Begleitendes Monitoring – Teil 2

Der Gesamtverbrauch

Die Differenz zwischen EZM und MZM (zur Erinnerung noch einmal Bild 8 aus dem 1. Teil des Beitrags) lässt sich vor allem auf die unterschiedliche Bewertung der Lüftung zurückführen. Der höhere Wert für den tat­säch­lichen Verbrauch liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Nichtberücksichtigung der elektrischen Geräte und des Schaltschrankes durch die Berech­nungsmodelle. Zieht man diese ab, so liegt der Verbrauch für den Kindergarten unterhalb des nach DIN 18 599 ermittelten Wertes.

Einziger relevanter Ausreißer ist der Oktober, wobei der Gasverbrauch aufgrund der Witterung höher war. Auch weichen die Verbrauchswerte und Bedarfswerte in der Übergangszeit etwas ab. Diese Abweichungen können jedoch als marginal gewertet werden, wenn sowohl die Unsicherheiten der Eingangswerte im Berechnungsalgorithmus nach DIN V 18 599 als auch der Einfluss des Nutzers sowie des Witterungseinflusses in Betracht gezogen wird.

Zusammenfassend kann man feststellen, dass der Verbrauch des Kindergartens bezogen auf das Jahr 2010 gesehen geringer ausfällt als theoretisch ermittelt.

Das Raumklima

a) Messungen

Messwerterfassung

Für die Datenerfassung wurden drei Systeme installiert:

1. Messwerterfassung in der Steuerung im Lüftungsgerät mit Erfassung der Daten zu

Die Daten wurden auf einer SD-Karte zwischengespeichert und mussten ausgelesen werden

2. Erfassung der Luftzustände in den einzelnen Räumen, d.h. 3 Gruppenräumen, Räumen der Kinderkrippe, Mehrzweckraum:

Die Daten wurden über einen internen Speicher erfasst und können über LAN-Verbindung oder über Datenfernüberwachung ausgelesen werden. Ein Problem besteht gegenwärtig in der geringen Vorhaltezeit der Speicherinhalte.

3. Dezentrale Erfassung der Luftzustände in den einzelnen Räumen und in der Außenluft durch Datenlogger:

Die Messwerterfassung erfolgte alle 30 min und das Auslesen (zwischen einem und zwei Monaten) über ein spezielles Pro­gramm. Die Datenlogger verfügten eine Kapazität, die eine Daten­speicherung von ca. ½ Jahr erlaubte.

Nutzerhandblatt

Da die sich ergebenden Messwerte u .a. abhängig von der Nutzung sind,
wie z. B. Anzahl der Personen im Raum, Beleuchtung, Fens­ter­öff­nung u.a.m. wurde für die Auswertung der o.g. Daten ein Nut­zer­hand­blatt in Abstimmung mit der Kindergartenleitung aus­ge­ge­ben, welche durch im gesamten Zeitraum vorbildlich aus­ge­füllt wur­den.

b) Auswertung Raumlufttemperatur, Raumluftfeuchte und CO₂-Konzentration

Ab August 2009 erfolgte die Datenerfassung und wurde kontinuier­lich bis Januar 2011 fortgesetzt und ausgewertet.

Die Messergebnisse wurden detailliert unter Beachtung der Nutzung, der mechanischen Lüftung, der Verschattung und der Fens­ter­lüftung betrachtet und gewertet [8] [10]. Dabei hat sich gezeigt, dass sich auch im Verlauf des Jahres 2010 keine nennens­werten Veränderungen [11] ergeben haben.

Als Beispiel für die Auswertung wird ein Gruppenraum betrachtet (Bild 9). Zwischen den drei Gruppenräumen und dem Raum der Kin­der­krippe gibt es keine signifikanten Unterschiede in den Aus­sa­gen zum Raumklima. Kleinere Abweichungen ergeben sich u.a. aus unter­schiedlicher Belegung mit Kindern und der Nutzung. Die Aus­legungsraumlufttemperatur für die Räume ist mit 20 °C fest­gelegt. Der Nutzungszeitraum war von 8:30 bis 14:00 Uhr (der Zeitraum ist mit schwarzen vertikalen Linien markiert). Von 12:30 bis 13:30 Uhr wurde die Verschattung betätigt (der Zeitraum ist mit blauen verti­kalen Linien markiert).

Raumlufttemperatur

Die Raumlufttemperatur weist einen relativ konstanten Tagesgang aus. Die Unterschiede zwischen den Werten, die mit dem Datenlogger (Anordnung mitten im Raum ca. 2,0 m über Oberkante Fuß­boden) und den Messsensoren der zentralen Speicherung (Anordnung etwa 1,5 m über dem Fußboden an der Wand) gemessen wurden, sind gering und liegen im Bereich der Messgenauigkeit der Fühler. Erkennbar ist der Einfluss der RLT-Anlage auf die Raumlufttemperatur.

Die Schwankungsbreite der Raumlufttemperatur und der Einfluss von Fensteröffnung, Betrieb der RLT-Anlage und Verschattung werden etwas deutlicher bei einer höheren Auflösung auf der Ordinate (Bild 10).

Unter Berücksichtigung des Außentemperaturprofils zeigt sich, dass die Temperaturverläu­fe im Gruppenraum während der Nicht­nutzungszeiten unem­pfind­lich ge­gen­über den Außen­luft­tem­pe­raturschwankungen sind, was auf den sehr guten Wär­me­dämm­stand­ard zurück zu füh­ren ist. Gleiche Verhältnisse sind auch in den Folge­monaten ge­geben. 

Der Einfluss der Fensterlüftung ist in Bild 10 gut erkennbar, wo­bei der Verlauf der Raumlufttemperatur und der Luftqualität einander gegenübergestellt sind. Da­bei bedeuten die farbigen ver­tikalen Linien (Beginn und En­de): Schwarz: Nutzungszeit des Raum; Blau: Verschattung und Rot: Öffnung des Fensters (je­weils 15 Minuten).  

Einen Vergleich des Tages­gan­ges der Raumlufttemperatur zwi­schen einem Winter- und Früh­som­mertag zeigt Bild 11.

Der Einfluss der „Nachtlüftung“ wurde an einem extremen Sommertag (12. Juli 2010) untersucht, in dem von 1:30 Uhr bis 6:00 Uhr die RLT-Anlage in Betrieb genommen wurde. Das Ergebnis zeigt deutlich (Bild 12), dass bei der geringen vorhandenen speicherwirksamen Masse und bei einem relativ geringen Zuluftvolumenstrom die Wirkung als ungenügend bewertet werden muss. Eine Nacht­lüftung hätte nur dann einen nachvollziehbaren Effekt, wenn der Raum mit einem 10- bis 15fachen Außenluftwechsel beaufschlagt würde, d.h. im vorliegenden Fall eine Erhöhung des Zuluftvolumenstromes um einen Faktor 5 bis 8. Im Laufe des Tages steigen sowohl die Raumlufttemperatur als auch Außenlufttemperatur. Durch die WRG wird die Außenlufttemperatur auf Zulufttemperatur „gekühlt“. Diese ist aber höher als die Raumlufttemperatur, so dass es neben den äußeren und inne­ren Wärmelasten, die als gering gewertet werden können, zwangs­läufig zu einer stetigen Erhöhung der Raumlufttempera­tur kommt. Um angenehme Raum­luft­temperaturen zu er­rei­chen, ist eine mechanische Küh­lung erforderlich bzw. die Außen­luft­ansaugung hätte über ein Ansaug­bauwerk und „Luftbrun­nen“ vorgenommen werden müssen.

Raumluftfeuchte

Die Luftfeuchtigkeit weist eine re­la­tiv geringe Schwankungsbrei­te aus. Sie legt im Winter im Mit­tel bei 50 %. Im Sommer ist die relative Luft­feuchtig­keit we­gen der ge­ringeren relativen Luft­feuch­tig­keit der zugeführten Außen­luft niedriger. Auch hier ist eine geringe Schwankungsbreite zu er­kennen, was auf die auf dem Raum bezogene geringe Feuchte­abgabe der Nutzer zurück­zuführen ist.

Beispielhaft zeigt Bild 13 einen typischen Verlauf der Luftfeuchtig­keit an einem Sommertag. Es ist ein geringer Anstieg bis Lüf­tungs­beginn zu erkennen. Dies ist darin begründet, dass mit sin­kender Temperatur die rela­ti­ve Luftfeuchtigkeit ansteigt. Die Wechselwirkung zwischen Raum­lufttemperatur und relativer Luft­feuchtigkeit wird deutlich.

Raumluftqualität

In den Bildern 9 und 10 ist der Tagesverlauf der CO₂- Konzentration in Abhängigkeit des Zuluftvolumenstromes ausgewiesen. Mit Inbetriebnahme der RLT-Anlage ist eine stetige Verbesserung und mit Beginn der Nutzung ist eine leichte Verschlechterung der Luftqualität erkennbar.

Ab Nutzungsbeginn steigt die Belastung der Raumluft stetig an. So steigt die Luftbelastung von 643 ppm innerhalb von 5 h auf 1100 ppm (Bild 9). Die Raumluftqualität verbessert sich erst am Ende der Nutzungszeit. Der nach der DIN EN 13 779 [5] vor­ge­gebene Grenzwert für die Verunreinigungskonzentration der Raumluft von 1000 ppm konnte deshalb kurzzeitig nicht eingehalten werden. Diese Überschreitung der Richtwerte ist auf eine zu geringe Luftzufuhr durch die Lüftungsanlage zurückzuführen. Die Lüftungsanlage fördert einen konstanten Zuluftvolumenstrom während der gesamten Nutzungszeit, statt beim Erreichen des Grenzwertes von 1000 ppm den Außenluftwechsel zu erhöhen.

Bild 10 zeigt den Einfluss der Fensterlüftung (der Zeitraum ist mit roten verti­kalen Linien markiert) von jeweils 15 min. Zum Be­ginn der Fens­ter­lüftung steigt erreicht die Raumluftbelastung ihren vor­läu­fi­gen Höhe­punkt und regeneriert sich während der Lüf­tungs­pha­se. Die Verbesserung der Luftqualität hält jedoch nur kurz an und verschlechtert sich anschließend rapide während der Ver­schattungs­zeit. Dies zeigt, dass die Fensterlüftung nur bedingt zur Ver­besserung der Raumluft beitragen kann.

Zu Beginn der Lüftungszeit ist eine Verbesserung erkennbar. Ab Nutzungsbeginn ist eine stete Verschlechterung zu beobachten. Kurz vor der Mittagszeit ist ein verstärktes Ansteigen der CO₂-Konzentration zu verzeichnen. Die Konzentration erreicht an Tagen mit dem typischen Nutzungsprofil die 1000 ppm-Marke, die in DIN EN 13 779 [5] bzw. DIN EN 15 251 [6] als ein anzustrebender Grenzwert ausgewiesen ist. Es ist festzustellen, dass an fast allen Tagen mit charakteristischer Nutzung zur Mittagszeit diese 1000 ppm-Grenze überschritten wird (Bild 14). Teilweise sind diese nur kurzzeitigen Erscheinungen, teilweise aber auch länger währende.

Daraus kann der Schluss gezogen werden, dass der nach Passivhausstandard anzustrebende Mindestaußenluftvolumenstrom von 20 m³/h, Person als zu gering zu werten ist. Die in den o.g. Normen anzustrebenden Werte liegen bei 36 m³/ h, Person.

c) Einfluss der Nutzung

Belegungsdichte

Die Bilder 15 und 16 zeigen den Einfluss der Belegungsdichte der Räume (Bezug Tabelle 6) sowohl auf den Tagesgang der Raumlufttemperatur, Raumluftfeuchte und die CO₂-Konzentration.

Die Abhängigkeit zwischen Belegungsdichte und CO₂-Konzentration ist deutlich erkennbar. Bei der Belegungsdichte von acht Personen wird der empfohlene Grenzwert nur kurzzeitig überschritten. Dies entspricht bei einem zugeführten Luftvolumenstrom von 350 m³/h einem spezifischen Wert von ca. 44 bis 50 m³/h, Person. Die Belegungsdichte von 17 bis 18 Personen entspricht der Planung, nämlich ca. 20 m³/h, Person. Die Überschreitung von 1000 ppm über einen längeren Zeitraum wird als ungünstig betrachtet und wird bestimmt zum Öffnen der Fenster führen und somit sowohl zur Beeinflussung der Raumlufttemperatur und zu erhöhten Heizenergieverbrauch.

Der Einfluss der Belegungsdichte auf die sich einstellende Raumlufttemperatur und relative Feuchte ist als gering zu werten (Bild 16). Zwangsläufig ergeben sich etwas höhere Werte bei der höheren Belegungsdichte.

Nutzungszeitraum

Für die Beurteilung des Einflusses des Nutzungszeitraumes wurde ein charakteristischer Wintertag und Spätfrühlingstag ausgewählt (Bild 17). Der Nutzungsbeginn war 11:30 Uhr bzw. für 11:00 Uhr, das Nutzungsende war 16:00 bzw. 15:00 Uhr.

Es zeigt sich, dass der typische Verlauf der Raumtemperatur durch den Nutzungsbeginn beeinflusst wird, aber danach einem typischen Verlauf entspricht. Dies gilt analog für die relative Luftfeuchtigkeit, die steigender Raumlufttemperatur sinkt und fallender steigt, wenn die Feuchtelasten im Raum als gering zu bewerten sind.

Bild 18 zeigt deutlich, dass auch bei späterem Nutzungsbeginn die 1000ppm-Grenze überschritten werden kann. Am 6. Januar war bereits ein höherer Ausgangswert vorhanden, so dass bereits ein geringer Anstieg ein Überschreiten der Marke zur Folge hatte.

Im Allgemeinen wird der Grenzwert bei einem kürzeren Nutzungszeitraum nicht erreicht oder nur kurz überschritten. Dies stellt eine Ausnahme dar. Im Regelfall wird die Luftqualität immer eine kritische Konzentration erreichen bzw. überschreiten.

Verschattung und Fensteröffnung

Die Verschattung wird im All­ge­meinen täglich nur zur Mittags­zeit genutzt. Aus den vorliegen­den Messergebnissen sind keine signifikanten Einflüsse auf die Raumlufttemperatur zu erkennen. Zusätzlich besteht eine natürliche Verschattung durch einen vorhandenen Baumbestand.

Eine Beeinflussung des Raum­klimas durch eine kurzzeitige Fens­teröffnung ist nahezu ver­nach­lässigbar. Signifikante Rückschlüsse auf durch sie ausgelöste Veränderungen lassen sich infolge einer zu breiten Streuung der Messwerte kaum ziehen und auch Tendenzen beim Vergleich der ausgelesenen Werte ableiten.

Bei einer länger währenden Fensteröffnung ist ein Einfluss erkennbar (auch Bild 19), wo eine Fensteröffnung für 10:00 Uhr jeweils für 2 bzw. für 1 h ausgewiesen wurde.

Sondernutzungen

Für eine abendliche Sonder­nutzung wurde ein Gruppenraum von 20:00 Uhr bis 21:30 Uhr von 13 Personen genutzt. Auch in den anderen Räumen fanden Veranstaltungen statt. Es erfolgte von 18:45 Uhr bis 20:45 Uhr eine Lüftung der Räume. Ein Zwei-Tagesprofil weist auch die Konsequenzen auf die Luftqualität am Folgetag aus (Bild 20). Mit Veranstaltungsende wurde eine Konzentration von ca. 1350 ppm erreicht. Bis Lüftungsbeginn am nächsten Tag konnte diese nur durch internen Luftaustausch im Gebäude minimal abgebaut werden. Mit Nutzungsbeginn am nächsten Tag lag die Konzentration bei ca. 900 ppm und stieg somit schon zu Beginn über 1000 ppm an. Die Auswirkungen der Abendveranstaltung auf die Luftqualität konnten erst am übernächsten Tag kompensiert werden, d. h. die typische Überschreitung der 1000 ppm-Marke ergab sich erst wieder zur Mittagszeit.

Mehrzweckraum

Der Mehrzweckraum obliegt einer verschiedenartigen Nutzung, vor allem für Sonderveran­stal­tungen. Beispielhaft ist ein Gottesdienst von 9:00 Uhr bis 13:00 Uhr mit ca. 150 Personen im März 2010. Mit Veranstaltungsbeginn kommt es zu einem merklichen Anstieg der Raumlufttemperatur und Raumfeuchte (Bild 21). Mit Inbetriebnahme der Lüftung mit einem erhöhten Luftvolumenstrom ist ein Absinken beider Werte erkennbar. Die Lüftung wurde um 12 Uhr außer Betrieb genommen, deshalb ergibt sich wiederum ein leichtes Ansteigen beide Parameter. Der Tagesgang der CO₂-Konzentration ist aus Bild 22 ersichtlich. Die CO₂-Konzentration steigt mit Veranstaltungsbeginn stark an und strebt trotz einsetzender Lüftung bis zur Mittagszeit einem Maximum zu. Offensichtlich ist kein Einfluss der RLT-Anlage auf die Luftqualität zu erkennen. Eine Begründung dafür wäre, dass der Zuluftvolumenstrom für maximal 85 Personen geplant war und dem Mehrzweckraum bei einer Sondernutzung nur 75 % des von der Anlage geförderten Volumenstromes zukommen Nach Veranstaltungsende ist ein kontinuierliches Absinken der Konzentration zu erkennen. Die hohe Konzentration war am folgenden Tag mit beginnendem Lüftungsbetrieb kompensiert.

Fazit

Die über einen Zeitraum von nahe­zu anderthalb Jahren durchgeführten Messungen zeigen, dass

Insgesamt kann festgestellt werden, dass die Zielvorgaben bei der Planung voll inhaltlich aus raumklimatischer und energetischer Sicht erfüllt worden sind. Ein begleitendes Monitoring hat sich bewährt und sollte auch zukünftig bei Bauvorhaben zur Anwendung kommen.Die vorgestellten Untersuchungen und Ergebnisse waren nur durch die gewissenhafte und vorbildliche Mitarbeit der Betreuer im Kindergarten sowie Engagement des Auftraggebers und der beteiligten Planungsfirmen möglich.⇥n