planung:passivhaus_nichtwohngebaeude:labore
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planung:passivhaus_nichtwohngebaeude:labore [2022/05/30 10:20] – mmursi | planung:passivhaus_nichtwohngebaeude:labore [2022/06/21 10:56] – egollwitzer | ||
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Labore stellen eine sehr spezifische Art von Nichtwohngebäuden dar. Zudem wird Begriff für eine sehr heterogene Gruppe von Nutzungen verwendet, die von einer leichten, erweitert büroartigen Nutzung bis hin zu extremen Luftwechseln mit stark kontaminierter Abluft und sehr hohen inneren Lasten reichen kann. | Labore stellen eine sehr spezifische Art von Nichtwohngebäuden dar. Zudem wird Begriff für eine sehr heterogene Gruppe von Nutzungen verwendet, die von einer leichten, erweitert büroartigen Nutzung bis hin zu extremen Luftwechseln mit stark kontaminierter Abluft und sehr hohen inneren Lasten reichen kann. | ||
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Daher kann es keine allgemein gültige Herangehensweise an „das“ Passivhaus-Laborgebäude geben. Optimierte Lösungen sind stets dann möglich, wenn eine im Vorfeld möglichst genau bekannte Kombination aus Lüftungsbedarf, | Daher kann es keine allgemein gültige Herangehensweise an „das“ Passivhaus-Laborgebäude geben. Optimierte Lösungen sind stets dann möglich, wenn eine im Vorfeld möglichst genau bekannte Kombination aus Lüftungsbedarf, | ||
- | Dennoch können einige generelle Hinweise für die Herangehensweise gegeben werden. Viele werden | + | |
+ | Dennoch können einige generelle Hinweise für die Herangehensweise gegeben werden. Viele werden | ||
===== Die Gebäudehülle ist langlebig ===== | ===== Die Gebäudehülle ist langlebig ===== | ||
- | Die Nutzung eines Laborgebäudes unterliegt häufig Veränderungen und kann während der Gebrauchsdauer der Gebäudehülle zwischen unterschiedlichen Szenarien | + | Die Nutzung eines Laborgebäudes unterliegt häufig Veränderungen und kann während der Gebrauchsdauer der Gebäudehülle |
Angesichts der hohen Investitionen in technische Gebäudeausrüstung für ein Laborgebäude sind Zusatzinvestitionen in eine verbesserte Gebäudehülle (im Wesentlichen zu Grenzkosten) von untergeordneter Bedeutung. Da sie aber eine langfristig flexible und energieeffiziente Nutzung des Gebäudes sichern, können sie als in jedem Fall empfehlenswert angesehen werden. | Angesichts der hohen Investitionen in technische Gebäudeausrüstung für ein Laborgebäude sind Zusatzinvestitionen in eine verbesserte Gebäudehülle (im Wesentlichen zu Grenzkosten) von untergeordneter Bedeutung. Da sie aber eine langfristig flexible und energieeffiziente Nutzung des Gebäudes sichern, können sie als in jedem Fall empfehlenswert angesehen werden. | ||
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Gut zugängliche thermische Massen können von Vorteil sein, wenn die internen Lasten im Tagesverlauf schwanken. Akustik-Maßnahmen zur Reduktion der Nachhallzeit sollten die Geschossdecke frei lassen, was eine Lösung mit abgehängten Baffeln nahelegt. Aus Gründen der Tageslichtnutzung sollten diese rechtwinklig zur Fassade angeordnet werden. | Gut zugängliche thermische Massen können von Vorteil sein, wenn die internen Lasten im Tagesverlauf schwanken. Akustik-Maßnahmen zur Reduktion der Nachhallzeit sollten die Geschossdecke frei lassen, was eine Lösung mit abgehängten Baffeln nahelegt. Aus Gründen der Tageslichtnutzung sollten diese rechtwinklig zur Fassade angeordnet werden. | ||
===== Gute Tageslichtversorgung ===== | ===== Gute Tageslichtversorgung ===== | ||
- | Labore und Büros haben weitere Gemeinsamkeiten, | + | Labore und Büros haben weitere Gemeinsamkeiten, |
- | Das Tageslicht wird ergänzt, ggfs ganz ersetzt, durch eine hoch effiziente LED Beleuchtung mit Regelung nach der erreichten Beleuchtungsstärke und Anwesenheit. Eine qualifizierte Lichtplanung entwickelt die optimale Lösung mit einer installierten Leistung von weniger als 1.5 W/ | + | |
+ | Das Tageslicht wird ergänzt, ggfs. ganz ersetzt, durch eine hoch effiziente LED Beleuchtung mit Regelung nach der erreichten Beleuchtungsstärke und Anwesenheit. Eine qualifizierte Lichtplanung entwickelt die optimale Lösung mit einer installierten Leistung von weniger als 1.5 W/ | ||
===== Luftdichtheit und Lüftung ===== | ===== Luftdichtheit und Lüftung ===== | ||
In Laboren mit hohem Luftwechsel ist der Lüftungswärmeverlust eindeutig der dominierende Anteil der Gesamtbilanz, | In Laboren mit hohem Luftwechsel ist der Lüftungswärmeverlust eindeutig der dominierende Anteil der Gesamtbilanz, | ||
- | Die anwendbaren Techniken zur Wärmerückgewinnung hängen von der angestrebten Nutzung ab. Eine Büronutzung wird jede übliche Technik zulassen, da jedoch in der Regel einige Labor-spezifische Anforderungen wegen belasteter Abluft zu erfüllen sind, ist eine regenerative Wärmerückgewinnung in der Regel ausgeschlossen. | + | |
+ | Die anwendbaren Techniken zur Wärmerückgewinnung hängen von der angestrebten Nutzung ab. Eine Büronutzung wird jede übliche Technik zulassen, da jedoch in der Regel einige Labor-spezifische Anforderungen wegen belasteter Abluft zu erfüllen sind, ist eine regenerative Wärmerückgewinnung in den meisten Fällen | ||
In vielen Fällen mit leicht belasteter Abluft kann jedoch ein rekuperatives System zum Einsatz kommen. Anpassungen können erforderlich sein, um die innere Leckage weiter als üblich zu begrenzen und die Ventilatoranordnung kann die internen Druckdifferenzen so gestalten, dass die Leckageströme in die unkritische Richtung erfolgen. Die Wärmerückgewinnung sollte hoch effizient sein und einen effektiven Wärmebereitstellungsgrad von 85% anstreben. Diese hohe Anforderung resultiert in sehr großvolumigen Geräten, was eine Dachaufstellung wetterfester Geräte nahe legt. | In vielen Fällen mit leicht belasteter Abluft kann jedoch ein rekuperatives System zum Einsatz kommen. Anpassungen können erforderlich sein, um die innere Leckage weiter als üblich zu begrenzen und die Ventilatoranordnung kann die internen Druckdifferenzen so gestalten, dass die Leckageströme in die unkritische Richtung erfolgen. Die Wärmerückgewinnung sollte hoch effizient sein und einen effektiven Wärmebereitstellungsgrad von 85% anstreben. Diese hohe Anforderung resultiert in sehr großvolumigen Geräten, was eine Dachaufstellung wetterfester Geräte nahe legt. | ||
- | Die gesamt Luft bis auf ganz untergeordnete Ausnahmen, etwa eine geringe Abluftmenge aus einem Säurelager-Schrank) soll an der Wärmerückgewinnung teilhaben. | + | |
- | In Fällen mit stark belasteter Abluft in Teilbereichen kann für diese ein separates Kreislauf-Verbundsystem zur Wärmerückgewinnung vorgesehen werden. Dies ist mit dem Nachteil einer weitaus weniger wirksamen Wärmerückgewinnung von eher weniger als 70% verbunden. Eine Fortluft-Wärmepumpe kann unterstützend vorgesehen werden, aber die Gesamteffizienz wird stets geringen sein als im Fall des Gegenstrom-Plattenwärmeübertragers. | + | Die gesamt Luft bis auf ganz untergeordnete Ausnahmen, etwa eine geringe Abluftmenge aus einem Säurelager-Schrank, soll an der Wärmerückgewinnung teilhaben. |
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+ | In Fällen mit stark belasteter Abluft in Teilbereichen kann für diese ein separates Kreislauf-Verbundsystem zur Wärmerückgewinnung vorgesehen werden. Dies ist mit dem Nachteil einer weitaus weniger wirksamen Wärmerückgewinnung von zumeist | ||
Sofern solche Anforderungen an das gesamte Gebäude gestellt werden wird das Kreislauf-Verbundsystem zwangsläufig zum Hauptsystem. Die Verbindung mit einer Fortluft-Wärmepumpe bleibt eine sinnvolle Option. Solche Systeme können insbesondere dann eine gute Lösung darstellen, wenn sie von einem einzigen Lieferanten als vorkonfektionierte Einheit mit umfassender Steuerung angeboten werden, ähnlich dem [[planung: | Sofern solche Anforderungen an das gesamte Gebäude gestellt werden wird das Kreislauf-Verbundsystem zwangsläufig zum Hauptsystem. Die Verbindung mit einer Fortluft-Wärmepumpe bleibt eine sinnvolle Option. Solche Systeme können insbesondere dann eine gute Lösung darstellen, wenn sie von einem einzigen Lieferanten als vorkonfektionierte Einheit mit umfassender Steuerung angeboten werden, ähnlich dem [[planung: | ||
==== Luftmengen-Regelung ==== | ==== Luftmengen-Regelung ==== | ||
- | Hohe Luftwechsel sind mit hohen Wärmeverlusten verbunden und erfordern hohe Leistungen zur Luftförderung. Der Luftvolumenstrom sollte daher stets aktiv an das jeweils benötigte Minimum angepasst werden. Dazu gehört die Abschaltung außerhalb der Nutzungszeiten, | + | Hohe Luftwechsel sind mit hohen Wärmeverlusten verbunden und erfordern hohe Leistungen zur Luftförderung. Der Luftvolumenstrom sollte daher stets aktiv an das jeweils benötigte Minimum angepasst werden. Dazu gehört die Abschaltung außerhalb der Nutzungszeiten, |
Bei der Planung von Teillast-Zuständen sollte beachtet werden, dass jeder Wärmeübertrager auch eine untere Grenze des Volumenstroms aufweist, jenseits derer das Strömungsregime laminar wird und die Wärmeübertragung einbricht. Wenn also die Bandbreite der Nutzungsszenarien besonders groß ist, werden vorteilhaft mehrere, kleinere Einheiten als Kaskade vorgesehen. Dies gilt auch für Fortluft-Wärmepumpen Systeme. | Bei der Planung von Teillast-Zuständen sollte beachtet werden, dass jeder Wärmeübertrager auch eine untere Grenze des Volumenstroms aufweist, jenseits derer das Strömungsregime laminar wird und die Wärmeübertragung einbricht. Wenn also die Bandbreite der Nutzungsszenarien besonders groß ist, werden vorteilhaft mehrere, kleinere Einheiten als Kaskade vorgesehen. Dies gilt auch für Fortluft-Wärmepumpen Systeme. | ||
- | Nach Möglichkeit sollten Volumenstromregler mit dem Zentralgeräte | + | |
+ | Nach Möglichkeit sollten Volumenstromregler mit dem Zentralgerät | ||
==== Kanäle ==== | ==== Kanäle ==== | ||
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Hohe Luftvolumenströme bieten ein Potential zur Abdeckung hoher Lasten allein über die ohnehin bewegten Luftmengen. Eine gute Gebäudehülle hält die Heizlast gering genug, um noch mit der Büro-typischen Luftmenge abgedeckt zu werden. Höhere Lasten, besonders im Sommer, könnten in der Regel durch die für bestimmte Nutzungs-Szenarien vorzusehende höhere Luftmenge abgedeckt werden. | Hohe Luftvolumenströme bieten ein Potential zur Abdeckung hoher Lasten allein über die ohnehin bewegten Luftmengen. Eine gute Gebäudehülle hält die Heizlast gering genug, um noch mit der Büro-typischen Luftmenge abgedeckt zu werden. Höhere Lasten, besonders im Sommer, könnten in der Regel durch die für bestimmte Nutzungs-Szenarien vorzusehende höhere Luftmenge abgedeckt werden. | ||
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Beispielsweise kann in einem typischen Labor mit 8-fachem Luftwechsel eine Leistung von 50 W/m² bei einer Temperaturdifferenz von nur 6K eingebracht werden. Das begünstigt den Einsatz von Wärmepumpen und eine vollständig elektrische Versorgung des Gebäudes, einschließlich einer vorteilhaften [[grundlagen: | Beispielsweise kann in einem typischen Labor mit 8-fachem Luftwechsel eine Leistung von 50 W/m² bei einer Temperaturdifferenz von nur 6K eingebracht werden. Das begünstigt den Einsatz von Wärmepumpen und eine vollständig elektrische Versorgung des Gebäudes, einschließlich einer vorteilhaften [[grundlagen: | ||
- | Sofern alle Heiz- und Kühlerfordernisse mit einer Fortluft-Wärmepumpe gedeckt werden können, ist hier eine sehr kompakte und preisgünstige Standardlösung vorstellbar, | + | |
+ | Sofern alle Heiz- und Kühlerfordernisse mit einer Fortluft-Wärmepumpe gedeckt werden können, ist hier eine sehr kompakte und preisgünstige Standardlösung vorstellbar, | ||
Selbst wenn alle auftretenden Lasten allein mit dem Lüftungssystem gedeckt werden können, kann es für bestimmte Anwendungsfälle interessant sein, parallel eine [[grundlagen: | Selbst wenn alle auftretenden Lasten allein mit dem Lüftungssystem gedeckt werden können, kann es für bestimmte Anwendungsfälle interessant sein, parallel eine [[grundlagen: | ||
===== Entfeuchtung ===== | ===== Entfeuchtung ===== | ||
- | In feuchten Klimaten wird eine Entfeuchtung der Raumluft erforderlich. Wo wegen stark belasteter Abluft keine Feuchterückgewinnung, | + | In feuchten Klimaten wird eine Entfeuchtung der Raumluft erforderlich. Wo wegen stark belasteter Abluft keine Feuchterückgewinnung, |
===== Thermische Abwasserbehandlung ===== | ===== Thermische Abwasserbehandlung ===== | ||
- | Manche biologische Labore erfordern | + | Manche biologische Labore erfordern |
Für die Desinfektion wird allein eine hohe Temperatur benötigt, der Prozess verbraucht aber an sich keine Wärme. Der Energieeinsatz kann durch Effizienzmaßnahmen daher extrem verringert werden. | Für die Desinfektion wird allein eine hohe Temperatur benötigt, der Prozess verbraucht aber an sich keine Wärme. Der Energieeinsatz kann durch Effizienzmaßnahmen daher extrem verringert werden. | ||
+ | |||
Dies bedingt eine hoch effiziente Wärmeübertragung vom Wasserablauf an den Zulauf und eine hochwertige Wärmedämmung von Tank und Leitungen. Eine Wärmepumpe kann der passiven Wärmerückgewinnung nachgeschaltet werden und die Systemverluste abdecken. | Dies bedingt eine hoch effiziente Wärmeübertragung vom Wasserablauf an den Zulauf und eine hochwertige Wärmedämmung von Tank und Leitungen. Eine Wärmepumpe kann der passiven Wärmerückgewinnung nachgeschaltet werden und die Systemverluste abdecken. | ||
Systeme zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern haben im Bereich [[planung: | Systeme zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern haben im Bereich [[planung: | ||
- | Laborgebäude die aus ähnlichen Gründen eine Fortluft-Filterung benötigen, können davon profitieren, | + | |
+ | Laborgebäude, die aus ähnlichen Gründen eine Fortluft-Filterung benötigen, können davon profitieren, | ||
===== Einige Zahlen ===== | ===== Einige Zahlen ===== | ||
In einem kühl-gemäßigten Klima lassen sich für ein typisches Labor mit 8-fachem Luftwechsel während der Nutzungszeit und Nachtabschaltung, | In einem kühl-gemäßigten Klima lassen sich für ein typisches Labor mit 8-fachem Luftwechsel während der Nutzungszeit und Nachtabschaltung, | ||
- | Der unvermeidliche Kühlbedarf ist extrem gering und hängt im Weitern | + | |
- | Daher kann der Gesamt-Energiebedarf von Laborgebäuden im Vergleich | + | Der unvermeidliche Kühlbedarf ist extrem gering und hängt im Weiteren |
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+ | Daher kann der Gesamt-Energiebedarf von Laborgebäuden im Vergleich | ||
Da die Energieverbräuche deutlich geringer und auch vorhersehbarer sind als bei konventionellen Laborgebäuden können sich neue Modelle in der Vermietung anbieten. Etwa können die Flächen mit festen Monatsbudgets an Energie vermietet werden um den Nutzern einen Anreiz zum effizienten Gebrauch von Energie zu bieten. | Da die Energieverbräuche deutlich geringer und auch vorhersehbarer sind als bei konventionellen Laborgebäuden können sich neue Modelle in der Vermietung anbieten. Etwa können die Flächen mit festen Monatsbudgets an Energie vermietet werden um den Nutzern einen Anreiz zum effizienten Gebrauch von Energie zu bieten. | ||
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==== Groß: LfL Nossen ==== | ==== Groß: LfL Nossen ==== | ||
Gebaut 2012 und Pilot-zertifiziert durch das PHI für das Landwirtschafts- und Umweltzentrum des Freistaats Sachsen. Drei Gebäudeteile mit 5000m² Laboren und 1600m² Verwaltung und Kantine. | Gebaut 2012 und Pilot-zertifiziert durch das PHI für das Landwirtschafts- und Umweltzentrum des Freistaats Sachsen. Drei Gebäudeteile mit 5000m² Laboren und 1600m² Verwaltung und Kantine. | ||
- | Lüftungs-Wärmerückgewinnung mit Plattenwärmeübertragern (möglich durch mäßig belastete Abluft). Thermische Abwasserbehandlung für eine Teil des Labors. ([[https:// | + | |
+ | Lüftungs-Wärmerückgewinnung mit Plattenwärmeübertragern (möglich durch mäßig belastete Abluft). Thermische Abwasserbehandlung für eine Teil des Labors. ([[https:// | ||
+ | Heizung und Kühlung über das Lüftungssystem und Bedonkernaktivierung der Decken. Versorgung durch ein Gebäude-integriertes Blockheizkraftwerk. Durch geringe Vorlauftemperaturen leicht auf eine Wärmepumpenanlage umstellbar. | ||
Download der [[https:// | Download der [[https:// | ||
==== Groß: University of Nottingham RAD building ==== | ==== Groß: University of Nottingham RAD building ==== | ||
- | Mischnutzung, | + | [[https:// |
==== Klein: STEM Bradford ==== | ==== Klein: STEM Bradford ==== | ||
- | Flexible LAbornutzung und Vorbereitung zertifiziert durch WARM | + | [[https:// |
==== Klein: ==== | ==== Klein: ==== | ||
- | Biologisches Feldforschungs-Labor am Lake Michigan certified by PHI | + | [[https:// |
planung/passivhaus_nichtwohngebaeude/labore.txt · Zuletzt geändert: 2022/09/07 14:24 von egollwitzer