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Bauphysik

Die Bauphysik historischer Substanz

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Die historische Bausubstanz des Welterbegebiets Hallstatt - Dachstein/Salzkammergut ist vielfältig und weist Eigenheiten auf, die nicht immer gleichbedeutend mit bauphysikalischen Nachteilen sein müssen. Wenn es gelingt die Substanz mit all ihren Besonderheiten zu erfassen, können auf dieser Grundlage energiesparende Raumkonditionierungssysteme entwickelt werden, die die objektspezifischen Gegebenheiten optimal nutzen.

Historische Bauwerke zeichnen sich häufig durch massive Bauteile aus. Neben der stoffspezifischen Wärmespeicherfähigkeit ist die Masse eines Bauteils für dessen Wärme- bzw. Kältespeicherungsvermögen maßgeblich.

In der denkmalpflegerische Praxis stößt man häufig auf auffällig feuchte Bausubstanz. Als Ursachen gelten etwa direkt eindringendes Regenwasser oder als vom Boden aufsteigende Feuchte. In den meisten Fällen resultiert aber die Durchfeuchtung aus Kondensatbildung an den kalten Bauteiloberflächen. Auch neuere Untersuchungen aus der allgemeinen Bauforschung kommen zu diesem Ergebnis. Dort wird auch höhere Feuchtigkeit als Folge baulicher Interventionen, wie etwa einen Wechsel des Fenstersystems, genannt.

Als Arbeitshypothese wird angenommen, dass auch bei historischen Baustoffen das Wärmeleitverhalten signifikant von Temperatur und Feuchtigkeit abhängig sind. Wenn es gelänge, den Feuchtigkeitsgehalt historischer Bauteile schonend zu senken, ist als Folge eine Reduktion deren Wärmeleitfähigkeit zu erwarten.

Bei historischen Objekten, mit massiven Bauteilen, kann die speicherfähige Bauwerksmasse zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Raumklimas genutzt werden. Dadurch ist eine Verringerung Regelungsverluste zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Raumlufttemperatur bei lüftungsbedingten Temperaturschwankungen zu erwarten.

Für die Gebäudekühlung während des Sommers ist mittelfristig ein stark steigender Energiebedarf anzunehmen. Erfahrungsgemäß fühlen sich Räume in massiven historischen Bauten im Sommer angenehm kühl an.

Es gilt auf naturwissenschaftlicher Basis zu klären, wie selbstregulierende Raumkühlungseffekte in historischen Objekten genau zu Stande kommen und welche Auswirkungen eine Austrocknung der Bausubstanz auf die Sommerkühlung nach sich zieht. Dieser Effekt, der ohne zusätzlichen Energieeinsatz zu Stande kommt, wird bereits in naher Zukunft ein erhebliches Einsparungspotential darstellen. Durch den Erhalt, die Sanierung und die Weiter- oder Neunutzung der historischen Bausubstanz wird ein substanzieller Beitrag zur klimaneutralen Gebäudekühlung geleistet.

Hygrothermische Sanierungsmaßnahmen

Raumklima

Optimale Raumklimabedingungen sind weitgehend erforscht und definiert. Als primäre Zielvorgabe für ein zu entwickelndes Raumkonditionierungssystem muss die Gesundheit der Menschen, die die Räume nutzen und deren Behaglichkeit stehen. Im wesentlichen sind die folgenden Bedingungen stabil zu halten:

  • Die Oberflächentemperatur und damit die Wärmestrahlung aller raumbildenden Bauteile sollte gleichmäßig warm sein.
  • Die Luft sollte wenig bewegt aber frisch, mild, staubarm und optimal feucht sein.

Historische Objekte weisen im Regelfall massereiche Bauteile auf, deren Energie- und Feuchtespeicherungspotential zur Stabilisierung des Raumklimas genutzt werden kann.

Raumkonditionierung

In historischen Gebäuden finden sich neben geringen Altbeständen an Einzelofenheizungen hauptsächlich Heizungssysteme, die in erster Linie darauf ausgelegt sind, die Raumluft zu erwärmen. Da im Regelfall überdurchschnittlich große Kubaturen und unterdurchschnittlich kalte Bauteiloberflächen erwärmt werden müssen, sind Lufttemperaturen deutlich über 20°C erforderlich. Abgesehen davon, dass eine zu heiße Raumluft individuell oft als unangenehm empfunden wird, treten bei hohen Lufttemperaturen weitere nachteilige Effekte auf:

Da historische Objekte aus denkmalpflegerischen Überlegungen kaum mit kontrollierten Lüftungsanlagen ausgestattet werden, kann aus der Fortluft keine Energie rückgewonnen werden. Die Lüftungsenergieverluste bei gleichem Luftwechsel sind bei heißer Luft naturgemäß höher als bei mäßig erwärmter Luft.

Die Oberflächentemperaturen der Innenseite historischer Gebäudehüllen liegen im Regelfall deutlich unter der Lufttemperatur von Konvektionsheizungssystemen. Trifft nun warme Luft, die erhebliche Mengen an Feuchtigkeit aufnehmen kann, auf die kalten Bauteiloberflächen, entsteht Kondensat, das die Bauteile dauerhaft durchfeuchtet.

Bisher empirisch erprobte Raukonditionierungs-Systeme aus dem musealen Bereich, so genannte Temperieranlagen, sollen auf streng naturwissenschaftlicher Basis evaluiert, und für den Einsatz im Wohnbereich adaptiert werden.

Bauteilheizung

In den Resten römischen Bauten finden sich häufig unter dem Fußboden geführte Heizsysteme, die sog. Hypokaustenheizung, deren Abgasführung durch Lüftungsziegel (Tubuli) in der Wand bis über Dach erfolgte. In den späten 1970er Jahren wurde die Idee der Bauteilheizung rezipiert und alternative Heizungssysteme entwickelt. Dabei vermittelt in erster Linie die Infrarotstrahlung, die, wie die Sonne, unmittelbar auf den menschlichen Körper wirkt, das Wärmeempfinden. Die Lufttemperatur kann damit bei etwa17°C relativ niedrig sein, ohne dabei als zu kühl empfunden zu werden. Eine Reduktion der Energieverluste durch den unumgänglichen Wechsel der Raumluft ist ein daraus resultierender Effekt.

Best practice Beispiele

Der Konservator Henning Großeschmidt (Bayerischen Landesamt für Denkmalpflege), führte die Temperierung als träge Strahlungsheizung ab den 1980er Jahren erfolgreich für den Museumsbereich ein. Das Funktionsprinzip dieser Systeme beruht darauf, nicht die Raumluft sondern sämtliche Hüllflächen des Gebäudes zu erwärmen. Damit gelingt es, die Oberflächentemperatur aller Bauteile, wie Böden, Wände, Fensterlaibungen etc., über den Taupunkt zu halten, so dass Kondensatbildung, die als Hauptursache der Durchfeuchtung gilt, gänzlich verhindert wird.

Der geringere Wärmebedarf für Bereiche historischer Objekte, die nicht für Wohnzwecke genutzt werden, kann durch entsprechend gering bemessene Temperieranlagen bereitgestellt werden. Auch im denkmalgeschützten Großräumen, wie Hallen, Kirchen, Sälen, kann mit Temperiertechnik der konservatorisch nicht unbedenkliche und energieintensive Betrieb von Heizluftanlagen ersetzt werden. In hohen Aufenthaltsräumen kann durch Sockeltemperierung nur dort die Wärme angeboten werden, wo sie vom Benutzer gebraucht wird: in der Aufenthaltszone - und nicht als aufgestiegene Warmluft unter der Decke.

Vergleichsbeispiele

Im rezenten Bauwesen ist ein Trend von den herkömmlichen Konvektionsheizsystemen, die in erster Linie die Raumluft erwärmen, zu Bauteilheizungssystemen zu beobachten. So wird etwa die Betonkerntemperierung, die in den letzten Jahren erfolgreich erprobt wurde, bei Neubauten zur ganzjährigen energiesparenden Gebäudekonditionierung eingesetzt.

Weiterführende Dokumente

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03.04.2008. 20:30