Energieeinsparung in Museen

Mit Beginn der Energiekrise wurden die Klimaanforderungen für Museen auf den Prüfstand gestellt. Es gab umfangreiche Diskussionsforen und Veröffentlichungen. Insbesondere ist hier die Empfehlung des DMB (Deutscher Museumsbund) zur „Energieeinsparung durch die Einführung eines erweiterten Klimakorridors bei der Museumsklimatisierung“ von 09/2022 [1] zu erwähnen. Ein neuer Begriff wurde eingeführt „Klimakorridor“. Auch das Bizot-Green-Protocol wurde 2023 [2] fortgeschrieben. Weiterhin werden zahlreiche Arbeitshilfen zur Planung und Umsetzung angeboten [3 bis einschl. 10].

Als Beispiel für eine Änderung der Regelstrategie kann der Riesensaal im Schloss der Staatlichen Kunstsammlungen in Dresden angeführt werden. Hier wurde im Rahmen einer Projektpartnerschaft von advgeo, Innius GTD und Sauter Dresden ein neuartiges Regelkonzept umgesetzt, welches nicht mehr auf feste Grenzwerte setzt, sondern aus den Messwerten des Raumklimas laufend optimierte Sollwertparameter für die Zuluft berechnet. Damit können die zulässigen Schwankungsbereiche besser ausgenutzt werden. Hier laufen die Auswertungen zum Energieverbrauch noch. Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Auch der Technische Dienst der Staatlichen Museen zu Berlin testet unterschiedliche Lösungsansätze bei der Veränderung der Regelstrategie. Ein erfolgversprechender Lösungsansatz ist hier die „lastabhängige Temperatursollwertverschiebung“.

Die Anforderungen an die einzuhaltenden Klimaparameter werden in der Regel durch die Vertreter der Museen, insbesondere Restauratoren und Ausstellungsplaner, festgelegt. Hier haben die Planer, Architekten und Ingenieure, meist nur beratende Aufgaben zu erfüllen (was können Bestandsgebäude leisten, welche Anforderungen haben welche baulichen und technischen Auswirkungen, welche Betriebskosten entstehen, etc.). In diesem Zusammenhang stehen dann i. d. R. die:

1. sinnvolle Ermittlung des spezifischen (notwendigen) Außenluftstroms (Ausnutzung des Spielraumes bei der Festlegung der Auslegungsparameter für Schadensfreiheit und zur Zuluftqualität nutzen), 
2. richtige Einschätzung der inneren Lasten, wie Besucher, Beleuchtung; Geräte,
3. richtige Wahl der Regelstrategie, Einsatz von Luftqualitätsfühlern prüfen,
4. energetisch sinnvolle Anordnung des Kühlers für die Entfeuchtung,
5. energieoptimierte Betriebsweisen u.a.

Gerade bei der unter Pkt.1 angeführten Ermittlung des hygienisch notwendigen Außenluftvolumenstroms wird immer wieder ­beobachtet, dass Planer der Empfehlung der DIN EN 16798-1 [11] folgen, vielleicht ohne darüber nachzudenken, dass Museen sicherlich nicht zwingend bei der Erstellung dieser Norm Grundlage waren. Hier gilt es den Interpretationsspielraum der DIN auszunutzen, denn der anlagentechnische und energetische Aufwand für die Außenluftaufbereitung sollte minimiert werden. Im Fachbuch „Kompendium Technik in Museen [8] wurde dieser Sachverhalt ausführlich in Kap. 3.1.1 beschrieben und soll nachfolgend als Auszug vorgestellt werden.

Innere Lasten, spezifischer Außenluftvolumenstrom

Die besondere Schwierigkeit bei Museumsplanungen ist, dass in einem sehr frühen Planungsstadium die Randbedingungen für die Besucher- und Beleuchtungslasten festgelegt werden müssen. Insbesondere die Festlegung der Beleuchtungslast steht der allgemeinen Nutzerforderung nach Flexibilität entgegen. Erfahrungen ausgeführter Museen zeigen aber, dass bei üblichen Beleuchtungsanforderungen und Systemen (z. B. Lichtdecken mit Leuchtstofflampen und elektronischen Vorschaltgeräten) der Wärmeeintrag von max. 25 W/m² einen realen Wert abbildet. Da aber bei aktuellen Planungen fast ausschließlich nur noch LED-Technik für die Beleuchtung eingesetzt wird, ist von einer Verringerung dieses Richtwerts auszugehen. Aktuelle Museumsplanungen zeigen, dass sich die Lasteinträge durch Beleuchtung auf ca. 15 W/m² bis 10 W/m² verringern können, ohne dass es zu Beeinträchtigungen in der Ausstellungsgestaltung führt. Diese Werte sind aber lediglich als Orientierungswerte zu verstehen. Sie sind auf der Grundlage von Anforderungen für das konkrete Bauprojekt zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen.

Bei den Besucherzahlen, die ebenfalls als Grundlage für die Kühllastberechnung benötigt werden, können auf die vielfach in der Literatur zu findenden spezifischen Angaben als Orientierungswerte zurückgegriffen werden. Für kleine Ausstellungsräume wird eine differenzierte Betrachtung empfohlen (Tabelle 1). Sonderfälle wie Museums- bzw. Ausstellungseröffnungen bleiben dabei unberücksichtigt und sollten der Berechnung nicht zugrunde gelegt werden. Es ist davon auszugehen, dass der Nutzer hier über organisatorische Maßnahmen den Schutz des Kulturguts sicherstellen wird.

Spezifischer Außenluftvolumenstrom

Der hygienisch erforderliche Mindestaußenluftvolumenstrom ist abhängig von der Personenzahl, der Verunreinigung durch Gebäudeemissionen (Baustoffe, technische Einrichtungen und Mobiliar) und der einzuhaltenden Raumluftqualität. Für Ausstellungsräume in Museen hat sich hier in den letzten 20 Jahren ein spezifischer Außenluftstrom von 30 m³/h je Person als ausreichend erwiesen (s. auch [3]). Im Zeitraum davor wurde entsprechend der damals gültigen DIN 1946 und AMEV „RLT-Anlagenbau 2004“ mit 20 bis 25 m³/h je Person geplant. Die darauffolgende DIN EN 13779:2007-09 empfahl bei einer mäßigen Raumluftqualität von „IDA 3“ einen spezifischen Außenluftstrom von 30 m³/h je Person. Mit Einführung der DIN EN 15241:2011-06 (ersetzt durch DIN EN 16798-1 [11]) wurde erstmals ein Berechnungsverfahren bereitgestellt, dass bei der Ermittlung des Gesamtaußenluftvolumenstromes die hygienisch notwendigen Außenvolumenströme auf der Basis der Personenanzahl und dem Außenluftvolumenstrom aufgrund der gebäudebezogenen Emissionen zugrunde legt (Tabellen 2 und 3). Wie sind die 30 m³/h je Person Außenluftvolumenstrom aber im Hinblick auf die Empfehlungen der aktuellen Normung zu bewerten?

Grundsatz für Museen ist, dass der Außeneinfluss auf das Raumklima möglichst zu minimieren ist. Das trifft in gewissem Maße auch für den hygienisch notwendigen spezifischen Außenluftvolumenstrom zu. Über die Außenluft werden Schadstoffe in Form von Staub und gasförmiger Schadstoffe kontinuierlich in das Museumsgebäude eingetragen. Der Staubeintrag wird durch die übliche zweistufige Filterung minimiert und sekundär auch der Staubeintrag durch Besucher infolge des großen Umluftanteils herausgefiltert. Die Filterung gasförmiger Schadstoffe ist aufwendig in der Anschaffung, dem Betrieb und bleibt meist nur Sonderfällen vorbehalten (z. B. Grünes Gewölbe in Dresden). Demzufolge ist auch die Minimierung des Außenluftanteils eine Möglichkeit zur Minimierung des Schadstoffeintrags.

Es ist festzustellen, dass in den letzten 30 Jahren in der Normung eine kontinuierliche Erhöhung des zu ermittelnden Außenluftvolumenstroms erfolgt ist. Aktuell wird für die Berechnung des spezifischen Außenluftvolumenstroms in der DIN EN 16798-1 ein Berechnungsverfahren auf der Grundlage der wahrgenommenen Luftqualität empfohlen (Verfahren 1). Entsprechend den Anforderungen wird der Außenluftvolumenstrom nach dem gleichen Verfahren wie schon in DIN EN 15241 ermittelt:

q_tot = n • q_p + A_R • q_B

mit:

q_tot = Gesamtaußenluftvolumenstrom

n = Anzahl der Personen (Auslegungswert)

q_p = Außenluftvolumenstrom für die Nutzung je Person, in l/s je Person

A_R = Grundfläche des Raums in m²

q_B = Außenluftvolumenstrom für Gebäudeemissionen, in l/s je m²

Der ermittelte Luftvolumenstrom kann, während der Nichtbelegungszeiten auf Null reduziert werden, wenn vor Belegungsbeginn das Raumvolumen mindestens einmal durch Außenluft ersetzt wird.

Für die Festlegung des Außenluftvolumenstroms wird vereinfachend in folgenden Klassifizierungen nach DIN EN 16798-1 unterschieden, da bisher kein geeignetes Verfahren für die Auswahl sehr emissionsarmer Baumaterialien zur Verfügung steht:

1. Gebäude, in denen zugelassene, marktübliche Baumaterialien eingesetzt werden, die bei der Zulassung auch gesundheitsbezogene Kriterien erfüllen, wie z. B. im AgBB (Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung) -Prüfschema beschrieben, werden als „schadstoffarm“ klassifiziert.
2. Gebäude, in denen eine oder mehrere messbare Größen der Luftqualität oberhalb geltender nationaler Grenz-, Richt- oder Leitwerte liegen oder in denen die empfundene Luftqualität durch Probanden als unzureichend (Unzufriedenheitsrate > 30 %) eingestuft wird, gelten als „nicht schadstoffarm“
3. Eine Klassifizierung „sehr schadstoffarm“ sollte derzeit nicht verwendet werden. Wird diese Klassifizierung dennoch zur Festlegung des Außenluftvolumenstroms genutzt, dann sollte dies zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber (Bauherr) schriftlich fixiert werden. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, geeignete Maßnahmen zur Auswahl der Bauprodukte zu dokumentieren und geeignete Bewertungsverfahren für die Luftqualität sowie eine Abnahme des Gebäudes vorzusehen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein Verfahren unter Anwendung der Stoffkonzentrationen (Verfahren 2), Tabelle 4, anzuwenden, welches im Weiteren aber nicht betrachtet wird.

Beispielrechnung

Nachfolgend eine Beispielrechnung nach DIN EN 16798-1, Verfahren 1. Dazu sind folgende Parameter gegeben:

Ausstellungsraum: A = 100 m²,

Besucheranzahl: 10 m²/Besucher, n = 10 Besucher,

DIN EN 16798-1 empfiehlt für Neubauten und Bestandsgebäude die Einordnung in die Gebäudekategorie II.

Berechnungsergebnis für ein „schadstoffarmes Gebäude“ (Tabelle 5):

q_tot = n • q_p + A_R • q_B

q_tot = 10 ∙ 7 + 100 ∙ 0,7 = 140 l/s = 504 m³/h

Das entspricht 50,4 m³/h je Person bzw. 2,5 m³/h je m².

Wenn man aber davon ausgeht, dass Baustoffe und Mobiliar für Ausstellungsräume in Museen möglichst nur einen sehr geringen bis gar keinen Schadstoffausstoß (sehr schadstoffarm) aufzeigen sollten, ergibt sich ein ganz anderes Ergebnis:

q_tot = 10 ∙ 7 + 100 ∙ 0,35 = 105 l/s = 378 m³/h

Das entspricht 37,8 m³/h je Person bzw. 1,3 m³/h je m².

Das bedeutet, dass selbst unter Berücksichtigung eines sehr schadstoffarmen Gebäudes eine Erhöhung von 26 % gegenüber des vielfach in der Praxis angewandten personenbezogenen Außenluftanteils von 30 m³/h je Person festzustellen ist. Bei einer Einordnung in die Gebäudekategorie III wären die 30 m³/h aber schon wieder mehr als ausreichend.

Fazit

Man kann davon ausgehen, dass auch ein spezifischer Luftvolumenstrom von 30 m³/h je Person eine angemessene Planungsgrundlage für Ausstellungsräume in Museen zur Einhaltung hygienischer Anforderungen sein kann, da möglicherweise die in DIN EN 16798-1 festgelegten Rahmenbedingungen (Kat. II) für den Sonderfall „Museum“ nicht unbedingt eine angemessene Einordnungsmöglichkeit bietet. Als Begründung könnte hier angeführt werden, dass Besucher sich nur eine begrenzte Zeit im Museum aufhalten, mit stark wechselnden Besucheranzahlen zu rechnen ist und dass der Außeneinfluss auf das Innenklima bzgl. möglichem Schadstoffeintrag und Außenklimaschwankungen möglichst zu begrenzen ist. Welche projektbezogenen Festlegungen zur Ermittlung des Außenluftvolmenstroms getroffen werden, ist auf jeden Fall mit dem Bauherrn zu vereinbaren. Da der spezifische Außenluftvolumenstrom auch von der Raumgröße und der Personenbelegung abhängt, sollten aus praktikablen Gründen, vor allem im Entwurf, zuerst alle Räume gleich bewertet werden. Eine Spezifikation für bestimmte Räume kann in der weiteren Planung geprüft werden.

Für Depots und Restaurierungswerkstätten ist dieses vorgeschlagene Berechnungsverfahren auch ein guter Ansatz zur Ermittlung der spezifischen Auslegungsluftvolumenströme, denn aufgrund der Gebäudeemissionen (hier insbesondere von den eingelagerten Kunstgegenständen bzw. verwendeten Arbeitsmaterialien in den Werkstätten) sollte von einer Schadstoffemission ausgegangen werden. Bei der Festlegung der Rahmenbedingungen sollte das Fachwissen der Restauratoren Berücksichtigung finden. Hier sind spezifische Außenluftvolumenströme von 1,26 bis 2,52 m³/h je m² bzw. 0,35 bis 0,7 l/s je m² für das Berechnungsbeispiel in der Kategorie II auch aus energetischer Sicht akzeptable Werte. Schadstoffemissionen der Beschäftigten treten hier nicht bzw. vernachlässigbar auf. In jedem Fall sollten die der Planung (spätestens nach dem Entwurf) zugrunde zu legenden Werte zwischen Planer und Auftraggeber immer schriftlich vereinbart werden.

Weiteres Fazit: Aus Gründen der Energieeinsparung ist immer zu prüfen, ob die Außenluftvolumenströme über Luftqualitätsfühler geregelt werden sollten. Nur so können die im Tagesgang möglicherweise stark wechselnden Besucherzahlen Berücksichtigung finden. Eine weitere Möglichkeit zur Energieeinsparung ist die Möglichkeit der Reduzierung der Außenvolumenströme in Nichtbetriebszeiten (außerhalb der Öffnungszeit des Museums, Ausstellungswechsel u. a.). Neu ist in DIN EN 16798-1 der Hinweis, dass bei Gebäuden, die keine Anforderungen als denen der menschlichen Nutzung unterliegen, gewöhnlich keine Be- und Entfeuchtung erforderlich ist. Museen werden hier als Ausnahme besonders herausgestellt (Tabelle 7).

Schlussfolgerung

Eine kritische Analyse und Bewertung der Belastungen durch Personen beim Musemsbesuch einschließlich des daraus resultierenden Mindestaußenluftvolumenstroms und der Regelstrategie können einen energetisch optimierten Betrieb der notwendigen RLT-Anlage ermöglichen.

Das Fachbuch „Kompendium Technik in Museen“ (s. Kasten) vermittelt darüberhinaus umfangreiche Erkenntnisse zur gesamten TGA in Museen.

Literaturverzeichnis

Das Literaturverzeichnis zum Artikel finden Sie online unter dem Kurzlinlink: www.t1p.de/tab-4-25-Lit.