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Artikel

CIBSE-Fallstudie Olympia-Schwimmzentrum in London

--CIBSE 15:14, 29. Juli 2014 (BST)

Artikel aus der Juli-Ausgabe 2012 des CIBSE-Journals von Michael Stych und Howard But, Arup.

Einführung

Das London Aquatics Centre war während der Spiele 2012 voll im Olympischen Modus. Die innovative, umweltfreundliche Gebäudetechnik des Centers bietet jedoch auch eine dauerhafte energieeffiziente Einrichtung für die Nation. Das London Aquatics Centre wurde wie sein benachbartes Leichtathletikstadion entworfen, um der Hauptstadt und der Nation ein dauerhaftes Erbe der Olympischen Spiele zu bieten. Das Zentrum bietet permanent Platz für 2.500 Zuschauer und ist damit die größte Schwimmhalle in Großbritannien. Während der Olympischen Spiele werden zwei temporäre überdachte Stände um weitere 15.000 Sitzplätze erweitert.

Die Energiestrategie der Olympic Delivery Authority verlangt, dass das Zentrum im Vergleich zu den geltenden Bauvorschriften (damals 2006) eine Reduzierung der CO2-Emissionen um insgesamt 50% nachweisen kann. Wie andere Veranstaltungsorte vor Ort muss das Zentrum in das Energiezentrum des Olympiaparks integriert werden (siehe Artikel über das Energiezentrum im August 2011 Journal, Seite 16).

Das große Volumen der 180.000 m² großen Hauptpoolhalle erforderte einen einzigartigen Ansatz zur Steuerung des Innenraumklimas. In der Halle wurde eine Reihe von Mikroklimas geschaffen, um die richtigen Komfortbedingungen zu erreichen und den Energieverbrauch zu minimieren. Diese Mikroklima-Lösung verwendet auch temporäre Systeme, wenn das Zentrum für die Olympischen und Paralympics-Spiele erweitert wird.

Das Gebäude wurde ursprünglich im Olympischen Modus gebaut, um die Systeme vollständig testen und in Betrieb nehmen zu können. Anschließend wurde ein temporärer Bildschirm installiert, um das Volumen zu reduzieren und den Energieverbrauch bei Testveranstaltungen und Schulungen zu minimieren. Im Anschluss an die Spiele werden die temporären Stände entfernt und neue Fassaden installiert, um das Gebäude zu vervollständigen.

Die Heizungs-, Kühl- und Lüftungssysteme sind so ausgelegt, dass sie diesen Betriebsänderungen Rechnung tragen, ohne die permanenten Installationen zu beeinträchtigen.

Belüftung

Frühe Designoptionen beinhalteten die Verwendung von Hochgeschwindigkeitsstrahldüsen, ein herkömmlicher Ansatz zur Konditionierung großer Veranstaltungsorte. Die Analyse der Modellierung zeigte, dass mit diesem System zwar die am Pool erforderlichen Temperaturen erreicht werden konnten, dass jedoch die Luftströmungsmuster instabil waren, was Zugluft und letztendlich Unbehagen verursachte. Es bestand auch die Gefahr von Interferenzen mit anderen Systemen in der Halle.

Daher ist die gewählte Lösung ein Niedriggeschwindigkeitsversorgungssystem auf Poolebene, das auf natürliche Konvektion innerhalb der Halle angewiesen ist. Wenn die Wasseroberfläche des Pools Wärme aufnimmt, saugt sie die Zuluft an, die über die Abflussrinnen des Pools entlang des Poolrandes abgesaugt wird. Dies hilft auch dabei, kontaminierte Luft an der Pooloberfläche zu halten und die Migration in andere Bereiche zu begrenzen.

Vier Hochleistungs-Luftbehandlungsgeräte (AHUs) liefern klimatisierte Luft über die Lüftungsgitter des Pools und die Luft wird durch Luftschlitze abgesaugt, die in Überlaufwasserkanäle integriert sind. Der Großteil der Luftverteilung befindet sich in den Servicekanälen auf jeder Seite der Poolbecken. In den Kanälen befinden sich Serviceleistungen wie Poolwasserleitungen, bewegliche Böden und Ausleger, um Wartungsarbeiten zu ermöglichen.

Alle vier Lüftungsgeräte verfügen über Doppelwärmetauscher mit Plattenwärmetauschern, die einen Wärmerückgewinnungsgrad von bis zu 84% erreichen. Die AHU-Steuerung passt das Frischluftverhältnis im Luftsystem an, um die Luftfeuchtigkeit im Raum zu steuern.

Die Warmluftzufuhrgitter mit niedriger Geschwindigkeit sorgen für angenehme Bedingungen in der Poolumgebung, während der selbstabgeglichene Abluftbetrieb auf niedrigem Niveau die Ansammlung und Ausbreitung von Feuchtigkeit und Schadstoffen begrenzt. Da dies der Poolumgebung gewidmet ist, beträgt der gesamte Luftwechsel über das Volumen der Poolhalle nur etwa einen Luftwechsel pro Stunde.

Die Luft wird bei der erforderlichen Raumtemperatur geliefert, typischerweise bei 30 ° C, so dass der Auftrieb verringert wird. Die Heizung erfolgt durch andere Systeme.

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Heizung

Der Poolbereich verfügt über eine Fußbodenheizung. Dies bietet Komfort für die Schwimmer und Strahlungswärme, um die Strahlungsverluste an umgebende Oberflächen auszugleichen.

Das System bietet auch eine verborgene Funktion, die durch Erwärmen der Zuluft mit niedriger Geschwindigkeit die Luftströmung nach oben fördert, wodurch die Gefahr einer Luftumwälzung durch die Entlüftung des Pools verringert wird.

Zuschauerumgebung

Zuschauer benötigen normalerweise andere Komfortbedingungen als am warmen Pool und verfügen daher über eine separate Belüftung, die nur bei laufenden Ereignissen erforderlich ist.

Ein spezielles Zuschauerlüftungssystem sorgt für konditionierte, erwärmte oder gekühlte Frischluft, um die 2.500 Zuschauer in den Sitzbereichen mit Gittern zu unterlegen. Dieses System besteht aus Lochblechgittern an jedem Sitz, die bei niedriger Geschwindigkeit etwas kühlere Luft bis 26 ° C liefern. Luft wird an der Oberseite des Raked-Sitzbereichs abgesaugt.

Zu Spitzenzeiten (Hochsommer mit voller Kapazität) ist eine Frischluftkühlung erforderlich, um die Zuluft auf 26 ° C zu kühlen. Die Kühlenergie wird von zwei 390 kW wassergekühlten Ammoniakkühlern bereitgestellt. Jeder der beiden Nicht-HFKW-Kühler ist mit einem Paar Trockenluftkühlern verbunden und befindet sich am Südende des Gebäudes, umgeben von einem grünen Wandsystem. Die Kondenswasserkreisläufe sind mit dem Poolheizkreis verbunden, um die Abwärme für die Poolwassererwärmung umzuleiten, wodurch der Gesamtwärmebedarf reduziert wird.

Fassadenheizung

Der Wärmeverlust der Fassaden wird durch die Verwendung natürlicher Konvektoren aus dem Warmwassersystem getrennt behandelt. Entlang des Umfangs befindet sich ein Grabenheizungssystem, um Wärmeverluste auszugleichen und die Kondensatbildung zu begrenzen. Bei den größeren Fassadenelementen sind in die Pfosten und Riegel integrierte Warmwasserrohre integriert, um die Gefahr der Kondensation zu verringern und den Luftzug zu begrenzen.

Jede Vorhangfassade wird von einem speziellen variablen Temperaturkreis gespeist, der die Wetterausgleichssteuerung steuert.

Die Fassade selbst besteht aus 3 x 1, 5 m großen, doppelt verglasten Paneelen mit einem Gesamt-U-Wert einschließlich Rahmen von 1, 40 W / m². Die Fassade ist mit einer "leichten" Solarleistungsbeschichtung versehen, um den Sonnengewinn der Sommerzeit zu begrenzen. Generell spielt der passive solare Gewinn dieser Fassade während des ganzen Jahres eine wichtige Rolle bei der Reduzierung des Wärmebedarfs.

Tageslicht

Die Fassade ermöglicht auch ganzjähriges Tageslicht in der Poolhalle. Die beiden Erhebungen sorgen für ein gleichmäßiges Licht in der gesamten Halle, sodass die elektrische Beleuchtung für die meisten Tagesstunden ausgeschaltet werden kann.

Zum Schutz vor Blendung der Wasseroberfläche verfügt die Fassade über ein Frittenmuster, dessen Intensität je nach Ausrichtung der Verglasung variiert. Der südliche Überhang bietet auch eine Schattierung auf der Südwestlage vor den Sonnenaufgängen der Sommergipfel.

Das Dach

Die Hauptpoolhalle ist von einem beidseitig überspannenden Stahldach mit Stahlträgern mit einer Tiefe von bis zu 16 m umgeben. Es gibt auch eine Decke an der Unterseite der Dachbinder, die eine erhebliche Dachhohlzone ergibt. Der Dachhohlraum ist ein warmer Raum, der mit 200 mm Mineralwolle isoliert ist. Dies gibt dem Dach einen U-Wert von 0, 20 W / m² K. Optionen zur Verringerung des Heizvolumens der Halle wurden untersucht, aber verworfen. Die Schlussfolgerung lautete, dass der Verzicht auf Kältebrücken und Schnittstellendetails wesentlich ist, um die Gefahr der Kondensation und des Eindringens von Außenluft an den Verbindungsstellen zu verhindern.

Das permanente Dach ist eine Warmdachkonstruktion, die durch isolierte Verkleidung auf der Oberseite und akustisch ausgekleidete Holzverkleidung zum Poolbecken gebildet wird.

Um die Luftbewegung im Dachraum sicherzustellen, befinden sich an den Laufstegen mehrere Umluftventilatoren. Die Lüfter arbeiten zyklisch oder wenn die Dachhohlraumtemperatur einen Sollwert unterschreitet. Das Dach selbst hat einen Gesamtwärmeverlust von 70 kW. Daher sind die Lüfter auch so dimensioniert, dass sie diese Last ausgleichen und die Gefahr von Abfahrten in die darunter liegenden Pools eliminieren. Die Dachtemperatur und -feuchtigkeit wird durch eine Reihe von Sensoren überwacht, um die Hohlraumtemperatur jederzeit über dem Taupunkt zu kontrollieren.

Pool Hall Volume

Die Poolhalle einschließlich des Dachhohlraums hat ein Gesamtvolumen von 180.000 m3. Stoffwärmeverluste von Oberflächen machen 60% des Wärmebedarfs der Poolhalle aus. Das Hauptproblem in Bezug auf die Wärmeverluste der Hülle war jedoch die Infiltration an den Schnittstellen zwischen Dachelement und Fassade.

Obwohl Bewegungsfugen an der Oberseite der Fassade das Gebäude abdichten. Selbst bei einem versiegelten Gebäude mit minimalen Wärmebrücken und Schnittstellen wird die Design-Luftinfiltration immer noch 40% der gesamten Wärmeverluste der Hülle ausmachen.

Energieeffizienz

Ein Energiemodell wurde schon früh in der Planung entwickelt, um die Energielasten des Gebäudes detailliert zu bewerten und um zu verstehen, wo die vorherrschenden Lasten waren und welche weniger bedeutsam waren. Das Modell wurde mit dem Design weiterentwickelt und bildete die Grundlage für die Berechnung der CO2-Emissionen gemäß Teil L (wie für die Gebäudesteuerung erforderlich und zur Demonstration der Effizienzziele der Olympischen Spiele-Behörde) sowie für die Verwendung der Gebäudeenergiemodellierung gemäß der ODA-Anforderung.

Die Verbesserung des Aquatics Center in Bezug auf die Bauvorschriften Teil L 2006 beträgt 49%, basierend auf den Inbetriebsetzungsdaten im Bauzustand, jedoch vor der Installation des Altbestandes (z. B. der Prüfung der Luftdurchlässigkeit des Gebäudes). Dies ist in 16, 5% durch Effizienzmaßnahmen in Gebäudetechniksystemen und den Rest aus Fernwärme- und Stromsystemen unterteilt.

Das Basisthermomodell wurde auch verwendet, um detailliertere Berechnungen der Energieleistungsmodelle zu erstellen, um das Gebäude außerhalb der bauaufsichtsrechtlichen Anforderungen näher an den beabsichtigten Gebrauch zu beurteilen.

Es wurde ein Vergleich der CO2-Emissionen mit anderen 50-Meter-Schwimmbädern in Großbritannien durchgeführt. Diese Informationen stammen aus den Ergebnissen des Display Energy Certificate des bestehenden Gebäudes. Jeder Veranstaltungsort unterscheidet sich in Bezug auf Fläche und Funktion, zum Beispiel enthalten viele mehr Trockensportanlagen, die den Energiebedarf auf natürliche Weise reduzieren.

Fazit

Aus der Arbeit an der Gebäudeumweltgestaltung ist ersichtlich, dass das Setzen von Zielen für den Erfolg der Nachhaltigkeit des Projekts entscheidend war. Es hat dem gesamten Team ein gemeinsames Ziel und eine gemeinsame Anforderung gegeben. Die Energieeffizienz ist ein wesentlicher Teil der Erreichung der BREEAM-Excellent-Bewertung, die das Projekt erhalten hat.

Das Projekt integriert sich in die Systeme des Olympiaparks auf Bezirksebene, um sowohl für den Park als auch für die Zukunftssicherung der Wärmeversorgung die beste Lösung zu erzielen.

Die Einbeziehung von Gebäudetechnikern in den sehr frühen Stadien der Planung, nicht nur bei der Systemauswahl, sondern auch bei der Nutzung der Bauphysik, war der Schlüssel, um die Einsparung von 16, 5% Kohlenstoff allein durch Effizienzmaßnahmen zu erreichen, bevor erneuerbare Energiequellen eingesetzt wurden.

Energiesparmaßnahmen und weitere Verbesserungen

Das Ziel ist in der Tat eine große Herausforderung für das Gebäudekonstruktions-Team, da ein konventioneller, energieeffizienter Ansatz für Schwimmbäder darin besteht, KWK zu installieren, um das Gebäude mit Strom zu versorgen und Abwärme für die Poolheizung zu nutzen. Da das Gebäude jedoch an das Fernwärmenetz angeschlossen ist, sind neue Ansätze erforderlich, um das Energiesparpotenzial des Gebäudes zu maximieren.

Zu den ergriffenen Maßnahmen gehören:

  • 200 mm isoliertes Dach - 0, 20 W / m² K;
  • Isolierte Poolbecken und Keller;
  • Doppelverglaste Argon-gefüllte Vorhangfassade - 1, 40 W / m² K;
  • 5m3 / h.m2 Luftdurchlässigkeit des Gebäudes bei 50 Pa;
  • Lokalisierte Klimakontrolle;
  • Verwendung von wasserbasierten Systemen zur Beheizung von Gebäudehüllen;
  • Pool als Kühlkörper für Heizungsanlagen und Kondensatorwasseranlage;
  • 84% fühlbare Wärmerückgewinnung in Poolbelüftungssystemen;
  • Systeme mit niedriger Geschwindigkeit, um einen volumengemittelten SFP von 1, 6 W / (l / s) zu erreichen;
  • Passive solare Verstärkung der Südwestfassade in die Halle;
  • Automatische Tageslichtsteuerung in der Hauptpoolhalle;
  • Natürliche Belüftung im Olympia-Modus für Zuschauer;
  • und Pumpen mit variabler Geschwindigkeit.

Wie kann dies im Betrieb weiter verbessert werden? Der Entwurf hat diese Reihe von Maßnahmen berücksichtigt, die zusammen einen sehr effizienten Ansatz zur Energieeinsparung bieten.

Aufgrund der Erfahrung mit anderen großen Poolanlagen hängt der Energieverbrauch von Pools auch stark davon ab, wie das Gebäude betrieben wird. Was kann noch getan werden, wenn der Betreiber für das Erbe an Bord kommt, und was kann der Betreiber tun, um sich weiter zu verbessern?

Folgende Maßnahmen könnten in Betracht gezogen werden:

  • Steuerung des Pool-Filtersystems nach Bedarf, um die Pumpenleistung zu reduzieren;
  • Die bedarfsabhängigen Lüftungssysteme genau überwachen und steuern;
  • Anheben der beweglichen Böden des Pools als Poolabdeckung, um die Verdunstung bei Nacht und bei Nichtbenutzung der Pools zu verringern;
  • Verringerung der Wassertemperatur des Pools von 30 ° C auf 28 ° C für den Freizeitgebrauch;
  • Verringerung der Lufttemperatur am Pool entsprechend den unteren Bereichen der Standards;
  • Bedarfssteuerung der Außenluft mit CO2 / Schadstoffsensoren;
  • Hinzufügung der Wärmerückgewinnung aus Dusch- und Rückwaschwasser (um dies zu ermöglichen, sind im Allgemeinen Systeme erhältlich);
  • und Langfristige weitere Dekarbonisierung der Fernwärme.

Den vollständigen Artikel auf der CIBSE-Website finden Sie hier.

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