Erfüllung der CO₂ Vorgaben in einer Turnhalle mit natürlicher Lüftung

Entsprechend dem Entwurf des Architekten soll der Turnhallenneubau für eine Schule ausschließlich über automatisch betätigbare Fenster und Lüftungsflügel belüftet werden. Mit Hilfe der dynamisch thermischen Gebäudesimulation soll zum einen die prinzipielle Eignung des Systems geprüft werden und zum anderen eine gute, heizkostenoptimierte Regelungsstrategie für den Schulbetrieb in der Turnhalle entwickelt werden.  

Vorgaben für die Simulation

Bei einer zeitlich vorgegebenen Belegung der Turnhalle mit 60 Personen muss die Belüftung gewährleisten, dass das Tagesmittel der CO₂- Konzentration in der Luft nicht 1000 ppm übersteigt. Kurzzeitige Spitzenwerte dürfen dabei 1500 ppm nicht überschreiten.  Die natürliche Fensterlüftung kann über die Oberlichter auf der Südseite und die Lüftungsflügel auf der Ost- und der Westseite gesteuert werden. Der allein durch Leckageverluste erfolgende Luftwechsel der Halle wird mit 0,1 pro Stunde angenommen.

Simulation

Bei der Modellerstellung wurde vor allem auf die repräsentative Modellierung der vom Öffnungswinkel abhängigen Durchlüftungsgeometrien der Fenster und Lüftungsklappen Wert gelegt.  Mit der Simulationssoftware IDA-ICE wurden verschiedene Lüftungs- und Stoßlüftungs-Szenarien untersucht. Bei unterschiedlichen Wind- und Temperaturverhältnissen der Außenluft während des Tagesverlaufs wurden Variationen der Öffnungsgeometrien betrachtet. Für Luftwechselraten, Hallentemperatur, Heizleistung und CO2-Konzentration wurden entsprechende Diagramme erstellt und die Varianten bewertet. Zusätzlich wurde der Einfluss eines automatisch geregelten Blendschutzes quantifiziert.   

 
Ergebnisse / Empfehlungen / Nutzen

Um die geforderten CO2-Grenzwerte einhalten können zu können, müssen bei Sommerbetrieb an warmen Tagen tagsüber durchgängig alle Öffnung auf maximalen Durchfluss stehen. An heißen Tagen wird dabei nur sehr selten eine Raumtemperatur von 26 °C überschritten und 28 °C nie erreicht. Messungen in der Halle haben gezeigt, dass selbst bei Außentemperaturen über 30 °C, eine Hallentemperatur von 25 °C nicht überschritten wurde.  
Bei Winterbetrieb konnte gezeigt werden, dass die vorgesehene Heizleistung ausreichend ist. Es wurde für die CO2-abhängige Klappenregelung eine entsprechende Regelung entwickelt und erfolgreich eingesetzt.