Historische Gebäude Heizen, Lüften Und Kühlen


Historische Gebäude Heizen, Lüften Und Kühlen

Logo der Startseite: Historischer Kessel in funktionierendem Zustand. Foto: NPS-Dateien.

Sharon C. Park, AIA

Geschichte der mechanischen Systeme
Klimatisierung und Konservierung
Planung des neuen Systems
Überblick über HVAC-Systeme
Entwerfen des neuen Systems
Systemleistung und Wartung
HVAC Do's und Don'ts
Fazit
Literaturverzeichnis

Der Bedarf an modernen mechanischen Systemen ist einer der häufigsten Gründe, um an historischen Gebäuden zu arbeiten. Zu diesen Arbeiten gehören der Ausbau älterer mechanischer Systeme, die Verbesserung der Energieeffizienz bestehender Gebäude, die Installation neuer Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlagen (HLK) oder - insbesondere für Museen - die Installation eines Klimatisierungssystems mit Funktionen zur Be- und Entfeuchtung.

Entscheidungen, neue HVAC- oder Klimatisierungssysteme zu installieren, ergeben sich oft aus der Sorge um die Bequemlichkeit und Komfort der Bewohner, dem Wunsch, ältere Gebäude marktfähig zu machen, oder der Notwendigkeit, spezialisierte Umgebungen für den Betrieb von Computern, die Lagerung von Artefakten oder die Ausstellung von Museumssammlungen bereitzustellen. Leider werden der Komfort und die Sorgen der Bewohner für die Objekte innerhalb des Gebäudes manchmal stärker berücksichtigt als das Gebäude selbst. In zu vielen Fällen hat sich die Anwendung moderner Standards des Innenraumklimakomfort auf historische Gebäude als schädlich für historische Materialien und dekorative Oberflächen erwiesen.

Dieser Preservation Brief unterstreicht die Wichtigkeit einer sorgfältigen Planung, um die Erhaltungsziele mit den inneren Klimaanforderungen des Gebäudes in Einklang zu bringen. Es ist nicht als technische Anleitung zur Berechnung von Rohrleitungen oder Rohrleitungen gedacht. Vielmehr werden in diesem Brief einige der Probleme aufgezeigt, die mit der Installation mechanischer Systeme in historischen Gebäuden verbunden sind, und es werden Ansätze zur Minimierung des physischen und visuellen Schadens empfohlen, die mit der Installation und Wartung dieser neuen oder aufgerüsteten Systeme verbunden sind.

Historische Gebäude lassen sich nicht so leicht in moderne Präzisionsmechanismen integrieren. Eine sorgfältige Planung muss frühzeitig vorgesehen werden, um sicherzustellen, dass Entscheidungen, die während der Entwurfs- und Installationsphase eines Nachrichtensystems getroffen werden, angemessen sind. Da neue mechanische und andere verwandte Systeme, wie z. B. Elektro- und Feuerunterdrückung, bis zu 10% der Gesamtfläche eines Gebäudes und 30% bis 40% eines Gesamtrehabilitationsbudgets beanspruchen können, müssen Entscheidungen auf systematische und koordinierte Weise getroffen werden. Die Installation von geeigneten mechanischen Systemen kann zu einem oder allen der folgenden Probleme führen:

  • große Teile historischer Materialien werden entfernt, um neue Systeme zu installieren oder zu installieren.
  • Historische Struktursysteme werden geschwächt, indem sie das Gewicht von Großgeräten tragen und Vibrationen davon tragen.
  • Feuchtigkeit, die als Teil eines neuen Systems in das Gebäude eingeführt wird, wandert in historische Materialien und verursacht Schäden, einschließlich biologischer Abbau, Gefrieren / Auftauen und Oberflächenverschmutzung.
  • Außenverkleidungen oder Innenausführungen werden entfernt, um neue Barrieren und Isolierungen zu installieren.
  • Historische Oberflächen, Merkmale und Räume werden durch abgehängte Decken und Verfolgungsjagden oder durch schlecht angeordnete Gitter, Register und Ausrüstung verändert.
  • Zu große oder zu kleine Systeme werden installiert, bevor es zu einer klar geplanten Nutzung oder einem neuen Mieter kommt.

ungeeignete abgehängte Decke

Die abgehängten Decken, die eine Klimaanlage bedecken, bedecken auch die historischen Fenster, ändern ihren Anteil und führen zum Verlust des historischen Charakters. Foto: NPS-Dateien.

Bei historischen Objekten ist es wichtig zu verstehen, welche Räume, Merkmale und Oberflächen im Gebäude historisch sind, was beibehalten werden sollte und welche realistischen Heiz-, Lüftungs- und Kühlungsbedürfnisse für das Gebäude, seine Bewohner und seinen Inhalt gelten. Ein systematischer Ansatz, der Planung der Konservierung, Konservierungsdesign und ein Folgeprogramm von Überwachung und Wartung umfasst, kann sicherstellen, dass neue Systeme erfolgreich hinzugefügt werden - bestehende Systeme werden entsprechend verbessert - und gleichzeitig die historische Integrität des Gebäudes erhalten.

Es gibt keine festgelegte Formel, um zu bestimmen, welche Art von mechanischem System für ein bestimmtes Gebäude am besten geeignet ist. Jedes Gebäude und seine Bedürfnisse müssen separat bewertet werden. Einige Gebäude werden so bedeutend sein, dass alle Anstrengungen unternommen werden müssen, um die historischen Materialien und Systeme an Ort und Stelle mit minimalem Eindringen von neuen Systemen zu schützen.

Einige Gebäude werden Museumssammlungen haben, die eine spezielle Klimatisierung benötigen. In solchen Fällen muss der kuratorische Bedarf berücksichtigt werden - allerdings nicht zum letztendlichen Nachteil der historischen Bauressource. Andere Gebäude werden zur kommerziellen Nutzung saniert. Für sie kann eine Vielzahl von Systemen akzeptabel sein, solange wichtige Leerzeichen, Features und Oberflächen beibehalten werden.

Die meisten mechanischen Systeme erfordern eine Aufrüstung oder einen Austausch innerhalb von 15 bis 30 Jahren aufgrund von Verschleiß oder der Verfügbarkeit verbesserter Technologie. Daher sollten historische Gebäude nicht stark verändert oder sonstwie in dem Bemühen, kurzfristige Systemziele zu erreichen, verändert werden.

Geschichte der mechanischen Systeme

Die Geschichte der mechanischen Systeme in Gebäuden beinhaltet eine Studie von Erfindungen und Einfallsreichtum, da Bauherren, Architekten und Ingenieure Wege gefunden haben, das Innenklima ihrer Gebäude zu verbessern. Im Folgenden werden die wichtigsten Aspekte der Entwicklung von Heizungs-, Lüftungs- und Kühlsystemen in historischen Gebäuden vorgestellt.

Achtzehntes Jahrhundert. Die frühe Erwärmung und Lüftung in Amerika beruhte auf gesunden Menschenverstandsmethoden im Umgang mit der Umwelt. Bauherren gründeten Häuser, um die Wintersonne und die vorherrschenden Sommerkreuzungen einzufangen; Sie wählten Materialien, die helfen konnten, die Bewohner vor den Elementen zu schützen, und trafen Vorkehrungen gegen Niederschläge und schädliche Entwässerungsmuster.Der Standort und die Größe von Fenstern, Türen, Vordächern und der Grundriss selbst wurden oft so entwickelt, dass die Belüftung maximiert wird. Die Heizung war hauptsächlich von Kaminen oder Öfen und war daher die Quelle der Lieferung. 1744 entwarf Benjamin Franklin seinen "Pennsylvania-Ofen" mit einem Frischlufteinlass, um die in den Raum abgestrahlte Wärme zu maximieren und lästigen Rauch zu minimieren.

Wärmedämmung war rudimentär - oft Flechtwerk und Lehm, Ziegel und Holz nogging. Das Komfortniveau für die Bewohner war niedrig, aber der relativ geringe Unterschied zwischen Innen- und Außentemperatur und relative Luftfeuchtigkeit erlaubte Baumaterialien, sich mit den Jahreszeiten zu erweitern und zusammenzuziehen.

Veranden, Kuppeln, Markisen verwendet, um Schatten zu schaffen

Gebäude aus dem 19. Jahrhundert nutzten Veranden, Kuppeln und Markisen, um sie im Sommer komfortabler zu machen. Foto: NPS-Dateien.

Regionale Stile und architektonische Merkmale reflektierten das regionale Klima. In warmen, trockenen und sonnigen Klimazonen boten dicke Lehmwände Schutz vor der Sonne und hielten die Innentemperaturen kühl. Veranden, Höfe, Veranden und hohe Decken minderten auch die Auswirkungen der Sonne. Heiße und feuchte Klimazonen, die für erhöhte Böden, Lamellengitter und Fensterläden, Balkone und Innenhöfe zur Luftzirkulation bestimmt sind.

Neunzehnten Jahrhundert. Die industrielle Revolution lieferte erstmals die technologischen Mittel zur Kontrolle der Umwelt. Die doppelte Entwicklung der Dampfenergie aus der Kohle und der industriellen Massenproduktion ermöglichte frühzeitige Zentralheizungssysteme mit der Verteilung von erwärmter Luft oder Dampf über Metallkanäle oder -rohre. Frühwarme aus Eisen wurden verbessert, und bis Ende des Jahrhunderts wurden Dampf- und Niederdruck-Heißwasser-Heizsysteme sowohl in Büros als auch in Wohngebäuden gebräuchlich. Einige institutionelle Gebäude heizten Luft in Öfen und verteilten sie in Ziegelrohren durch das ganze Gebäude, wobei ein Netzwerk von Metallrohren die erhitzte Luft in die einzelnen Räume leitete. Wohn-Designs der Zeit verwendet oft Schwerkraft-Heißluft-Systeme mit dekorativen Boden-und Deckengitter.

Die Belüftung wurde wissenschaftlicher und die Einführung von Frischluftzufuhr in Gebäude wurde ein wichtiger Bestandteil der Heizung und Kühlung. Mit der Einführung von kraftbetriebenen Ventilatoren wurde Mitte des Jahrhunderts eine verbesserte Luftventilation möglich. Architektonische Merkmale wie Veranden, Markisen, Fenster- und Türriegel, große durchbrochene Eisendachträger, Dachmonitore, Kuppeln, Oberlichter und Obergadenfenster trugen zur Wärmeableitung bei und sorgten für eine gesunde Belüftung.

Die Hohlmauerkonstruktion, die in gemauerten Strukturen beliebt ist, verbesserte die Isolationseigenschaften eines Gebäudes und stellte auch einen natürlichen Hohlraum für die Ableitung von Feuchtigkeit bereit, die im Inneren des Gebäudes erzeugt wurde. Inseine Gebäude, Schlackensplitter und gebrochenes Mauerwerk füllten zwischen strukturellen Eisenbalken und Jackbogenbodengewölben thermische Isolierung sowie Feuerschutz. Mineralwolle und Kork waren neue Quellen der Leichtbauisolierung und waren Vorläufer der heutigen Wat- und Deckenisolierung.

Die Technologie des Zeitalters reichte jedoch nicht aus, um "enge" Gebäude zu schaffen. Es gab immer noch nur einen mäßigen Unterschied zwischen den inneren und äußeren Temperaturen. Dies lag teilweise an den Beschränkungen der frühen Isolierung, der fast ausschließlichen Verwendung von einfach verglasten Fenstern und dem Fehlen einer luftdichten Konstruktion. Das Vorhandensein von Lüftungsventilatoren und die Abhängigkeit von architektonischen Merkmalen, wie zum Beispiel durchfahrbare Fenster, Kuppeln und Riegel, ermöglichten eine ausreichende Luftzirkulation, um die Gebäude gut belüftet zu halten. Die Baumaterialien konnten sich ziemlich traditionell verhalten und sich mit den Jahreszeiten ausdehnen.

Zwanzigstes Jahrhundert. Das 20. Jahrhundert sah eine intensive Entwicklung neuer Technologien und die Idee der vollständigen Integration mechanischer Systeme. Öl- und Gasöfen, die im 19. Jahrhundert entwickelt wurden, wurden verbessert und effizienter gemacht, wobei Elektrizität in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts zur kritischen Energiequelle für Bausysteme wurde. Zwangsluftheizungen mit Kanälen und Registern wurden für alle Arten von Gebäuden beliebt und erlaubten Architekten, mit architektonischen Formen zu experimentieren, die frei von mechanischen Belastungen waren.

abgeschirmtes Rückluftgitter

Ein Rückluftgitter wird erfolgreich hinter dem Bogen abgeschirmt. Foto: NPS-Dateien.

In den zwanziger Jahren wurde in großen Theatern und Auditorien eine zentrale Klimaanlage eingeführt, und um die Mitte des Jahrhunderts setzten Zwangsluftsysteme, die Heizung und Klimaanlage in den gleichen Leitungen kombinierten, einen neuen Standard für Komfort und Bequemlichkeit. In den Hochhäusern nach dem Zweiten Weltkrieg kamen die Kombination und Koordination verschiedener Systeme zusammen; komplexe Heiz- und Klimaanlagen, elektrische Aufzüge, mechanische Türme, Ventilatoren und elektrische Vollbeleuchtungen wurden in das Gebäude integriert.

Die Dämmeigenschaften von Baustoffen wurden verbessert. Synthetische Materialien, wie zum Beispiel gesponnene Fiberglasplattenisolierungen, wurden bis Mitte des Jahrhunderts vollständig entwickelt. Prototypen von isolierten thermischen Verglasungen und integralen Sturmfenstersystemen wurden in Bauzeitschriften beworben. Das Abdichten von Perimetern um Fenster- und Türöffnungen wurde zu einem Standard-Konstruktionsdetail.

Im letzten Viertel des zwanzigsten Jahrhunderts wurden HVAC-Systeme energieeffizienter und besser integriert. Die Verwendung von Dampfbarrieren zur Kontrolle der Feuchtigkeitsmigration, thermisch effiziente Fenster, Verstemmungen und Dichtungen, komprimierte dünne Wandisolierung, ist zur Standardpraxis geworden. Neue integrierte Systeme kombinieren jetzt Innenklimasteuerung mit Feuerunterdrückung, Beleuchtung, Luftfiltration, Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle und Sicherheitserkennung. Computer regeln die Leistung dieser integrierten Systeme je nach Tageszeit, Wochentag, Belegung und Außentemperatur.

Klimatisierung und Konservierung

Obwohl die mechanische Systemtechnik des 20. Jahrhunderts einen großen Einfluss auf die Behaglichkeit historischer Gebäude hatte, ist die Einführung dieser neuen Systeme in älteren Gebäuden nicht ohne Probleme. Der Versuch, moderne Klimakontrollen beizubehalten und beizubehalten, könnte in der Tat historische Ressourcen schädigen. Moderne Systeme sind oft überdimensioniert, um die inhärenten Ineffizienzen einiger historischer Baumaterialien und Planlayouts zu kompensieren. Maßnahmen zur Energieumrüstung, wie die Installation von Außenwandisolierungen und Dampfsperren oder die Abdichtung von funktionsfähigen Fenstern und Lüftungsschlitzen, wirken sich letztendlich auf die Leistung aus und können die Lebensdauer alternder historischer Materialien verringern.

zentrale Leitwarte

Komplexe mechanische Systeme für institutionelle Gebäude erfordern möglicherweise einen zentralen Kontrollraum. Foto: NPS-Dateien.

Je größer der Unterschied zwischen Innen- und Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit ist, desto größer ist im Allgemeinen das Schadenspotential. Wenn der natürliche Dampfdruck die Feuchtigkeit von einem warmen in einen kälteren, trockeneren Bereich bewegt, kommt es zur Kondensation auf oder in den Baumaterialien des Kolders Bereich. Eine zu geringe Luftfeuchtigkeit im Winter kann beispielsweise historische Holz- oder Lackoberflächen trocknen und reißen. Zu viel Feuchtigkeit im Winter führt dazu, dass sich Feuchtigkeit auf kalten Oberflächen wie Fenstern ansammelt oder in Wände migriert. Als Folge verschlechtert diese Kondensation Holz- oder Metallfenster und verursacht das Verrotten von Wänden und Holzstrukturelementen, dämpft die Isolierung und hält Feuchtigkeit an Außenflächen. Feuchtigkeitswärme durch Wände kann Korrosion von Metallankern, Winkeln, Nägeln oder Drahtlatten verursachen, kann Blasen bilden und Außenfarbe ablösen oder kann Ausblühungen und Salzablagerungen auf Außenmauerwerk hinterlassen. In kalten Klimazonen können Frost-Tau-Schäden durch übermäßige Feuchtigkeit in den Außenwänden entstehen.

Um diese Art von Schäden an einem historischen Gebäude zu vermeiden, ist es wichtig zu verstehen, wie Baukomponenten als System zusammenarbeiten. Methoden zur Kontrolle der Innentemperatur und -feuchtigkeit und zur Verbesserung der Ventierung müssen in jedem neuen oder verbesserten HVAC- oder Klimasteuerungssystem berücksichtigt werden. Während bestimmte Nachrüstungsmaßnahmen positive Auswirkungen auf das gesamte Gebäude haben, ist die Installation effektiver Dampfsperren in historischen Wänden schwierig und führt häufig zur Zerstörung von bedeutende historische Materialien.

Planung des neuen Systems

Klimatisierungssystem


Autor Des Artikels: Alexander Schulz. Unabhängiger Konstrukteur und technischer Experte. Arbeitserfahrung in der Baubranche seit 1980. Fachkompetenz in den Richtungen: Bau, Architektur, Design, Hausbau.

Video-Anleitung: Heizen und Kühlen in modernen Bürogebäuden.


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