Neubau Informatikzentrum der TU Braunschweig

Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Abschlussbericht F+E-Vorhaben Neubau Informatikzentrum der TU Braunschweig gefördert durch: BMWA FKZ: 0335006T/9 Laufzei...
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Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch

Abschlussbericht F+E-Vorhaben

Neubau Informatikzentrum der TU Braunschweig gefördert durch: BMWA

FKZ: 0335006T/9 Laufzeit: 01.07.1999 bis 30.06.2004

Institut für Gebäude- und Solartechnik im Fachbereich Architektur Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Projektleitung und Bearbeitung: Matthias Rozynski und Frauke Gerder Mitarbeit: Jörg Ellermann und Alexander Brügger

Braunschweig, Februar 2005

1 Einleitung Den Energieverbrauch im Bauwesen zu senken ist wesentlicher Teil der globalen Zukunftsaufgabe „nachhaltiges Bauen“. Büro- und Verwaltungsgebäude benötigen bei meist geringerem Wärmebedarf mehr elektrische Energie als Wohngebäude. Hauptursachen sind die höhere Dichte an Personen und technischen Geräten, sowie strengere Anforderungen an Lichtverhältnisse und Raumklima. Anders als bei Wohngebäuden ist der überwiegende Teil des Stromverbrauchs durch die technische Gebäudeausrüstung und nicht durch die Gebäudeausstattung bestimmt. Dies ändert sich erst bei sehr „schlanken“ Gebäudekonzepten, wie sie im Rahmen des TK 3, Solaroptimiertes Bauen, gefördert werden. Wegen der hohen Bedeutung der Personalausgaben stehen optimale Bedingungen am Arbeitsplatz im Mittelpunkt einer Gebäudeplanung. Thermischer, akustischer und visueller Komfort sowie die Luftqualität sind dabei entscheidende Aspekte und eng verbunden mit dem planerischen Konzept eines Gebäudes. Die Zielwerte der Energiekennzahlen für Demonstrationsgebäude des Förderprogramms SolarBau resultieren aus folgender Strategie:    

Sinnvolles Ausschöpfen von Wärmeschutzmaßnahmen Verzicht auf flächendeckende Kühlung oder Klimatisierung Hohe Energieeffizienz durch fortschrittliche, angepasste technischen Gebäudeausrüstung Angepasste Nutzung erneuerbarer Energie

Anlagen

der

Mit den Rahmenbedingungen der Förderung wurden alle Projekte zu einer integralen Planungsarbeit und zum Einsatz von Simulationsprogrammen zur Planungsunterstützung aufgefordert. Unser Dank gilt vor allem dem Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit BMWA (ehem. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie BMWi) sowie dessen Projektträger Jülich PTJ für den finanziellen Rahmen, der dieses Projekt ermöglichte.

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2 Ziele Zentrales Ziel ist die Entwicklung eines integralen Energiekonzeptes für das Bauvorhaben „Informatikzentrum TU Braunschweig“ und die Umsetzung eines Niedrigstenergie-Bürogebäudes. Im Rahmen der Arbeiten an diesem Projekt sind die verschiedenen Komponenten des zu entwickelnden Energieversorgungskonzeptes so aufeinander abzustimmen, dass bei einem möglichst geringen Energieverbrauch ein maximaler Grad an thermischer und visueller Behaglichkeit entsteht (Simulationsunterstützung). Die kostenoptimale Kombination der verschiedenen baulichen Maßnahmen soll neben einer Senkung der jährlichen Betriebskosten auch zu nur minimalen Mehrkosten für das Bauvorhaben führen. Um Investitionskosten einzusparen, wurde die Umwandlung des Innenhofs in ein überdachtes Atrium vorgeschlagen. Durch ein innenliegendes Atrium verringern sich die Außenwandflächen erheblich – aus Fassaden werden kostengünstige Innenraumflächen. Die kompakte Bauform bringt noch weitere Vorteile: Das geringere A/V-Verhältnis und die vorgesehenen Dämm-Maßnahmen führen zu einer Unterschreitung der geltenden Wärmeschutzverordnung. Damit wird im Bereich des Wärmeverbrauchs der Niedrigenergiegebäudestandard erreicht. Eine wesentliche Zielsetzung zukünftigen Bauens ist der sparsame Umgang mit Ressourcen. Bei der Auswahl der zu verwendenden Materialien, Bauteile und Konstruktionen sind unter der Zielvorgabe der Minimierung von Ressourcenverbrauch und Emissionen recyclinggerechte, einfache Lösungen zu entwickeln. Das Projekt wird im Rahmen des Förderkonzeptes SolarBau durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert. Durch das anschließende umfangreiche Monitoringprogramm wird die Funktionsfähigkeit dieses Konzeptes überprüft. Die Demonstrationsprojekte im Förderkonzept SolarBau haben die Aufgabe, neue Wege aufzuzeigen und aktuelle Ergebnisse der Bauforschung aufzunehmen. Die Kostenanalyse der Gebäude zeigt, dass es durch Kostenverschiebung gelingt, kosteneffizient und energiegerecht zu bauen. Fördermittel für Demonstrationsprojekte sind vor allem dann gerechtfertigt, wenn es gelingt, Erfahrungen aus diesen Forschungsprojekten so zu vermitteln, dass Einfluss auf die Entwicklung des Marktes genommen wird.

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3 Zusammenfassung Im Rahmen des ganzheitlichen Energiedesigns wurde der Neubau des Informatikzentrums der TU Braunschweig als Niedrigstenergiebürogebäude realisiert. Durch die frühzeitige integrale Planung im Team konnte der offene Innenhof des Gebäudes konstenneutral in ein überdachtes Atrium umgewandelt werden, das einen wesentlichen Baustein des Konzeptes darstellt. Das Projekt wird im Rahmen des Förderkonzeptes SolarBau durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert. Die Zielwerte der Energiekennzahlen für die Demonstrationsgebäude des Förderprogramms SolarBau resultieren aus folgender Strategie: •

Sinnvolles Ausschöpfen von Wärmeschutzmaßnahmen



Verzicht auf flächendeckende Kühlung oder Klimatisierung



hohe Energieeffizienz durch fortschrittliche, technischen Gebäudeausrüstung, und



angepasste Nutzung erneuerbarer Energie.

In einem umfassenden Verbrauchsgrößen erfasst.

Monitoring

werden

die

angepasste

Anlagen

der

wesentlichen

Mess-

und

Tabelle 3.1: Zielwerte der Energiekennzahlen für Demonstrationsprojekte im Förderprogramm SolarBau. Energiebezugsfläche ist die beheizte Nettogrundfläche. Die Werte beziehen sich auf Endenergie Nutzenergie für Heizung und Warmwasserbereitung

≤ 40 kWh/(m²a)

Summe aus Nutzenergie Wärme und elektrischer Energie für die technische Gebäudeausrüstung

≤ 70 kWh/(m²a)

Summe Primärenergie

≤ 100 kWh/(m²a)

Summe CO2 Emissionen

≤ 23 kg/(m²a)

Der hohe Wärmeschutz der Gebäudehülle, der auf die Verglasung abgestimmte Sonnenschutz und die natürliche Lüftung bilden die Basis des einfachen Technikkonzeptes, das ohne aufwändige Anlagentechnik auskommt und somit wenig anfällig für Störungen ist. Eine hochwertige Gebäudehülle bietet ein hohes Maß an winterlichem und sommerlichem Wärmeschutz.

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Trotz anfänglicher technischer Probleme wurde die Zielgröße des Förderprogramms SolarBau von 100 kWh/(m²a) Primärenergieverbrauch zum Betrieb des Gebäudes im Jahr 2003 eingehalten (vgl. Bild 3.1) und auch die Prognose für 2004 deutet auf vergleichbare Verbrauchszahlen hin.

Abbildung 3.1: Energieverbrauchswerte aus dem Jahr 2003

Das Atrium bildet einen wesentlichen Baustein des Energie- und Lüftungskonzeptes und stellte seine Funktionsfähigkeit unter Beweis. Durch die Verschattung der umgebenden Bebauung und die natürliche Lüftung wird eine Überhitzung in den Sommermonaten vermieden, so dass auch im Sommer behagliche Temperaturen entstehen. Zur Beheizung des Atriums in den Wintermonaten werden etwa 18% des Gesamtwärmeverbrauches aufgewendet, 15 bis 30% des Wärmeverbrauches im Atrium werden durch die Wärmerückgewinnung gedeckt. In den innenliegenden, an das Atrium grenzenden Büros konnte auf Heizflächen verzichtet werden. Durch die Kombination von außenliegendem Sonnenschutz und Sonnenschutzverglasung für die Büroräume an der Westseite werden die solaren Wärmeeinträge in den Sommermonaten wirkungsvoll reduziert. Der Nutzer hat jederzeit die Möglichkeit, natürlich über die Fensterflügel zu lüften. Aufgrund der technischen Probleme bei der automatisierten Nachtlüftung konnte die nächtliche Lüftung der Räume meist nur durch die Nutzer selbst vorgenommen werden. Die Ergebnisse der Temperaturmessungen zeigen, dass bei intelligentem Lüftungsverhalten eine sommerliche Überhitzung in den Büroräumen weitgehend vermieden wird (siehe Abbildung 3.2). Die Luftwechsel bei Fensterlüftung erfüllen auch bei nahezu Windstille die hygienischen Anforderungen. Durch eine Querlüftung zum Atrium wird der Luftwechsel deutlich erhöht. Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Abbildung 3.2: Anzahl der Stunden oberhalb einer Grenztemperatur Juli bis September 2002

Die in sieben Räumen eingesetzte elektrochrome Verglasung war aufgrund eines Produktionsfehlers bis Projektende leider nicht voll funktionsfähig. In der Tendenz zeigt sich eine hohe Sonnenschutzfunktion durch den niedrigen g-Wert (0,12 bis 0,36) der Verglasung. Ein zusätzlicher Blendschutz ist aber unbedingt erforderlich, da die Verdunkelung der Scheiben diesen nicht gewährleistet. Als wesentliche Planungsgröße stellte sich der Nutzer heraus. Die häufigen Klagen haben gezeigt, dass eine Raumtemperatur von max. 21°C in den Wintermonaten als nicht ausreichend empfunden wird, bzw. ein größerer Wahlbereich gewünscht wird, um behagliche Raumklimabedingungen zu gewährleisten. Der eingeschränkte Temperaturwahlbereich der Büroräume im Winter (20°C ± 1 K) führt allerdings unter anderem zu dem Wintermonaten.

prognostizierten

geringen

Heizwärmeverbrauch

in

den

Durch die tageslicht- und präsenzabhängige Beleuchtungsregelung wird trotz hoher installierter Leistung ein niedriger Stromverbrauch für die Beleuchtung in den Büroräumen gewährleistet (siehe Abschnitt 8.1.2, S. 58). Etwa 10% des Gesamtstromverbrauches entfällt auf die Flurbeleuchtung. Die ursprünglich geplante zeitabhängige Beleuchtungssteuerung wurde von den Nutzern nicht akzeptiert, da die Flure durchgehend als zu dunkel empfunden wurden. Vorteilhaft erweisen sich die Verkehrsflächen zum Atrium, die während des Tages kaum künstlich beleuchtet werden müssen, da genügend Tageslicht zur Verfügung steht. Bei zukünftigen Planungen sollte der natürlichen Belichtung der Verkehrsflächen ein hoher Stellenwert eingeräumt werden, z.B. durch den Einsatz teilverglaster Zwischenwände. Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Am Beispiel der Flurbeleuchtung und der Heizungsregelung der Büroräume zeigte sich, dass bestimmte Steuer- und Regelungsfunktionen auf Dauer nicht umsetzbar sind, ohne dass dies zu Beschwerden und Schäden durch die Nutzer führt. Durch die kompakte Bauform, den hohen baulichen Wärmeschutz, die weitgehend natürliche Belüftung des Gebäudes und aufeinander abgestimmte Sonnenschutzund Lichtsysteme konnte der Energiebedarf insgesamt auf einen Wert reduziert werden, der die derzeit üblichen Verbrauchswerte dieser Gebäudekategorie um ein Vielfaches unterschreitet (siehe Abbildung 3.3). Das einfache Energiekonzept stellte seine Funktionsfähigkeit unter Beweis und bestätigte die Erwartungen.

Abbildung 3.3: Wärme- und Kälteverbrauch im Jahr 2003 und 2004 (Bezugsfläche 8570 m² NGF)

Das Monitoring ersetzt z.T. die Qualitätssicherung und sollte bei zukünftigen Planungsaufgaben als feste Größe Berücksichtigung finden.

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4 Ausblick Am Beispiel des Neubaus des Informatikzentrums der TU Braunschweig konnte nachhaltig demonstriert werden, dass energieoptimierte Gebäude ohne bauliche Mehrkosten realisierbar sind und dennoch einen hohen Nutzerkomfort gewährleisten. Der Verzicht auf eine aufwändige Anlagentechnik erfordert allerdings eine sorgfältige Planung des Energiekonzeptes und eine frühe Einbindung aller Planungsbeteiligten. Ebenso wichtig ist die frühzeitige Information und Einbeziehung der zukünftigen Nutzer in das geplante Konzept, da diese häufig nicht wie gewohnt ihr Raumklima ohne Einschränkungen bestimmen können. Aus diesem Grund ist es notwendig, früh im Bewusstsein der Nutzer eine Identifikation mit dem Gebäude zu schaffen. Nutzer, die sich als Teil des Gesamtkonzeptes verstehen, tragen einen Großteil zum Gelingen der einzelnen Maßnahmen und Strategien bei. Angetreten mit wissenschaftlichen Fragestellungen war festzustellen, dass das Monitoring im ersten Betriebsjahr mehr zum Ersatz fehlender Abnahmemessungen und zur Einregulierung von technischen Anlagen wurde. Offenbar ist die Übergabe von Gebäuden an den Bauherren hinsichtlich der zu erbringenden Leistungen noch eine Grauzone. Das weitere intensive Monitoring hat dazu geführt, Fehlfunktionen von Systemen und Anlagen festzustellen sowie Optimierungspotenziale in der Anlagenregelung zu erkennen und umzusetzen. Eine nach Verbrauchern getrennte Erfassung von Energieströmen ist heute mangels ökonomischer Motivation (noch) keine Standardausstattung von Gebäuden. Ausgehend von langfristig steigenden Energiebezugskosten und den neuen Möglichkeiten der Kommunikationstechnik sind Lösungen gefragt, die mit einfachen Mitteln für die Transparenz zum Energieverbrauch sorgen. Erst dadurch sind gezielte Maßnahmen mit hoher Wirtschaftlichkeit realisierbar. Der Anspruch des Förderprogramms besteht vor allem darin, Projekte als Vorbilder für das „normale Baugeschehen“ zu fördern, die neben der Einhaltung von Energiekennzahlen auch ökonomische Aspekte berücksichtigen.

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5 Projektbeschreibung Das Bauvorhaben "Neubau Informatikzentrum (NIZ) TU Braunschweig" liegt nördlich der Braunschweiger Innenstadt auf dem historischen Universitätsareal. Dieser Neubau war Ergebnis eines Gutachterverfahrens und hatte zum Ziel, alle Institute des Fachbereiches Informatik unter ein gemeinsames Dach zu bringen. Als Grundstück bot sich ein ohnehin für eine Hochhauserweiterung vorgesehenes Eckgrundstück an der Mühlenpfordtstraße / Ecke Schleinitzstraße an, das bis dahin als Parkplatz genutzt wurde. Die vierspurige Mühlenpfordtstraße ist eine der großen Ein- und Ausfallstraßen des Braunschweiger Zentrums. Der Neubau mit einer Nettogrundfläche von 8570 m² (BGF 9764 m²) wurde im September 2001 an die Nutzer übergeben.

NIZ

BS 4

N Abbildung 5.1: Lageplan und Luftbild West-Südwest-Ansicht vom Informatikzentrum (NIZ) und dem BS4

Das Gebäude schließt als Blockrandbebauung das Universitätsgelände nach Nordwesten ab. In der Höhe, Fassadenrasterung und Materialität nimmt es das Nachbargebäude auf und zeigt damit seine Zugehörigkeit zu den umgebenden Universitätsbauten. Die Nutzung des 6-geschossigen Neubaus besteht zu 75% aus Büro- und Seminarräumen, die restlichen 25% bilden Labor- und Serverräume, vorwiegend in den unteren Geschossen. In diesen Zahlen enthalten sind das 1.-4. OG des Bestandshochhauses, die im Rahmen der Baumaßnahme saniert und vollständig in die Nutzung des Informatikzentrums integriert wurden. In dem Neubau können erstmals alle Institute des Fachbereichs Informatik unter einem Dach Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Synergieeffekte nutzen. Insgesamt stehen so 168 Büroarbeitsplätze, 20 temporäre Arbeitsplätze für Studenten und 10 Laborarbeitsplätze zur Verfügung. Die Haupterschließung des neuen Gebäudes erfolgt über das großzügige Foyer des alten Hochhauses. Langgestreckte, introvertierte Flure führen von hier zu einem überdeckten Atrium, von dem aus die außenliegenden Büros des im Wesentlichen einhüftig organisierten Verwaltungsbaus erschlossen werden. Alle sechs Geschosse des Neubaus sind durchgängig mit denen des Hochhauses verbunden. Als Niedrigstenergie-Bürogebäude ist der Endenergieverbrauch auf 100 kWh/m²a Primärenergie begrenzt. Das bedeutet im einzelnen z.B. einen Wärmeverbrauch von 30 kWh/m²a, einen Stromverbrauch von 20 kWh/m²a und einen Kälteverbrauch von 5 kWh/m²a. Ziel des integralen Energiekonzeptes ist ein Optimum an thermischer und visueller Behaglichkeit für die Nutzer bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch. Abbildung 5.2 zeigt zum Vergleich die Energiekennzahlen von Bestandsgebäuden und der Projekte im Rahmen von SolarBau.

Abbildung 5.2: links: Energiekennzahlen von Bestandsgebäuden; rechts: Zielwerte der Energiebedarfskennzahlen im Förderprogramm Solarbau verglichen mit den Zielwerten der SIA 380/4 (bezogen auf NGF)

Im Rahmen eines ganzheitlichen Energiekonzepts wurde der zunächst geplante offene Innenhof in ein glasgedecktes, überhöhtes Atrium umgewandelt (Abbildung 5.3 und 5.4). Ursprünglich sollte eine shedartige Verglasung über dem Galeriegeschoss einen kleinen Lichthof ein- und den Innenhof nach außen abschließen. Wesentlicher Baustein des Energie- und Lüftungskonzepts ist das Zuund Abluftatrium. Die innenliegenden Fassaden zum so entstandenen Atrium konnten auf diese Weise ungedämmt und einfachverglast ausgeführt werden. Zusätzlich zum Atrium gelang kostenneutral durch günstige Ausschreibungsergebnisse die Aufstockung mit einem vierten Obergeschoss, dem Staffelgeschoss. Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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3.OG 2.OG 1.OG GG EG UG

Abbildung 5.3: Ausgangsentwurf des Informatikzentrums mit Innenhof

3.OG 2.OG 1.OG GG EG UG

Abbildung 5.4: Umwandlung des Innenhofs zu einem Atrium, realisierter Entwurf

NIZ BS 4

Abbildung 5.5: Grundriss 1. OG, Informatikzentrum mit angrenzendem Hochhaus BS 4

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Die Senkung des Energiebedarfs erfolgt durch Reduzierung des - Heizwärmebedarfs (Transmission, Lüftung), - Kältebedarfs und - Strombedarfs (Lüftung/Beleuchtung/Kälteerzeugung). Dazu wurden folgende Maßnahmen getroffen: - Kompakte Bauform (A/V-Verhältnis < 0,2 m-1) - Erhöhter baulicher Wärmeschutz der Gebäudehülle - Wärmerückgewinnung aus der Kälteanlage zur Außenluftvorwärmung - Überwiegend natürliche statt mechanischer Lüftung - Aktivierung von Massenspeichern im Inneren des Gebäudes - Sonnen- und Blendschutz im Zusammenhang mit Tageslichtlenksystemen - Einsatz tageslichtabhängig geregelter effizienter Kunstlichtsysteme - Einzelraumregelung zur Optimierung der Regelungsstrategien

Thermische Simulationen, Tageslichtberechnungen und Strömungssimulationen bestimmten schon in einer frühen Planungsphase die Rahmenbedingungen für typische und wichtige Gebäudeteile. Bauteile, technische Ausstattung und Anlagekonzepte konnten so aufeinander abgestimmt werden. Der Wärmebedarf nach WSVO sank danach von 17,2 kWh/(m³a) auf 11,25 kWh/(m³a), das A/V Verhältnis verringerte sich von 0,23 m-1 auf 0,17 m-1, der Gesamtwärmebedarf konnte um 20% verringert werden.

Abbildung 5.6: Ostansicht des Gebäudes und Ansicht von Nordwesten

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Abbildung 5.7: links: Atrium innen, Blick vom UG nach oben, rechts: Laubengang 4.OG

Durch eine kostenoptimale Kombination der verschiedenen baulichen und technischen Maßnahmen entstanden keine Investitions-Mehrkosten zur Erreichung der genannten Zielwerte. Die aktiven Komponenten des Energiekonzepts werden über eine zentrale Gebäudeleittechnik und die projektspezifische LON basierende Einzelraumregelung – Verschattung, Tages- und Kunstlicht, Heizen und Kühlen – miteinander verknüpft. Dies gewährleistet eine optimale Regelung der Gesamtheit aller Komponenten, eine individuelle Nutzeranpassung und die Möglichkeit zur Optimierung und Überwachung des Gebäudebetriebs, sowie eine Unterstützung des seit Februar 2002 stattfindenden Monitorings im Rahmen des wissenschaftlichen Begleitprogramms.

5.1 Gebäudekenndaten Die wesentlichen Gebäudekenndaten wie Flächen, Nutzung etc. sind in den Tabellen 5.1.1 bis 5.1.3 zusammengestellt. Tabelle 5.1.1: Flächen und Volumina (Neubau ohne BS 4), nach DIN 277

Bruttorauminhalt

36.400 m³

Bruttogeschossfläche

9.765 m²

Nettogrundfläche (Neubau)

8.570 m²

Hauptnutzfläche

5.380 m²

Verkehrsfläche

2.460 m²

Nebennutzfläche

590 m²

Anlagentechnik

143 m²

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Tabelle 5.1.2: Baukörper

Geschosse

6

Geschosshöhe

3,60 m

mittlere lichte Raumhöhe (NRI/NGF)

3,30 m

A/V-Verhältnis

0,17 m

-1

Tabelle 5.1.3: Nutzung

Nutzungszeiten

Mo-Fr 8-17 Uhr 168

Büroarbeitsplätze Sonstige Arbeitsplätze

30

Fertigstellung

2001

5.2 Konstruktion und Bauteilaufbauten Das Gebäude wurde in Stahlbetonskelettbauweise erstellt, das Staffelgeschoss als leichte Stahlkonstruktion. Das Dach ist ein foliengedecktes Flachdach. Die Fassaden sind vorgehängte Aluminium Pfosten-Riegel Konstruktionen mit Brüstungs- und Sturzpaneelen. Die Verglasung ist den unterschiedlichen Orientierungen angepasst. Auf der West- und Ostseite, sowie im flach geneigten Atriumdach kommt ein farbneutrales Sonnenschutzglas zum Einsatz (g=34%, τ=66% und UV=1,1 W/(m²K)), auf der Nordseite ein reines Wärmeschutzglas (g=57%, τ=75% und UV=1,1 W/(m²K)). Die innenliegenden Fassaden zum Atrium sind ungedämmt, die Fenster sind einfachverglast. Eine Besonderheit ist der teilweise Einsatz von in der Transparenz schaltbaren Verglasungen, sogenannter „elektrochromer“ Scheiben, die LON-gesteuert mit einer Modulation des Transmissionswertes auf unterschiedliche solare Einstrahlung reagieren können.

Tabelle 5.2.1: U-Werte der Außenbauteile

Bauteil

U-Wert W/(m²K)

Außenwände

0,28

Dach

0,19

Fenster

1,60

Boden gegen Erdreich

0,58

Mittlerer U-Wert

0,63

Der Anteil der Fensterflächen beträgt an den jeweiligen Fassaden: Nordfassade: Ostfassade:

43 % 36 %

Südfassade: Westfassade:

33 % 44 %

In Summe 0,20 m² Fensterfläche je m² NGF. Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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5.3 Baukosten Die Bauwerkskosten belaufen sich auf ca. 14 Mio. Euro. Die Aufteilung der Kosten entsprechend DIN 276 ist in Tabelle 5.3.1 zusammengestellt. Tabelle 5.3.1: Kosten gem. DIN 276; Bauwerkskosten Brutto, Stand Kostenberechnung

KG 300

KG 400

Summe

pro BRI

310 €/m³

80 €/m³

390 €/m³

pro NGF

1250 €/m²

325 €/m²

1575 €/m²

In Abbildung 5.3.1 sind die auf die Nettogrundfläche bezogenen Bruttokosten der SolarBau-Projekte für die Kostengruppen 300 und 400 nach DIN 276 angegeben. Dem Gebäudetyp entsprechend sind mit grünen Balken die Vergleichszahlen des BKI Baukostenindex 1999 zusätzlich dargestellt. Die Kosten sind in DM angegeben, der damals geltenden Währung. Die Auswertung zeigt, dass die Gebäude sich in den üblichen Kostenrahmen mit einer Tendenz zu meist etwas günstigeren Kosten einordnen.

Abbildung 5.3.1: Bauwerkskosten der Solarbau-Projekte im Vergleich (in DM!); TU-B = Informatikzentrum TU Braunschweig; grün = Vergleichsgebäude nach Baukostenindex BKI 1999

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6 Energiedesign Anbauten weisen prinzipbedingt Vorteile für den Heizwärmebedarf auf. Das Informatikzentrum grenzt mit seiner Südseite größtenteils an das bestehende Hochhaus an. Ausgehend von einer gleichmäßigen Beheizung beider Gebäude entfallen damit die Wärmeverluste auf dieser Seite. Durch die kompakte Bauform wird ein extrem niedriges Oberflächen-/Volumenverhältnis (A/V=0,17m-1) erreicht. Komplizierte Bauteilanschlüsse mit den damit verbundenen geometrischen und konstruktiven Wärmebrücken werden vermieden. In der Summe liegt der prognostizierte Wärmebedarf gemäß Wärmeschutznachweis etwa 25% unter dem Anforderungsniveau der zum Planungszeitpunkt gültigen Wärmeschutzverordnung ´95. Das Gebäude wird über Fernwärme beheizt, Energieversorger ist ein nahegelegenes Heizkraftwerk. Die Kennwerte der Energieversorgung sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen. Aktive Solarsysteme als Teil der lokalen Energieversorgung wurden nicht einbezogen. Tabelle 6.1: Kennwerte der Energieversorgung

Strom

Wärme

Kälte

kW

kW

kW

Nahwärme

-

306

-

Kompressionskälte

55

-

-

36

170

Spez. Leistung In W/m² NGF

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6.1 Heizung Die Versorgung erfolgt über eine (vorhandene) Fernwärmeübergabestation in der Heizzentrale des Altbaus. Plattenwärmetauscher mit einer Wärmeleistung von 1470 kW decken den Gesamtwärmebedarf beider Gebäude (Alt- und Neubau) ab. Hiervon stehen für den Neubau etwa 310 kW zu Verfügung. Die Wärmeverteilung erfolgt in drei geregelten Heizkreisen dynamische Heizung Atrium / statische Heizung Atrium / statische Heizung Informatikzentrum über statische Heizflächen. In der Hauptsache wurden Plattenheizkörper mit profilierter Front und integrierten Ventilen eingebaut, lediglich in den Sonderräumen wurde auf das integrierte Ventil verzichtet. Die Anlage ist entsprechend DIN 4751 T2 als geschlossene Anlage mit integrierter Druckhaltung in Stahlrohr ausgeführt und auf Vorlauf/Rücklauf-Temperaturen von 70/50° C ausgelegt. Das Atrium wird im Winter mittels einer Kombination aus Luftheizung (im KG) und statischen Heizflächen (1.OG) auf 18 bis 20° C vortemperiert. Zusätzlich fungiert das Atrium als „Sonnenkollektor“ während der Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Heizperiode und in den Übergangsmonaten, so dass die passiven solaren Gewinne des Atriums der Energiebilanz des Gesamtgebäudes zugute kommen. In den innenliegenden Büros (vgl. Abbildung 5.3) kann aus diesem Grund auf separate Heizflächen verzichtet werden. In den Büros an den Außenfassaden ist durch die statischen Heizflächen eine individuelle Anpassung der Raumtemperatur innerhalb des vordefinierten Bereiches möglich.

Abbildung 6.1.1: Plattenheizkörper im Büroraum und Raumbedienpaneel

Die Solltemperaturen der Büros betragen je nach Betriebsart (Komfort, reduzierter Komfort und Nachtabsenkung) 20, 18 oder 15°C. Die Solltemperatur für die Betriebsart Komfort kann über das Raumbediengerät um ± 1°C verändert werden. Beim Öffnen eines Fensters werden durch die Gebäudeleittechnik Heiz- und Kühlleistungen gesperrt. Um im Rahmen des Forschungsvorhabens die Einsparpotentiale dieser Regelung quantifizieren zu können, wird diese während der Monitoringphase in den Nord- und Westräumen des 2. OG deaktiviert. 6.2 Lüftung Kernbaustein des Lüftungskonzeptes ist das Atrium mit vorgeschaltetem Erdkanal. In diesem Zuluftkanal befindet sich neben dem bereits erwähnten Kondensator der zweiten Kältemaschine noch ein Nachheizregister mit 69 kW, das über die Fernwärme versorgt wird. Das Atrium wird im Winter tagsüber über eine Luftheizung mit Bodenauslässen im KG sowie Planradiatoren im 1.OG auf 18-20°C beheizt. Im unteren Teil hat das Atrium eine Breite von 7m und eine Länge von etwa 14 m. Ab dem 1. Obergeschoss weitet es sich auf etwa 14 m Breite auf. Die Abbildungen 6.2.1 bis 6.2.4 zeigen schematisch das Lüftungskonzept für den Sommer- und Winterfall sowie eine schematische Darstellung des Zuluftkanals.

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Glasdach

Sommerfall (Abluftatrium) Abluft Lüfter

Büro (Nord)

Nebenraum

Staffelgeschoß

Büro

Nebenraum

3.OG

Senkklappflügel

Atrium Büro

Nachtlüftung, natürliche Querlüftung, Atriumklappen leeseitig geöffnet

Büro

Büro

Terminalraum(Ost)

Büro

Gebläsekühlung

2.OG

Büro

Büro

1.OG

Zuluft

Büro

Nebenraum

Nebenraum

GG

Zuluftventilator

EG Labor

Kondensator

Technik

UG Kühlanlage

Zuluftkanal

Abbildung 6.2.1: Lüftungskonzept während des Sommers

Glasdach

Winterfall (Zuluftatrium) Abluft Lüfter

Büro (Nord)

Stoßlüften bei mangelnder Luftqualität

Büro

Nebenraum

Staffelgeschoß

Büro

Nebenraum

3.OG

Senkklappflügel

Büro Atrium als Kollektor und Zuluftverteiler Konvektoren

Terminalraum (Ost)

Büro

Büro

Gebläsekühlung

2.OG

Konvektoren Büro

Büro

1.OG

Außenluft

Büro

Nebenraum

Nebenraum

Labor

GG

EG

Zuluft (20-22°C) Kondensator

Technik Zusatzheizung

Zuluftkanal

UG Kühlanlage

Luftvorwärmung mit WRG über Zuluftventilator Heizregister

Abbildung 6.2.2: Lüftungskonzept während der Heizperiode Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Abbildung 6.2.3: Schematische Darstellung des Zuluftkanals und Lage der Bodenauslässe; Grundriss

Abbildung 6.2.4: Schematische Darstellung des Zuluftkanals; Schnitt

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Abbildung 6.2.5: links: Bodenauslässe im KG; rechts: Planradiatoren im 1.OG

Die Konzeption der Lüftung über größtenteils freie Konvektion wurde im Vorfeld durch Luftströmungssimulationen unterstützt (vgl. Abb. 6.2.7). Zielsetzung war ein möglichst geringer Stromverbrauch der Lüftung. Zur Unterstützung der Konvektion bei nicht ausreichenden Druckverhältnissen wurde ein 7,5 kW-Ventilator installiert, der stufenlos bis zu einem Volumenstrom von 12.000 m³/h im Entrauchungsfall hochgeregelt werden kann (ca. 1,5-facher Luftwechsel im Atrium, vgl. Abb. 6.2.6).

Abbildung 6.2.6: links: Austrittsöffnung mech. Lüfter; rechts: Volumenstrom

Ein vorgeschalteter Filter (EU5) garantiert die Qualität der zugeführten Luft. Eine kombinierte gegenläufige Jalousieklappe erlaubt die Umschaltung zwischen Sommer- und Winterfall und lenkt die Luft wahlweise über die Zuluftgeräte oder erlaubt den natürlichen Auftrieb. Eine Möglichkeit mit beiden Klappen den Kanal komplett zu verschließen, ist gegeben (vgl. Abb. 6.2.3 und 6.2.4). Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Abbildung 6.2.7: Temperaturverteilung an den Begrenzungsflächen des Atriums (Lufteintrittstemperatur von 25°C; links: Blick von Nord-Ost, rechts: Blick von Süd-West)

Im Winterfall steigt die mit geringer Geschwindigkeit und Übertemperatur eingebrachte Warmluft im Atrium auf. Das Atrium wird mittels Raumtemperatur und Luftqualitätsfühler überwacht. Aus den gemessenen Raumtemperaturen im Atrium wird ein Mittelwert gebildet. Der CO2-Gehalt wird in der Höhe 4.OG erfasst. Im Fall mangelnder Luftqualität im Atrium werden automatisch die ansonsten geschlossenen Atriumdachklappen zu einer Stoßlüftung geöffnet. Dieser Fall trat im ersten Winter jedoch nicht ein. Im Sommerfall wird das Atrium durch freie Lüftung über den Zuluftkanal (Abb. 6.2.4), die Thermik des Atriums (Auftriebshöhe 26m) und den Windsog geöffneter LeeDachklappen be- und entlüftet (vgl. Abb. 6.2.8). Die Dachklappen werden windrichtungsabhängig leeseitig geöffnet.

Abbildung 6.2.8: Abluftklappen im Atriumdach (motorisch angetrieben)

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Beim Über- bzw. Unterschreiten der eingestellten Temperatur-Grenzwerte werden in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und einer Regenmeldung automatisch die nachfolgenden Betriebsarten aktiviert: -

1 Betriebsart Freie Lüftung In Abhängigkeit der Raumlufttemperatur bzw. der Luftqualität wird das Atrium durch Öffnen von zwei Jalousieklappen im Erdkanal und entsprechender Klappen im Dachbereich (abhängig von der Windrichtung) belüftet.

-

2 Stoßlüftung In Abhängigkeit der Raumlufttemperatur bzw. der Luftqualität wird das Atrium durch Öffnen von zwei Jalousieklappen im Erdkanal und aller Klappen im Dachbereich belüftet.

-

3 Mechanische Lüftung In Abhängigkeit der Raumlufttemperatur bzw. der Luftqualität wird das Atrium mittels einer Lüftungsanlage im Erdkanal und entsprechender Klappen im Dachbereich (abhängig von der Windrichtung) belüftet. Die Temperaturregelung der mechanischen Lüftung ist hierbei nicht aktiv.

-

4 Geregelter Lüftungsbetrieb In Abhängigkeit der Raumlufttemperatur bzw. der Luftqualität wird das Atrium mittels einer Lüftungsanlage im Erdkanal und entsprechender Klappen im Dachbereich (abhängig von der Windrichtung) belüftet. Die Temperaturregelung erfolgt als konstante Zulufttemperaturregelung. Der geregelte Lüftungsbetrieb wird mit zwei unterschiedlichen Luftmengen (Motordrehzahlen) betrieben.

-

5 Stat. Heizung Der Heizkreis im Atrium wird bei Unterschreitung einer eingestellten minimalen Raumtemperatur freigegeben.

Abbildung 6.2.9: Temperatur- und CO2-Fühler im 4.OG und Temperaturfühler 2.OG

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Abbildung 6.2.10: Anlagenschema Atrium (Screenshot DESIGO INSIGHT)

Die außenliegenden Büroräume werden über die Außenfenster natürlich belüftet. Diese sollten allerdings in der Regel während der Heizperiode geschlossen bleiben (außer für eine kurze Stoßlüftung). Ein ausreichender Luftwechsel kann über die Türoberlichter (Abb. 6.2.10) bzw. die Türen zum Atrium erreicht werden. Im 4. OG werden die Türoberlichter motorisch geöffnet (siehe Abschnitt 6.7 Brandschutz), in den darunter liegenden Geschossen manuell. Um Wärmeverluste durch Transmission und Lüftung zu kompensieren, wird über die in den außenliegenden Büros installierten Plattenheizkörper individuell einstellbar von 19-21°C nachgeheizt. Im Sommer funktioniert die Grundlüftung über die Außenfenster. Wie auch im Winter besteht optional die Möglichkeit, die Büros über das Atrium zu belüften.

Abbildung 6.2.11: Türoberlicht zum Atrium

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Die Büros zum Atrium besitzen keine eigenen Heizflächen. Eine Querlüftung ist bei diesen Mehrzweckräumen nicht möglich. Eine ausreichende Belüftung wird durch Fenster zum Atrium gewährleistet (vgl. Abb. 6.2.11).

Abbildung 6.2.12: Fensterlüftungsflügel (Senk-Klapp-Flügel) der innenliegenden Büros zum Atrium

Die nächtliche Querlüftung des Gebäudes über das Atrium, eingebunden in die Einzelraumregelung und das GLT-Konzept stellt den zur Nachtkühlung erforderlichen Luftwechsel und die Bauteilaktivierung sicher. Die Gebäudesimulation für ein nach Westen orientiertes Büro ergab, dass die Anzahl der Stunden mit Raumlufttemperaturen über 26 °C durch die Nachtlüftung um 60 % von 1120 h/a auf 450 h/a gesenkt werden kann. Im Zusammenhang mit weiteren Maßnahmen können die Überhitzungsstunden weiter deutlich gesenkt werden (Bezug 8760 Jahresstunden). Insgesamt wird auf diese Weise der Einbau von Kühl- und Klimaanlagen in den Büroräumen weitgehend vermieden, und ein behagliches Raumklima mit möglichst passiven Maßnahmen erreicht. Alle Maßnahmen wurden auf der Grundlage der DIN 1946, Teil 2 unter Beachtung der Lufthygiene und der thermischen Behaglichkeit der im Gebäude arbeitenden Personen geplant. Durch die zumeist freie Lüftung wird ein niedriger Stromverbrauch der Lüftung erwartet. Die mechanische Belüftung des Atriums erfolgt hauptsächlich in den Wintermonaten und im Brandfall. Die Nennleistung des Atriumlüfters beträgt 7,5 kW (maximal 12000 m³/h für die Entrauchung im Brandfall), die der Abluftanlage der Maschinen- und Serverräume sowie für Sonderbereiche beträgt 2,2 kW (5000 m³/h). Hinzu kommen 0,9 kW für Einzelraumlüfter. Dies entspricht insgesamt einer installierten Lüftungsleistung von 1,3 W/m²NGF.

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6.3 Kühlung Ein Gesamtkonzept aus Sonnen- und Blendschutz, Verglasungsart und Nachtlüftung kann vergleichbar behagliche Raumtemperaturen in den Büroräumen ohne den Einsatz einer aktiven Kühlung für innen- oder außenliegenden Sonnenschutz gewährleisten. Da das Atriumdach im Wesentlichen durch das im Süden angrenzende Hochhaus BS 4 verschattet wird, konnte auf einen zusätzlichen Sonnenschutz verzichtet werden. Die Abbildung 6.3.2 zeigt das Berechnungsergebnis für den 21. März bei klarem Himmel.

Abbildung 6.3.1: Verschattungsstudie

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

Abbildung 6.3.2: Tagesgang der Verschattung durch die umgebende Bebauung am 21. März

Die Verringerung solarer Einträge im Sommer wird dabei höher bewertet, als die passiven Solargewinne im Winter. Die ans Atrium grenzenden Außenräume werden durch eine freie Nacht- und Querlüftung gekühlt, die übrigen nur über die Fassade. Die Einzelraumregelung öffnet die Fassadenoberlichter, wenn die folgenden Kriterien erfüllt sind: Innenraumtemperatur >24°C und Außentemperatur < Innenraumtemperatur, Uhrzeit 22:00 bis 6:00 Uhr und seit mehr als 30 min keine Person (Bewegungsmelder) mehr im Raum. Im Rahmen des Monitorings werden hier 3 Varianten untersucht: automatisierte Nachtlüftung des Raumes über ein innenliegendes automatisch betriebenes Oberlicht zum Atrium, manueller Betrieb dieses Oberlichtes (Eigenverantwortung des Nutzers) sowie eine Variante ohne Oberlicht, d.h. die Nachtlüftung erfolgt ausschließlich über die Fassade. Mit Ausnahme der Kälteanlagen für die EDV- und Serverräume mit insgesamt 1996 m² sind keine weiteren Kühlaggregate vorhanden. Die elektrische Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Anschlussleistung der beiden Kompressionskältemaschinen beträgt zusammen 55 kW bei einer Gesamtkälteleistung von 170 kW (114,7 kW/ 55,3 kW) mit Vorrang für eine freie Kühlung. Die Abwärme der kleineren Kältemaschine wird zur winterlichen Beheizung des Atriums genutzt.

Abbildung 6.3.3: Kompressionskältemaschinen auf dem Dach

Dies entspricht einer spezifischen Kälteleistung von lediglich 20 W/m² NGF bzw. 86 W/m² bezogen auf die gekühlte Fläche. Es wurden zwei wandhängende Kaltwassersätze der Firma IMI eingebaut, wobei anders als in deren Standardgeräten hier auf die integrierte Thermostatregelung verzichtet wurde, um eine Einbindung in die Einzelraumregelung zu ermöglichen. Diese kontrolliert über Temperatursensoren die anfallenden internen Lasten und regelt bei Auslösetemperaturen von 18 bzw. 24°C den Kühlkreislauf entsprechend ein.

Abbildung 6.3.4 : Anlagenschema Kältemaschinen (Screenshot DESIGO INSIGHT)

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Im Roboterraum wurde der kleinere der beiden Kaltwassersätze als Deckenkassette ausgeführt. Die Anlage ist als geschlossene Anlage mit VL/RL-Temperaturen von 6°/12°C ausgeführt.

6.3.1 Sonnenschutz Mit dem bereits beschriebenen Nachtlüftungskonzept standen für thermisch belastete Räume zwei Ausführungen zur Diskussion: Nachtlüftung mit außenliegendem Sonnenschutz und Wärmeschutzverglasung, bzw. Nachtlüftung mit farbneutraler Sonnenschutzverglasung und innenliegendem Sonnen-/Blendschutz mit der Möglichkeit der Tageslichtnutzung. In Bezug auf die Anzahl der Überhitzungsstunden sind beide Möglichkeiten realisierbar. Zur Ausführung kam ein außenliegendes, helles Textilrollo, das strahlungsabhängig angesteuert wird: ab einer Einstrahlung von 180 W/m² wird der Sonnenschutz aktiviert (siehe Abschnitt 7.5.1, Regelung). Die Strahlungssensoren befinden sich auf der Ost- und Westfassade des Gebäudes.

Abbildung 6.3.1.1 : Außenansicht mit teilweise geschlossenem Sonnenschutz an der Westfassade

Neben den konventionellen Sonnenschutzrollos sind zu Versuchszwecken in sieben Räumen elektrochrome Verglasungen (Elektrochrom FLABEG) mit einem U-Wert von 1,1 W/(m²K) installiert. Die Regelung der Scheiben erfolgt über Steuergeräte mit LON-Anbindung. Auch der Stromverbrauch dieses Systems sowie einzelner motorisch betriebener Sonnenschutzrollos wird gemessen. Für das Informatikzentrum ergeben sich auf der Grundlage dieses Konzepts unterschiedliche Verglasungen und Verschattungseinrichtungen je nach Orientierung der Fassade und umgebender Bebauung.

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Abbildung 6.3.1.2: Aufbau einer elektrochromen Wärmeschutzverglasung (Quelle: Flabeg)

Abbildung 6.3.1.3: Kenndaten der elektrochromen Verglasung (Quelle: Flabeg)

6.3.2 Simulationsergebnisse Die in Abbildung 6.3.2.1 zusammengefassten Ergebnisse der dynamischen Gebäudesimulation gehen für beide Verschattungsvarianten von gleichen Rahmenbedingungen aus. Das heißt, auch der außenliegende Sonnenschutz wurde hier mit einer Sonnenschutzverglasung simuliert. Zudem wurde ein Raffstore gewählt, welcher die geringsten Energiedurchlassgrade für die verschiedenen Systeme aufweist. 40 Interne Verschattung, Verschattung, Interne Verschattung,Externe externe Verschattung, ohne Nachtspülung ohne Nachtspülung

ohne Nachtlüftung

ohne Nachtlüftung

35

Temperatur ϑ [°C]

30

25

20

15 Verschattung, Interne Verschattung, Interne Verschattung,Externe externe Verschattung, m it Nachtspülung mit Nachtspülung

mit Nachtlüftung

10

mit Nachtlüftung Sonnenschutzverglasung g ≤ 0,34

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Stunden

Abbildung 6.3.2.1: Jahresdauerlinie der Raumlufttemperatur eines Büroraums für verschiedene Verschattungsvarianten und Lüftungsstrategien, Westausrichtung Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Dennoch stellt sich der Vorteil einer außenliegenden Verschattung – wenn sie mit einer Nachtlüftung kombiniert wird – als eher gering heraus, so dass nicht allein das Überhitzungsargument für die Auswahl eines Sonnenschutzsystems entscheidend ist.

Überhitzung (>26°C) in Std. [h]

Zum Temperaturverhalten der Büroräume im Staffelgeschoss wurden weitere Simulationen durchgeführt, um den Einfluss der Dachkonstruktion auf die sommerliche Überhitzung zu bewerten. Aufgrund der Simulationsergebnisse wurde statt des geplanten Trapezblechdaches eine gedämmte Gasbetondecke auf einem Stahlträger-Tragwerk als Dachkonstruktion gewählt.

Abbildung 6.3.2.2: 4.OG Westbüro: Überhitzungsstunden (>26 °C) in Abhängigkeit der Dachkonstruktion (mit Nachtlüftung)

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6.4 Tages- und Kunstlicht

6.4.1 Kunstlicht Ziel war ein tageslichtabhängig geregeltes direkt / indirekt Kunstlichtsystem mit einer installierten Leistung von 10%). Durch einen Umbau der Schaltkreise kann voraussichtlich eine Einsparung von 40% erzielt werden, so dass sich die Umbaukosten kurzfristig (innerhalb von ein bis zwei Jahren) amortisieren. Die Hälfte der Flurleuchten sollte weiterhin über Zeitschaltuhren betrieben werden, die andere Hälfte wie ursprünglich geplant über die Taster mit Zeitrelais. Da der Umbau aus Kostengründen zurückgestellt wurde, trägt die Flurbeleuchtung auch im Jahr 2004 mit 10% zum Gesamtstromverbrauch bei.

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Abbildung 8.1.2.4: Nutzereingriff, um die Zeitschaltautomatik der Flurbeleuchtung „auszuschalten“

Abbildung 8.1.2.3: Elektrische Leistung Gesamtstrom und Flurbeleuchtung

8.1.2.2 Stromverbrauch Bürobeleuchtung Gemäß Leitfaden Elektrische Energie im Hochbau (LEE) sollte die installierte Leistung bei einer geforderten Nennbeleuchtungsstärke von 300 lx zwischen 7,5 und 10 W/m² liegen. Damit ergeben sich bei einer Betriebsdauer von 500 bis 1000 Stunden (Vollbeleuchtungsstunden) bezogen auf die Büroarbeitszeit (2750 h) Strombedarfswerte zwischen min. 3,75 und max. 10 kWh/(m²a). Abbildung 8.1.2.5 zeigt den Stromverbrauch bezogen auf die Nutzfläche der gemessenen Bürozonen für unterschiedlich orientierte Büroräume. Trotz der hohen installierten Leistung von 13,8 W/m² liegt der Strombedarf für die Beleuchtung in den außenliegenden Büros aufgrund der tageslichtabhängigen Regelung zwischen 3,2 und 7 kWh/(m²a), also an der unteren Grenze der LEE-Richtwerte. Erwartungsgemäß ist der Strombedarf für die Beleuchtung in den Atriumbüros höher als in den West- und Nordbüros. Aufgrund der ungünstigeren Tageslichtsituation kann hier eine höhere Anzahl Vollbeleuchtungsstunden angesetzt werden, so dass der Grenzwert von 12 kWh/(m²a) bei 1200 Stunden nur knapp überschritten wird (in 2003). Gegenüber 2002 ist der Stromverbrauch für die Bürobeleuchtung in 2003 deutlich angestiegen. Das ist darauf zurückzuführen, dass das Gebäude in 2002 zu einem großen Teil noch nicht belegt war, also die Anzahl der Nutzer in 2003 erheblich zugenommen hat.

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Stromverbrauch [kWh/(m²a)Bürofläche] Abbildung 8.1.2.5: Stromverbrauch für die Beleuchtung der Büroräume 2002 bis 2004 bezogen auf die Bürofläche

Der über das Jahr aufsummierte Stromverbrauch für die Beleuchtung zeigt erwartungsgemäß einen leichten Anstieg der Verbrauchswerte in den Wintermonaten (siehe Abb. 8.1.2.6), insbesondere in den Atriumbüros.

Abbildung 8.1.2.6: Kummulierter Stromverbrauch für die Beleuchtung in den Büroräumen (2003)

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8.1.2.3 Stromverbrauch der technischen Ausstattung Neben der Beleuchtung wird in den Bürozonen auch der Stromverbrauch der technischen Ausstattung erfasst. Bezogen auf die Nettogrundfläche des Gebäudes entfällt nur ein Anteil von 1,7 kWh/(m²a) (2002) bzw. 2,3 kWh/(m²a) (2003) des Stromverbrauches im Büro auf die Beleuchtung. Bei der Mittelwertbildung für die Verbrauchswerte der Beleuchtung werden die unterschiedlichen Verbräuche der Bürozonen aus 8.1.2.5 berücksichtigt. 18

18

Stromverbrauch Büro [kWh/m²a NGF]

16

2002

16

15

2003

+58%

14

14

12

10,9 9,5

10

+132%

8

12 10 8

6

6 4,7

4 2

4 1,7

2,3 2

+35%

0

0

Beleuchtung

PC

Sonstiges

Abbildung 8.1.2.7: Stromverbrauch in den Büroräumen für Beleuchtung und techn. Ausstattung

Der deutlich höhere Anteil des Stromverbrauches in den Büroräumen entfällt mit ca. 90% auf die technische Ausstattung und sonstige Verbraucher (vgl. Abbildung 8.1.2.8).

Abbildung 8.1.2.8: Prozentuale Aufteilung des Stromverbrauches in den Büroräumen für 2002 und 2003

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Die getrennte Erfassung des Stromverbrauchs für PC und Sonstiges wird durch zwei verschiedene Stromkreise ermöglicht. Die Steckdosen für die PC´s sind zusätzlich abgesichert und farblich gekennzeichnet (vgl. Abbildung 8.1.2.9).

Abbildung 8.1.2.9: Steckdosen im Bodentank in den Büroräumen; PC-Steckdosen orange

Bei einer Begehung der Büroräume wurde festgestellt, dass viele Nutzer nicht die für die PC´s vorgesehenen Steckdosen nutzen, so dass in den meisten Fällen der Stromverbrauch für Sonstiges den technischen Arbeitsmitteln zugerechnet werden kann. Zusätzliche Arbeitsplatzleuchten waren lediglich in zwei Büros (Stand Sommer 2002) der erfassten Raumgruppen vorhanden.

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8.2 Referenzbüros

8.2.1 Temperaturverhalten im Sommer Zur Untersuchung des thermischen Verhaltens der Büroräume wurden thermische Simulationen durchgeführt. Umgesetzt wurde die Variante mit externer Verschattung und Nachtlüftung, da hierbei die besten Ergebnisse erzielt wurden. Die durchgeführten Simulationen haben für diese Variante an ca. 130 Stunden im Jahr eine Raumtemperatur von über 26°C ergeben, Temperaturen über 28°C lediglich an 14 Stunden (vgl. Tabelle 8.2.1.1). Die Messergebnisse in Abbildung 8.2.1.2 zeigen für den Sommer 2002 im Mittel eine gute Übereinstimmung mit der Simulation. In der dargestellten Jahresdauerlinie in Abbildung 8.2.1.1 wurde ein ganzes Jahr ausgewertet (8760 Stunden). Die nachfolgenden Ergebnisse der Messungen berücksichtigen nur die Stunden während der Arbeitszeit (Mo bis Fr 7-18 Uhr) für die entsprechenden Jahreszeiten. Die Temperatur wird über das Raumbedienpaneel der Einzelraumregelung erfasst. 40 Interne Verschattung, Externe Verschattung, Interne Verschattung, externe Verschattung, ohne Nachtspülung ohne Nachtspülung

ohne Nachtlüftung

ohne Nachtlüftung

35

Temperatur ϑ [°C]

30

25

20

15

Interne Verschattung,Externe externe Verschattung, Verschattung, Interne Verschattung, mitmit Nachtspülung mit mitNachtspülung Nachtlüftung Nachtlüftung

10

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Stunden

Abbildung 8.2.1.1: Simulationsergebnis; Jahresdauerlinie der Raumlufttemperatur für verschiedene 2 Verschattungsvarianten und Lüftungsstrategien. Westliche Ausrichtung; Bürofläche 16,83 m ; 2 Fensterfläche 6,48 m Tabelle 8.2.1.1: Simulationsergebnis; Anzahl der Stunden mit Bürotemperaturen über 26 °C bzw. 28 °C; Vergleich verschiedener Lüftungsstrategien und Verschattungsarten Keine Nachtlüftung Mit Nachtlüftung > 26 °C

> 28 °C

> 26 °C

> 28 °C

Interne Verschattung

1120,5 h

503 h

257,5 h

81,5 h

Externe Verschattung

645,5 h

178,5 h

129,5 h

14 h

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Im Sommer 2002 wurde die 26°C Grenze an durchschnittlich 60 bis 130 Stunden überschritten, in Ausnahmefällen an 200 bis 270 Stunden. Der Nutzer in Raum 109 legt aufgrund gesundheitlicher Probleme Wert auf eine hohe Raumtemperatur, so dass die Anzahl der Stunden über 26°C hier höher ausfällt. Raumlufttemperaturen über 28°C treten lediglich in 15 bis max. 40 Stunden auf. (Legende: SS = außenliegender Sonnenschutz, ECV = elektrochrome Verglasung)

Erwartete Werte aus Simulation

in Ausnahmen 200 bis 270 h >26°C

60 bis 130 h >26°C

Abbildung 8.2.1.2: Geordnete Dauerlinie der Raumtemperatur in verschiedenen Büroräumen während der Nutzungszeit (7 bis 18 Uhr), Juli bis September 2002

In Abbildung 8.2.1.3 sind die Raumtemperaturen über den Außentemperaturen aufgetragen, links die Räume mit dem außenliegenden Sonnenschutz (SS), rechts die Räume mit der elektrochromen Verglasung (ECV). Beide Sonnenschutzsysteme verhindern in Kombination mit der nächtlichen Lüftung wirkungsvoll ein Aufheizen der Räume.

Abbildung 8.2.1.3: Sortierte Werte der Raumtemperatur über der Außentemperatur für die Nutzungszeit (7 bis 18 Uhr), Juli bis September 2002 Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Der „Jahrhundertsommer 2003“ spiegelt sich in der Summenhäufigkeitsverteilung deutlich wider. Im Sommer 2002 überschritt die Außentemperatur an ca. 80 Stunden die 26°C-Grenze (vgl. Abbildung 8.2.1.2). Im Jahr 2003 lag die Anzahl der Stunden „Außentemperatur >26°C“ im Betrachtungszeitraum (Juni bis August) bereits bei über 200 Stunden, dementsprechend nimmt auch der Anteil hoher Raumtemperaturen zu. Im Sommer 2002 lagen die Temperaturen in allen Räumen in weniger als 270 Stunden über 26°C, im Sommer 2003 in allen Räumen mehr als 300 bis hin zu 600 Stunden, also in mehr als 20% der Arbeitszeit.

300 bis 450 h >26°C

Abbildung 8.2.1.4: Geordnete Dauerlinie der Raumtemperatur in verschiedenen Büroräumen während der Nutzungszeit (7 bis 18 Uhr), Juni bis August 2003

In Abbildung 8.2.1.5 sind die Raumtemperaturen über den Außentemperaturen aufgetragen, links die Räume mit dem außenliegenden Sonnenschutz (SS), rechts die Räume mit der elektrochromen Verglasung (ECV). Auffällig ist, dass die elektrochrome Verglasung trotz technischer Störungen eine hohe Sonnenschutzfunktion gewährleistet. Die maximalen Raumtemperaturen betragen bei einer Außentemperatur von 35°C ca. 32°C. Im unverdunkelten Zustand liegt der g-Wert der Verglasung bei 0,36 bis hin zu 0,12 bei 100% Verdunkelung, im Mittel also bei 0,24. Dem gegenüber steht die Sonnenschutzverglasung mit einem g-Wert von 0,34 in Kombination mit dem außenliegenden Sonnenschutz. Eine Reduzierung des g-Wertes von 0,34 auf 0,24 (Mittelwert ECV) gewährleistet in den untersuchten Büros die gleiche Sonnenschutzfunktion wie eine Sonnenschutzverglasung (g-Wert 0,34) mit außenliegendem Sonnenschutz (vgl. Abb. 8.2.1.3 und 8.2.1.5).

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Abbildung 8.2.1.5: Sortierte Werte der Raumtemperatur über der Außentemperatur für die Nutzungszeit (7 bis 18 Uhr), Juni bis August 2003

Abbildung 8.2.1.6 zeigt die geordnete Dauerlinie der Raumlufttemperatur in Raum 115 und der Außenlufttemperatur vergleichend für den Sommer 2002 und 2003. Unter „normalen“ Sommerbedingungen zeigen die Räume etwa das Temperaturverhalten, das aus den Simulationen zu erwarten war. Die mit den Messungen belegten Überhitzungen aus dem Sommer 2003 sind als außergewöhnlich einzustufen.

Abbildung 8.2.1.6: Geordnete Dauerlinie der Raumtemperatur in Raum 115 während der Nutzungszeit (7 bis 18 Uhr), Vergleich Sommer 2002 und 2003

In den Fenstern wurden automatisch zu öffnende Oberlichter eingebaut, um die Nachtlüftung der Büroräume über die GLT zu realisieren. Bereits im ersten Halbjahr 2003 waren zahlreiche Ausfälle der Stellmotoren zu verzeichnen, so dass eine detaillierte Auswertung der verschiedenen Nachtlüftungsstrategien nicht wie geplant Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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erfolgen konnte. Die neuen Motoren (vgl. Abbildung 8.2.1.7) wurden erst Ende des Sommers 2003 installiert und im Herbst in die Gebäudeleittechnik eingebunden.

Abbildung 8.2.1.7: Stellmotor für das Fensteroberlicht

Da die Stellmotoren nahezu den gesamten Sommer 2003 außer Betrieb waren, konnte eine Nachtlüftung nur erfolgen, wenn die Nutzer die Fensterflügel über Nacht per Hand geöffnet hatten. Ob und wenn ja in welcher Form dies umgesetzt wurde, lässt sich mit dem vorhandenen Messkonzept nicht auswerten. Aus diesem Grund wurde die Wirkungsweise der Lüftungsstrategien in den Räumen mit manuell zu bedienenden Türoberlichtern im Rahmen eines Kurzzeitversuches in den Räumen 215 und 216 untersucht. Langfristige Messungen waren nicht möglich, da nur begrenzte Zeiträume zur Verfügung standen, in denen beide Räume nicht genutzt wurden. Die nächtliche Auskühlung der Speichermasse im Raum ist eine entscheidende Voraussetzung dafür, dass Wärme am Folgetag wieder aufgenommen werden kann. Die wichtigsten Einflussgrößen sind die Luftwechselrate (3 h-1 bis 5 h-1), die Dauer (> 5 Stunden) und der Zeitpunkt (Taußen < Tinnen). In den Räumen 215 und 216 wurden vom 06.08. bis 08.08 die Nachtlüftungsszenarien überprüft. Im Raum 215 wurde der Fensterflügel gekippt und das Türoberlicht geöffnet, so dass während der Nacht eine Querlüftung erfolgen konnte. Das Türoberlicht in Raum 216 war geschlossen. Am 07.08. wurde in Raum 216 gegen 16.00 Uhr der Fensterflügel geschlossen. Am 08.08. um 9.00 Uhr wurde stattdessen der Raum für 45 Minuten bei geöffneter Tür und weit geöffnetem Fensterflügel gelüftet. Abbildung 8.2.1.8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Messwerte über die drei Tage.

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Abbildung 8.2.1.8: Raumlufttemperatur und Außenlufttemperatur bei unterschiedlichen Nachtlüftungsstrategien

Durch die Querlüftung im Raum 215 kann die Raumtemperatur um 5 bis 6,5 K gesenkt werden, ohne Querlüftung (Raum 216) lediglich um etwa 3 K. Die Temperaturspreizung (Differenz Max. und Min.-Wert) der Außentemperatur beträgt 15 bis 17 K. Die maximale Einstrahlung wird an der Westfassade gegen ca. 16.00 Uhr erreicht. Die maximalen Raumlufttemperaturen fallen mit der Tageshöchsttemperatur um etwa 18.00 zusammen. Durch die Querlüftung ist die Raumlufttemperatur in Raum 215 morgens um etwa 2 K niedriger als in Raum 216. Um 18.00 Uhr liegt die Raumtemperatur in Raum 215 allerdings über der Raumtemperatur in Raum 216. Am darauf folgenden Tag sind die Tagesmaximaltemperaturen etwa gleich. Durch die morgendliche Stoßlüftung mit weit geöffnetem Fensterflügel in Raum 216 wird die Raumlufttemperatur auf die gleiche Temperatur gesenkt, wie durch die nächtliche Querlüftung. Trotz höherem Luftwechsel (siehe Tabelle 8.2.3.1) liegen die maximalen Lufttemperaturen in allen Räumen auf etwa gleichem Niveau. Im Rahmen des Versuches konnte die Wirksamkeit der Querlüftung nicht bestätigt werden.

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In Abbildung 8.2.1.9 ist der Temperaturverlauf aller Räume in einer heißen Sommerwoche dargestellt. Trotz unterschiedlicher Lüftungsstrategien und verschiedener Sonnenschutzsysteme zeigen alle Räume im Wochenverlauf ein vergleichbares Temperaturverhalten. (Legende: SS = außenliegender Sonnenschutz; ECV = elektrochrome Verglasung; Türoberlicht Z = zu, A = automatisch, M = manuell)

Abbildung 8.2.1.9: Raumtemperatur und Außentemperatur in einer heißen Sommerwoche 2002

Maßgeblichen Einfluss auf das Temperaturniveau hat der Nutzer. In Abbildung 8.2.1.10 ist die Raumtemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur aufgetragen. Vergleicht man die beiden Räume mit geschlossenem Türoberlicht (Sommer 2002; Türoberlichter wurden 2003 durch zu öffnende Elemente ausgetauscht), so zeigt der Raum 116 das insgesamt niedrigste Temperaturniveau und Raum 109 das höchste. Durch gezieltes Lüften ist auch ohne Querlüftung ein behagliches Temperaturniveau im Sommer möglich.

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Abbildung 8.2.1.10: Sortierte Werte der Raumtemperatur über der Außentemperatur; 0.00 bis 24.00 Uhr, Juli bis September 2002

In Abbildung 8.2.1.11 ist der Verlauf der Luftgeschwindigkeit im Türoberlicht während des Sommers 2003 aufgetragen, die über Luftgeschwindigkeitssensoren erfasst wurde (siehe Sensor Abbildung 8.2.1.12).

Abbildung 8.2.1.11: Luftgeschwindigkeit am Türoberlicht von Juli bis September 2003

Die Luftgeschwindigkeit steigt beim Öffnen des Türoberlichtes deutlich an (siehe Versuchszeitraum 06. bis 08. August 2003). Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Anhand des Geschwindigkeitsverlaufs erkennt man, dass die Türoberlichter in allen Räumen fast den ganzen Sommer 2003 geschlossen waren, also keine Querlüftung erfolgte. In den Räumen 215 und 216, mit den manuell zu bedienenden Türoberlichtern, ist dies auf die seltene Belegung zurück zu führen. Die automatischen Türoberlichter in Raum 114 und 115 sind defekt (Raum 115 seit Ende Juli 2003) und wurden erst 2004 wieder instand gesetzt. Zwei der Referenzräume waren mit geschlossenen Türoberlichtern ausgestattet, die aber von den Nutzern zu Beginn 2003 durch zu öffnende Elemente ausgetauscht wurden. Der genaue Zeitpunkt der Auswechslung ist nicht bekannt, so dass nicht mehr nachvollziehbar ist, ab wann eine Querlüftung der Räume möglich war, da hier auch keine entsprechende Messtechnik vorgesehen wurde.

Abbildung 8.2.1.12: Luftgeschwindigkeitssensor am Türoberlicht

Neben der Temperatur, die über die Einzelraumregelung erfasst wird, wurden in den Referenzräumen zusätzliche Temperaturfühler installiert. Abbildungen 8.2.1.13 und 8.2.1.14 zeigen die Fühlertemperaturverläufe für den Raum 114 mit außenliegendem Sonnenschutz und automatischem Türoberlicht (außer Betrieb) und Raum 116 mit elektrochromer Verglasung und geschlossenem Türoberlicht. Es zeigt sich ein nahezu identischer Temperaturverlauf. Auch nach fünf aufeinanderfolgenden Tagen mit Außentemperaturen über 30°C liegen die maximalen Raumtemperaturen mehr als 5 °C unter der Außentemperatur. Die Deckentemperatur nimmt innerhalb der ersten fünf Tage kontinuierlich zu, der Luftwechsel während der Nacht führt kaum zu einer Auskühlung der Betondecke als Speichermasse.

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Abbildung 8.2.1.13: Raumluft- und Oberflächentemperatur der Decke sowie Außentemperatur in einer heißen Sommerwoche

Abbildung 8.2.1.14: Raumluft- und Oberflächentemperatur der Decke sowie Außentemperatur in einer heißen Sommerwoche

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8.2.2 Temperaturverhalten im Winter Bei der Beheizung der Büros werden drei Betriebszustände unterschieden. In der Komfort-Stellung bei Anwesenheit von Personen wird der Sollwert der Raumlufttemperatur konstant auf 20°C eingestellt. Der Nutzer hat die Möglichkeit, den Sollwert der Raumlufttemperatur um 1K heraufoder herunterzusetzen. Bei Abwesenheit von Personen wird nach einer Dauer von 30 Minuten von der Komfort- auf die Eco-Stellung gewechselt, die ebenfalls zwischen 6:00 und 22:00 Uhr gilt. Hierbei wird der Sollwert auf 18°C gesenkt. In der Zeit von 22:00 bis 6:00 Uhr wird der Sollwert auf 15°C reduziert. Der eingeschränkte Temperaturwahlbereich der Büroräume im Winter (20°C ± 1 K) ist ein Grund für den geringen Heizwärmeverbrauch. Die häufigen Klagen der Nutzer haben jedoch gezeigt, dass eine Raumlufttemperatur von max. 21°C als nicht ausreichend empfunden wird, bzw. ein größerer Wahlbereich gewünscht wird, um behagliche Raumklimabedingungen zu gewährleisten (Empfehlung mind. ± 2 K). Hier sollte der Nutzerzufriedenheit ein höherer Stellenwert eingeräumt werden als der Energieeinsparung. Die Abbildungen 8.2.2.1 und 8.2.2.2 zeigen für verschiedene Räume die geordnete Jahresdauerlinie der Raumlufttemperaturen über der Außenlufttemperatur für die Heizperiode 2002/2003 und 2003/2004, die Abbildungen 8.2.2.3 und 8.2.2.4 stellen Raumlufttemperaturen über der Außenlufttemperatur dar, jeweils von Oktober bis einschließlich März. Im August 2003 beendete der Nutzer des Raumes 109 seine Tätigkeit im Institut und der Raum wurde anschließend nur unregelmäßig genutzt. Dies zeigt sich deutlich in der Temperaturverteilung. Im Winter 2002/2003 liegen die Raumlufttemperaturen in Raum 109 weit über der Raumlufttemperatur der übrigen Räume. Dies war möglich, weil der Nutzer zusätzlich zur Raumheizung einen Ölradiator betrieben hat. Im Winter 2003/2004 liegen die Temperaturen in Raum 109 häufig zwischen 18 und 20°C, d.h. die Raumheizung wurde meistens im ECO-Betrieb gefahren (Raumtemperatur 18°C). Gleiches gilt für den Raum 215, wie bereits im vorangegangenen Winter. Bei regelmäßiger Nutzung liegen die Raumlufttemperaturen zwischen 20 und 24°C.

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Untersuchungszeitraum (10/02-03/03)

Anzahl der Stunden [h]

Abbildung 8.2.2.1: Geordnete Jahresdauerlinie der Raumlufttemperaturen während der Nutzungszeit (7 bis 18 Uhr); Oktober 2002 bis März 2003

Untersuchungszeitraum (10/03-03/04)

Anzahl der Stunden [h]

Abbildung 8.2.2.2: Geordnete Jahresdauerlinie der Raumlufttemperaturen während der Nutzungszeit (7 bis 18 Uhr); Oktober 2003 bis März 2004

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Abbildung 8.2.2.3: Sortierte Werte der Raumlufttemperatur über der Außenlufttemperatur (0 bis 24 Uhr); Oktober 2002 bis März 2003

Abbildung 8.2.2.4: Sortierte Werte der Raumlufttemperatur über der Außenlufttemperatur (0 bis 24 Uhr); Oktober 2003 bis März 2004

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78

In Abbildung 8.2.2.5 ist der Raumlufttemperaturverlauf für einen regelmäßig und einen unregelmäßig genutzten Raum dargestellt. Bei regelmäßiger Nutzung wird durch die höheren internen Wärmegewinne und den geregelten Heizbetrieb (20 bis 21°C) eine insgesamt höhere Raumlufttemperatur erzielt. Durch den hohen Wärmeschutz der Gebäudehülle sinkt die Temperatur jedoch auch bei Nachtabsenkung auf theoretisch 15°C im Raum kaum unter 18°C. Dies bestätigen auch die Raumlufttemperaturwerte über der Außenlufttemperatur in Abbildung 8.2.2.2 und 8.2.2.4.

Abbildung 8.2.2.5: Raumlufttemperatur- und Außenlufttemperaturverlauf

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79

8.2.3 Luftwechselbestimmung in den Büroräumen Im September 2003 wurden in zwei Referenzbüros Tracergasmessungen zur Bestimmung des Luftwechsels durchgeführt. Ziel der Untersuchung ist die Gewährleistung des hygienisch notwendigen Luftwechsels in den Büroräumen durch natürliche Lüftung und die Bestimmung einer Lüftungsstrategie zur Reduzierung der Überhitzungsstunden für Sommertag und -nacht. Die Tracergasmessungen erfolgten jeweils morgens und abends parallel in den benachbarten Referenzräumen 215 und 216 im 2.OG ohne Anwesenheit von Personen oder zusätzlicher interner Wärmelasten. Die Räume liegen an der Westseite des Gebäudes. Die Bestimmung der Luftaustauschrate durch natürliche Lüftung erfolgte mit CO2 als Tracergas nach der Konzentrationsabklingmethode, da dies die kostengünstigste Methode ist. Die Auswertung erfolgt nach Gleichung [3]:

nm =

Tzu 1  ∆C (t )  ln  Ti ∆t  ∆C (t + ∆t ) 

C

[h-1] [K] [K] [ppm]

∆C

[ppm] Differenz der Tracergaskonzentration

nm Tzu Ti

mittlerer Luftwechsel Zulufttemperatur Raumlufttemperatur Tracergaskonzentration zur Zeit t

Bestimmt wird der Luftwechsel bei gekipptem Fensterflügel mit und ohne Querlüftung zum Atrium. Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 8.2.3.1 zusammengestellt. Ohne Querlüftung wird auch bei nahezu Windstille noch ein mindestens einfacher Luftwechsel im Raum erzielt, der bei höheren Windgeschwindigkeiten bis zu einem dreifachen Luftwechsel ansteigt. Mit Querlüftung zum Atrium erhöht sich der Luftwechsel deutlich. Während der Messphase traten vorwiegend Winde aus südwestlichen Richtungen auf. Abbildung 8.2.3.1 zeigt die resultierenden Luftwechsel in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit. Mit zunehmender Windgeschwindigkeit nimmt der Luftwechsel zu. Die Querlüftung führt zu einem erheblich höheren Luftwechsel (vgl. Abbildung 8.2.3.1). Aufgrund der geringen Temperaturdifferenz (Raumlufttemperatur - Außenlufttemperatur) zum Zeitpunkt der Messung konnte kein Zusammenhang zwischen Luftwechsel und Temperaturdifferenz festgestellt werden.

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80

Tabelle 8.2.3.1: Ergebnisse der Luftwechseluntersuchungen in der Zeit vom 17. bis 22.09.2003 Raum 215 mit Querlüftung

LW

Windgeschwindigkeit

[h-1]

[m/s]

Windrichtung

Temperatur

Temperatur

∆θ

außen [°C]

Raum [°C]

[K]

17.09.03

11:24-11:50

6,93

0,56

SW/W

17,56

20,46

2,9

17.09.03

17:14-17:52

4,78

0,25

SW

21,77

23,79

2,02

18.09.03

8:28-8:57

5,93

0,45

S

12,85

20

7,15

18.09.03

17:02-17:42

4,57

1,24

SW/W

23,83

26,01

2,18

19.09.03

8:51-9:22

5,89

1,08

SW/S

16,1

20,75

4,65

19.09.03

12:51-13:26

5,31

1,61

SW

21,49

22,6

1,11

Raum 215 ohne Querlüftung 22.09.03

09:06-11:09

1,48

0,24

SO/S

18,8

24,17

5,37

22.09.03

14:07-15:12

2,74

2,29

S/SW

24,72

25,75

1,03

8,70

4,50

S/SW

25,88

27,25

1,37

LW

Windgeschwindigkeit

Windrichtung

Temperatur

Temperatur

∆θ

Raum 215 mit Querlüftung 22.09.03

17:11-17:32

Raum 216 ohne Querlüftung

-1

[h ]

[m/s]

außen [°C]

Raum [°C]

[K]

17.09.03

11:21-13:07

1,29

0,58

SW/W

17,92

22,33

4,41

17.09.03

17:35-20:33

1,06

0,05

SW

20,12

26,5

6,38

18.09.03

9:53-11:17

2,00

1,11

SW

17,17

21,39

4,22

18.09.03

16:51-18:27

2,04

0,9

SW/W

23,69

26,32

2,63

19.09.03

9:02-10:13

2,44

1,41

SW/S

17,16

22,32

5,16

19.09.03

12:46-14:03

2,62

1,65

SW

21,7

23,5

1,8

Raum 216 ohne Querlüftung 22.09.03

9:11-11:04

1,53

0,21

SO/S

18,77

24,64

5,87

22.09.03

14:02-15:00

3,13

2,28

S/SW

24,5

25,63

1,13

9,65

4,72

S/SW

25,76

27,95

2,19

Raum 216 mit Querlüftung 22.09.03

17:17-17:36

Auch bei nahezu Windstille wird der hygienisch notwendige Luftwechsel über das gekippte Fenster gewährleistet. Abbildung 8.2.3.1 zeigt den Luftwechsel in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen. Die Ergebnisse der Berechnung der linearen Ausgleichsgeraden in Abbildung 8.2.3.1 finden sich im Anhang.

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81

Abbildung 8.2.3.1: Luftwechsel in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen

Vergleichend zu den Messergebnissen lässt sich für den Fall der einseitigen Lüftung der Luftvolumenstrom gem. nachfolgender Formel berechnen [3]: 1 VC = 3600 ⋅ ⋅ Al ⋅ Φ ⋅ C1 ⋅ u 2 + C 2 ⋅ H ⋅ ∆θ + C 3 2 mit

[m³/h]

Al

[m²]

lichte Öffnungsfläche des Fensters

Φ

[-]

das Durchflussverhältnis

C1,C2,C3 Koeffizienten (übl. Dreh-/Kippfenster: C1=0,0056; C2=0,0037; C3=0,012) u [m/s] Windgeschwindigkeit H [m] Höhe der lichten Fensteröffnung ∆θ

[K]

Temperaturdifferenz innen/außen

Bei weitgehend konstanter Windgeschwindigkeit während der Messung ergibt das Rechenverfahren im Vergleich zur Messung am 18.09.2003, Raum 216 ohne Querlüftung, nachmittags einen Luftwechsel von 1,94 h-1 (blaue Werte), die Messung einen Wert von 2,04 h-1 (rote Werte), am 19.09.2003 morgens einen Luftwechsel von 2,49 h-1, die Messung 2,44 h-1 (vgl. Tabelle 8.2.3.2). Tabelle 8.2.3.2: Vergleich Luftwechseluntersuchungen - Rechenverfahren Raum 216 ohne Querlüftung

LW

Windgeschwindigkeit

-1

Windrichtung

Temperatur

Temperatur

∆θ

[h ]

[m/s]

außen [°C]

Raum [°C]

[K]

18.09.03

16:51-18:27

2,04/1,94

0,9

SW/W

23,69

26,32

2,63

19.09.03

9:02-10:13

2,44/2,49

1,41

SW/S

17,16

22,32

5,16

Eine Übereinstimmung zwischen Untersuchung und Rechenverfahren wurde nur bei weitgehend konstanter Windgeschwindigkeit während der Messung erzielt.

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82

8.2.4 Bestimmung des Tageslichtquotienten Am 02.03.2004 wurden in drei Büros zum Atrium im Galeriegeschoss, im 2. und 4.OG sowie in einem nach Norden orientierten Büro im 2.OG die Tageslichtquotienten ermittelt (vgl. Abb. 8.2.4.1 und 8.2.4.2). Die Außenbeleuchtungsstärke schwankt im Messzeitraum zwischen 3500 und 5500 Lux bei vollständig bedecktem Himmel. Kurzzeitig trat leichter Nieselregen auf. Gemessen wurde in einer Höhe von 85 cm. Der Messkopf des Luxmeters wurde mit Hilfe eines Stativs waagerecht ausgerichtet.

Raum 273

Raum 219

Abbildung 8.2.4.1: Lage der Messräume im 2.OG, bzw. Raum G53 im Galeriegeschoss (wie Raum 273)

Raum 469

Abbildung 8.2.4.2: Lage des Messraumes im 4.OG Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

83

Die Messung der Beleuchtungsstärke im Raum erfolgte an den in Abbildung 8.2.4.3 dargestellten Positionen. Zeitgleich zu den Messungen in den Büroräumen wurde die Außenlichtstärke auf dem Dach des Informatikzentrums gemessen.

Abbildung 8.2.4.3: Lage der Messpunkte; links: Vertikalschnitt, rechts: Grundriss

Der Tageslichtquotient D an jedem Messpunkt berechnet sich nach folgender Gleichung:

D = (EI/EA) ⋅ 100 [%]

EI = Beleuchtungsstärke am Messpunkt innen EA = Beleuchtungsstärke außen zum gleichen Zeitpunkt Die im Vorfeld durchgeführten Lichtsimulationen ergaben für ein Westbüro einen Tageslichtquotienten von 3% in einer Raumtiefe von 2,50m. Die Raumabmessungen betragen: (Breite x Tiefe x Höhe) Raum G53: 3,50 x 5,10 x 3,6m Raum 219: 3,50 x 5,00 x 3,6m Raum 273: 3,50 x 5,10 x 3,6m Raum 469: 7,10 x 5,20 x 3,6m Die Abbildungen 8.2.4.4 bis 8.2.4.11 zeigen die Fassadenansichten und die Ergebnisse der Messungen für die Atriumbüros, angefangen mit dem Galeriegeschoss bis zum 4.OG sowie den Tageslichtquotienten im Nordbüro. Abweichend von Abbildung 8.1.4.3 wurden die Messungen in Raum 469 aufgrund der großen Raumbreite in 2 m Abstand von der Wand durchgeführt. In den Atriumbüros ist der Tageslichtquotient deutlich niedriger als im Nordbüro. Dennoch werden auch hier bis in eine Raumtiefe von etwa 2 m noch Werte von etwa 2% erreicht.

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84

Abbildung 8.2.4.4: Außenansicht des Atriumbüros, Raum G 53

Achse 1

14,00 Achse 2

Tageslichtquotient [%]

12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0

1

2

3

4

5

Raumtiefe [m] Achse 1

Achse 2

Abbildung 8.2.4.5: Verlauf des Tageslichtquotienten in Raum G 53 (Atriumbüro, Galeriegeschoss)

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85

Abbildung 8.2.4.6: Außenansicht des Atriumbüros, Raum 273

Achse 1

14,00 Achse 2

Tageslichtquotient [%]

12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0

1

2

3

4

5

Raumtiefe [m] Achse 1

Achse 2

Abbildung 8.2.4.7: Verlauf des Tageslichtquotienten in Raum 273 (Atriumbüro, 2. OG)

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86

Abbildung 8.2.4.8: Außenansicht des Atriumbüros, Raum 469

Achse 1

14,00

Tageslichtquotient [%]

12,00 Achse 2

10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0

1

2

3

4

5

Raumtiefe [m] Achse 1

Achse 2

Abbildung 8.2.4.9: Verlauf des Tageslichtquotienten in Raum 469 (Atriumbüro, 4.OG)

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87

Abbildung 8.2.4.10: Innenansicht der Fensterfassade in Raum 219 (Nordbüro)

Achse 1

14,00

Tageslichtquotient [%]

12,00

Achse 2

10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0

1

2

3

4

5

Raumtiefe [m] Achse 1

Achse 2

Abbildung 8.2.4.11: Verlauf des Tageslichtquotienten in Raum 219 (Nordbüro, 2.OG)

Die Simulation für das Atriumbüro im 3.OG ergab für die realisierte Variante einen Tageslichtquotienten von mindestens 2% bis zu einer Raumtiefe von 2,2 m in 0,85 m Höhe (siehe Abschnitt 6.4.2). Die Messung ergab für die Räume im 2. bzw. 4.OG des Atriums einen Tageslichtquotienten von 2 % bis in eine Raumtiefe von 2 m (4.OG)

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88

bzw. 2,20 m (2.OG). Die Ergebnisse der Simulation werden durch die Messung bestätigt. Die Verkehrsflächen im Neubau grenzen überwiegend an das Atrium. Damit sind gute Voraussetzungen für eine natürliche Belichtung der Verkehrsflächen gegeben (vgl. Abbildung 8.2.4.12).

Abbildung 8.2.4.12: Verkehrsflächen zum Atrium

8.2.5 Untersuchung der künstlichen Beleuchtung

8.2.5.1 Büroraum Die Beleuchtungsstärke der künstlichen Beleuchtung wurde am 08.02.2005 um 18.00 Uhr in Raum 216 gemessen. Die Beleuchtung wurde 30 Minuten vor der Messung eingeschaltet. Die Lage des Schreibtisches und der Beleuchtung im Raum sind in Abbildung 8.2.5.1 dargestellt, ebenso wie das Raster, in dem die Beleuchtungsstärke gemessen wurde. Abbildung 8.2.5.2 zeigt den Verlauf der Beleuchtungsstärke auf der Schreibtischfläche. Der Sensor zur Erfassung der Beleuchtungsstärke ist mittig zwischen den Leuchten angeordnet. Die Leuchten werden stufenlos auf eine Arbeitsflächenbeleuchtungsstärke von 350 lux heraufoder heruntergeregelt. Der Sensor erfasst die ungünstigste Position auf dem Schreibtisch, an allen anderen gemessenen Punkten wird die geforderte Beleuchtungsstärke von 350 lux z.T. deutlich überschritten.

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89

1,0m

2,4m

468

376

342

490

530

500

511

422

399

460

535

460

444

404

400

401

512

0,95m

506

0,8m

Lage des Beleuchtungsstärkesensors

Abbildung 8.2.5.1: Beleuchtungsstärke der künstlichen Beleuchtung auf dem Schreibtisch in 80cm Höhe

R3

500-550 R2

450-500 400-450 [lux] 350-400

R1 1

2

3

4

5

6

Abbildung 8.2.5.2: Beleuchtungsstärke der künstlichen Beleuchtung auf dem Schreibtisch [lux]

8.2.5.2 Flure / Verkehrsflächen Die Beleuchtungsstärke der künstlichen Beleuchtung in den Fluren wurde am 28.01.2003 gemessen. Die Messungen erfolgten über dem Boden in Flurmitte im 1. und 2. OG (vgl. Abbildung 8.2.5.3 und 8.2.5.4). Gemessen wurde in den Fluren des sanierten Altbaus (vgl. Abbildung 8.2.5.5), da hier vorwiegend innen liegende Flure ohne Tageslichtversorgung vorhanden sind. In Fluren, die ausschließlich künstlich beleuchtet werden, wird die empfohlene Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

90

Beleuchtungsstärke nach § 7 Abs. 3 der Arbeitsstättenverordnung von 100 lux nur in wenigen Bereichen unterschritten, z.B. im Messbereich B10 bis B12 (vgl. Tabelle 8.2.5.1).

Abbildung 8.2.5.3: Lage der Messpunkte im 1.OG

Abbildung 8.2.5.4: Lage der Messpunkte im 2.OG

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91

Tabelle 8.2.5.1: Messung der Beleuchtungsstärke in den Flurbereichen Messpunkt

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

A9

Beleuchtungsstärke (lux)

60

110

87

94

97

204

160

45

160

2)

1)

1)

2)

Messpunkt

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

B8

B9

Beleuchtungsstärke (lux)

115

152

120

90

114

150

170

128

128

1)

1)

1)

B10

B11

B12

B13

B14

97

69

69

100

105

Bemerkungen

Bemerkungen Messpunkt Beleuchtungsstärke (lux)

1); 2)

2)

Bemerkungen

2) 1) eine angrenzende Leuchte defekt 2) Flurtür geöffnet

Abbildung 8.2.5.5: Flurbeleuchtung mit Downlights im Messbereich A

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92

8.2.6 Untersuchung zur Bestimmung der Behaglichkeit Zur Messung der thermischen Behaglichkeit wurden für eine Reihe von Büroräumen Kurzzeitmessungen durchgeführt (vgl. Abbildung 8.2.6.1). Ziel ist es, die operativ empfundenen Raumbedingungen zu ermitteln, um so das Raumklima bewerten zu können.

R1 Raum 248

R4

Raum 232 Raum 273 bzw. R 438 im 4.OG

R2

Raum 215

R3 Abbildung 8.2.6.1: Lage der untersuchten Räume im 2.OG

Die vorkonfigurierte mobile Messeinrichtung (MobileLAB des IGS) wird im Raum in unmittelbarer Nähe zum Arbeitsplatz aufgestellt (vgl. Abbildung 8.2.6.2). Die Messung beginnt nach einer 15-minütigen Akklimatisierungsphase der Messfühler. Die Messdaten werden von einem Notebook aufgezeichnet. Der Arbeitsplatz steht sofort wieder zur Verfügung. Das MobileLAB ist sehr kompakt und verursacht keine störenden Nebengeräusche. Die Messungen erfolgen in Anlehnung an DIN 1946 und DIN EN 7730. Tabelle 8.2.6.1: Durchführung der Messungen Messung

Raum 01 Osten

Raum 02 Süden

Raum 03 Westen Raum 04 Norden

Raum 05 Osten 4.OG 30.09.2004

9.15 bis 10.15 Uhr

R 02 10.45 bis 11.45 Uhr

14.00 bis 15.00 Uhr

15.30 bis 16.30 Uhr

31.01.2005

10.45 bis 11.15 Uhr

R 05 11.45 bis 12.15 Uhr

12.30 bis 13.00 Uhr

14.30 bis 15.00 Uhr

Die Messungen wurden in der Übergangszeit und im Winter durchgeführt, da das Messgerät erst zum Ende der Projektlaufzeit zur Verfügung stand. Eine abschließende Bewertung der Behaglichkeit ist aus diesem Grund noch nicht

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93

möglich, da die Sommerbewertung für das Raumklima von entscheidender Bedeutung ist. Anstelle des Atriumbüros R2 wurde bei der Wintermessung ein nach Norden orientierter Büroraum im 4.OG gemessen (R5), da die Nutzer sich hier häufig über zu niedrige Raumlufttemperaturen beklagen. Eine ausführliche Auswertung des jeweils untersuchten Raumes findet sich im Anhang. In Abbildung 8.2.6.4 ist beispielhaft die Auswertung der Wintermessung für Raum 248, in der Auswertung R1, dargestellt, der in der Gesamtauswertung (Abbildung 8.2.6.3) mit am schlechtesten abgeschnitten hat (außerhalb der vorgegebenen Grenzen). Diese Bewertung resultiert aus der niedrigen operativen Raumtemperatur, alle anderen Parameter erzielten gute Ergebnisse.

Abbildung 8.2.6.2: Messtechnikaufbau des MobileLAB

Bei der Operativtemperatur in der Gesamtauswertung (Abb. 8.2.6.3) handelt es sich um die am MobileLAB erfasste operative Temperatur. In der detaillierten Raumauswertung (Abb. 8.2.6.4) wird die Operativtemperatur gem. DIN EN ISO 7730 aus den gegebenen Randbedingungen errechnet. Die höchste Operativtemperatur wurde wider Erwarten im 4.OG (R5) gemessen (20,97°C) und errechnet (20,2°C), die Räume R1 und R3 liegen mit operativen Temperaturen unter 20°C außerhalb des behaglichen Bereiches. In der Nutzerumfrage bemängeln 80% der Befragten die Raumlufttemperatur als manchmal oder häufig zu kalt (siehe Kapitel 8.6). Auch hier gilt die Empfehlung, den Wahlbereich für die Raumlufttemperatur auf mindestens 20°C ± 2K zu erhöhen. Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Berechnung nach DIN EN ISO 7730:2003 GEBÄUDE Lage

Laufe der Messungen

Braunschweig

-

-

-

Übergangsjahr

30

September

2004

Winter

31

Januar

2005

Sommer

Gebäude

Informatik Zentrum Kennung

019NIZ

KATEGORIEN Raum

Jahreszeit Sommer

R1 2.OG R248

R2 2.OG R273

R3 2.OG R215

R4 2.OG R232

R5 4.OG R438

R6 2.OG

R7 R8

KAT

Temp. (1,10)

Taupunkttemp.

Luftbewegung

Operativ Temp.

Temp. (0,10)

S.Temp. (A)

S.Temp. (B)

Kategorien

(*)

-

Übergang

C

19.69

9.42

0.02

20.11

19.33

20.15

20.27

Winter

19.37

4.1

0.07

19.73

18.11

18.91

19.41

Sommer

(*) -

Übergang

A

22.6

8.73

0.01

22.22

21.41

22.8

23.33

A

Winter

-

(*)

Sommer

-

Übergang

A

21.85

8.54

0.02

22.46

20.98

22.28

23.04

Winter

(*)

18.94

2.93

0.06

19.26

18.24

18.76

19.01

Sommer

-

Übergang

A

22.35

9.13

0.07

22.67

21.65

23.75

22.26

Winter

C

20.31

4.9

0.1

20.65

19.7

19.53

20.74

Sommer

-

Übergang

-

Winter

B

Sommer

-

Übergang

-

Winter

-

Sommer

-

Übergang

-

Winter

-

Sommer

-

Übergang

-

Winter

C B

20.63

5.63

0.06

20.97

19.74

20.4

20.23

( - ): Keine Daten bekommen

(*): Außer Behaglichkeitsbereich

NOTIEREN

TU BRAUNSCHWEIG - INSTITUT FÜR GEBÄUDE- UND SOLARTECHNIK

Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch

Abbildung 8.2.6.3: Gesamtauswertung der Behaglichkeitsmessung 04/05 in fünf Büroräumen (R1 bis R5)

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Abbildung 8.2.6.4: Auswertung der Behaglichkeitsmessung Winter 2005, Raum R1 Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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8.3 Atrium Das Atrium wird durch freie Lüftung über den Zuluftkanal, die Thermik des Atriums (Auftriebshöhe 26m) und durch den Windsog der geöffneten Abluftklappen be- und entlüftet. Die vertikal angeordneten Abluftklappen werden windrichtungsabhängig leeseitig geöffnet. Durch die Möglichkeit der Querlüftung des Gebäudes über das Atrium, eingebunden in die Einzelraumregelung und das GLT-Konzept, wird der zur Nachtkühlung erforderliche Luftwechsel in den Büroräumen ermöglicht. 8.3.1 Temperaturverhalten im Sommer Im Sommer bleibt das Temperaturniveau im Atrium auch während einer längeren Schönwetterperiode im Mittel unterhalb der Außentemperatur. Während des Tages wird das Atrium nicht belüftet, um einen Eintrag an heißer Außenluft zu vermeiden. Über einen Zeitraum von 5 Tagen beträgt der Temperaturanstieg im 4.OG etwa 5 K, bei Außentemperaturen von über 30°C, in den unteren Geschossen ist ein Temperaturanstieg von etwa 2 K zu verzeichnen. Die Schwankungen innerhalb eines Tages betragen bis zu 11 K. Während der Nacht wird das Atrium ebenso wie die angrenzenden Räume belüftet und unterstützt durch die Funktion als Abluftatrium die Querlüftung der Büroräume. Um den Luftwechsel im Atrium auch unter extremen Bedingungen (Sommer, Entrauchung) zu gewährleisten, wurde eine mechanische Lüftung für das Atrium vorgesehen. Die Betriebserfahrungen des ersten Sommers 2002 zeigten aber, dass die freie Lüftung zu höheren Luftwechseln und damit günstigeren Temperaturverhältnissen im Atrium führte. Daraufhin wurde die mechanische Lüftung in der Regelstrategie für den folgenden Sommer deaktiviert. Somit konnte auch der Strombedarf für die Lüftung reduziert werden. An heißen Sommertagen kommt es unter dem Atriumdach zu einem Hitzestau, da die Abluftklappen geschlossen sind. Sobald die Außentemperatur den Mittelwert der Atriumtemperatur überschreitet, werden die Lüftungsöffnungen geschlossen, um einen zusätzlichen Wärmeeintrag zu verhindern (vgl. Abbildung 8.3.1.2). Um dem Hitzestau im Dachbereich entgegen zu wirken, wurde im Rahmen eines Kurzzeitversuchs eine Querlüftung des Dachbereiches untersucht, d.h. die Zuluftöffnungen im Untergeschoss bleiben geschlossen, im Dachbereich werden zwei gegenüberliegende Öffnungen geöffnet. Der Versuch wurde am 3./4.Juni 2003 durchgeführt. Da während des Versuches manuell in die GLT eingegriffen werden musste, konnte nur ein kurzer Zeitraum untersucht werden, da in dieser Zeit die Regelstrategien außer Kraft gesetzt waren und z.B. im Brandfall (vgl. Kapitel 6.7) eine Funktionalität der Regelung nicht sichergestellt war. Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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Trotz kurzer Messdauer mit unterschiedlichen Bedingungen lassen die Ergebnisse darauf schließen, dass mit dieser Lüftungsstrategie die Aufheizung des oberen Luftraumes reduziert werden kann, ohne dass es in den unteren Bereichen zu einem zusätzlichen Wärmeeintrag kommt. Ohne Querlüftung des Dachbereiches steigen die Temperaturen im 4.OG auf 37°C bis 38°C an und liegen um etwa 3 bis 5 K über der Außentemperatur. Die Temperatur in den unteren Geschossen liegt deutlich darunter (vgl. Abb. 8.3.1.2). Zum Zeitpunkt der Messung lag die Außentemperatur bei über 30°C. Durch die Querlüftung des Dachbereiches bleiben die Temperaturen im 4.OG auf dem Niveau der Außentemperatur. Die Temperatur in den unteren Geschossen wird dadurch nicht beeinflusst. Hier liegen die Temperaturen weiterhin um etwa 5 K unterhalb der Außentemperatur (vgl. Abb. 8.3.1.3). Die Umsetzung dieser Lüftungsstrategie erfordert umfangreiche Programmierarbeiten in der Gebäudeleittechnik und damit Kosten, für die derzeit keine Mittel zur Verfügung stehen. In Abbildung 8.3.1.4 ist die Temperaturverteilung in den Ebenen 4.OG, 2.OG und Galeriegeschoss zum Zeitpunkt der höchsten aufgetretenen Temperaturen an zwei vergleichbaren Sommertagen dargestellt. Auch hier wird deutlich, dass durch die Querlüftung einem Hitzestau im 4.OG entgegen gewirkt wird, bei einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung. Die Punkte in Abbildung 8.3.1.4 kennzeichnen die Lage der Messfühler (vgl. Abbildung 8.3.1.1). Bei den übrigen Knotenwerten im Diagramm handelt es sich um Mittelwerte der angrenzenden Messpunkte.

Abbildung 8.3.1.1: links: Anordnung der Temperaturfühler im oberen Luftraum des Atriums; rechts: Temperaturmessstelle mit Strahlungsschutz

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98

Abbildung 8.3.1.2: Temperaturverlauf der Atriumtemperatur und der Außentemperatur in unterschiedlichen Höhen in einer heißen Sommerwoche

Querlüftung des Dachbereiches

Abbildung 8.3.1.3: Temperaturverlauf der Atriumtemperatur und der Außentemperatur in unterschiedlichen Höhen in einer heißen Sommerwoche

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99

R6

4.OG

R6

4.OG

R5

38,50-39,00

R4

R5

35,50-36,00

38,00-38,50

35,00-35,50

37,50-38,00

34,50-35,00

37,00-37,50

R4

34,00-34,50 R3

36,50-37,00 36,00-36,50

R3

33,50-34,00 33,00-33,50

R2

R2

R1 1

2

3

4

R1 1

5

2

3

4

5

R6

2.OG

R6

2.OG R5

31,50-32,00

R4

R5

30,50-31,00

31,00-31,50

30,00-30,50

30,50-31,00

29,50-30,00

30,00-30,50

R4

29,00-29,50 R3

29,50-30,00 29,00-29,50

R3

28,50-29,00 28,00-28,50

R2

R2

R1 1

2

3

4

R1 1

5

2

3

4

5

R6

GG

R6

GG R5

R5

R4

R4

28,50-29,00

27,50-28,00

28,00-28,50

27,00-27,50

27,50-28,00

26,50-27,00 R3

27,00-27,50

R3

26,00-26,50

R2

R2

R1 1

2

3

R1 1

2

3

Abbildung 8.3.1.4: Temperaturverteilung [°C] in verschiedenen horizontalen Ebenen (4.OG, 2.OG und Galeriegeschoss von oben nach unten), links am 09.08.03, Außentemperatur 35°C, rechts am 04.06.03, Außentemperatur 34°C mit Querlüftung des Dachbereiches Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

100

Derzeit wird die Belüftung und Beheizung des Atriums auf Basis des Mittelwertes der 5 Temperaturfühler über die Höhe des Atriums geregelt (Abbildung 8.3.1.6: Mittelwert EG bis 4.OG, blaue Kurve). Zusätzlich zu den 5 Temperaturfühlern für die Gebäudeleittechnik wurden insgesamt 50 Temperaturfühler in drei Ebenen im Rahmen des Monitorings installiert. Die Mittelwerte dieser Temperaturfühler sind ebenfalls in Abbildung 8.3.1.6 dargestellt.

Abbildung 8.3.1.5: Temperaturfühler für die Atriumregelung

Abbildung 8.3.1.6: Atriumtemperatur in verschiedenen Ebenen in Abhängigkeit der Außentemperatur im Zeitraum 1.1.2003 bis 30.6.2004

Bei hohen Außentemperaturen nimmt die Temperaturschichtung im Atrium zu. Durch die Mittelwertbildung wird dies bei der Regelung des Atriums nicht berücksichtigt und das führt dazu, dass die Temperaturen auf Höhe des 4.OG ab einer Außentemperatur von etwa 26,5°C exponentiell ansteigen, da die Wärme sich Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

101

aufgrund der geschlossenen Abluftklappen unter dem Atriumdach staut. In Abbildung 8.3.1.7 ist die Temperaturdifferenz zwischen dem 4.OG und dem Galeriegeschoss bzw. dem 2.OG in Abhängigkeit von der Außentemperatur aufgetragen. Die Differenz zeigt sehr deutlich, dass die Temperaturschichtung nach dem Schließen der Zu- und Abluftöffnungen stark zunimmt, d.h. dass insbesondere die Temperaturen im 3. und 4. OG ansteigen und den Wert der Außentemperatur überschreiten.

Schließen der Zu- und Abluftöffnungen

Abbildung 8.3.1.7: Temperaturdifferenz zwischen Temperaturen im 4.OG und dem Galeriegeschoss bzw. dem 2.OG in Abhängigkeit der Außentemperatur im Zeitraum 1.1.2003 bis 30.6.2004

Hinzu kommt, dass der Temperaturfühler im 4.OG an einer Stelle positioniert wurde, an der nicht die Maximaltemperatur erfasst wird. In Abbildung 8.3.1.8 ist der Verlauf der gemittelten Temperatur der Monitoringfühler im 4.OG (21 Fühler, vgl. Abb. 8.3.1.1) und des GLT-Messfühlers im 4.OG dargestellt. Die beiden Kurven zeigen bis zu einer Außentemperatur von etwa 22°C eine sehr gute Übereinstimmung; bei steigenden Außentemperaturen liegt die gemittelte Lufttemperatur um bis zu 2,5 K über der des Messfühlers der GLT. Das arithmetische Mittel aus den 5 Temperaturfühlern ist als Regelgröße für die Atriumtemperatur nicht geeignet. Die Temperaturen im 4.OG liegen an heißen Sommertagen z.T. deutlich über der Außentemperatur (siehe Abb. 8.3.1.2). Als geeignete Regelgröße für die Lüftungsstrategie im Sommer erweist sich die GLTFühlertemperatur im 4.OG. Bis zu einer Außentemperatur von 30°C wäre in diesem Fall die freie Lüftung aktiv, bei Temperaturen über 30° liegt die Fühlertemperatur im Atrium unter der Außentemperatur, d.h. die Lüftungsöffnungen werden geschlossen. Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

102

Temperaturen über 30°C treten nur an sehr heißen Sommertagen auf, so dass an „normalen“ Sommertagen ein Hitzestau im Dachbereich vermieden wird.

Abbildung 8.3.1.8: Atriumtemperatur im 4.OG in Abhängigkeit der Außentemperatur im Auswertezeitraum 01.01.2003 bis 30.06.04; Mittelwert der Monitoring-Messfühler und Anzeigewert des GLT-Fühlers

Abbildung 8.3.1.9: Atriumtemperatur in verschiedenen Ebenen in Abhängigkeit der Außentemperatur im Zeitraum 1.1.2003 bis 30.6.2004

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103

8.3.2 Temperaturverhalten im Winter Das Atrium wird über erwärmte Luft aus dem Zuluftkanal (dynamische Heizung) und bei Bedarf ergänzend durch statische Heizflächen beheizt. Die über Bodenauslässe im KG mit geringer Strömungsgeschwindigkeit und Übertemperatur über den Zuluftkanal eingebrachte Warmluft steigt im Atrium auf. Während die innenliegenden Büros ausschließlich über Fenster zum Atrium belüftet werden, ist dies bei außenliegenden Büros über die Bürotüren zum Atrium möglich. Im Fall mangelnder Luftqualität (CO2-Sensor) im Atrium werden die ansonsten geschlossenen Lüftungsklappen im Dachbereich automatisch geöffnet. Dieser Fall trat im ersten und zweiten Winter jedoch nicht ein. Abbildung 8.3.2.5 zeigt die Temperaturverteilung in den Ebenen 4.OG, 2.OG und GG für den Regelheizfall im Winter (dynamische und statische Heizung aktiv), sowie für einen Wintertag, an dem die dynamische Heizung (Warmluft) nicht in Betrieb war, das Atrium also lediglich über die statischen Heizflächen beheizt wurde. (Lage der Messfühler siehe Abbildung 8.3.1.4).

Lufttemperatur Atrium [°C]

Heizperiode (10/02 – 03/03)

Abbildung 8.3.2.1: Gemittelte Lufttemperatur in verschiedenen Ebenen im Atrium über der Außentemperatur

Das Atrium zeigt ein sehr gleichmäßiges Temperaturniveau. Im Winter ist nahezu keine Temperaturschichtung vorhanden.

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104

Abbildung 8.3.2.2: Mitteltemperaturen der Monitoring-Messfühler Ventilstellung der statischen Heizung im Atrium, Lüfter in Betrieb

und

Außentemperatur

sowie

Abbildung 8.3.2.3: Temperaturen der GLT-Messfühler, Mittelwert Ventilstellung der statischen Heizung im Atrium, Lüfter in Betrieb

und

Außentemperatur

sowie

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105

Durch die Wärmerückgewinnung der Kälteanlage wird die Außenlufttemperatur um etwa 5 K angehoben und durch die Nacherhitzung auf eine konstante Zulufttemperatur von 25°C erwärmt (vgl. Abb. 8.3.2.4). Sinkt die Atriumtemperatur unter 18°C werden die statischen Heizflächen ergänzend betrieben. Diese Betriebsstrategie führt, wie die Messungen zeigen, zu thermisch behaglichen Bedingungen im Atrium.

Abbildung 8.3.2.4: Temperaturen im Zuluftkanal bei Lüfterbetrieb mit Wärmerückgewinnung und Nacherhitzer; Außentemperatur

In Abbildung 8.3.2.5 ist die Temperaturverteilung in den Ebenen 4.OG, 2.OG und Galeriegeschoss an zwei Wintertagen dargestellt. Durch die Zuführung warmer Zuluft (Zulufttemperatur 25°C) und Betrieb der statischen Heizflächen wird eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung im Atrium erreicht. Im Dachbereich tritt ein leichter Kaltluftabfall auf, so dass die Temperaturen hier etwas geringer sind (vgl. Abb. 8.3.2.5; links). Durch den Ausfall des Zuluftgebläses, das erst Ende 2003 wieder funktionstüchtig war, konnte die mechanische Belüftung des Atriums nur eingeschränkt erprobt werden. Häufige Störungen führten zu einer ungenügenden Beheizung des Atriums. Allein der Betrieb der statischen Heizflächen reichte nicht aus, ein angenehmes Temperaturniveau im Atrium zu gewährleisten (vgl. Abb. 8.3.2.5; rechts). Da die an das Atrium grenzenden, innenliegenden Büroräume ausschließlich über das Atrium beheizt werden, führten Lufttemperaturen im Atrium von z.T. deutlich unter 15°C zu häufigen Klagen der Nutzer.

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106

R6

4.OG

R6

4.OG

R5

19,50-20,00

R4

R5

16,00-16,50

19,00-19,50

15,50-16,00

18,50-19,00

15,00-15,50

18,00-18,50

R4

14,50-15,00

R3

17,50-18,00 17,00-17,50

R3

14,00-14,50 13,50-14,00

R2

R2

R1 1

2

3

4

R1 1

5

2

3

4

5

R6

2.OG

R6

2.OG R5

19,50-20,00

R4

R5

16,00-16,50

19,00-19,50

15,50-16,00

18,50-19,00

15,00-15,50

18,00-18,50

R4

14,50-15,00 R3

17,50-18,00 17,00-17,50

R3

14,00-14,50 13,50-14,00

R2

R2

R1 1

2

3

4

R1 1

5

2

3

4

5

R6

GG

R6

GG R5

19,50-20,00

R5

R4

R4

19,00-19,50

14,50-15,00

18,50-19,00

14,00-14,50

18,00-18,50

13,50-14,00

R3

17,50-18,00

R3

13,00-13,50

17,00-17,50

R2

R2

R1 1

2

3

R1 1

2

3

Abbildung 8.3.2.5: Temperaturverteilung [°C] in verschiedenen horizontalen Ebenen (4.OG, 2.OG und Galeriegeschoss von oben nach unten), links am 06.02.03, rechts am 09.01.03

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Der Temperaturfühler im 1.OG wird durch die Wärmeabgabe der statischen Heizflächen deutlich beeinflusst, ist also als Regelgröße ungeeignet. Abbildung 8.3.2.6 zeigt die Messwerte der GLT-Temperaturfühler im EG und im 1.OG sowie die Mitteltemperatur der Messfühler im Galeriegeschoss.

Fühler Heizkörper

Abbildung 8.3.2.6: Atriumtemperatur im 4.OG in Abhängigkeit der Außentemperatur im Zeitraum 1.1.2003 bis 30.6.2004; Mittelwert der Monitoring-Messfühler und Anzeigewert des GLT-Fühlers

Problematisch hat sich die Konstruktion der gegenläufigen Jalousieklappe im Zuluftkanal erwiesen, die für die freie Belüftung des Atriums vorgesehen ist. Abbildung 8.3.2.7 zeigt eine Thermografieaufnahme der Zuluftöffnung im Untergeschoss.

Abbildung 8.3.2.7: Kaltlufteintrag im Bereich der Zuluftöffnung im Zuluftkanal Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

108

Trotz Nachbesserungen sind hier in geschlossenem Zustand deutliche Undichtigkeiten vorhanden. Durch die eindringende Außenluft (Außentemperatur etwa 3°C) bildet sich ein sichtbarer Kaltluftsee. Dies führt dazu, dass im Winter die etwa 25°C warme Luft aus dem Zuluftkanal direkt mit der kalten Außenluft durchmischt wird, so dass bereits an den Bodenauslässen die Temperatur von 25°C auf 20 bis 21°C abgekühlt ist. Ein weiterer Kaltlufteintrag findet im Bereich der Brandjalousie im UG statt (siehe Abbildung 6.7.1, Brandschutz).

8.3.3 Luftwechsel im Atrium Im Rahmen einer Diplomarbeit [8] wurde im Februar 2003 eine Tracergasmessung zur Bestimmung des Luftwechsels im Atrium bei mechanischer Belüftung durchgeführt. Ziel der Messung war die Bestimmung lokaler Luftaustauschzahlen. Die Belüftung des Atriums erfolgt über neun im Boden verteilte Luftauslässe.

Bodenauslässe

Abbildung 8.3.3.1: Lage der Bodenauslässe im Atrium

Im Winter wird die Zuluft mittels einer Wärmerückgewinnung aus der Kälteanlage und bei Bedarf durch eine Zusatzheizung im Zuluftkanal erwärmt. Neben diesem Zuluftkanal befindet sich eine weitere Zuluftöffnung, über die im Sommer und in den Übergangszeiten frische Außenluft einströmen kann (siehe Abbildung 6.2.3). Die genaue Bestimmung des unter realen Bedingungen in einen Raum eintretenden Außenluftvolumenstroms stellt aufgrund des Zusammenspiels nicht beeinflussbarer Faktoren eine komplexe Messaufgabe dar. Eine exakte Aussage über den in verschiedenen Bereichen eines Raumes erreichten Luftaustausch ist nicht zu ermitteln. Differenzdruckmessungen an Zu- oder Abluftöffnungen erfassen nur den Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

109

Volumenstrom und sind zu ungenau. Sie kommen daher für eine Beurteilung des Luftaustausches nicht in Betracht. Zur Bestimmung des Luftwechsels im Atrium, wird eine Indikatorgasmessung durchgeführt. Indikatorgasmessungen, auch Tracergasmessungen genannt, basieren auf der messbaren Verdünnung eines Tracergases in Abhängigkeit vom Luftaustausch. Diese Messmethode eignet sich zur Bestimmung des Außenluftvolumenstromes und ist anderen Methoden, wie z.B. der Differenzdruckmessung an Zu- oder Abluftöffnungen, überlegen, da sie die Summe aller Außenluftvolumenströme erfasst, also auch die Infiltration durch die Gebäudehülle. Die Konstant-Injektionsmethode eignet sich zur Volumenstrombestimmung im Zuluftkanal. Da ein konstanter Volumenstrom vorausgesetzt werden kann, wird die Austrittskonzentration ebenfalls konstant sein und solange gehalten, bis möglichst an allen Orten im Atrium die gleiche Konzentration erreicht ist. Als Tracergas wird CO2 eingesetzt. Glasda ch

Abluft

Co 2 Sensor 7

A ußend ruck

Bü ro (No rd )

Winter fall (Zulufta trium ) Lüf ter Co 2 Sensor 6

Co 2 Sensor 5

Bür o

Nebe nra um

Bü ro

Bür o

Nebe nra um

Bü ro

Bür o

Co2 Se nsor 3

Bü ro

Büro

Inne ndruck

Co 2 Senso r 4

Bür o

Nebe nra um

Nebe nra um

Que la uslässe

Sta ffel gesch oß

3.OG

2.OG

1.OG

GG

EG

Lab or UG Co 2 Injektion

Zu luftkana l

Abbildung 8.3.3.2: Positionen der Messfühler und CO2-Injektion im Zuluftkanal

Die CO2-Injektion erfolgt vor dem Ventilator in das Lüftungsgerät, so dass im Lüftungsgerät mit einer ausreichenden Durchmischung gerechnet werden kann. Die sich am Ausgang des Lüftungsgerätes einstellende Konzentration erlaubt bei bekanntem Injektionsvolumenstrom eine Bestimmung des Volumenstromes im Lüftungsgerät.

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An vier Stellen im Atrium wird der Konzentrationsaufbau und die Konzentrationsabnahme gemessen. Durch eine vorab durchgeführte Messung wurde die Homogenität der Konzentration im Atrium geprüft. Der Messpunkt für den Innendruck befindet sich auf Höhe des 1.OG im Atrium. Im Sheddach wird an der windabgewandten Seite ein Fenster geöffnet, durch das der gesamte Luftstrom abgeführt wird. Der sich an der Abluftöffnung einstellende Unterdruck wird aufgezeichnet. Zur Kontrolle des Unterdruckes an der Abluftöffnung wird der Differenzdruck zwischen Innenund Außendruck aufgezeichnet. Der Druckmesspunkt für den Außendruck liegt 1m neben der Abluftöffnung.

Abbildung 8.3.3.3: CO2-Injektion in den Lüftungskanal; Position des CO2-Messfühlers an der Abluftöffnung

Abbildung 8.3.3.4 zeigt die Konzentrationsabnahme an den vier Messstellen sowie an der Abluftöffnung während der Messdauer. Die Konzentration an der Abluftöffnung fällt am schnellsten ab und erreicht nach 3h die Endkonzentration von ca. 400 ppm. Die übrigen Sensoren erreichen diesen Endwert etwa 0,5h später (siehe Abbildung 8.3.3.4). Konzentrationsverlauf aller Sensoren

CO2-Konzentration [ppm] C [ppm]

1600

Sensor 3 - 1.OG

1400

Sensor 4 - 1.OG

1200

Sensor 5 - 4.OG Sensor 6 - 4.OG

1000

Auslass (S7) 800 600 400 200 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15 16:30 16:45 17:00 17:15 17:30 17:45 18:00 18:15 18:30 18:45 19:00

Zeit

Abbildung 8.3.3.4: CO2-Konzentratiosverlauf im Atrium, Beenden der CO2-Injektion um 15:03 Uhr, Messung der Konzentrationsabnahme Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

111

Das weist auf eine wenig ausgeprägte, aber vorhandene Kurzschlussströmung hin; ein Teil der Zuluft verlässt auf direktem Weg die Abluftöffnung. Es findet keine vollständige Durchmischung der Frischluft mit der Luft im gesamten Messbereich statt. Die Sensoren im 4.OG erreichen als letzte den Endwert. Daher kann von einer vorwiegenden Verdrängungsströmung mit Durchmischung ausgegangen werden. Die Ergebnisse konnten auch in einer anschließenden Strömungssimulation bestätigt werden. Bei einer perfekten Verdrängungsströmung würden die Ebenen von unten nach oben nacheinander schlagartig einen Konzentrationsabfall erfahren. Bei einer perfekten Durchmischung würden alle Sensoren gleichzeitig reagieren. Weitergehende Untersuchungen haben gezeigt, dass für die Durchmischung eine ungleichmäßige Verteilung des Gesamtvolumenstromes auf die einzelnen Luftauslässe im Boden verantwortlich ist. Dadurch steigt ein Großteil der warmen Luft direkt nach oben, was dem Prinzip der Verdrängungsströmung entgegenwirkt. Eindringende Kaltluft im Einströmungsbereich der Warmluft verstärkt diesen Effekt. Insgesamt wird jedoch eine sehr gleichmäßige Durchströmung des Atriums erreicht. Die Messung ergab einen Volumenstrom von etwa 6788 m³/h, das entspricht einem Luftwechsel im Atrium von n=0,84 h-1. Tabelle 8.3.3.1: Ergebnisse der Luftalterbestimmung

Mittleres Luftalter im Atrium τ Gesamtaußenluftvolumenstrom

3237 [s]

V

6788 [m³/h]

Luftwechselzahl n bezogen auf Raumvolumen von 8041m³

-1

0,84 [h ]

Tabelle 8.3.3.2: Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Messergebnissen

Simulationsergebnisse

Messergebnisse

Bzg. auf 7620m³ Raumluftvolumen

bzg. auf 8080m³

Mittleres Luftalter im Atrium τ [s]

3930

Mittleres Luftalter an der Abluftöffnung τ E [s]

8888

Lufttemperatur [°C]

19,3

3237 theoretisch

6774 18,8

8.3.3.1 Luftwechsel bei freier Lüftung An zwei Tagen im Sommer 2003 wird der Außenluftvolumenstrom durch den Zuluftkanal ins Atrium bestimmt, der sich infolge freier Lüftung einstellt. Dabei sind die Jalousie des Kanals sowie die Fenster im Sheddach geöffnet. Der Antrieb zur Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

112

freien Lüftung erfolgt durch den thermischen Auftrieb der wärmeren Luft im Atrium und durch den Windsog im Dachbereich. Durch die Messungen sollen Richtwerte ermittelt werden, in welcher Größenordnung sich der durch freie Lüftung induzierte Volumenstrom einstellt. Die Bestimmung des Außenluftvolumenstromes durch den Erdkanal erfolgt durch ein Indikatorgasverfahren (Tracergasverfahren) nach der Konstant-Injektions-Methode. Bei dieser Methode erfolgt die Injektion eines konstanten Tracergasvolumenstromes im Einströmbereich des Zuluftkanals. Die an der Ausströmöffnung gemessene Konzentration schwankt in Abhängigkeit von dem Luftvolumenstrom im Erdkanal. Voraussetzung ist die Kenntnis des Tracergasvolumenstromes. Der Außenluftvolumenstrom bestimmt sich durch das Verhältnis des Tracergasvolumenstromes zur Tracergaskonzentration in der Raumluft bzw. an der Ausströmöffnung des Zuluftkanals [nach 6]: VAV (t ) =

VTra (t ) C (t ) − C Air

VAV

Außenluftv olumenstro m

VTra

Tracergasv olumenstro m

C CAir

Zielkonzentration Hintergrundkonzentra tion

G lasdach

Sommerfall (Abl uftatrium) Abluft Lüfter

Büro (Nord)

Büro

Nebenraum

Staff elgeschoß

Büro

Büro

Nebenraum

3.OG

Büro

Büro

Büro

Büro

Atrium

Senkkl appflügel

Term inalr aum (Ost)

2.OG

1.OG

Nebenraum

Nebenraum

Büro

Gebläsekü hl ung

GG

EG Labor

Kondensator

Technik Kühlanlage

UG

Zuluftkanal

Gasinjektion

Messpunkt

Abbildung 8.3.3.1.1: Versuchsaufbau zur Volumenstrombestimmung im Zuluftkanal Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

113

Abbildung 8.3.3.1.2: Prinzip der Volumenstrommessung [6]

Als Tracergas dient Kohlendioxyd. Aufgrund seines natürlichen Vorkommens in der Außenluft (ca. 0,04 %) ist seine natürliche Konzentration (CAir Hintergrundkonzentration) von der gemessenen Konzentration (C Zielkonzentration) abzuziehen. Der Zeitpunkt t bezeichnet den Moment, in dem sich bei konstantem Außenluftvolumenstrom und Tracergasvolumenstrom eine stationäre Tracergaskonzentration am Auslass eingestellt hat (siehe Abbildung 8.3.3.3.2). Stellt sich infolge eines schwankenden Volumenstromes kein stationärer Zustand ein, so sind Min-Max-Werte zu ermitteln (siehe Tabelle 8.3.3.3.1, Messung vom 03.06.03). Es wurden zwei Messungen im Sommer durchgeführt. Bei der ersten Messung waren zwei gegenüberliegende Fenster im Dach geöffnet. Es sollte versuchsweise durch eine Querlüftung im Dachbereich erreicht werden, aufgestaute Wärme im 4.OG abzuführen. Dadurch verringert sich der Einfluss des ohnehin schwachen Windes auf den Volumenstrom, da Luv- und Lee-Seite auf den Druck im Atrium wirken und sich kompensieren. Als Antriebspotential bleibt ein weitestgehend durch Thermik induzierter Druckunterschied. Tabelle 8.3.3.1.1: Versuchsrandbedingungen und Ergebnisse Außentemp. [C°]

Atriumtemp. [C°]

Windstärke [m/s]

Windrichtung

Orientierung Fenster Dach

Volumenstrom [m³/s]

03.06.03

26

29

Tür muß geschlossen werden -> schlechtere Luft“.

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150

35% der Nutzer empfinden Zugerscheinungen als stark oder sehr stark. Messungen der Luftgeschwindigkeit im 1.OG ergaben in verschiedenen Büroräumen bei geschlossenen und z.T. auch bei geöffneten Türen bzw. Fenstern Werte unter 0,1 m/s. In einem Raum wurden bei geöffneter Tür 0,12 m/s erreicht. Diese Werte liegen unterhalb der in der DIN 1946 angegebenen Höchstgrenzen (DIN 1946 Teil 2, Seite 3, Bild 2). Geruchsbelästigungen, möglicherweise die Folge von Materialausdünstungen des Neubaus, werden von 24% als ziemlich stark eingeschätzt. Die Geräuschbelästigung wird insbesondere bei geöffnetem Fenster als hoch eingestuft. 29% der Befragten fühlen sich in dieser Hinsicht immer oder häufig bei geschlossenem Fenster beeinträchtigt, bei geöffnetem Fenster sogar 64%.

Abbildung 8.5.2.14: Frische der Luft

Abbildung 8.5.2.15: Zugerscheinungen

Abbildung 8.5.2.16: Außenlärm, Fenster geschlossen

Abbildung 8.5.2.17: Außenlärm, Fenster offen

Abbildung 8.5.2.18: Geruchsbelästigungen

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Bei geschlossenem Fenster wird die Luftfrische schlechter beurteilt und die Geruchsbelästigung nimmt zu, während die Zugerscheinungen zurückgehen und die Geräuschbelästigung abnimmt. Bei geöffnetem Fenster werden die Luftfrische und Belästigungen durch Geruch nicht bemängelt, dafür treten verstärkt Zugerscheinungen auf, und der Außenlärm wirkt sehr störend. („Wenn die Tür offensteht, so ist der Durchzug an der Bewegung der Blumen zu sehen. Daher wird meistens die Tür geschlossen, da es auch kalt wird.“) Die Frage nach der empfundenen Behaglichkeit beantworten 80% mit ziemlich oder sehr angenehm, so dass das allgemeine Raumklima zusammengefasst trotz aller Beschwerden in Einzelfragen eine sehr positive Bewertung erfährt.

Abbildung 8.5.2.19: Allgemeine Behaglichkeit

Durchweg positiv wird die Akustik der Büroräume bewertet. 51% der Befragten vergeben in dieser Frage die Note eins oder zwei. Mit dem Deckensystem SQUARELINE der Firma Illbruck wird in einem Standardbüroraum, 77% der Grundfläche abgehängt, eine Nachhallzeit (NRC) von 0,81 s erreicht. Die Bewertung des Lüftungsverhaltens der Nutzer erweist sich als schwierig, da in der Fragestellung keine Unterscheidung von Sommer- und Winterfall vorgenommen wurde. Die meisten Befragten (68%) öffnen die Fensterflügel (groß und/oder klein) über den Tag verteilt mehrmals für kurze Zeit, die Türen und/oder Türoberlichter sind bei 48% der Nutzer während der gesamten Arbeitszeit geöffnet. Die Kombination von Fenster- und Türlüftung stellt im Regelfall eine geeignete Methode zur Sicherstellung des hygienisch notwendigen Luftwechsels dar. Auf die Frage, wann die Fenster geöffnet werden, antworten 71% „wenn die Luft zu sauerstoffarm ist“, 55% „wenn die Luft zu warm ist“ und 45% „wenn die Luft zu geruchsbelastet ist“. Die Lichtsituation am Arbeitsplatz wird sowohl bei Tages- als auch bei Kunstlicht positiv bewertet. 62% der Nutzer vergeben für das Tageslicht die Noten eins oder zwei, die Behaglichkeit bei Kunstlicht stufen 68% mit gut oder sehr gut ein. Bei einer Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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installierten Leistung von 13,8 W/m²NGF ist die Arbeitsfläche mit durchschnittlich 550 lx ausgeleuchtet. Die Handhabung des Kunstlichts wird etwas ungünstiger beurteilt. Zwar liegen auch hier 45% der Noten bei eins oder zwei, aber 36% der befragten Personen vergeben die Note vier oder schlechter. Grund hierfür ist möglicherweise, dass in einigen Fällen der Bewegungsmelder eventuell nicht optimal auf den am Schreibtisch sitzenden Nutzer abgestimmt ist. Vor allem in den großen Besprechungs- und Seminarräumen reicht die Anzahl der Bewegungsmelder nicht aus (lediglich ein Sensor installiert). Die Beleuchtungssituation und –handhabung außerhalb der Büroräume in den Fluren, in den Toiletten, im Treppenhaus und im Atrium wird überwiegend als gut bis sehr gut beurteilt. Zur Überprüfung der dennoch häufig aufgetretenen Beschwerden über zu dunkle Flure wurde am 28. Januar 2003 gegen 12:00 Uhr (bedeckter Himmel, trocken) eine Messung der Beleuchtungsstärke in den innenliegenden Verkehrszonen des 1. und 2. Obergeschosses durchgeführt. Gemessen wurde in Flurmitte jeweils im halben Abstand zwischen zwei Leuchten wenige Zentimeter über dem Fußboden. Obwohl alle Türen, durch die Tageslicht einfallen könnte, entweder geöffnet oder verglast waren, hat das Tageslicht so gut wie keinen Einfluss auf die Beleuchtungsstärke in den relevanten Flurbereichen. Die Messungen zeigen, dass die installierten Leuchten im Mittel eine im LEE geforderte MindestBeleuchtungsstärke für Verkehrsflächen von 100 lx zu Verfügung zu stellen. Allerdings liegen an einigen Stellen aufgrund von defekten Leuchten die Werte unter 100 lx.

Abbildung 8.5.2.21: Akustik im Büroraum

Abbildung 8.5.2.23: Behaglichkeit des Kunstlichts Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

Abbildung 8.5.2.22: Bewertung Tageslicht

Abbildung 8.5.2.24: Handhabung des Kunstlichts 153

8.5.2.3 Teil C – Technische Ausstattung Zunächst sollten die Mitarbeiter Angaben zu den technischen Geräten machen, die sie an ihrem Arbeitsplatz verwenden. Der typische Arbeitsplatz besteht aus: 100% Telefon 81% Computer 68% Schreibtischleuchte 55 bzw. 65% Monitor oder LCD-Bildschirm 52% Laptop Zusätzlich wurde abgefragt, ob und wenn ja welche Geräte ständig oder im stand-byModus betrieben werden. Hier antworteten 87% mit „ja“, was auf einen hohen Grundlastverbrauch hindeutet.

8.5.2.4 Teil D – Einführung in die Gebäudeleittechnik 32% bzw. 42% der Nutzer gaben an, dass ihnen die Funktionsweise bzw. die Handhabung der Einzelraumregelung erklärt wurde. Als Informationsquelle wurden hauptsächlich schriftliche Erläuterungen (23%) genannt. 42% der an der Umfrage beteiligten Mitarbeiter finden diese Einführung nicht ausreichend und wünschen sich eine bessere Aufklärung über die vorhandene Technik. Besonderes Interesse gilt dem Heizungssystem, grundsätzlich besteht aber auch Interesse an der Haustechnik und der Regelung. Neben der schlechten Bewertung der Heizungsanlage wird auch gesamte Technik negativ beurteilt, 48% der Nutzer geben ihr die Note vier oder schlechter.

8.5.2.5 Teil E – Alltag im Informatikzentrum Als positiv empfunden werden: das Atrium (bei 45% der Befragten), die hellen Räume (19%), die Architektur allgemein (13%) und die Tatsache, dass alle Informatiker der TU unter einem Dach arbeiten und die Möglichkeit zur Begegnung gegeben ist (10%). Hauptkritikpunkte sind: die schlechte Zugänglichkeit, da sich Fremde wegen des fehlenden Einganges oft verlaufen (23%), viele enge und dunkle Flure (23%), das mangelhafte Heizungssystem (16%) und andere Gebäudetechniken (10%) sowie die schlechten Lichtverhältnisse in den unteren Atriumbüros (10%).

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Die zahlreichen eigenen Anmerkungen lassen auf ein hohes Interesse der Nutzer an der Umfrage bzw. dem Gebäude schließen. Für das Atrium werden zusätzlich mehrere Kriterien zur Aufenthaltsqualität abgefragt. Diese werden insgesamt als sehr positiv bewertet: vor allem die Luftfrische (87% gut oder sehr gut), Zugerscheinungen (77% kaum wahrnehmbar oder überhaupt nicht) und Geruchsbelästigungen (87% kaum wahrnehmbar oder überhaupt nicht). Lediglich die empfundene Temperatur (61% manchmal oder häufig zu kalt, aber 42% gerade richtig) und die Geräuschentwicklung (48% etwas oder sehr störend) wurden von einigen Mitarbeitern weniger positiv bewertet.

8.5.2.6 Teil F – Allgemeine Bemerkungen Ein Großteil der Anmerkungen bezog sich nochmals auf die Gebäudetechnik und Wünsche nach Verbesserungen. Ein repräsentativer Kommentar ist z.B. „Ich hoffe, dass die Auswertung dieser Befragung endlich etwas bewirkt“ und „Viele gute Ideen und Ansätze, was wohl toll wäre, wenn’s funktionieren würde. 1 Jahr der Nachbesserungen und noch immer ständig Ärger, ist das noch zu verstehen oder was haben diese Leute gelernt?“.

8.3.5 Detailauswertung für häufige Problemfelder Punkte, die auf eine große Unzufriedenheit bei den Nutzern schließen lassen, werden nachfolgend näher analysiert. Die Grenze liegt bei 15% Unzufriedener oder mehr pro Antwortmöglichkeit eingestuft (vgl. Rietschel, S. 150, Bild C2-16). Soweit möglich, werden die Beschwerden genauer lokalisiert, in dem eine Unterteilung in Geschosse und in Nord-, West- und Atriumbüros getroffen wird. Da jeweils unterschiedlich viele Büros zu den einzelnen Ausrichtungen gehören, ist der Vergleich mit der Verteilung der Büros in der Gesamtumfrage maßgebend. Bei zwei Fragebögen wurden keine Angaben zur Ausrichtung gemacht, so dass von den 29 verbleibenden Büros 14 im Norden (48%), 6 im Westen (21%) und 9 am Atrium (31%) liegen. Also wäre bei jeder Frage diese Prozentverteilung zu erwarten (im folgenden „Erwartungswert“ genannt), wenn Beschwerden über alle Ausrichtungen hinweg gleich verteilt wären. Größere Abweichungen von diesem Erwartungswert lassen auf bestimmte Probleme und deren Ursachen in den einzelnen Bereichen schließen.

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Abbildung 8.5.2.25: Temperatur im Sommer

Abbildung 8.5.2.26: Temperatur im Winter

Atriumbüros treten insbesondere durch die ungünstige Tageslichtsituation hervor. Sieben von neun an der Umfrage beteiligten Atriumbüronutzern (78%) geben der Tageslichtqualität nur die Noten 3 oder 4. Schlechtere Noten wurden nicht vergeben. Im Vergleich mit Nord- und Westbüros liegt der Beschwerdeanteil der Büros mit Atriumausrichtung bei 70% (7 von 10 aller Tageslichtnoten 3 und 4) um 39% über dem nach der Büroanzahl zu erwartenden Quote von 31% (9 Atriumbüros von 29 Büros der Gesamtumfrage). Sehr gute Werte im Vergleich zu Nord und West zeigen sich demgegenüber bei der Bewertung des sommerlichen Temperaturverhaltens (12 % unter Erwartungswert), der allgemeinen Behaglichkeit (17% unter Erwartungswert) und der Geruchsbelästigung (31 % unter Erwartungswert, also keine Beschwerde). Das Glasdach des Atriums wird größtenteils durch das BS4-Hochhaus verschattet, die Fenster der Büros weisen nach Norden und die befragten Räume lagen in den unteren Atriumgeschossen, so dass kein direktes Sonnenlicht einfallen kann und eine Überhitzung trotz des relativ warmen für die Umfrage maßgebenden Sommers nahezu ausgeschlossen ist. Auch die Luftfrische wird in Atriumbüros nicht wesentlich schlechter beurteilt als in den außenliegenden Büros (nur 2% über Erwartungswert), die Luftqualität des Atriums wird sehr positiv bewertet.

Abbildung 8.5.2.27: Zugerscheinungen

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In Nordbüros wird im Vergleich zu Atrium- und Westbüros vor allem die allgemeine Behaglichkeit schlechter beurteilt. Fünf der sieben (71%) Wertungen "ziemlich unangenehm" und "sehr unangenehm" stammen aus Nordbüros, das sind 23% mehr als nach dem 48%-Anteil der Nordbüros an allen Büros der Umfrage (14 von 29) erwartet wurde. Gleichzeitig sind dies 33% aller Nordbüros der Umfrage (5 von 14). Hinsichtlich der Tageslichtbeurteilung erreichen die Nordbüros sehr gute Werte und stehen damit nur wenig hinter den Westbüros zurück. Der Erwartungswert (48%) der Beschwerden beim Atrium-West-Vergleich wird mit 30% (3 von 10 aller Noten 3 und 4) um 18% unterschritten. Der hohe Fensterflächenanteil der Büroaußenwand (46%), sorgt für eine gute Tageslichtautonomie, die Arbeitsplätze befinden sich fast alle in Fensternähe und verfügen über seitlichen Lichteinfall. 20% der Nutzer (3 von 14) aller Nordbüros klagen über schlechte Lichtverhältnisse am Arbeitsplatz.

Abbildung 8.5.2.28: Außenlärm, Fenster geschlossen

Abbildung 8.5.2.29: Außenlärm, Fenster geöffnet

Zwei Bewertungskriterien der Westbüros zeigen eine höhere Beschwerdequote als Räume der Ausrichtungen Atrium und Nord. Problematisch ist die Lärmbelästigung von 67% (6 von 9 aller Lärmbeschwerden), um 46% über dem Erwartungswert von 21% (6 West- von 29 Büros der Gesamtumfrage) bei geschlossenem als auch um 13% höher bei geöffnetem Fenster (6 von 18 aller Lärmbeschwerden). In beiden Fällen beschweren sich alle Westbüros der Umfrage. Die Westseite des Gebäudes grenzt an die vierspurige Mühlenpfordtstraße, auf der zudem noch vier Straßenbahnlinien verkehren. Die Straße ist eine der großen Ausfallstraßen ins Braunschweiger Zentrum. Das zweite Bewertungskriterium ist die Geruchsbelästigung, hier liegt die Quote um 22% (3 von 7 aller Geruchsbeschwerden) über dem nach der Büroverteilung zu erwartenden Anteil. Zwischen dem 1. und 2. Geschoss treten nur unwesentliche Unterschiede auf. Zugerscheinungen werden im 1.OG im Vergleich zum 2.OG mit 80% (8 von 10 aller Zugbeschwerden) um 25 % über dem Erwartungswert von 55% (16 1.OG-Büros von insgesamt 29) bemängelt. Dies sind 50% aller Büros im 1.Geschoss. Die Lärmbelästigung von außen bei geschlossenem Fenster wird stärker im 1. OG Abschlussbericht Neubau Informatikzentrum

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beanstandet. Die Quote von 67% (6 von 9 aller Lärmbeschwerden) gegenüber dem 2.OG bedeuten 11% mehr als der Erwartungswert, so dass 38% (6 von 16) der befragten Nutzer im 1.OG die Geräuschkulisse als zu laut einzustufen. Die Differenz der Abstände vom Immissionsort (Mühlenpfordtstraße) ist aber so gering, dass in beiden Geschossen quasi dieselben Schallbedingungen vorliegen und die Unterschiede in der Bewertung nur auf der subjektiven Einschätzung der Befragten beruhen. Ähnliches gilt für den Bereich Tageslichtbeurteilung. Nutzer des 1.OG beurteilen diese günstiger, jedoch ist die gegenüberliegende Bebauung ausreichend entfernt und niedrig, so dass auch hier für beide Geschosse im Grunde gleiche Umgebungsbedingungen vorliegen und die Unterschiede lediglich aus individueller Wahrnehmung herrühren. Hier werden die Grenzen der Auswertung ersichtlich, denn eine Umfrage unter 31 Nutzern liefert keine statistisch relevanten Ergebnisse.

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