Viele, aber nicht alle, hohen Bürogebäude erfordern eine zentrale Anlage, die gekühltes Wasser sowie Warmwasser oder Dampf liefert, um den Kühl- und Heizbedarf des Gebäudes zu decken. Wird stattdessen auf jeder Etage eine verpackte Direktexpansionsanlage verwendet, wie es in Kapitel 8 ausführlich behandelt wird, ist keine zentrale Kältemaschine erforderlich. Ebenso ist in kalten Klimazonen, in denen Heizbedarf besteht, bei Verwendung elektrischer Widerstandsheizung entweder entlang der Außenseite der Wand oder in einem Deckenluftgerät, das die Peripherie des Gebäudes versorgt, keine zentrale Warmwasser- oder Dampfkesselanlage notwendig. Darüber hinaus gibt es geografische Regionen, in denen gekühltes Wasser und/oder Dampfwasser von einer zentralen Versorgungsquelle zur Verfügung gestellt wird. In solchen Fällen ist die Installation einer eigenen Kälte- oder Heizungsanlage nicht erforderlich.

Für die Mehrheit anderer Installationen wird jedoch eine zentrale Kältemaschine, die gekühltes Wasser liefert, sowie eine zentrale Boileranlage benötigt. Bei der Entscheidung über den Typ und den Standort der Heizungs- und Kühlanlagen sollten verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, die eine fundierte Wahl ermöglichen. Diese umfassen unter anderem: Gewicht, Platzanforderungen und Auswirkungen auf das Tragwerk, Auswirkungen auf den Bauzeitplan, spezielle Anpassungen der technischen Räume und der Bauweise der Decken, akustische Anforderungen, Betriebskosten und Wartungsaufwand sowie die Verfügbarkeit von Energiequellen und die jährlichen Betriebskosten. Auch die Lebenszykluskosten sollten in die Entscheidung einbezogen werden.

Die Methoden zur Berechnung der Besitz- und Betriebskosten werden im ASHRAE-Handbuch für HVAC-Anwendungen (2019a) behandelt. Details zu Kältemaschinen finden sich im ASHRAE-Handbuch für Kühlungstechnik (2018) und zu Boileranlagen im ASHRAE-Handbuch für Systeme und Ausstattungen (2016b). Weitere nützliche Informationen bieten auch der ASME Boiler and Pressure Vessel Code (2015).

Wirtschaftliche Überlegungen bei der Auswahl der Kältemaschine

Eine detaillierte Analyse ist erforderlich, um das richtige Kühlsystem für ein Projekt zu bestimmen. Dabei stehen häufig entweder Zentrifugalkältemaschinen oder Absorptionsmaschinen zur Wahl. Zentrifugalkältemaschinen können elektrisch oder dampfbetrieben sein und sind fast immer wassergekühlt. Absorptionsmaschinen können ein- oder doppeltwirkend sein, wobei für die Nutzung von doppeltwirkenden Maschinen, die aufgrund geringerer Energiekosten Vorteile bieten, Hochdruckdampf erforderlich ist. Der Einsatz von Hochdruckdampf kommt jedoch in kommerziellen Projekten nur selten vor, es sei denn, Dampf wird aus einer zentralen Versorgungsquelle bezogen.

In großen Hochhäusern kommen nur selten luftgekühlte Kältemaschinen zum Einsatz. Dies liegt hauptsächlich an der begrenzten kommerziellen Verfügbarkeit solcher Maschinen und dem damit verbundenen Platzbedarf. Das größte derzeit verfügbare Modell hat eine Kühlleistung von 400 Tonnen (1400 kW), was für große Gebäude in der Regel nicht ausreichend ist. Hinzu kommt, dass der Betrieb von luftgekühlten Maschinen tendenziell höhere Betriebskosten verursacht. Dies liegt daran, dass die Kondensationstemperatur des Kältemittels bei luftgekühlten Maschinen von der Außenlufttemperatur abhängt, während bei wassergekühlten Geräten die Temperatur durch die niedrigere Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird. Trotz des Wegfalls von Kühlturmventilatoren und Pumpen für Kühlwasser ist der Betrieb daher kostspieliger.

Luftgekühlte Kältemaschinen finden ihre Anwendung häufig in geografischen Regionen oder Dachbereichen von Gebäuden, wo entweder kein Wasser für den Kühlkreislauf verfügbar ist oder es zu teuer wäre, dieses bereitzustellen.

Auswahl der Heizungsanlage

Für die Heizungsanlage eines Hochhauses gelten die gleichen Auswahlkriterien wie für andere Bauprojekte, wenn keine elektrische Widerstandsheizung zum Einsatz kommt. Zur Verfügung stehen in der Regel Öl- oder gasbetriebene Kessel, die je nach Verfügbarkeit und Kosten des Brennstoffs variieren, oder auch elektrisch betriebene Heizsysteme. Diese Kessel liefern entweder hydronische Wärme oder Niederdampfwärme, die an die verschiedenen Gebäudeteile verteilt wird, oder sie können ergänzend zu Wärmepumpen oder Wärmerückgewinnungssystemen eingesetzt werden. Die Wahl der richtigen Lösung für ein Gebäude erfordert eine wirtschaftliche Analyse, die den Platzbedarf, die anfänglichen Kosten und die Betriebskosten in Bezug auf alternative Brennstoffe und Wartungskosten berücksichtigt.

Standortwahl der Heizungs- und Kühlanlagen

Die Wahl des richtigen Standorts für Heizungs- und Kühlanlagen in einem Gebäude ist eine der komplexesten Entscheidungen, da sie nicht nur die technischen Anforderungen betrifft, sondern auch die strukturellen und architektonischen Planungen beeinflusst. Der Standort der Geräte hat Auswirkungen auf die Baukosten, die Bauzeit und die Architektur. In vielen Fällen wird eine zentrale Heizungs- und Kühlanlage unterirdisch in einem technischen Raum installiert, auch wenn dies manchmal zu Komplikationen im Design und möglicherweise zu höheren Gesamtbaukosten führt.

Die Installation der Kälte- und Heizungsanlagen auf oberen Etagen, bis hin zu Räumen direkt unter dem Dach, ist hingegen häufig die bevorzugte Lösung, da dies die Konstruktion vereinfacht und eine leichtere Belüftung der Anlagen ermöglicht. Dabei müssen beide Systeme, die Kälte- und Heizungsanlage, nicht unbedingt auf derselben Etage installiert werden, da zwischen den beiden Anlagen in der Regel keine direkte Verbindung besteht.

Wird eine Kesselanlage oberhalb des Erdgeschosses installiert, muss der Brennstoff – sei es Öl, Gas oder Strom – zum Kessel transportiert werden, und bei Öl- oder Gasheizungen ist zudem ein Abzugssystem für die Abgase erforderlich. Ein gut durchdachter Standort für solche Anlagen ist daher eine gründliche Analyse erforderlich, die unter anderem die Platzanforderungen, die Energieversorgung und die Auswirkungen auf die Betriebsabläufe berücksichtigt.

Kühlanlagen erfordern zusätzliche Überlegungen

Die Standortwahl für Kühlanlagen ist noch komplexer, da gekühltes Wasser und Kondensatwasser zur Versorgung der Klimaanlagen gepumpt werden müssen. Der Standort der Kälteanlage beeinflusst nicht nur die Luftzufuhr und den Energiebedarf für den Betrieb der Geräte, sondern auch die Kühlleistung und die Logistik der notwendigen Rohrleitungen und Ventilatoren. Eine zentrale Kühlanlage erfordert eine detaillierte Planung, um sicherzustellen, dass die Kühlmittelströme effizient zu den verschiedenen Teilen des Gebäudes gelangen.

Wie die richtige Lastprofilgestaltung den Erfolg eines Gebäudeverwaltungssystems sichert

Ein präzises 24-Stunden-Design-Lastprofil ist entscheidend für den Erfolg eines Modells. Generische Lastprofile für verschiedene Gebäudetypen werden oft als Hilfsmittel zur Dimensionierung von Systemen angeboten. Diese generischen Profile sind für erste Screening-Studien nützlich, sollten jedoch niemals für die endgültige Dimensionierung und Gestaltung verwendet werden. Auch wenn die Spitzenlast genau berechnet wird, kann die Annahme einer falschen Lastprofilform zu einer erheblichen Unterschätzung der Kühlkapazität führen.

VAV-Systeme (Variable Air Volume) passen sich den Schwankungen der Kühl- und Heizlast an, indem sie die Luftstromrate in den zugehörigen Zonen variieren. Im Allgemeinen hält das VAV-System die Zulufttemperatur konstant und reduziert oder erhöht den Luftstrom zwischen vordefinierten maximalen und minimalen Werten, um den Bedürfnissen der Raumlasten gerecht zu werden. Die Zulufttemperatur wird in konventionellen Systemen auf 13°C (55°F) eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, die Zulufttemperatur in einem VAV-System anzupassen, um eine Überkühlung des Raumes zu verhindern.

VAV-Systeme bestehen in der Regel aus einem zentralen Luftbehandler und einer Vielzahl von VAV-Terminals, die jeweils mit einem Dämpfer und einem Controller ausgestattet sind, um die Luftstromrate zu den entsprechenden Zonen zu regulieren. Einige der gängigen VAV-Systemtypen umfassen:

  • Kühlungssysteme nur für Innenräume: Dieses System drosselt die Luft an den Terminalboxen und moduliert die Luftstromrate mithilfe von Einlasslamellen, Frequenzumrichtern oder anderen Mitteln.

  • Kombinierte Innen- und Außensysteme: In dieser Anordnung werden Kühlterminals für Innenräume mit Reheat-VAV-Terminals für Außenzonen kombiniert.

  • Getrennte Innen- und Außensysteme: Bei dieser Anordnung deckt das VAV-System die Kühl- und Belüftungsanforderungen ab, während ein Außensystem die Heiz- oder Kühlbedürfnisse aufgrund des Wärmeübergangs durch die Gebäudehülle übernimmt.

  • Mehrzonensysteme: Dieses System verfügt über einen zentralen Luftbehandler mit verschiedenen Heiz- und Kühldeckenschiebern für unterschiedliche Zonenkanäle. Jeder Zonenkanal ist ein separater Hauptkanal, und die unterschiedlichen Anforderungen werden durch das Mischen von warmer und kalter Luft durch die Zonenklappen am zentralen Luftbehandler erfüllt.

Die Steuerung des Luftstroms durch jedes VAV-Terminal erfolgt über ein Zonenthermostat. Das Terminal ist bei maximaler Zonenlast vollständig geöffnet. Wenn die Last sinkt, bewirkt das Zonenthermostat, dass der VAV-Dämpfer zu schließen beginnt, was den Druckabfall über den Dämpfer erhöht. Dies führt zu einem Anstieg des Drucks im Kanal und verringert den Luftstrom im System. Das Verhältnis der Drosselung, das Verhältnis des tatsächlichen Luftstroms zum geplanten Luftstrom, hängt vom Verhältnis der Belüftungs- und Kühlanforderungen ab. Die Drosselungsrate des Systems entspricht nicht immer der Drosselungsrate der einzelnen Zonen, da die Lasten und Belüftungsanforderungen unterschiedlich sein können. Zur Druckregelung im Kanal können Lüfterbypass, Ausblasdämpfer, Einlasslamellen oder die Steuerung des variablen Lüfterantriebs verwendet werden.

Der Ping An Finance Center in Shenzhen, China, zeigt anschaulich, wie anspruchsvoll die Planung und das Design von HVAC-Systemen in hochmodernen Gebäuden sein kann. Mit mehr als 100 Stockwerken und einer Gesamtfläche von über 380.000 Quadratmetern vereint das Gebäude Büroflächen, Einzelhandelsgeschäfte und Konferenzräume. Besonders beeindruckend ist die Architektur, die durch Edelstahl- und Glassfassaden sowie eine zentrale Atriumgestaltung geprägt ist, die als öffentlicher Raum dient und Tageslicht hereinlässt.

Ein solches Gebäude stellt nicht nur an die Architektur, sondern auch an die Belüftungs- und Klimaanlagentechnologien besondere Anforderungen. Neben der richtigen Dimensionierung und Auswahl der Systeme müssen HVAC-Ingenieure Lösungen für komplexe Herausforderungen finden, die sich aus der Größe und den spezifischen Funktionen des Gebäudes ergeben.

In modernen, hoch aufragenden Gebäuden wie dem Ping An Finance Center ist eine präzise Planung für die Kühlung und Belüftung von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass alle Zonen effektiv und effizient klimatisiert werden. Dabei spielen VAV-Systeme eine zentrale Rolle, insbesondere wenn es darum geht, mit variierenden Lasten und unterschiedlichen Klimabedingungen umzugehen.

Es ist außerdem unerlässlich, dass Ingenieure die Verteilung der Luftströme und den Umgang mit thermischen Zonen berücksichtigen, da ungenaue Lastprofile zu unzureichender Kühlung und Ineffizienzen führen können. Dies betrifft insbesondere die Unterschiede zwischen Innen- und Außenzonen, wo die Anforderungen aufgrund der Wärmeübertragung durch die Gebäudehülle variieren.

Für die Planung eines effektiven VAV-Systems ist es von größter Bedeutung, die genauen thermischen Eigenschaften jeder Zone zu verstehen und die entsprechenden Systeme darauf abzustimmen. Dies erfordert eine detaillierte Analyse der Nutzungsmuster, der Sonneneinstrahlung und der baulichen Gegebenheiten des Gebäudes. Nur so kann eine langfristig effiziente und komfortable Klimatisierung garantiert werden.

Wie wird der Wasserdruck in Hochhäusern optimiert? Technische Herausforderungen und Lösungen

In Hochhäusern spielt die effiziente Wasserverteilung eine entscheidende Rolle, sowohl für den Komfort der Bewohner als auch für die Sicherheit und Energieeffizienz des Gebäudes. Eine der größten Herausforderungen bei der Planung von Wasserverteilungssystemen in solchen Bauwerken ist die Kontrolle des Wasserdrucks. Zu hohe Drücke können zu Geräuschen, Rohrabnutzung, Wasserhammer und Schäden an den Anlagen führen. Um diesen Problemen vorzubeugen, empfiehlt Megri (2011) die Begrenzung des Wasserdrucks, um die Geschwindigkeit des Wassers unter kritische Werte (~ 3 m/s) zu halten.

Eine bewährte Methode zur Druckkontrolle in Hochhäusern besteht darin, auf jedem Stockwerk, in dem der Druck den maximal zulässigen Wert überschreitet, Reduktionsventile zu installieren oder Druckzonen zu schaffen. In diesen Zonen kommt es zu einer Druckminderung, sodass an den höchsten Punkten im Gebäude der minimale Druck gewährleistet und gleichzeitig am unteren Ende des Gebäudes der maximal zulässige Druck eingehalten wird. Für Gebäude, die höher als 30 Meter sind, sind in der Regel mehrere Wasserverteilungszonen erforderlich.

Die Gestaltung des Wasserverteilungssystems umfasst mehrere wichtige Überlegungen: die Höhe des Gebäudes, der verfügbare Wasserdruck aus dem städtischen Netz, die Druckanforderungen auf den einzelnen Etagen, die Durchflussanforderungen, die Kapazität und Steuerung der Boosterpumpen sowie die Wahl der Rohr- und Ventilmaterialien. Besonders in sehr hohen Gebäuden ist die Gestaltung der Druckzonen und der Druckregulierungsstationen ein zentraler Aspekt. Durch den Einsatz von Druckregulierungsventilen (PRVs) und die Verwendung von variablen Drehzahlpumpensystemen kann der benötigte Druck bei unterschiedlichen Wasserflüssen stabil gehalten werden.

Die Druckregelung in Hochhäusern kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine gängige Methode ist das sogenannte "Single-Zone-System", bei dem Wassertanks auf dem Dach mit konstant laufenden Pumpen kombiniert werden. Diese Pumpen füllen die Tanks, wenn der Wasserstand unter einen bestimmten Wert fällt, und schalten sich ab, sobald der Tank voll ist. Ein anderes System nutzt mehrere Zonen, bei denen jeweils separate Wassertanks für hohe und niedrige Zonen im Gebäude eingesetzt werden. Diese Tanks müssen so hoch angeordnet werden, dass der Druck auch im unteren Teil des Gebäudes ausreichend bleibt.

In den letzten Jahren hat die Technologie für Pumpen und Druckregelungen weitere Fortschritte gemacht. Heute kommen häufig mehrstufige Systeme zum Einsatz, bei denen Boosterpumpen mit konstantem Druck und variabler Geschwindigkeit arbeiten. Diese Systeme passen die Pumpenleistung je nach Bedarf an, was den Energieverbrauch optimiert und eine konstante Wasserversorgung gewährleistet.

Bei der Verteilung von Warmwasser in Hochhäusern wird die Situation noch komplexer. Um eine ausreichende Versorgung mit Warmwasser zu gewährleisten, ohne die Gefahr von Verbrühungen zu riskieren, müssen die Warm- und Kaltwassersysteme ideal aufeinander abgestimmt werden. Die zentrale Warmwasserversorgung in Hochhäusern wird zunehmend durch lokal gesteuerte Systeme ergänzt, bei denen jede Etage oder Zone eigene Warmwasserbereiter hat. Diese Systeme können mit Druckregulierungsventilen und Kreislaufsystemen kombiniert werden, um den Energieverbrauch zu optimieren und eine gleichmäßige Verteilung des Warmwassers zu gewährleisten.

Die Entwässerung und Belüftung des Gebäudes stellen ebenfalls wichtige Aspekte dar. Eine effektive Drainage sorgt dafür, dass das Abwasser ohne Blockaden oder Rückstau abgeführt werden kann, was besonders in hohen Gebäuden eine Herausforderung darstellt. Temperaturbedingte Ausdehnungen und Kontraktionen der Rohrleitungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden, um Schäden zu vermeiden. Der Einsatz von geeigneten Entlüftungsventilen und Relief-Ventilen hilft, den Druck im System zu neutralisieren und eine reibungslose Abwasserentsorgung zu gewährleisten.

Ein praktisches Beispiel für den Erfolg dieser Technologien ist der Shanghai Tower. Mit einer Höhe von 632 Metern und 127 Stockwerken hat dieses Gebäude ein besonders fortschrittliches Wasserverteilungssystem, das auf mehreren Zonen basiert. Hier werden sowohl die Kaltwasserverteilung als auch die Warmwasserversorgung und Entwässerung effizient gemanagt. Der Shanghai Tower verwendet unter anderem Regenwasserspeicher und Abwasseraufbereitungssysteme, um die Wasserverfügbarkeit zu erhöhen und die Umweltbelastung zu minimieren. Die Konstruktion des Gebäudes ist auf maximale Energieeffizienz und Nachhaltigkeit ausgerichtet. Die aufwendig gestalteten Fassaden mit doppelter Haut und der Einsatz von Windturbinen zur Stromerzeugung zeigen, wie moderne Technologie in der Architektur verwendet wird, um den Energieverbrauch zu senken und die Ressourcennutzung zu optimieren.

Abgesehen von den rein technischen Aspekten ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Planung der Wasserverteilungssysteme in Hochhäusern auch mit anderen nachhaltigen Bauaspekten harmoniert. Die Integration von Energieeffizienzstrategien, wie der Verwendung von Solarenergie oder der Optimierung des Kälte- und Wärmemanagements, sollte bei der Planung stets berücksichtigt werden. Der steigende Bedarf an Wasserressourcen und die wachsende Bedeutung von grünen Baupraktiken erfordern ein tiefes Verständnis sowohl der baulichen Gegebenheiten als auch der ökologischen Anforderungen, die in die Entwicklung von Hochhäusern integriert werden müssen.

Wie natürliche Belüftung und Komfortbedingungen in Gebäuden durch die ASHRAE-Standards bestimmt werden

In New York City sind die Anforderungen an die Belüftung eines Beispielsgebäudes gemäß ASHRAE 62.1 zu erfüllen. Eine Belüftung von mindestens 44 cfm (22 L/s) pro Person wird benötigt, um den Standards gerecht zu werden. An den meisten Tagen kann diese Anforderung durch natürliche Belüftung, die entweder durch Wind oder durch den Auftriebseffekt des Luftstroms erzeugt wird, problemlos erfüllt werden. Besonders in Gebieten wie New York, die häufig durch Wind- und Auftriebsströmungen begünstigt sind, kann die benötigte Luftmenge auch ohne mechanische Unterstützung zugeführt werden.

Die natürliche Belüftung wird durch zwei Hauptmechanismen unterstützt: den windgetriebenen Luftstrom und den durch Auftrieb erzeugten Luftstrom. Windgetriebene Belüftung ist in den meisten Tagen des Jahres ausreichend, während in wenigen Fällen zusätzliche Maßnahmen notwendig sein können. Auftrieb, der aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Innen- und Außentemperatur entsteht, unterstützt ebenfalls die Belüftung, ohne mechanische Systeme zu benötigen.

Ein zentrales Element bei der Bestimmung der Luftzirkulation ist die Beachtung der Normen für den thermischen Komfort der Gebäudeinsassen. Die ASHRAE-Standards, insbesondere ASHRAE 55, definieren die thermischen Bedingungen, die als akzeptabel gelten, um das Wohlbefinden der Bewohner zu gewährleisten. Dieser Standard stellt sicher, dass 80 % der Insassen eines Gebäudes die klimatischen Bedingungen als angenehm empfinden, wenn sich diese innerhalb der vorgegebenen Grenzen für Temperatur und Luftfeuchtigkeit befinden.

Die Luftbewegung spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Körpertemperatur. Sie beeinflusst den Wärmehaushalt des Körpers, indem sie den konvektiven Wärmeübergang zwischen der Haut und der Luft sowie die Verdunstung von Hautfeuchtigkeit fördert. Eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit kann dazu beitragen, den Bereich akzeptabler Temperaturen und Luftfeuchtigkeitsniveaus zu erweitern, in denen Menschen sich wohlfühlen. Es gibt jedoch auch eine Grenze für die Luftgeschwindigkeit: Für Büros und gewerbliche Gebäude ist die maximal zulässige Geschwindigkeit 160 fpm (0,8 m/s), bei der leichte Gegenstände wie Papier oder Haare durch die Luft geweht werden können. In Wohngebäuden liegt dieser Wert bei etwa 197 fpm (1,0 m/s).

Ein weiteres wichtiges Konzept in Bezug auf natürliche Belüftung und thermischen Komfort ist die Anpassungsfähigkeit des Gebäudes. In Gebäuden, in denen die Insassen die thermischen Bedingungen selbst regulieren können, z. B. durch Öffnen und Schließen von Fenstern oder anderen Öffnungen, können sich die Insassen besser an wechselnde Wetterbedingungen anpassen. In diesen Fällen wird keine mechanische Klimaanlage benötigt, und das Gebäude kann ohne aktive Heizungs- oder Kühlsysteme auskommen, solange die Außentemperaturen zwischen 10°C und 33,5°C liegen.

Die Fähigkeit, die Kleidung entsprechend den Bedingungen im Inneren und Außen anzupassen, spielt dabei eine wesentliche Rolle. Die Bekleidung der Insassen kann die Wärmeaufnahme oder -abgabe beeinflussen und muss daher als ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung des thermischen Komforts berücksichtigt werden. In Übereinstimmung mit ASHRAE 55 liegt der zulässige Bereich der Kleidung (gemessen in „clo“) zwischen 0,5 und 1,0, was den Insassen die Flexibilität gibt, sich an die jeweiligen klimatischen Bedingungen anzupassen.

Die Standardanforderungen für thermischen Komfort berücksichtigen sechs wesentliche Faktoren: den Stoffwechselrate (Met), die Bekleidungsisolation (Clo), die Lufttemperatur, die Strahlungstemperatur, die Luftgeschwindigkeit und die Luftfeuchtigkeit. Diese Faktoren bestimmen zusammen, ob die Insassen des Gebäudes unter den gegebenen Umständen ein akzeptables thermisches Wohlbefinden erfahren. Die Stoffwechselrate bezieht sich auf die körperliche Aktivität der Insassen und beeinflusst maßgeblich, welche Temperaturen als angenehm empfunden werden. Auch die Bekleidung spielt eine Rolle, da sie den Wärmeverlust oder -gewinn des Körpers steuert.

Ein weiteres relevantes Konzept in diesem Zusammenhang ist die zulässige Luftgeschwindigkeit, die sich je nach Art des Raumes und der Nutzung unterscheidet. In Büros und gewerblich genutzten Gebäuden wird eine maximale Luftgeschwindigkeit von 160 fpm empfohlen, während in Wohngebäuden der Wert auf 197 fpm steigen kann. Es muss jedoch beachtet werden, dass eine zu hohe Luftgeschwindigkeit für den Komfort der Insassen problematisch sein kann, insbesondere wenn leichte Gegenstände wie Papier oder Haare ungewollt durch den Raum bewegt werden.

In modernen Gebäuden, die auf natürliche Belüftung setzen, ist es wichtig, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen den äußeren klimatischen Bedingungen und den internen Lüftungsanforderungen zu finden. Auch wenn natürliche Belüftung an vielen Tagen ausreicht, um die ASHRAE 62.1-Anforderungen zu erfüllen, müssen in spezifischen Fällen zusätzliche Maßnahmen wie mechanische Belüftung oder eine Anpassung der Öffnungen berücksichtigt werden, um die geforderten Luftmengen zu gewährleisten.

Designüberlegungen für die mechanischen und elektrischen Systeme in hohen Bürogebäuden

Die Planung der mechanischen und elektrischen Systeme für große Bürogebäude stellt eine ständig weiterentwickelte Kunstform dar, die auf die wirtschaftlichen, politischen und sozialen Anforderungen des jeweiligen Marktes sowie auf die spezifischen Bedürfnisse und Anforderungen der zukünftigen Nutzer des Gebäudes reagiert. Diese Art der Planung ist besonders komplex, da sie nicht nur den technischen Anforderungen gerecht werden muss, sondern auch den geografischen Gegebenheiten und den zunehmend anspruchsvolleren Ansprüchen von Investoren, Eigentümern und Architekten.

Das Design eines hohen Bürogebäudes ist eine spezielle Herausforderung. Wegen der Größe des Gebäudes, seiner Lage in städtischen Zentren und der engen Zusammenarbeit eines hochqualifizierten Teams aus Architekten, Ingenieuren und weiteren Fachleuten müssen die technischen Systeme exakt auf die Bedürfnisse der Nutzer sowie auf die Umwelteinflüsse abgestimmt werden. Insbesondere bei der Planung der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) ist eine gründliche Abwägung zwischen den anfänglichen Investitionskosten und den Betriebskosten unerlässlich. Zudem müssen langfristige Aspekte wie die zukünftigen Bedürfnisse der Nutzer und die Resilienz des Gebäudes berücksichtigt werden. Umso wichtiger ist es, dass bei der Planung auch die Umwelteinflüsse und die effiziente Nutzung von Energie – unabhängig von der Quelle – eine zentrale Rolle spielen.

Die mechanischen und elektrischen Systeme von Bürogebäuden hatten über die Geschichte hinweg immer das gleiche grundlegende Ziel: die Bereitstellung eines komfortablen, produktiven und sicheren Arbeitsumfeldes für die Nutzer. Doch die Entwicklung der Technologien und die steigenden Anforderungen an Energieeffizienz und Nachhaltigkeit haben die Planung dieser Systeme in den letzten Jahrzehnten erheblich verändert. Die wichtigsten Veränderungen beinhalten zum einen die zunehmende Energieeffizienz von Gebäuden, die mittlerweile deutlich unter den Anforderungen der Energiesparverordnungen liegen. Zudem haben sich die Bauvorschriften und Zonierungsgesetze verändert, was Auswirkungen auf die Gestaltung von Gebäuden und deren inneren Energiesysteme hat.

Ein weiterer wichtiger Faktor, der das Design beeinflusst, ist die veränderte Nutzung von Bürogebäuden. Die zunehmende Nutzung von Personal Computern und alternativen Kommunikationssystemen hat die Art und Weise, wie Raum in Bürogebäuden genutzt wird, erheblich verändert. Dies erfordert ein Umdenken bei der Gestaltung von Gebäuden und der Anpassung der technischen Systeme an diese neuen Nutzungsanforderungen. Besonders in Bezug auf die Lüftungs- und Klimaanlagen hat die Einführung neuer Technologien und kommerziell verfügbarer Systeme zu einer erheblichen Verbesserung der Energieeffizienz geführt.

Ein weiterer Aspekt, der bei der Planung berücksichtigt werden muss, ist die Resilienz des Gebäudes. Da die Nutzer von hohen Bürogebäuden oft für längere Zeiträume im Gebäude verweilen, müssen technische Systeme so konzipiert sein, dass sie auch unter extremen Bedingungen zuverlässig arbeiten. Besonders die Klimaanlagen und die Luftqualität sind entscheidend, um den Komfort und die Sicherheit der Nutzer langfristig zu gewährleisten. Gleichzeitig müssen die Gebäude den wachsenden Anforderungen an nachhaltiges Design und Umweltschutz gerecht werden. Dies umfasst nicht nur die Reduktion des Energieverbrauchs, sondern auch die Verbesserung der Luftqualität und die Implementierung nachhaltiger Technologien.

Die Anforderungen an die mechanischen und elektrischen Systeme von Bürogebäuden werden durch die jeweiligen Bauvorschriften und Standards noch weiter verstärkt. Diese Vorschriften sind speziell auf hohe Gebäude ausgerichtet und legen detaillierte Anforderungen an das Design und die Installation technischer Systeme fest. Dazu gehören unter anderem Vorschriften zur Sonneneinstrahlung, zur thermischen Isolation von Gebäudehüllen, zur Lufttransporteffizienz sowie zu Sicherheitsanforderungen, die insbesondere bei der Planung von Brandschutz- und Notstromsystemen berücksichtigt werden müssen. Die genauen Vorgaben hängen dabei auch von den örtlichen Bestimmungen und der jeweiligen Interpretationen der Vorschriften durch die zuständigen Behörden ab.

Im Hinblick auf die Energieeffizienz von hohen Bürogebäuden ist es entscheidend, verschiedene Strategien zu verfolgen, um den Energieverbrauch und die Ressourcennutzung zu minimieren. Dazu gehört unter anderem die Minimierung der solaren Wärmegewinne durch die Gebäudehülle, die verstärkte Nutzung von Tageslicht und die Reduzierung des Energieverbrauchs durch Beleuchtungssysteme. Weitere Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz umfassen den gezielten Einsatz von Windenergie zur natürlichen Belüftung und Kühlung sowie die Nutzung energieeffizienter Geräte und Systeme innerhalb des Gebäudes. Insbesondere die Nutzung von Niedrigenergie-Terminalgeräten auf den besetzten Etagen sowie die Möglichkeit, die Temperatur- und Feuchtigkeitswerte innerhalb komfortabler Grenzen schwanken zu lassen, können erheblich zur Reduktion des Energieverbrauchs beitragen.

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Planung der mechanischen und elektrischen Systeme nicht nur aus technischer Sicht erfolgt, sondern immer auch eng mit den wirtschaftlichen Aspekten eines Projektes verknüpft ist. Die Anforderungen der Realwirtschaft, einschließlich der Faktoren wie Eigentümerschaft, Mietverhältnisse und die zukünftige Nutzung des Gebäudes, spielen eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung des Designs. In großen Bürogebäuden, die für mehrere Nutzer oder auch für den eigenen Betrieb eines Unternehmens konzipiert werden, ist es besonders wichtig, die Bedürfnisse der verschiedenen Nutzergruppen frühzeitig in die Planung einzubeziehen. Änderungen an einem großen Gebäude nach Fertigstellung sind kostspielig und mit erheblichen Herausforderungen verbunden, weshalb eine präzise Planung von Anfang an unerlässlich ist.

Ein weiteres Schlüsselelement der Planung ist die Berücksichtigung der verschiedenen Phasen eines Bauprojektes, vom Entwurf bis hin zur Nutzung des Gebäudes. Die Architektur muss nicht nur funktional, sondern auch ästhetisch ansprechend sein, um den Anforderungen der Nutzer und der Öffentlichkeit gerecht zu werden. Ein Gebäude muss sowohl den praktischen als auch den emotionalen Bedürfnissen der Bewohner und Mitarbeiter entsprechen, was eine enge Zusammenarbeit zwischen den Architekten, Ingenieuren und den zukünftigen Nutzern erfordert.

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