BauWerk & RaumKlima

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Lösungsweg, Ergebnisse von Messungen und Simulationen

Systematischer Lösungsweg

In dem hier betrachteten Kirchraum, ein großer Raum alter Bauart mit einer gegliederten Raumstruktur, kann sich ein kompliziertes Strömungsbild mit vielen Antriebsquellen ausbilden. Die Strömungsmechanik ist in einem ersten Schritt zu analysieren, um Veränderungen im Heizsystem qualifiziert zu planen. Dazu wird systematisch die zukünftige Lösung ermittelt:

• Langzeitmessung von Temperaturen und Feuchten in der Orgel und in deren Umfeld mit Datenloggern,
• Messungen von Temperaturen der Zuluft, Fensteroberflächen und Wandoberflächen im Kirchraum und im Orgelgewölbe,
• Messungen der Raumluftgeschwindigkeit und des Luftströmungsprofils im Bereich der Orgel, Visualisierung der Raumluftströmung durch Nebelimpulse,
• Simulation von Temperatur und Feuchte mit einem für Kirchbauten entwickelten Simulationssystem unter Berücksichtigung der Nutzung, der Fahrweise der technischen Anlagen und des Wetters,
• Simulation der Raumluftströmung mit einem Finite – Elemente – Modell für mehrere Varianten baulicher und technischer Maßnahmen,
• Auswahl der für die Beruhigung des Raumluftzustandes besten Variante.
  

Messungen und Simulationen

Im Winterhalbjahr 2008/2009 wurden die Temperaturen an den Oberflächen von Wänden, Fenstern, Orgelgehäuse und die Temperaturen, Feuchten, Strömungsgeschwindigkeiten der Raumluft an insgesamt 70 Messpunkten bestimmt. Eine Auswahl ist in den Schnittzeichnungen zu sehen.

Im kalten Kirchraum ergeben sich geringe Temperaturunterschiede mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, aber mit wechselnden instabilen Strömungsprofilen. Sonneneinstrahlung, die Nutzung der letzten Tage (Vorgeschichte) und das Ein-/Ausschalten der Warmluftstationen für den Stützbetrieb der Temperatur bei Nichtnutzung beeinflussen u. a. die Geschwindigkeit und die Richtung der Raumluftströmung.

Simuliertes Strömungsprofil im Umfeld der Orgel

Im Nutzungsbetrieb werden große Temperaturdifferenzen zwischen Zu- und Raumluft sowie zwischen Raumluft und Oberflächen gemessen. Diese Unterschiede verursachen relativ stabile Raumluftströmungen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Die erwärmte Raumluft steigt auf und kühlt sich im Deckengewölbe sowie an den Fenstern und Wänden ab. Ebenso trägt hinter der Orgel die Westwand zur Abkühlung bei, die durch Nischen und Fenster gegliedert ist. Obwohl sich die Warmluftstationen von der Orgel entfernt befinden, bildet sich gerade eine Hauptströmung in Ost – West – Richtung hin zur Orgel aus. Die Raumluft bewegt sich um die Orgel herum und fliest im fußbodennahen Bereich des Orgelgewölbes in Richtung Kirchraum zurück.

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