Wärme fürs Freilichtmuseum

Im Freilichtmuseum Kommern lässt sich erleben, wie seit dem Ende des 15. Jahrhunderts im Rheinland bzw. im nördlichen Rheinland-Pfalz gelebt und gearbeitet wurde. Neben den Gegenständen für die Ausstattung der 65 historischen Gebäude trägt das Museum auch Sachgüter der rheinischen Volkskultur zusammen. Daher erweiterte man 1975 bis 1977 den Ausstellungsbereich um drei große Pavillons. Die Gebäude verfügen jeweils über eine Grundfläche von ca. 20 x 20 m und eine Höhe von rund 6,40 m, insgesamt 2560 m³ umbauten Raum. Sie sind dem Gelände folgend versetzt angeordnet und durch kurze Gänge miteinander verbunden.

Dieser Bauabschnitt wurde 2012/2013 von Grund auf saniert. Der 70er-Jahre-Schick in Braun wich dabei ebenso wie die veraltete Haustechnik. Dies gelang durch eine komplette Entkernung, bei der nur das Holzgerüst der Bauten stehen blieb. Dreifachverglasung, Zugang zum Innenhof, heller Deckanstrich für alle Holzbauteile sowie Gründächer prägen den neuen Look. Automatische Beschattung, neue Elektroleitungen, eine zeitgemäße Wärmeerzeugung und -verteilung sowie zwei Lifter für barrierefreie Zugänge zählten ebenfalls zu den umgesetzten Details.

Haustechnik umfassend erneuert

Die Energieversorgung hatte das Ende ihrer wirtschaftlichen Lebensdauer erreicht bzw. überschritten. Im Bestand hatte man die Beheizung der Pavillons über zwei Gas-Brennwertgeräte und ein Umluftsystem realisiert, dies war ineffizient und verursachte hohe Kosten. Zusammen mit der ZWP Ingenieur-AG, Köln, konzipierte das LVR-Gebäude- und Liegenschafts­management eine Anlage, die Wärmepumpen, Photovoltaik und eine Deckenstrahlheizung umfasste. Zwei Wärmepumpen mit jeweils 60 kW Nennwärmeleistung werden von einer Sondenanlage gespeist. Die Anbindung der Pavillons erfolgt über Bodenkanäle jeweils bis zu einer „Energiesäule“ an einer Wand. Dort befinden sich neben Lüftungsleitungen und Feuerlöschanlage auch die Absperrhähne der Deckenstrahlheizungen.

Wärme mit Deckenstrahlplatten

In jedem der drei Pavillons wurden 32 zweiteilige Bänder der Ausführung „HKE-CS“, der Best GmbH (www.best-kuehlheizen.de), als Deckenstrahlheizung installiert. Entsprechend des Deckenrasters, das sich aus den tragenden Holzbalken ergibt, wurden acht der neun Felder mit je vier Bändern versehen. Das mittlere konnte frei bleiben. Aufgrund der gleichmäßig ausgebildeten Konstruktion wurden in den Pavillons überall 900 mm breite und 5000 mm lange Elemente eingesetzt. Als Gesamtleistung werden je Gebäude 32,3 kW und eine Fläche von 144 m² angegeben. Pro Meter Deckenstrahlplatte (DSP) wurden ca. 202 W angesetzt. Die Bänder wurden bündig zur Sichtlattung aufgehängt. Hier konnte das ausführende SHK-Unternehmen Fa. Gossing aus Euskirchen die Balken für die Befestigungspunkte nutzen. Für die Anschlüsse der Vor- und Rückläufe musste durch die Konstruktion gebohrt werden. Dabei war zu beachten, dass nur mittig in Bezug auf die Balkenhöhe angesetzt wurde, um die Statik nicht negativ zu beeinflussen.

Für den kleinen Eingangsbereich, der den Pavillon 1 mit einem weiteren Bestandsbau verbindet, wurden außerdem zweiteilige Bänder eingesetzt. Auch sie konnten in das etwas geringere Deckenraster integriert werden. Daher wurden 800 mm breite und je zwei 3000 bzw. 4000 mm lange Elemente mit insgesamt 2,53 kW verbaut. Dadurch konnten die Radiatoren vor den Fensterfronten entfallen. Alle „HKE-CS“ wurden in Weiß (RAL 9016) gewählt; damit entsprechen sie der hellen Gesamtgestaltung.

Die Vorteile der DSP kommen in den Ausstellungsräumen besonders zur Geltung: Durch die Strahlung entstehen praktisch keine Staubaufwirbelungen oder Zugerscheinungen, gleichzeitig empfinden die Besucher eine hohe Behaglichkeit. Dies liegt daran, dass Boden, Außenwände und Einrichtungsgegenstände aufgeheizt werden und dadurch schließlich auch die Luft. Bei gleicher Empfindungstemperatur kann die Raumlufttemperatur daher um bis zu 3 °C abgesenkt werden. Damit gilt die DSP als äußerst wirtschaftlich, zumal sie eine gute und schnelle Regelbarkeit aufweist.

Freikühlung im Sommer

Um eine langzeitige Veränderung des Temperaturniveaus durch die geothermische Anlage zu vermeiden, wird die im Winter im Erdreich gespeicherte Kälte in den Sommermonaten zur Gebäudekühlung genutzt. Dieser Pendelbetrieb – sommerliche Aufwärmung und winterliche Abkühlung des Erdbodens – steigert die Effizienz der Geothermieanlage. Das Temperaturniveau des Erdreiches wird direkt zur Freikühlung über die Deckenstrahlplatten eingesetzt, Kältemaschinen werden nicht genutzt. Mit dieser Konzeption ist eine kostengünstige und umweltfreundliche Kühlung der Pavillons möglich. Um eine Kondensatbildung im Sommer zu verhindern, schaltet ein Temperaturwächter die Umwälzpumpe bei Unterschreiten einer minimalen Temperatur aus.

Angesetzte Werte

Die Raumtemperatur für die Ausstellungsräume wird mit 16 °C angegeben. Dieser Wert reicht aus, weil die Besucher des Freilichtmuseums zwischen Außen und Innen wechseln und in der kalten Jahreszeit entsprechend gekleidet sind. Trotzdem ist das System so ausgelegt, dass eine Erhöhung auf 20 °C erfolgen kann (bei -12 °C Außentemperatur), etwa für spezielle Veranstaltungen im Pavillon 1. Als Vor- und Rücklauftemperatur werden 45/35 °C angesetzt, so dass das Zusammenspiel mit den Wärmepumpen optimal funktioniert. Der Anschluss der DSP erfolgte in jedem Pavillon nach Tichelmann.

Das komplette System kann von den Fachleuten des LVR aus der Ferne überwacht werden, vor allem der Betrieb der Wärmepumpen. Dazu wurde ein frei programmierbares Automationssystem in DDC-Technik (Direct-Digital-Control) für die Steuerung und Regelung vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich zukünftig auch prüfen, ob die Verbrauchsprognose zutrifft. Der Ausgangswert für den Nutzenergiebedarf wurde durch eine thermische Simulation der ZWP Ingenieur-AG ermittelt (siehe Tabelle).

Selbst genutzter Strom

Ergänzt wird die Rundumerneuerung durch den Einsatz von Photovoltaik. Zum Einsatz kam eine flach geneigte Dünnschicht-Systemlösung mit mikrokristalliner Zelltechnologie, die auch bei diffusem Lichteinfall einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Diese Anlage hat den Vorteil, dass eine maximale Gewichtslast von nur ca. 16 kg/m² auf das Dach wirkt. Insgesamt wurden 646 Module mit einem Gewicht von 26,4 kg und den Abmessungen 1300 x 1100 x 43 mm installiert. Der erzeugte Strom wird überwiegend direkt für das Museum eingesetzt, u. a. für die Verwaltung und die Pavillons. Der Überschuss wird in das öffentliche Netz eingespeist. Die Gesamtleistung wird mit 81 kwp angegeben.

Erfahrungen

Die erste Ausstellung in den sanierten Pavillons ließ sich unter besten Bedingungen aufbauen, denn die Haustechnik inklusive Deckenstrahlheizung hat ihre Vorzüge bereits offenbart. Durch das gute Zusammenspiel der Beteiligten konnte im Freilichtmuseum Kommern eine zeitgemäße Anlage installiert werden – für hohen Komfort bei niedrigen Betriebskosten.