt den Sättigungsgrad der Raumluft. Sie drückt das Verhältnis von vorhandener zu möglicher Dampfmenge aus, die sich bei gleicher Raumtemperatur einstellen würde, wenn die verdampfbare Wassermenge unbegrenzt wäre, die Sättigung also erreicht werden könnte.

3.2 Absolute Luftfeuchtigkeit

Die absolute Luftfeuchte bezeichnet die tatsächlich im cbm Raumluft vorhan­dene Dampfmenge. Näherungsweise kann sie in Gramm pro cbm angegeben werden (statt in g/kg).

3.3 Das Mollier h-x-Diagramm

Anhand des Mollier h-x-Diagramms, das die Beziehung zwischen Temperatur (Luft, Bauteil, Gegenstand), relativer und absoluter Luftfeuchtigkeit aufzeigt, ergibt sich die absolute Luftfeuchte als Schnittpunkt von Temperatur und rel. Luftfeuchte.

Die folgenden Beispiele erläutern an typischen Alltagssituationen die Gefahren unkontrollierter Fensterlüftung. Zugleich wird deutlich, wie einfach die Handhabung des Diagramms ist. Das eigentliche Problem ist die Erhebung der Messwerte: Weder der Thermo-Hygrograph noch das elektronische Thermo-Hy­grometer können die jeweilige Bauteil- bzw. Objekttemperatur messen, die in nichttemperierten erdberührten oder konventionell beheizten Räumen immer von der Lufttemperatur abweicht. Erst der zusätzliche Einsatz eines Infrarot­thermometers erlaubt stichhaltige Vergleiche von Außen- und Raumklima und von Raumbereichen bzw. Räumen untereinander.

B PHYSIOLOGISCHE ASPEKTE

1. Optimale Raumluftbedingungen gerade im Museum

Da das Museum im Ausstellungsbereich einen Arbeitsplatz darstellt, an dem sich z.B. das Aufsichtspersonal den ganzen Tag über aufhält, werden im folgen­den die physiologischen Aspekte angesprochen.

Es ist uns kaum bewusst, dass zugleich bauphysikalisch, konservatorisch und phy­siologisch günstige Raumverhältnisse nur in solchen Räumen vorliegen, in denen wie im sommerlichen Obergeschoßraum Wand- und Lufttemperatur gleich sind, bzw. in denen die Lufttemperatur nur durch die Oberflächen-Temperatur der Raumhüllflächen, nicht aber durch Heizkörper bestimmt wird. Wie in der freien Natur kann der Mensch in einem derartigen "Strahlungsklima" die Regulation seiner Körpertemperatur ganz auf das Verhältnis von eigener Wärmeproduktion zur Umgebungstemperatur einstellen, ohne dass dieser natürliche Vorgang durch Aufnahme größerer Wärmemengen über die Atmung verfälscht würde.

Solche natürlichen Raumverhältnisse sind durch die heute üblichen Heizmetho­den bzw. durch Klimaanlagen weder herstellbar noch dauerhaft aufrecht zu er­halten, da sie nur durch Aufheizen und Umwälzen der Raumluftmasse ihre Raumwirkung entfalten können.

Die Wirkung historischer Heiztechniken (Hypokaustenheizung, Kachelofen) be­ruhte dagegen immer auf dem Faktor Wärme-Strahlung. Erst in den wenigen Jahrzehnten der Nachkriegszeit wurde es allgemein üblich, die Raumluft als Medium der Raumbeheizung und Klimatisierung zu nutzen, ohne dass erkannt wurde, dass damit die Einatmungsluft permanent mit Staub, Keimen und Wärme belastet wird.

Da dies allmählich sämtliche Lebensbereiche "außerhalb" der freien Natur bzw. des ungeheizten Schlafzimmers betraf, lernten wir von Kind an, die dadurch verursachten Beschwerden und Mängel wie Infektionen ("Erkältung"), Allergien, Zugerscheinungen, Kreislauf-Mehrbelastung und Schwitzen schon bei leichter Tä­tigkeit, Raumverstaubung, Kurzzeitschwankungen des Raumklimas, Zwang zur Befeuchtung und hoher Energiebedarf als unvermeidbare Begleiterscheinungen der kalten Jahreszeit zu deuten.

Wir nehmen gar nicht mehr wahr, welche Behaglichkeit bei günstigen Wandtem­peraturen und "kühler", höchstens gleich warmer, staubfreier Atemluft entsteht. Genauso wenig realisieren wir, welche körperliche Mehrbelastung eintritt, wenn die Wärmeabgabe über die Lunge behindert oder sogar Wärme über die Atmung aufgenommen wird.

2. Bedeutung der Raumluft-Temperatur für die Regulation
der Körpertemperatur

Um die besonders für den Enzymhaushalt wichtige Konstanz der Körperkern­temperatur (37 °C +/- 0,5 Grad) aufrechterhalten zu können, muss der Mensch ständig diejenige Wärmemenge abgeben, die bei der Funktion der Organe und dem zur jeweiligen Tätigkeit nötigen Stoffwechsel bzw. Energieumsatz frei wird.

Wenn die Temperatur der Einatmungsluft, im Gebäudeinneren also die der Raumluft, deutlich unter dieser Kerntemperatur liegt (bei 20°C wäre sie 17 Grad kälter!), und wenn die Temperatur der Umgebung, im Gebäudeinneren also die der Raumhüllflächen, ähnlich hoch ist (z.B. 20 °C), so geschieht die Wär­meabgabe bei leichter Aktivität (Stehen und Gehen: Aufseher!) noch ohne Be­einträchtigung der "Behaglichkeit". Statt zusätzlicher "Kühl" - Funktionen wie der Schweißbildung läuft eine Reihe sich ergänzender Mechanismen:

- Wärmeabgabe durch Strahlung und durch Luft-Konvektion (an der Körper ­bzw. Kleidungsoberfläche),

- Dampfdiffusion im Körpergewebe mit anschließender Verdunstung an der Oberfläche ("Verdunstungskälte"),

- vor allem aber Flüssigkeits-Konvektion während der normalen Versorgungstä­tigkeit des Blutkreislaufes: Nach Kühlung der in der Lunge befindlichen Blutmenge bei "kühler" Einatmungsluft - Temperatur kann das Blut auf seinem Wege durch das Körpergewebe Wärme aufnehmen und - bei "richtiger" Klei­dung und nicht zu hoher Umgebungstemperatur an der Körperoberfläche wieder abgeben.

 

Obwohl die "Behaglichkeit" also davon abhängt, ob auch die Atemluft zur Ab­gabe der Stoffwechselwärme genutzt werden kann, findet sich in der gängigen physiologischen Fachliteratur keine Vorgabe für eine sinnvolle maximale Höhe der Raumluft-Temperatur. Dabei zeigt die bei höheren Raumluft-Temperaturen sprunghafte Zunahme der Wasserdampfabgabe (also die dramatische Verstärkung der Körperkühlung über Verdunstung), welchen entscheidenden Anteil an der Regulation der Körpertemperatur die Wärmeabgabe über die Lunge hat.

Wie aus den Zahlen der lüftungstechnischen Literatur abzuleiten ist, reicht schon bei sitzender Tätigkeit bzw. beim Gehen die kräfteschonende Wärmeab­gabe nicht mehr aus, wenn die Raumluft- Temperatur nur geringfügig über 20 °C ansteigt:

- Abhängigkeit der Wasserdampf-Abgabe von der Raumluft- Temperatur bei sit­zender Tätigkeit (Zahlen in °C zu Gramm Wasser pro Person und Stunde):

10/30; 15/31; 18/36; 20/39; 22/50; 25/65; 30/100.

Das bei höheren Einatmungsluft- Temperaturen einsetzende Zusammenspiel von Schweißdrüsen, die nun erst in Tätigkeit treten, und Kreislaufleistung, die nun gesteigert werden muss, hat die Aufgabe, die Körpertemperatur zu halten, und zwar gegen die Wärmeaufnahme über die Atmung. Während also bei einem An­stieg der Temperatur der Atemluft von 10 auf 15°C (Beisp.: Eintritt von der Straße in das Foyer) nur 1 g Wasser pro Person und Stunde mehr verdunstet wird, sind es von 15 auf 20°C bereits 8 g mehr (temperierter Raum), von 20 auf 25°C jedoch schon 26 g und von 25 auf 30°C sogar 35 g (Beispiele an zwei Stellen eines konventionell geheizten Raumes).

Oberhalb von 20°C ist bei unveränderter Kleidung ("Wärmedämmung") also eine drastische Verstärkung der Verdunstung erforderlich, um die über die Atmung zugeführte, durch den Blutkreislauf im Körper verteilte Wärme über die Körpe­roberfläche wieder abgeben zu können, zusätzlich zu der Wärmemenge, die be­reits durch Stoffwechsel und Körperaktivität entsteht.

Der sprunghafte Anstieg der Dampfabgabe, der nur bei gleichzeitiger Kreislauf­steigerung möglich ist, zeigt den "Not"-Charakter dieses Vorgangs: Man beob­achte einen Hund nach Eintritt in einen "normal" geheizten Raum, der wegen der hohen Lufttemperatur sofort zu "Hecheln" anfängt, um durch Kühlung des Blutes über die Verdunstung an der Zungenoberfläche dem plötzlichen Wärme­stau zu begegnen!

Bei den heute üblichen "Luft"-Heizungsarten und ihrer allgemeinen Verbreitung, im Arbeits- wie im Wohnraum, im Kultraum, im Museum oder in allen Ver­kehrsmitteln, entsteht in unserer Zeit eine Dauerbelastung, die noch vor weni­gen Jahrzehnten unbekannt war. Bei Strahlungsheizung (Hypokaustenheizung, Kachelofen, Sockelleistenheizung, Temperierung) wird nämlich die "Zusatz­kühlung" nur bei Steigerung der körperlichen Aktivität (Arbeit, Bewegung) er­forderlich.

Die tatsächliche Belastung wird jedoch erst verständlich, wenn man realisiert, dass die Temperatur der Raumluft in konventionell geheizten Räumen immer deutlich über der vom Thermometer angezeigten "Raumtemperatur" liegt, die den Mittelwert aus Wand- und Lufttemperatur darstellt.

3. Gebäudekrankheit

Wegen dieses Tatbestandes, der bei der "Heizung" nur in der kalten Jahreszeit, bei Einsatz einer "Klimaanlage" sogar ganzjährig auf uns einwirkt, kommt es bei immer mehr Menschen zu einer Beeinflussung der Gesundheit, die als "Gebäude-Krankheit" bezeichnet wird. Dieser Begriff fasst die Symptome zu­sammen, die durch alle mit der Raumluftumwälzung verbundenen Faktoren ver­ursacht werden, und schließt die Folgen der Verstaubung und Verkeimung der Atemluft und der partiellen Unterkühlung durch Zugerscheinungen ein.

Immer noch wird nicht erkannt, dass die Beschwerden die Folge vor allem der Überlastung der Immunbarriere, der Atemwegs-Schleimhaut, sind, obwohl bereits die plötzliche Häufung von "Erkältungs"-Krankheiten zu Beginn jeder Heizperi­ode ("Grippewelle") unmittelbar auf das "Heizen" als Ursache hinweist.

Besonders in Gebäuden mit permanent betriebenen Lüftungsanlagen, wie Büro­gebäuden oder modernen Museumsbauten, sind für das - den Wirkungen dauernd ausgesetzte - Personal physiologische Beeinträchtigungen unvermeidlich. Kaum jedoch werden die Zusammenhänge erkannt, selbst in Häusern, in denen der Krankenstand als hoch angesehen wird.

Obwohl die Begleiterscheinungen heutiger Raumlufttechnik äußerst bedenklich sind, gewann die großtechnische Herstellung raumlufttechnischer Anlagen immer mehr an Boden, nicht zuletzt als Ergänzung bzw. "Heilmittel" der modernen Stahl-Glas-Architektur.

Daher kann man in Bauten mit Klimaanlagen, auch in neuesten Museumsbauten, zunehmend beobachten, dass neben Behaglichkeitsstörungen beim Besucher und einem auffällig hohen Krankenstand beim Personal hohe Wartungs- und Energie­kosten und immer wieder drastische Klima-Einbrüche auftreten.

Ein Umdenken ist gerade im Bereich des öffentlichen Bauens, hier nicht zuletzt bei den ständig größer werdenden "Kulturbauten", unumgänglich. Neben dem physiologischen und konservatorischen ist es hier der ökonomische Aspekt: der steigende Energieaufwand für die konventionelle Klimatisierung ist kaum noch zu tragen (in manchem namhaften Großmuseum kann die Klimaanlage nur während der Besuchszeit betrieben werden). Die Kehrseite dieses exzessiven Energieaufwandes ist der vermeidbare Ausstoß großer Schadstoffmengen bei der Erzeugung dieser Energie, so dass ein Umdenken auch aus ökologischer Sicht er­forderlich ist.

C VERWENDETE LITERATUR:

 

Vorbemerkung:

 

- (1) K. Kre?, E. Panzhauser, Fenster ? Außenwände ? Lüftung, im: Stadtmuseum Nordico (Hg). Linzer Werkstattgespräche 3, Linz ²1992 (Vorabdruck).

 

- (2) E. Tschegg, W. Heindl, A. Sigmund, Grundzüge der Bauphysik, Wien 1984.

 

Hypokausten-Heizung:

 

- H. Hüser, Wärmetechnische Messungen an einer Hypokausten-Heizung in der Saalburg, Saalburg-Jahrbuch 36, 1979, S. 12-30.

 

Sammlung: Klimaschäden durch übliche Raumbedingungen

- G. Berger, W. Russel, Untersuchungen zum Einfluss der Umwelt auf die Erhaltung von Leinwandgemälden, Restauro, Heft 3, 1989, S. 191-203.

 

- H. Kühn, Erhaltung und Pflege von Kunstwerken und Antiquitäten, Band 2, München 1981.

- V. Schaible, Neue Überlegungen zur Feuchtigkeit am Leinwandbild, Zeitschrift für Kunsttechnologie und Konservierung, Heft 1, 1987, S. 75-94.

 

- V. Schaible, Überlegungen zum Phänomen der Schüsselbildung an Leinwandgemälden, Zeitschrift für Kunsttechnologie und Konservierung, Heft 2, 1990 S. 235-250.

 

 

Baukörper: Mechanismen der Feuchte- und Salzbelastung

 

- H. Weber u.a., Fassadenschutz und Bausanierung, Ehningen 1988.

 

- Univ. Karlsruhe, Feuchteschutz bei historischen Mauerwerksbauten, Arbeitshefte des Sonderforschungsbereiches 315, Sonderheft 1988.

 

Feuchtesanierung: Wirksamkeit von Verfahren

- H.Weber u.a., a.a.O.

 

 

Klimatechnik: Konservatorisches Gefährdungspotenzial

 

- G.S. Hilbert, Klimatisierung ohne Klimaanlage, Museumskunde, Bd. 51, Heft 3, 1986, S. 149-154.

 

- ders., Sammlungsgut in Sicherheit, Teil 2: Lichtschutz, Klimatisierung, Berlin 1987.

 

- M. Kaufmann, Studien zur Problematik der speziellen Klimasituation am Leinwandbild, Zeitschrift für Kunsttechnologie und Konservierung, Heft 1, 1991, S. 59-73

 

- H. Recknagel, E. Sprenger, W. Hönmann, E.-R. Schramek (Hg.), Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik, 92/93, München 1992, z.B. S. 1041, 1043, 1082

 

 

Klima-Messungen: Einfluß des Meßgeräte-Standorts

- M. Kaufmann, a.a.O.

Klimatisierungs-Ziel: saisonal gleitende Raumklima-Werte

- G.S.Hilbert, Sammelungsgut in Sicherheit, a.a.O.

 

Luftheizung: Umkehrung der konservatorischen Argumentation

- C.Ahrendt, Kirchenehizung oder die Beheizung großer Räume alter Bauart,

Denkmalschutzinformationen (Deutsches Nationalkomitee für Denkmalschutz), 13. Jg., 2/89, S. 43-62.

Physiologie: Staub/Keime/Klimaanlage, Wärmeregulation des Körpers, Frischluftbedarf, Wasserdampf-Abgabe

 

- H. Recknagel, E. Sprenger, W. Hönmann, E.-R. Schramek (Hg.), a.a.O., S.7,8 u. S.40-73

- H. Rötscher, Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik, München 1982.

- Roche Lexikon Medizin, 1986.

- S. Silbernagel, A. Despopoulos, Taschenatlas der Physiologie, Stuttgart 1988

- G. Thews, P. Vaupel, Vegetative Physiologie, Heidelberg 1990