Komfort mit Heiz-Kühl-Decke im Rathaus

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Organ der VDI-Gesellschaft Technische Gebäudeausrüstung
Sonderdruck aus Heft 2 - 2016
Komfort mit Heiz-Kühl-Decke im Rathaus
Die Arbeitsbedingungen im
denkmalgeschützten Rathaus in
Düren haben sich gravierend
verbessert. Nach einer umfassenden Sanierung stehen nun
moderne Räume mit effizienter
Technik zur Verfügung. Ein
wichtiger Bestandteil bildet die
Heiz-Kühl-Decke.
Bild 1
Das denkmalgeschützte Rathaus Düren im Zentrum der
Stadt fällt durch seine gestaffelte Bauweise auf
I
n Düren finden die Bürger den Großteil ihrer Verwaltung seit Juli 2015
wieder unter einem Dach. Damit konnte ein Schlussstrich unter eine Periode
gezogen werden, die vom Umzug in
Ausweichquartiere bis zum Wiedereinzug in das Rathaus (Bild 1) knapp drei
Jahre dauerte. Die Herausforderung an
die Planer war eine Doppelte: Die Tätigkeit in allen Dezernaten musste nahtlos
weiterlaufen und das Konzept für das
„neue“ Rathaus im Zeit- und Kostenplan umgesetzt werden.
Autorin
Alte Hülle – neue Technik
Federführend bei der Maßnahme war
die Projektgruppe Rathaussanierung
unter Leitung von Helmut Harperscheidt.
Der Architekt und Leiter des Amtes für
Gebäudemanagement war zusammen
mit dem Ingenieurbüro Prömper-Reuling maßgeblich daran beteiligt, die
rund 20 Mio. Euro teure Sanierung in
die Tat umzusetzen. Insgesamt wurden
8 500 m2 Nutzfläche und rd. 6 000 m2
Fassadenfläche des in den 1950er Jahren errichteten Gebäudes erneuert (sie-
he Infokasten zum Rathaus). Das reicht
vom Fensteraustausch über die Innendämmung bis zur Prüfung und Neuverlegung der 1,5 Mio. schwarz-gelben Fassaden-Mosaiksteine aus Glas (Bild 2).
Ein wesentlicher Teil der als ganzheitlich begriffenen Konzeption bildete die
neue Gebäudetechnik. Ein wärmegeführtes Blockheizkraftwerk (BHKW) reduziert den Strombezug aus dem öffentlichen Netz, dazu kommt eine komplett
neue Elektroinstallation. Die vom
BHKW produzierte Wärme wird im Gebäude genutzt, wobei
die Spitzenlastdeckung
mit einer Heizzentrale
erzielt wird. Von den
1,4 MW Leistung fließen maximal 600 kW in
das Rathaus, der andere
Teil in die Sparkasse.
Diese gesplittete WärBild 2
Marion Paul-Färber ist Fachjournalistin
im PR-Büro Dieter Last, Osnabrück.
Die Farbgestaltung der
Außenwände mit
schwarz-gelben Mosaiksteinchen aus Glas setzt
sich im Innenraum fort
Bild 3
Fast alle Büroräume wurden mit einer abgehängten
Heiz-Kühl-Decke
ausgestattet
Tabelle 1
Werte
Vor der Sanierung
Primärenergiebedarf
262 kWh/m²
CO2-Emissionen
Durchschnittsverbrauch für Wärme
(2000–2010)
73 kWh/m² *
60 kg/m²
16 kg/m² *
867.000 kWh
320.000 kWh/a *
Kosten für Wärme 2000
44.800 €
Kosten für Wärme 2010
110.000 €
Strombedarf 2011
Nach der Sanierung
429.200 kWh/a
Kosten für Strom 2011
Instandhaltungskosten
(Durchschnitt von 2002 bis 2010)
Im Keller befinden sich neben der Heizungsanlage auch Kältemaschinen, Verteiler und
ein BHKW mit Pufferspeicher
65.900 €
104.000 €/a
* Prognose
mebereitstellung läuft über eine zehn
Jahre dauernde Contracting-Vereinbarung mit den Stadtwerken Düren. Die
Verrohrung wurde erneuert, die Heizkörper – sofern sie verbleiben sollten –
ebenso. In den Arbeits- und Funktionsräumen wechselte man weitgehend zu
einer Flächenheizung und -kühlung
Bild 4
von der Decke (Bild 3). Dazu wurden eine Absorptions- und eine Kompressions-Kältemaschine mit
70 kW bzw. 176 kW installiert (Bild 4).
Alle genannten Aspekte entsprechen
den Grundzügen des Sanierungskonzepts: Verringerung des Energieverbrauchs (s. Tabelle 1), effiziente Ener-
gieerzeugung, optimierte Betriebs- und
Unterhaltungskosten, Nutzung von Synergien und Steigerung des Nutzerkomforts durch die Anpassung an zeitgemäße Standards.
Vorteile der Heiz-Kühl-Decke
Der Einsatz einer „Heizung und Kühlung von oben“ passt hervorragend zu
diesem ganzheitlichen Konzept. Ein
solches System beheizt den Raum zu
zwei Dritteln über Strahlungswärme.
Bedingt durch die immense Zerstörung entstand nach dem Zweiten Weltkrieg im Zentrum Dürens eine intensive Neubebauung, meist mit viergeschossigen Häusern. Als zu
Beginn der 50er Jahre die Pläne für ein Verwaltungsgebäude entwickelt wurden, griff
der Architekt Denis Boniver dies auf. Sein Entwurf gewann den Wettbewerb und wurde
von 1956 bis 1959 umgesetzt. Das Gebäude staffelt sich in drei Teile: Rechts (vom
Kaiserplatz aus gesehen) nimmt das viergeschossige Bauteil die vorhandene Struktur
auf. Links wurde ein zweigeschossiger Abschnitt platziert, so dass die Anbauten zu einem schlanken achtgeschossigen Turm in der Mitte führen. Neben den roten Klinkerflächen und den schwarz-gelben Mosaik-Brüstungsfeldern weist die Fassade eine starke Längsprofilierung auf, die durch einen großen Fensteranteil (29 %) eine hohe Transparenz erfährt. Der mittlere Baukörper fällt ins Auge – auch durch die Uhr und das
Der viergeschossige Anbau wurde mit einer Riegelkonstruktion errichtet, die auch nach der Sanierung den Blick leitet
Stadtwappen –, dominiert aber nicht zu stark.
Seit 1989 steht das Gebäude unter Denkmalschutz. Die Anforderungen, die sich daraus
für die grundlegende Sanierung ergaben, wurden auch im Zusammenhang mit den organisatorischen Veränderungen betrachtet. Der
Hauptzugang, früher über die Freitreppe zu erreichen, wurde auf die Ebene des Kaiserplatzes verlegt. Auf diese Weise ließ sich ein barrierefreier Zugang aller Etagen erzielen. Die Ausweisung von Besprechungsräumen im Erdgeschoss, die technisch wie die Büros auf dem
neuesten Stand sind, erleichtert zusätzlich den Service für die Bürger. Ein Wärmeschutz ließ sich nur innen umsetzen, damit die Fassade
mit ihren besonderen Strukturen erhalten blieb. Die im Drei-Meter-Raster ausgeführte Riegelkonstruktion im viergeschossigen Bauteil
(Bild) blieb ebenso erhalten wie die alten Leuchten, die jedoch mit stromsparenden LED-Platinen umgerüstet wurden.
Bild: Best GmbH, Isernhagen
Rathaus Düren - Teil eines 50er-Jahre-Ensembles
Objektspezifische Produktion
der Deckenstrahlplatten
Fast 170 Räume, die meisten zwischen
16 und 30 m2 groß, wurden genau aufgemessen. Dabei ging es nicht nur um
die Größe und die benötigte Heiz- bzw.
Kühlleistung, sondern auch um Feinheiten wie Rund- und Schrägausschnitte, Kabelbohrungen sowie Anschlusspositionen. Diese Daten, die von Best
erhoben wurden, nutzte man zur Fertigung der insgesamt 2 310 m2 umfassenden Heiz-Kühl-Elemente. Für das Rathaus Düren entschieden sich Bauherr
und Planer für die Ausführung HKE-EL
als Deckensegel mit planer Sichtfläche,
die perforiert und mit einer Akustikeinlage versehen wurde (Bild 5). Dieser
Aufbau mindert den Nachhall im Raum
und trägt so zu einer ruhigeren Arbeitsumgebung bei. Alle Elemente sind
rundum durch eine schadstofffreie Beschichtung in Weiß – Farbton RAL 9016
– oberflächengeschützt. Die Gesamtheizleistung der Elemente wurde mit
325 kW angesetzt, weil die Sanierung
durch die oben genannten Maßnahmen eine erhebliche Reduzierung gegenüber der ursprünglichen Heizlast
mit sich brachte.
Bild 5
Die Deckensegel finden mit
den eigens entwickelten
Randleisten einen sauberen,
dezenten Abschluss
Konstruktion der HKE-EL
Die HKE-EL sind besonders leichte Deckenstrahlplatten, die aus Kupferrohren 15 x 0,75 mm und Kopfstücken 28 x
1,5 mm bestehen, die strömungsgünstig ausgehalst sind und zu Registern verlötet werden. Dann werden sie in eloxierte Wärmeprofile aus Alu-Strangguss
verpresst sowie unter kontinuierlichem
Anpressdruck mit dem Aluminiumstrahlblech in 1,0 mm Stärke verklebt.
Das Blech ist zur Raumschalldämpfung
standardmäßig gelocht. Die seitliche
Aufkantung beträgt 60 mm nach oben
und 20 mm nach innen, sie wird zur
Justierung der oberen Wärmedämmung
genutzt. Durch die minimale Gesamtbauhöhe und die wahlweise 90 °- bzw.
70 °-Kantung nach innen eignen sich
die HKE-EL auch sehr gut für den Einbau in Rasterdecken. Zur Querstabilisierung und Aufhängung der Strahlplatten sind zweiteilige Klemmprofile aus
verzinktem Stahlblech montiert, die bei
Bedarf bauseits versetzt werden können
und so ein variables Aufhängeraster ermöglichen.
Die Wasserführung, der Oberflächenschutz und die Wärmedämmung werden entsprechend den baulichen Anforderungen ausgeführt. Einzelplatten
lassen sich stufenlos bis 3,0 m Baulänge fertigen, Strahlplattenbänder sind
mehrteilig in jeder Baulänge möglich.
Die Verbindung erfolgt bauseits mittels
patentierter Schiebemuffen durch Zusammenstecken und Verschraubung
der Stirnbleche. Dadurch entfallen jegliche Abdeckbleche und Endkästen,
Schrauben oder andere vorstehende
Teile. So entsteht eine plane Sichtfläche
mit dezenten Stoßfugen.
Eckdaten zur Auslegung
Für das Rathaus Düren wurde ein
2-Leiter-System installiert, mit dem entweder gekühlt oder geheizt werden
kann (Bild 6). Die Heizleistung wurde
mit einer Vorlauftemperatur von 35 °C
Bild 6
Details zur
Heiz-Kühl-Decke: Die Anbindung vom Verteiler Heizung
bis zur Abnahmestelle
Bild: Stadt Düren
Da die Temperatur der Umgebungsflächen angehoben wird und die Luftgeschwindigkeit sehr gering bleibt, kann
die Lufttemperatur um durchschnittlich 3 K abgesenkt werden. Die Empfindungstemperatur, ein wesentliches
Merkmal der Behaglichkeit, bleibt dabei
gleich. Die Kühlung mit Hilfe der
Strahlflächen erfolgt durch Umkehrung
des Wärmeflusses: Die Umgebung gibt
ihre Wärme an die Deckenstrahlplatte
ab, die Strahlfläche ist dann kälter als
der Raum.
Damit bietet die von dem Unternehmen Best gelieferte Heiz-Kühl-Decke einen äußerst effizienten und sparsamen
Umgang mit Energie. Dies wird mit bester Regelbarkeit und kurzen Aufheizzeiten aufgrund des geringen Speichervolumens ergänzt. Die Elemente an der
Decke sind praktisch wartungsfrei und
weisen eine lange Lebensdauer auf. Dazu kommt die Raumersparnis, da alle
Wand- und Bodenflächen frei bleiben.
Des Weiteren vereinfacht das die Reinigung, zumal durch die Heizung von
oben in sehr viel geringerem Maße
Staub aufgewirbelt wird als mit Radiatoren.
Bild 7
rung machte einen höheren Bodenaufbau erforderlich. Zusammen mit einer
abgehängten Decke wäre die Raumhöhe zu gering gewesen. Daher entschied
man sich in diesem Bereich für eine
wasserdurchströmte Fußbodenheizung
und Akustikdecken.
Installation
Bei der Montage hatte die SuchfortAnlagenbau GmbH darauf zu achten,
dass die Deckstrahlplatten nur an den
Raumaußenseiten direkt an der Decke
mit verzinkten Materialien befestigt
wurden. Zum Rauminneren wurden sie
auf speziell dafür vorgesehene Bandrasterprofile aufgelegt, um ein genaues
Ausrichten der Deckenstrahlplatten zu
gewährleisten. Dabei hat man den Abstand von der eigentlichen Decke bis zu
den HKE-EL mit 180 mm festgelegt. Der
Zwischenraum wurde für die Verlegung
Bautafel
Objekt:
Bauherr:
Baujahr:
Modernisierung:
Gesamtplanung:
Planung TGA:
Ausführung:
Wärmeverteilung:
Hersteller:
Rathaus Düren
Stadt Düren, 52348 Düren, www.dueren.de
1956 bis 1959
2012 bis 2015
Projektgruppe Rathaussanierung, 52355 Düren
Prömper-Reuling GmbH
Ing.-Büro für Heizung-Klima-Sanitär-Elektro
52499 Baesweiler, www.ipr-gmbh.com
Suchfort-Anlagenbau GmbH & Co., 37079 Göttingen
www.suchfort-anlagenbau.de
2 310 m² Deckenstrahlplatten HKE-EL als Deckensegel
Best GmbH, 30916 Isernhagen
www.best-kuehlheizen.de
von Datenbus- und Brandmeldekabeln
genutzt, welche die Geräte in den Deckenplatten versorgen.
Zur Installation wurden Plattenanschluss-Garnituren in DN 15 genutzt,
die aus jeweils zwei Kugelhähnen mit
Verschraubung, zwei Entleerungshähnen (3/8 Zoll) und einem Volumenstromregler bestehen. Letzterer ist voreingestellt mit einem elektrisch verstellbaren Regelbereich von 40 bis 750 kg/h
und PN16 als Regel- und Absperrventil.
Der Stellantrieb hat eine Betriebsspannung von 24 V, mit einer Steuerspannung von 0 bis 10 V. Er verfügt über einen verpolungssicheren Stecker. Das
zugehörige Kupplungsgegenstück wurde vorab geliefert. Die Armaturen wurden von Best werkseitig einreguliert
und der Lieferung lose beigelegt.
Kabeldurchführungen in die HKE-EL
wurden als Bohrung bis 18 mm Durchmesser erstellt (Bild 7), wobei die genauen Maßangaben des Elektrikers auf
der Baustelle zu beachten waren.
Erfahrungen
Nach dem Bezug des Gebäudes im Juni 2015 wurde zunächst die Kühlfunktion der Decke genutzt. Zusammen mit
der verbesserten Dämmung und den
Sonnenschutz-Jalousien an den Fenstern gelang es, mit der Kühldecke angenehme Arbeitsbedingungen zu schaffen. Die positiven Rückmeldungen bestätigen Bauherr und Planer, dass ihre
akribische Vorarbeit und die konsequente Umsetzung zu einem gelungenen Ergebnis geführt haben.
© Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, Düsseldorf 2016
und einer Rücklauftemperatur von
30 °C angesetzt, der Wert für die Innenräume mit 21 °C. Als q (Wärmebedarf)
waren 86 W/m2 vorgegeben. Für die
Kühlleistung lagen die Werte bei 16 °C
bzw. 20 °C und einer Raumlufttemperatur von 26 °C. Dies entspricht der gängigen Arbeitsstättenverordnung. Ein
niedrigerer Wert als 16 °C wird vermieden, damit sich kein Kondenswasser
bildet. Als Betriebsdruck wurden 6 bar
angesetzt, das Betriebsgewicht je Quadratmeter wird mit 11 kg angegeben.
Damit stellen die HKE-EL Leichtgewichte dar, die sich hervorragend in bestehende Deckenkonstruktionen einfügen
lassen. Der Druckverlust je Meter Registerrohr beträgt bei der Wassermenge
von 150 kg/h maximal 120 Pa/m. Je
nach Raumgröße und -zuschnitt wurden Baubreiten von 300 bis 1 350 mm
eingesetzt.
Die Flure und Treppenhäuser werden
mit Radiatoren beheizt. Sie sind mit einer Akustikdecke ausgestattet, um
ebenfalls eine Reduzierung der Geräusche zu erzielen. Im Erdgeschoss, das
vor der Sanierung vor allem zur Lagerung von Material genutzt wurde, verzichtete man auf eine Heiz-Kühl-Decke.
Die weitgehend fehlende Unterkelle-
Bilder 1-5, 7: Best GmbH, Isernhagen
Im Detail: Die Bohrungen für
die Aufhängung der Leuchten
wurden erst bauseits erstellt