Bedarfsgerechte Klimatisierung von Messehallen: Modernisierung und Erweiterung der Neuen Messe Hamburg

Auf dem Messegelände in Hamburg finden jährlich rund 50 Veranstaltungen statt, auf denen sich nahezu 12.000 Aussteller und etwa 900.000 Besucher aus aller Welt treffen. Angesichts der erfolgreichen Geschäftsentwicklung sowie der stetig gestiegenen Anforderungen an Komfort, Service und wirtschaftliche Logistik entschloss sich die Hamburg Messe und Congress GmbH für eine Erweiterung und Modernisierung der gesamten Messeinfrastruktur. Die Suche nach einem entsprechenden Entwurf, der sowohl die besondere städtebauliche Situation als auch den funktionalen und konstruktionsbedingten Anspruch eines Messeplatzes optimal in sich vereint, erfolgte im Rahmen eines internationalen Architekturwettbewerbes.
Als Sieger ging aus diesem Wettbewerb der Beitrag des Büros Ingenhoven und Partner aus Düsseldorf hervor. Deren Entwurf mit weißen, gewölbten Dächern sowie einer transparenten Glas-Fassade bildet ein architektonisch bemerkenswertes Gesamtensemble, das das Stadtbild der Elbmetropole nun nachhaltig prägt. Die Realisierung des Bauvorhabens erfolgte in zwei großen Bauabschnitten, von denen der erste bis zum Jahr 2006 die Erweiterung des Messegeländes um die vier neuen Hallen A1 bis A4 westlich der bestehenden Bebauung beinhaltete. Danach wurden in einem zweiten Bauabschnitt auf dem bisherigen Gelände die alten Hallen 1 bis 8 schrittweise abgetragen und durch die Neubauten B5, B6 – mit über 13.000 m² Bruttofläche die größte der neuen Hallen – und B7 ersetzt. Die bereits bestehenden Hallen 9 bis 12 wurden im Zuge der Modernisierung in B1 bis B4 umbenannt. Die Baumaßnahmen erfolgten dabei während des laufenden Messebetriebes, sodass jede Halle direkt nach ihrer Fertigstellung für aktuelle Veranstaltungen genutzt werden konnte. Das gesamte Bauvorhaben wurde Ende 2008 abgeschlossen. Nach den Modernisierungsmaßnahmen ist die Ausstellungsfläche der Neuen Messe Hamburg von ursprünglich 64.000 auf insgesamt 87.000 m² angewachsen.

Raumlufttechnische Versorgung
Die Teilklimatisierung der Raumluft in den neuen Messehallen erfolgt über jeweils vier kombinierte Zu- und Abluftgeräte, die in den Untergeschossen der einzelnen Hallen untergebracht sind. Hiermit wird sowohl ein Teil der inneren thermischen Lasten abgefahren als auch die notwendige Außenluftversorgung der Aussteller und Besucher sichergestellt. Alle vier Teilklimageräte in den Hallen werden gesamthaft als „eine Anlage“ betrachtet und fahren die gleichen Volumenströme. Für die jeweilige Halle gibt es lediglich einen Sollwert, und die Anlagen durchfahren parallel die gleichen Regelsequenzen.
Das Luftverteilungssystem befindet sich sichtbar im Deckenbereich, die Zulufteinbringung erfolgt über Drallluftdurchlässe in Freiaufhängung. Elektromotorisch verstellbare Drallschaufeln stellen hierbei eine Anpassung der Luftgeschwindigkeit, der Eindringtiefe sowie des Induktionsverhältnisses an den entsprechenden thermischen Lastfall sicher. Das Kanalsystem ist dabei so ausgelegt, dass mit jeder Anlage jeweils ein Viertel der Halle raumlufttechnisch versorgt wird. Gleichzeitig sind sämtliche Verteilerstränge mit steuerbaren Jalousieklappen ausgestattet, mit deren Hilfe ein Umschalten auf ein gemeinsames Zu- und Abluftkanalsystem möglich ist. Auf diese Weise wird im Störfall oder während der Wartung einer Anlage eine gleichmäßige Luftverteilung des verbliebenen Anteils des Sollvolumenstroms gewährleistet. Eine derartige Umschaltung in den Teillastbetrieb ist überdies bei besonderen Rahmenbedingungen und zeitbegrenzt ebenfalls aus Gründen der Energieeffizienz möglich.
Die Teilklimageräte sind nach dem Prinzip einer Mischluftanlage ausgeführt und werden mit einem Außenluftanteil von mindestens 30% betrieben. Die Zuluftvolumenströme liegen bezogen auf 1 m² Hallenfläche bei 20 m³/h. In der Aufenthaltszone, die sich auf den Bereich bis 4m über dem Fertigfußboden bezieht, erfolgt damit stündlich ein fünffacher Gesamtluftwechsel. Die Außenluftmenge wird dabei im sogenannten „Trapezbetrieb“ gefahren. „In der Praxis bedeutet das, dass bei Außentemperaturen über 26°C und unter 0°C die Außenluftrate je Person gleitend auf 10 m³/h reduziert wird“, erläutert Burkhard Waldeck, Geschäftsführender Gesellschafter bei der RMN Ingenieure GmbH und verantwortlicher Fachplaner für die gesamte technische Gebäudeausrüstung in der Neuen Messe Hamburg. „Die DIN 1946-2 schlägt diese Möglichkeit der Begrenzung der Luftrate auf 50% bei sehr hohen bzw. sehr niedrigen Außentemperaturen vor. Hierdurch lassen sich an extremen Sommer- und Wintertagen sowohl die Betriebskosten als auch der Energieeinsatz für die Temperierung der Außenluft deutlich senken.“
Darüber hinaus sind zur energieoptimierten Nutzung der Wärme aus der Abluft jeweils zwei raumlufttechnische Geräte mit einer gemeinsamen Wärmerückgewinnungsanlage ausgestattet. Diese basiert auf einem Rotationswärmeübertrager, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet und bis zu 90% der in der Abluft enthaltenen Wärme für die Zuluft zur Verfügung stellt.

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Bedarfsgerechte Klimatisierung
Zur Gewährleistung eines optimalen Raumklimas in den Messehallen lassen sich die Anlagen je nach Auslastung der Hallen in die vier Funktionszustände Erhaltungsbetrieb, Aufheizbetrieb, Nachtkühlbetrieb sowie Normalbetrieb schalten. Die entsprechende Ansteuerung erfolgt automatisch über die Gebäudeleittechnik, in der die jeweiligen Parameter für die einzelnen Betriebszustände hinterlegt sind.

Erhaltungsbetrieb
Außerhalb der Messen und Veranstaltungen und damit überwiegend im Winter bleiben die Hallen ungenutzt. Um eine gänzliche Auskühlung der Bauteile zu vermeiden sowie eventuelle Schäden an der Bausubstanz zu verhindern, wird während dieser sogenannten „Leerlaufzeiten“ das Temperaturniveau in der Halle auf mindestens 5°C gehalten.

Aufheizbetrieb
Zur Aufbereitung der raumklimatischen Verhältnisse in den Hallen für eine bevorstehende Messe oder Veranstaltung werden die Anlagen in den Aufheizbetrieb geschaltet. Ein Nachweis über die geforderte Eindringtiefe der Zuluft und damit eine ausreichende Erwärmung der Aufenthaltszone insbesondere in den beiden Hochhallen A1 und A4 fand im Vorfeld anhand entsprechender Versuchstests zur Funktionsweise der Drallluftdurchlässe statt. Darüber hinaus wird die Zuluft mit maximalem Volumenstrom über die Hälfte der vorhandenen Zuluftstränge gefahren, wodurch die Impulskraft des Luftstrahls zusätzlich erhöht wird.
So verfügen beispielsweise die vier raumlufttechnischen Anlagen im Untergeschoss der 137 m langen, 78 m breiten und 23 m hohen Halle A1 über eine Gesamtleistung von 216.800 m³/h. Die Luftverteilung erfolgt über 8 im Deckenbereich in Längsrichtung der Halle verlaufende runde Stahlblechkanäle sowie insgesamt 56 Drallluftdurchlässe. Zur Realisierung des Aufheizbetriebes werden hier 4 Stränge über entsprechende Jalousieklappenstellungen abgesperrt. Die Einbringung der erwärmten Zuluft, die sich im Aufheizbetrieb aus rund 145.000 m³/h (etwa 70%) Umluft sowie ca. 71.800 m³/h (etwa 30%) Außenluft zusammensetzt, findet anschließend über lediglich 28 Drallluftdurchlässe und dadurch mit erhöhter Impulskraft statt.
Für die notwendige Eindringtiefe des Luftstrahls während des Heizfalls sorgen speziell für die Klimatisierung hoher Räume entwickelte Drallluftdurchlässe des Typs „LDI“ von Emco Klima. Vor Austritt in den Raum durchströmt die Zuluft einen in den runden, metallenen Düsenkörper integrierten Leitapparat, der sich aus sechs stufenlos verstellbaren Schaufeln zusammensetzt. Zur Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse in der Halle werden der Zuluft je nach Stellwinkel der Drallschaufeln unterschiedliche Strömungsformen und ein unterschiedliches Ausströmungsverhalten bei Austritt aus dem Düsenkörper aufgezwungen.
„Im Aufheizbetrieb beträgt der Stellwinkel der Drallschaufeln ca. 15°, wodurch eine nahezu senkrechte Positionierung dieser entsteht“, beschreibt Alexander Peters, Leiter des Bereiches Bau, Infrastruktur und Technische Gebäudeausrüstung bei der Hamburg Messe und Congress GmbH, die Funktionsweise der Drallluftdurchlässe. „Hierdurch erreichen wir, dass die zugeführte Warmluft strahlförmig und nahezu ohne Rotation aus dem Düsenkörper austritt und durch die daraus resultierende erhöhte Austrittsgeschwindigkeit verlustfrei in den etwa 17 m entfernten Aufenthaltsbereich gelenkt wird.“ Die gewählte Baugröße mit einem Nenndurchmesser von 630 mm und einem maximalen Luftvolumenstrom von 9100 m³/h gewährleistet dabei die im Heizfall notwendige Verteilung der Gesamtzuluftmenge auf lediglich die Hälfte der in der Halle vorhandenen Drallluftdurchlässe.

Normalbetrieb
Nach der Aufheizphase gehen die raumlufttechnischen Anlagen in den Normalbetrieb über, in dem dann alle Zuluftstränge mit sämtlichen Drallluftdurchlässen zugeschaltet werden. Da die Messehallen aufgrund der Beleuchtung und der hohen Personendichte während des Veranstaltungsbetriebes thermisch hoch belastet sind, sind die Anlagen zu diesen Zeiten in der Regel auf den Kühlfall eingestellt. Dabei wird eine Temperaturdifferenz zwischen außen und innen von vier bis sechs Grad Kelvin angestrebt. Das bedeutet, dass bei einer Außentemperatur von beispielsweise 26°C die Hallenluft ohne Berücksichtigung der inneren Lasten auf 20 bis 22°C aufbereitet wird. Die entsprechend gekühlte Zuluft für die bereits beschriebene Halle A1 setzt sich hierbei aus ca. 96.800 m³/h (etwa 45%) Umluft sowie rund 120.000 m³/h (etwa 55%) Außenluft zusammen.
Eine große Winkeleinstellung der Drallschaufeln von 30° und mehr bewirkt mithilfe der radial auslaufenden Düsenkontur der Drallluftdurchlässe einen sogenannten Coanda-Effekt. Hierbei entwickelt der austretende Zuluftstrahl die Tendenz, entlang der konvexen Oberfläche der Düsenkontur zu strömen und in der Folge breitflächig im Deckenbereich auszutreten. Der Düsenkörper bildet dabei die räumliche Begrenzung des Zuluftstrahls. So kommt es nach Austritt der Zuluft aus dem Düsenkörper zu einem Strömungsabriss und die zugeführte Kaltluft sinkt breitflächig und zugfrei nach unten, um sich mit der vorhandenen warmen Raumluft zu vermischen. Der mit einer verlängerten Düsenkontur und einem breit auslaufendem Düsenrand ausgestattete Düsenkörper der Drallluftdurchlässe des Herstellers aus Lingen verstärkt den Coanda-Effekt zusätzlich und fächert damit die austretende Zuluft weiter auf. Ebenso für die Optimierung der Verteilung der gekühlten Zuluft sorgt eine unterhalb des Düsenkörpers in einem Abstand von 150 mm montierte Lochblechronde.

Nachtkühlbetrieb
Zur Senkung des für die Kühlung der Hallenluft notwendigen Energieeinsatzes fahren die Anlagen bei geeigneten Außenlufttemperaturen in den Nachtkühlbetrieb. Hier wird in den Abend- und Nachtstunden kühle Außenluft in die Hallen geleitet, wobei die Anlagen den maximalen Außenluftanteil von 100% fahren. Gleichzeitig strömt die warme Hallenluft über geöffnete Rauch- und Wärmeabzugsklappen im Deckenbereich in die Umgebungsluft ab. Ein Bypasssystem zur Umgehung der Wärmerückgewinnungs-Einheit gewährleistet hierbei die Effektivität der Nachtauskühlung.

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