Kaserne spart Energie

02.07.2014 | Veröffentlicht in Ausgabe 12-2014 | Druckvorschau

In der Scharnhorst-Kaserne in Hannover wurden acht Hallen energetisch auf den heutigen Stand gebracht.

In der Scharnhorst-Kaserne in Hannover wurden verschiedene Fahrzeug- und Lagerhallen energetisch aufgewertet. Unwirtschaftlich arbeitende Lufterhitzer wichen dabei Deckenstrahlheizungen.

Die 1938 erbaute und seit 1956 von der Bundeswehr genutzte Kaserne beherbergt u.a. das Feldjägerdienstkommando. Als Namenspatron wurde Gerhard von Scharnhorst gewählt – ein bedeutender preußischer General, der die Heeresreform Anfang des 19. Jahrhunderts maßgeblich gestaltete. Ihm wurde eine so hohe Bedeutung beigemessen, dass man den 12. November 1955, Scharnhorsts 200. Geburtstag, zum Gründungstag der Bundeswehr bestimmte.

Die in die Jahre gekommene Bausubstanz der hannoverschen Kaserne wurde schon verschiedentlich modernisiert, wie etwa 2009 mit der Sanierung von Unterkunftsgebäuden. 2012 wurden dann insgesamt acht unterschiedlich genutzte Hallen mit einer neuen Wärmeversorgung versehen. Dabei handelt es sich um unterschiedlich große und hohe Gebäude mit Flach- oder Satteldach, die teilweise mit Lichtkuppeln oder -bändern ausgestattet sind. Dieser Bestand wurde nicht verändert. Auslöser für die Modernisierung waren die hohen Kosten für die Beheizung. Die Wärmebereitstellung für die Kaserne erfolgt nach wie vor über Fernwärme.

Die alten Lufterhitzer wurden ausgemustert

Eine äußerst wichtige Veränderung betraf die Art der Wärmeverteilung. Statt der vorhandenen Lufterhitzer plante das Ingenieurbüro Lübbe + Spiess den Einsatz von Deckenstrahlplatten (DSP) aus dem Hause Best. Die Gründe dafür: Im Vergleich zu Lufterhitzern ergibt sich mit DSP ein deutlich geringerer Brennstoffverbrauch. Bei den DSP wird lediglich die Antriebsenergie für die Umwälzpumpen benötigt; der hohe Aufwand für die Antriebsenergie der Ventilatoren fällt weg. Durch die Strahlungswärme werden die Umgebungsflächen erwärmt, sodass die Raumtemperatur um bis zu 3K abgesenkt werden kann.

Es entsteht auch in höheren Hallen eine gute Temperaturschichtung im Raum. Der Wärmeverlust durch das Öffnen von Toren wird ebenfalls geringer. Bei Lufterhitzern geht der Wärmeträger Luft direkt verloren, bei den DSP wird dies durch die warmen Hüllflächen minimiert. Außerdem lassen sich die Torbereiche durch eine höhere Wärmeabgabe positiv beeinflussen. Darüber hinaus gibt es keine Zuglufterscheinungen und wenig Staubaufwirbelung.

Strahlungsheizung erleichtert Einteilung in Bedarfszonen

Um die Effizienz einer Strahlungsheizung zu maximieren, sind mehrere Faktoren von Bedeutung. Dazu zählen insbesondere der geforderte Gesamtwärmebedarf Q_N und die Wärmestrahlung q_u nach unten in den Raum. Sinnvollerweise geht für jedes Objekt eine exakte Datenerhebung voraus, damit die optimale Auslegung der Deckenstrahlheizung zu berechnen ist. Anhand typischer Hallenquerschnitte (s. Bild zu den Wärmeströmen bei einem Satteldach) lässt sich verdeutlichen, in welchen Zonen mit erhöhtem Transmissions-Wärmeverlust zu rechnen ist bzw. wie sich die Lüftungswärmeverluste zusammensetzen. Es ergeben sich unterschiedliche Wärmebedarfszonen innerhalb eines Gebäudes, die in Heizlast der Außenwand q_aw, Heizlast oberhalb der Deckenstrahlheizung q_o und Heizlast unterhalb der Deckenstrahlheizung q_u aufzuteilen sind. Dabei ist zu beachten, dass der Wärmebedarf unterhalb der Deckenstrahlebene – q_u und q_aw – ausschließlich über Wärmestrahlung erbracht werden muss, der Wärmebedarf oberhalb der Deckenstrahlheizung – q_o – hingegen über Konvektion.

Zu berücksichtigen ist weiterhin, dass ein Teil der nach unten abgegebenen Strahlungsleistung q_u durch die Eigenthermik innerhalb der Halle konvektiv dem Dachraum zufließt. Daher kann q_o in geringerem Umfang als dem errechneten Wert mittels direkter Konvektionswärme abgedeckt werden. Erfahrungsgemäß liegt der Wert für eine Halle mit Satteldach bei minimal 50 % und maximal 80 % des errechneten Wärmebedarfes q_o. Diese Einstufung ist zu beachten, denn bei Unterschreitung drohen Kaltluftabfälle von oben (Zugerscheinung), beim Überschreiten ergibt sich ein Wärmestau unter dem Dach. Das hat entweder deutlich negative Auswirkungen auf die Behaglichkeit und die Temperaturschichtung oder auf die Höhe der Betriebskosten.

Objektspezifische Auslegung unbedingt erforderlich

Die genannten Aspekte flossen auch in die Berechnungen für die Scharnhorst-Kaserne ein. Für jede Halle wurde anhand der erfassten Daten ermittelt, welche DSP-Ausführung für welchen Bereich in Frage kam. Die Vorlauftemperatur wurde durchweg mit 70 °C, die Rücklauftemperatur mit 50 °C und die Raumtemperatur mit 17 °C angesetzt. Die Gesamtleistung der Deckenstrahlplatten wird mit 820 kW angegeben.

Zum Einsatz kam die Deckenstrahlplatte DSP mini 28. Die Elemente werden aus 1,20 mm Stahlblech und innenliegenden, verschweißten ¾“-Präzisionsrohren gefertigt. Ihre plane Sichtfläche in RAL 9016 Verkehrsweiß ist ohne vorstehende Rohraufnahmemulde längsprofiliert. Um die Wärmeverluste nach oben zu minimieren, wird werkseitig eine 40 mm starke Dämmschicht eingelegt.

Die Aufhängung erfolgt an den eingeschweißten Querstegen. Die Anbindung an die Heizanlage wird mit stirnseitigen Anschlusskästen mit 2 x ½“-Anschlüssen realisiert, dazu kommt eine Entleerung bzw. Entlüftung. Der Betriebsdruck wird mit 10 bar angegeben.

In den Hallen wurden unterschiedlich lange und breite Bänder installiert, zusammengesetzt aus einzelnen DSP. Insgesamt waren es 2518 m in Breiten von 450 bis 1350 mm. Je nach Vorgabe wurden die Strahlbänder mehr oder weniger stark abgehängt. Dabei waren sowohl bauliche Vorgaben wie Querträger als auch vorhandene Installationen zu beachten. Die Befestigung erfolgte mithilfe von Gliederketten teils an festen und teils an losen Aufhängestegen. Die Belastbarkeit der Dachkonstruktion aus Trapezblech wurde vorab geprüft. Immerhin kann das Betriebsgewicht bis zu 29,2 kg/m betragen. Der Hersteller der Deckenstrahlplatten stellte das entsprechende Montagematerial für jede Halle als Paket bereit, damit die Installation schnell und problemlos vonstatten gehen konnte. Bei der Aufhängung waren der Höhenausgleich und die Längsausdehnung zu berücksichtigen.

Die Hallen der Scharnhorst-Kaserne kommen jetzt durch die zeitgemäße Wärmeerzeugung und -verteilung mit sehr viel weniger Energie aus. Die objektspezifische Auslegung garantiert eine optimale Wärmeabgabe durch die Deckenstrahlplatten, die den baulichen Gegebenheiten Rechnung trägt.