Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue - Forum
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8. Herbstseminar 2002 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeits formen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS Dipl. Ing. Adrian Schnidrig Produktionsleiter Schreinerei Schnidrig, Visp Dipl. Ing. Ernst Hächler Leiter Fachbereich HLK Suiselectra Ingenieurunternehmung AG, Basel Kopfzeile: Schriftgrösse 9 Arial, normal (Titel Schriftgrösse 7 Arial, normal (Seminar) Feld (Einzug bei 12 cm) Fusszeile: Feld (0,47 x 1, 65 cm; Abstand zu Rand rechts oder links = 1,74 cm; Abstand zu Rand Unten 1,16 cm) 1 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 2 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS Teil 1: Konzept und Betriebserfahrungen 1.1 Firma Die Firma Schreinerei Schnidrig ist ein Unternehmen von mittlerer Grösse und beschäftigt zur Zeit 27 MitarbeiterInnen. Die Produktion ist technisch sehr gut ausgestattet. Die Arbeit besteht aus dem Entwerfen und Herstellen von Einzelmöbel, anspruchsvolle Holzverarbeitung für den gehobenen Innenausbau sowie das Herstellen von Türen, Fenster und Akustikelementen. Bild 1:Schreinerei Schnidrig, Industrie West, 3930 Visp, www.schreinerei-schnidrig.ch 1.2 Konzept Neubau Der Neubau wurde unter dem Konzept „innovativer Holzbau“ gestaltet. 5 Architekten, 4 Holzingenieure und Haustechnik Ingenieur entwickelten gemeinsam mit der Firma Schreinerei Schnidrig (Bauherrschaft) in moderierten Workshops das Konzept für den Neubau. Zum einen war das Ziel, Form und Funktion von Beginn an gemeinsam zu entwickeln. Zum anderen sollte bei der Konstruktion des Neubaus der ökologische Gedanke im Vordergrund stehen. Dazu gehörten folgende Schwerpunkte: Natürliches Licht, natürliche Belüftung, Prozesswärme und nachhaltiges Bauen. Diese Ziele sollten schlussendlich vor allem auch dem einzelnen Mitarbeiter ein optimales und angenehmes Arbeitsumfeld schaffen. Die Zusammenarbeit mit dem Planungsteam war sehr spannend und innovativ, aber zum Teil war es sehr zeitaufwendig. 3 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 2. Gebäude 2.1 Gebäudedaten Grundfläche: 36.5 x 74 m Hallenhöhe: 6m Oblichthöhe: 8m Rauminhalt nach SIA: 15025 m3 Verbaute Holz: 520m3 Holzbau Grosse Spannweiten überbrücken mit möglichst filigranen Tragkonstruktionen: So könnte der heutige moderne Ingenieurholzbau beschrieben werden. Hauptragsystem: Fachwerkträger in Eschenholz mit eingeleimten Gewindestangen im Raster von 13.2m (GSA steht für Gewindestangen-Anker-System. Es handelt sich dabei um eine Verbindung im Holzbau, welche mittels im Holz eingeleimter Gewindestangen Beanspruchungen wie Biegemomente, Zug-, Druck- und Querkräfte übertragen kann. In Zusammenarbeit mit Prof. Ernst Gehri, ETH Zürich, der Firma Astorit in Einsiedeln sowie der neuen Holzbau in Lungern wurde der GSA Anker zur konkreten Anwendung im Holzbau weiterentwickelt. Durch Versuche bei der n’H in Lungern ist bekannt das die Anschlusskräfte über GSA Anker im Eschenholz gegenüber dem Fichtenholz um etwa 60% höher sind). Sekundärtragsystem ist eine Entwicklung zusammen mit der Holzbau AG Mörel von Brettschichtholz in Buche – Fichte – Buche (Lotharholz), in Rasterlänge von 13.2m und Rasterbreite von 2,2m 4 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 2.2 Licht, natürliches Licht Die Anforderung war so viel natürliches Licht wie möglich zu nutzen, um damit die künstliche Beleuchtung auf ein Minimum zu reduzieren. Umgesetzt wurde dieses Konzept mit einem Glas / Holz-Bau als Fassade und mit einem zusätzlichen Oblicht. Das Gebäude besitzt zwei Hüllen. Die Glashülle bildet den Wärmeschutz. Die vorgehängte rohe Lärchenfassade dient als Sonnenschutz (Distanz und Winkel der Lamellen sind abhängig vom Sonnenverlauf) und als Witterungsschutz. Die Südfassade schirmt zu 95% die Sonneneinstrahlung im Gebäude ab. Das einzige Problem ist, dass wir zur Zeit zu viel natürlicher Lichteinfall vom Oblicht haben, da es noch keine Beschattung gibt. (Verfärbungen am Holz und Blendeffekt) Im Durchschnitt brennt das künstliches Licht nur 20% und dies nur in einzelnen Sektoren. Die Arbeitsplätze wirken durch dieses transparente Gebäude sehr angenehm. 2.3 Luft, natürliche Lüftung Zielsetzung war keine Klimaanlage in der Produktion und im Büro, aber trotzdem ein angenehmes Klima zu schaffen. Im Rhonetal haben wir sehr viel Wind. Den Wind nutzen wir für die Auskühlung des Gebäudes. Eine automatische Steuerung öffnet und schliesst die Fenster abhängig von Temperatur, Wind und Regen. Das Gebäude wurde der optimalen Windrichtung ausgerichtet. Es wurde ein Konzept gewählt, bei dem die Produktion vollautomatisch gesteuert wird, mit der Möglichkeit manuell einzugreifen. Die Arbeitsplätze im Büro werden nur ausserhalb der Arbeitszeit automatisch gesteuert. Tagsüber soll jeder Mitarbeiter nach seinen eigenen Bedürfnissen lüften. Die Nachtauskühlung im Sommer ermöglicht tagsüber im Gebäude ein angenehmes Klima. Bild 2 :Oblichtfenster 5 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 2.4 Wärme, Prozesswärme Es ist naheliegend, dass eine Schreinerei eine Holzfeuerung mit Restholz für die Erwärmung des Gebäudes im Winter betreibt. Zusätzlich versorgen wir 4 Maschinen mit Prozesswärme und erzeugen Wärme für das Warmwasser. Die Holzheizung lauft das ganze Jahr und versorgt die Maschinen mit einer Vorlauftemperatur von 90°C. Zurzeit wird eine Lösung erarbeitet, wie die überschüssige Energie (Sommerbetrieb ausserhalb der Arbeitszeit), sinnvoll verwertet werden kann (Fernwärme) Bild 3: Maschinen: Farbnebelabsaugung, Vakuumtrockner, Massivholzpresse, Furnierpresse 6 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS Teil 2: Die Umsetzung 1. Firma Die Firma Suiselectra Ingenieurunternehmung AG ist ein selbständiges und unabhängiges Ingenieurbüro mit Sitz in Basel das zu 100 % den leitenden Angestellten gehört. Das Tätigkeitsgebiet ist Gesamtplaner für technische Ausrüstungen mit Schwerpunkt Gebäudetechnik und den Fachbereichen Heizung, Lüftung, Klima, Sanitär, Elektro, Automation, MSR, sowie Betriebsplanung und Logistik. Der Personalbestand umfasst 26 Mitarbeiter. 2. Aufgabe Energiekonzept für Wärme, Beleuchtung und Belüftung sowie die Planung der Heizung und Lüftung. 3. Anforderungen 3.1 Licht • Möglichst viel Tageslicht, aber kein direktes Licht, wegen Beschädigung der Holzoberfläche. 3.2 Heizung, Wärme • Kleiner Wärmebedarf, gute Isolation • Nutzung der Holzabfälle zur Wärmeerzeugung • Prozesswärme Substitution: Statt Elektro Erzeugung der Prozesswärme für Trocknung, Spritzwärme und Pressen mit Abfallholz 3.3 Lüftung Klima Ziel: Kein Hitzestau im Sommer in Büro + Produktion • Keine Klimaanlage • Nutzung des Windes im Rhonetal, Richtung Ost-West • Die grossen Fensterflächen optimal nutzen 7 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 4. Die Lösung 4.1 Beleuchtung, Tageslicht Innenzone Grobberechnung bei verschiedenen Fensteranordnungen, wieviel Fensterfläche ist notwendig. Mittlere Beleuchtungsstärken auf der Arbeitsfläche von 400 Lux. Minergiestandard 380/4 soll erreicht werden. Spez.-Leistung (gemäss 380.4) 6,7W/m2 Nach gemeinsamer Festlegung der Fenster mit Architekt und Bauherr wurde jeder Monat mit dem Berechnungsprogramm Relux Prof. Version 2.4 durchgerechnet. Die Resultate: • 80% der Arbeitszeit ohne künstliche Beleuchtung. • Durch die Lamellen vor der Hallenverglasung resultiert ein angenehmes, blendfreies Tageslicht, das von den Mitarbeitern sehr geschätzt wird. Unsere Empfehlungen: • Sonnenschutz der Oblichter gegen Süden, als Blendschutz und gegen direktes Sonnenlicht (wird noch montiert). • Aussenlamellen (Holz) mit Zwischenraum von mond. 40cm zwischen Lamelle + Fenster, um thermischen Auftrieb zu gewährleisten (kein Wärmestau). • Der Architekt hat dies als elegante Holzlamelle mit verschied. Nutzungswinkeln realisiert. Bild 4: Der Fassadenaufbau Bild 5: Schnitt Halle 8 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 4.2 Wärme, Heizung Die Wärmeerzeugung erfolgt über eine Holzschnitzelfeuerungsanlage mit einer Nennwärmeleistung von 250kW, mit angebautem Flugascheabscheider, automatische Ascheaustragung, einer automatischen Beschickungsanlage, sowie eines Abgasventilators und einer kompletten Schalltschutzverschalung. Das zu verbrennende Restholz lagert in einem Schnitzelsilo, welches sich im Erdgeschoss direkt über der Heizzentrale befindet. Die Kessel- und Heizgruppenregulierung erfolgt über eine witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung. Die Wärmeversorgung erfolgt in drei Heizgruppen. Wärme Total 244 kW Heizleistungen: • Gruppe Raumheizung 20kW • Gruppe Beheizung Halle (netto, abzüglich Fremdwärme) 70kW • Gruppe Prozesswärme 154kW Heizung Büro 20 kW Heizung Produktion 70 kW FarbnebelAbsaugung 72 kW Vakuumtrocknung 10 kW Furnierpresse 36 kW Massivholzpresse 36 kW Holzschnitzelkessel Die Abwärme der Holzbearbeitungsmaschinen macht etwa 50% des gesamten Wärmeverlustes in der Werkhalle aus. Die Abwärme der Spanabsaugungsluft wird rückgewonnen durch Filtrierung und Rückführung der warmen Luft in die Halle. 4.3 Heizenergiebedarf mit Abfallholz 4.3.1 Energieverbrauch total, geschätzt (Abfall-Holzverbrauch) 563'000 kWh/Jahr* 4.3.2 Heizung für Produktion + Büros 100'100 kWh/Jahr 4.3.3 Prozesswärme für Pressen, Spritzerei, Trocknung 350'000 kWh/Jahr 4.3.4 Substituierte Elektrowärme, geschätzt 200'000 kWh/Jahr 4.3.5 Verluste (Feuerung, Heizkessel) 113'000 kWh/Jahr 4.3.6 Effektiv verbrauchtes Restholz im 1. Jahr 410,28m2, dies entspricht (410.28 x 1400) 574'400 kWh/Jahr * 102 % gegenüber Schätzung 9 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 Verluste Feuerung Verluste System 113 MWh 3 410m Abfallholz entspricht 563MWh 150 MWh Prozess 200 MWh Substitution Elektroenergie 100 MWh Raumheizung 4.4 Lüftung / Klima / Regulierte Fensterlüftung 4.4.1 Einleitung Grosse Glasflächen, Leichtbauweise in Holz und grosse Wärmeabgabe der Maschinen ergeben im Sommer einen grossen Fremdwärmeanfall. Unsere Strategie: • Keine Klimatisierung und keine künstliche Belüftung • Nutzung der internen Thermik und des örtlichen Windanfalls (Ost/West) • deshalb: Regulierte Fensterlüftung • Reduktion des Fremdwärmeanfalls durch Sonnenschutz (aussenliegende Lamellen) und Späneabsaugluft im Sommer direkt nach aussen. 10 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 4.4.2 Die kontrollierte Fensterlüftung Die Funktion Die Produktionshalle mit Büroteil der Schreinerei Schnidrig in Visp wird über natürliche Lüftung mit Frischluft versorgt. Des weiteren ist eine Abfuhr der Wärmelasten durch die Produktionsmaschinen im Sommer und eine Abkühlung der Produktionshalle über Nacht zu gewährleisten (Nachtauskühlung). Regulierung in zwei Hauptgruppen Die kontrollierte Lüftung ist in zwei Hauptgruppen unterteilt, die zeitlich unabhängig voneinander gesteuert und überwacht werden. Hauptgruppen 1. Hallenbelüftung 2. Bürobelüftung Betriebsarten der kontrollierten Belüftung Die Belüftung ist in 4 verschiedene Betriebsarten unterteilt: • Sommerbetrieb • Winterbetrieb • Nachtauskühlung / Morgenfrischluft • Brandfall 11 Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 Sicherheitsschaltung Bei starkem Wind und/oder bei Regen schliessen die Fenster automatisch und öffnen wieder bei gutem Wetter. Schreinerei-Halle Regelungs-Strategie der Raumtemperaturen Sommerbetrieb Tag Raumtemp. Oblichter 34 Fenster 33 12 Oblicht + Fenster 32 31 EG Süd, 4 Fenster 30 EG Nord, 4 Fenster 29 28 27 OG Süd + Nord, 12 Oblicht 26 OG Nord, 2 oblicht 25 OG Süd, +2 Oblicht 24 2OG Oblicht OG Nord Nord, 2 23 Oblicht OG Süd, 2Oblicht 22 0 Fenster-Öffnungs-Fläche Winterbetrieb Tag: Intervall-Lüftung mit Zeitlüftung (2 Min.) von Hand. 12 100 % Licht, Luft und Wärme: Konzept für neue Arbeitsformen am Beispiel der Schreinerei Schnidrig, VS 8. Herbstseminar 2002 Nachtauskühlung Wenn im Sommer die Raumtemperatur über 23°C steigt, werden ab 20.00h bei ∆t = (tR-tA) =3°C die Fenster geöffnet (100%). Bei Zieltemperatur = 19°C, Fenster ZU. Morning fresh-air 6.30 bis 07.00 (Montag – Freitag) Temperatur 10°C oder wärmer Temperatur < 10°C 30 Min. 15 Min. Das ganze System wird rechnergestützt mit einem PC reguliert und kontrolliert. Gruppe 2 VCD 20-350/ l= 0.5A 24V, an VCR 1 Personalraum OG 1.2.3 1.2.2 1.2.1 Gruppe 3 VCD 20-350/ l= 0.5A 24V, an VCR 1 3 Büros EG 1.3.3 1.3.2 1.3.1 ϑ Wetter mit Aussentemperatur CAT 5 Dose (RJ 45) 4 x 2 Cat. 5 (RJ 45) max. 20 m Gruppe 5 VCD 20-350/ l= 0.5A 24V/230V NT, an VCR 1 Grossbüro EG 1.5.3 1.5.2 1.5.1 1 x 4 x 0,8 ∅ ISDN-RJ45 Temp.1 aussen = No. Fenster = Gruppe = Controller 230V 10A Gruppe 1 VCD 20-350/ l= 0.5A 24V, an VCR 1 3 Büros OG 1.1.3 1.1.2 1.1.1 3 x 1,5 ∅ 230 V 2 x 1.0 ∅ NT NT ACX 0,5 A ACX 0,5 A 2 x 1.5 ∅ NT ACX 0,5 A Bildschirm I - O Kontakte Gruppe 6 2 x VCD 20-350/ l= 0.5A 24V/230V NT, an VCR 1 Durchlüftung OG 2 x 4 x 0,8 ∅ LON Wetterstation 1.6.1 1 x 2 x 0,8 ∅ Heizung 1 x 2 x 0,8 ∅ 4 x 1.0 ∅ 4 x 1.5 ∅ A.Z.N.PE Lüftug Maschi. Tastatur 1 x 2 x 0,8 ∅ abgeschirmt 3 x 1,5 ∅ 230 V LON Bus 230V 10A 1 x 2 x 0,8 ∅ abgeschirmt Rechner mit Modem ISDN Sprinkler NT ACX 1 A 1 x 2 x 0,8 ∅ Controller VCR1004/1 1 x 2 x 0,8 ∅ abgeschirmt An VCR 2 LON Bus LON Bus 4 x 2 x 0.8 ∅ 1 x 2 x 0,8 ∅ 24 V Speisung ϑ Tem 2 LON RTR Mitte Treppenhaus VLF 10 -R-4 Ebene 1 Büro 1-3 Gr.1.1 Büro OG Ebene 2 Aufenthaltsraum Gr. 1.2/2.6 Ebene 3 Durchlüftung Gr. 1.6 Ebene 4 Oblichter Gr. 4.6 / 5.6 VLF 10 -R-4 Ebene 1 Büro 1-3 Gr.1.3 Büro EG Ebene 2 Grossraumbüro Gr. 1.5 Ebene 3 Zentral ZU VRC 1 Ebene 4 Zentral ZU VRC 1 Rauchabzugs- und Lüftungssysteme Nach Montage 18.06.2002 NF AG Ringstrasse 35D 7000 Chur Tel.: 081 286 94 24 Fax.: 081 286 94 34 E-Mail: [email protected] Resumé • Das gewählte System funktioniert nach Angabe des Betreibers sehr gut. • Energie: Mit Abfallholz konnte wertvolle Elektroenergie substituiert werden. Dieses Abfallholz kann nicht mehr als Brennholz verkauft werden, sondern es müsste gegen Gebühr entsorgt werden. Es handelt sich deshalb um eine "Gratisenergie" analog Sonne und Wind. Unter diesem Aspekt kann man auch sagen: Die Schreinerei Schnidrig erfüllt nicht nur den "Minergie-Standard" sondern geht in Richtung Null-Energie-Haus. 13
