Empfehlung EN-132

Beheizte Traglufthallen

Ausgabe Juni 2017 (materiell identisch mit Ausgabe Dezember 2007)

Inhalt und Zweck

Diese Empfehlung behandelt die Anforderungen an beheizte Traglufthallen.

Übersicht der einzelnen Kapitel:

Grundlagen

Bestehende Sportanlagen wie Freiluftbäder oder Tennisanlagen können mit einer relativ kostengünstigen, «mobilen» Traglufthalle von Herbst bis Frühling überdeckt werden, damit sie ganzjährig nutzbar sind. Mit Membrandächern überdachte Bauten haben einen hohen Energieverbrauch, weshalb diese Empfehlungen an solche Bauteile erarbeitet wurden. Im Folgenden wird auf die Traglufthallen für Freiluftbäder näher eingegangen, da bei diesen der höhere Wärmebedarf stärker ins Gewicht fällt als bei überdachten Tennisanlagen.

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Quelle Abbildungen: Homepage: www.membranbau.ch

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Firma: HP Gasser AG, Membranbau, 6078 Lungern und 2316 Les Ponts-de-Martel

Im März 1993 hat das BFE die Broschüre «Rationelle Energienutzung in Hallenbädern» mit den folgenden Kennzahlen auf die Kubatur beziehungsweise EBF bezogen publiziert:

Diese Kennzahlen stellen die Summe von Wärme (meist fossile Brennstoffe) und Strom (inkl. Wasseraufbereitung, Lüftung, Beleuchtung, Garderobenlüftung…) dar. Bei Neubauten ist das Verhältnis Wärme zu Strom etwa 1:1. Beispielsweise das 1988 sanierte Hallenbad in Uster:

E_Wärme = 133 kWh/m²a plus E_Strom = 163 kWh/m²a ergibt ein E_Total = 296 kWh/m²a.

Seit 1993 war die wichtigste Änderung die Norm SIA 380/1 (Ausgabe 2001), mit der eine separate Kategorie „Hallenbäder“ unter Berücksichtigung der hohen Innentemperatur von 28 °C eingeführt wurde. Für einen Einzelbauteilnachweis ergaben sich Anforderungen von U_Dach,Wand = 0,18 W/(m²⋅K) und U_Fenster = 1,0 W/(m²⋅K) (Klima Zürich, ohne Berücksichtigung der Anforderung an die Deckung des Wärmebedarfs, gemäss EN-101). Neuere Verbrauchszahlen sind nicht vorhanden. Heute ist davon auszugehen, dass bei neuen Bädern die Verbrauchszahlen mehr als halbiert werden können. Die Kennzahlen für Wärme und Strom sind separat auszuweisen und nicht – wie in der Tabelle 1 – ungewichtet zu addieren.

Ein entscheidendes Bauteil ist die Folie der Traglufthalle. Mit dem heutigen Stand der Technik kann das Dach mit 2 x 2-Membranen aufgebaut werden, was einen U-Wert von etwa 1,1 W/(m²⋅K) ergibt. Es gibt auch 3- oder nur 2-schichtige Membrandächer mit einem deutlich schlechteren U-Wert (3-schichtig ca. 1,9 W/(m²⋅K)). Für die Überdeckung eines Schwimmbades ist der Mehrpreis für die beste Konstruktion in Anbetracht der hohen Folgekosten auf Grund des Energieverbrauchs auf jeden Fall sinnvoll. Dagegen ist eine gewisse Durchlässigkeit der Folie für die Sonnenstrahlung positiv zu werten. Der g-Wert beträgt schätzungsweise 0,1 (0,07 bis 0,2). Zu berücksichtigen ist ferner, dass auch die Bauteile ins Erdreich einen Wärmebedarf verursachen (siehe Abbildung 2). Bei einem Hallenbad werden diese Bauteile gut wärmegedämmt. Wird ein bestehendes Freiluftbad für den Winter überdeckt, sind diese Bauteile selten gedämmt.

Zur Reduktion der Wärmeverluste ins Erdreich ist in das – in der Regel neu zu erstellende - Betonfundament zwischen den beiden Verankerungen der Membranen eine ca. 1 m tiefe Perimeterdämmung zu integrieren. Damit kann der Wärmeabfluss über das Erdreich reduziert werden (Berechnung siehe Norm EN 13370).

Tab. 2: Einfluss der Hallenkonstruktion auf den Heizwärmebedarf::footnote[Berechnungen: Ingenieurbüro R. Mäder, Schaffhausen, im Auftrag der EnFK.]

Eine Abschätzung des Heizwärmebedarfs nach SIA 380/1 (Ausgabe 2001) ergibt mit einer 3schichtigen Membran (U-Wert ca. 1,9 W/(m²⋅K)) etwa 550 kWh/m²a. Mit einem Heizkessel ergibt sich ein Energiebedarf von 610 kWh/m²a. Dieser Verbrauch liegt etwa viermal höher als für ein 1993 erstelltes Hallenbad mittlerer Grösse. Die geltenden Anforderungen an die Wärmedämmung gemäss SIA 380/1 (Ausgabe 2001) von ca. 85 kWh/m²a können um etwa das 5- bis 6-fache nicht eingehalten werden.

Die Betriebserfahrungen des Bads in Schaffhausen bestätigen diese hohen Verbrauchswerte, wie die Auswertung der Verbrauchsdaten 2004 bis 2006 durch das Ingenieurbüro Mäder zeigte. Während die Überdachung des Freiluftbades nur gut eine halbe Mio. Franken kostete, betrugen die Energiekosten (Strom für Hallenlüftung und Erdgas für die Heizung) in den Wintern 2004/05 und 2005/06 81'000 resp. 86'000 Franken. Mit einer 2 x 2-schichtigen Membran dürfte der Wärmebedarf (und damit die Kosten für das Erdgas) um fast 30% gesenkt werden.

Der Strombedarf ist schwer ermittelbar. Bei Traglufthallen wird von den Lieferanten meist nur der Aufwand für den Betrieb des Überdruckventilators sowie für den Betrieb des Brenners der Hallenheizung angegeben. Diese belaufen sich auf etwas über 25 kWh/m²a. Die Betriebserfahrungen 2004 bis 2006 in Schaffhausen bestätigten diesen Wert. Der zusätzliche Strombedarf für die Infrastruktur (Wasseraufbereitung, Beleuchtung, Garderobe etc.) ist mit etwa 80 bis 110 kWh/m²a ausgewiesen, d.h. etwas weniger als für ein Hallenbad. Einerseits weil die Betriebsdauer geringerer ist und andererseits weil der Sommerstrombedarf beim (schon vorhandenen) Sommerbetrieb für das «Freiluftbad» eingerechnet wird.

In Schaffhausen sind zwei Lüftungsanlagen vorhanden: eine Aussenluftanlage für die Aufrechterhaltung des Überdrucks und eine Umluftanlage für die Regulierung des Klimas in der Halle. Die von der ersten Anlage geförderte Luft entweicht über Undichtigkeiten. Dies bedeutet, dass die Hallen möglichst dicht zu bauen sind. Dem Betrieb der Umluftanlage ist besondere Beachtung zu schenken. In Schaffhausen konnte durch den nachträglichen Einbau einer speicherprogrammierbaren Steuerung der Energieverbrauch um rund 15 % reduziert werden (SPS, Regelkriterium u.a. Taupunkt).

Für Sporthallen mit weniger hohen Anforderungen an die Raumtemperatur wurde für eine typische Halle von 35 m x 35 m ein Vergleich der Jahreskosten erstellt. Daraus geht hervor, dass die Mehrkosten für eine 2 x 2-schichtige Membran auch bei den geringeren Innentemperaturen allein mit den geringeren Wärmekosten in der Regel amortisiert werden können (siehe Tabelle 3).

Tab. 3: Jahresbetriebskosten für verschiedene Membrantypen.

In diesen Jahreskosten ist der Strombedarf für die Lüftungsanlage nicht eingerechnet. Ebenso bleibt unberücksichtigt, dass die Wärmeerzeugung bei der besseren Hülle kleiner dimensioniert werden kann.

Empfehlungen für die Beurteilung eines Baugesuchs

Mit Traglufthallen überdeckte Sportanlagen können die Anforderungen an die Wärmedämmung der Gebäudehülle nicht erfüllen. Insbesondere die Überdachung eines Freiluftbads mit einer Traglufthalle führt zu einem sehr hohen Energieverbrauch, der mehr als vier- bis fünfmal höher ist als für ein «normales» Hallenbad. Die Beurteilung einer Ausnahmebewilligung zur Nichteinhaltung der Wärmedämmanforderungen ist eine politische Frage. Falls eine Ausnahmebewilligung für eine derartige Traglufthalle in Betracht gezogen wird, werden folgende Auflagen empfohlen:

1. Es ist eine 2 x 2-schichtige Membran mit einem U-Wert von etwa 1,1 W/(m²⋅K) einzusetzen. Wird die Halle auf weniger als 10°C beheizt, ist mindestens eine 3-fach Membran einzusetzen.

2. Die Verankerung der Membran am Boden ist dicht auszugestalten. Die Abdichtung hat auf der ganzen Länge zu erfolgen, punktuelle Verankerungen bringen keine genügende Dichtigkeit.

3. Zwischen den Verankerungen von den Membranen ist eine Perimeterdämmung einzubauen.

4. Beim Eingang ist eine 4-flüglige Drehtüre mit effizientem Dichtungssystem einzusetzen. In der Grundposition «geschlossen» müssen sämtliche vier Flügel abdichten. Durch eine geeignete akustische oder visuelle Anzeige muss auf eine nicht richtig positionierte Türe aufmerksam gemacht werden. Vor der Drehtüre ist ein Vorraum (Schleuse) mit zusätzlicher Aussentüre anzuordnen.

5. Das Membrandach darf keine Lücken oder Schwachstellen in der Gebäudehülle aufweisen. Dies gilt für U-Werte und Luftdichtigkeit insbesondere bei Eingangszonen, Nottüren und Durchdringungen von Lüftungskanälen. Türelemente sind gemäss den Anforderungen der Energievorschriften auszuführen. Die Dichtheit der Membrane (Schweissnähte) muss sichergestellt sein.

6. Das temporäre Einblasen von warmer Luft in den Zwischenraum (siehe Abbildung 2) von 2 x 2-schichtigen Membranen zum Abschmelzen des Schnees wird toleriert.

7. Die Lüftungsanlagen sind objektabhängig zu dimensionieren.

8. Die Lüftung für die Aufrechterhaltung der verlangten Innenklimabedingungen ist mit einer SPS (elektronische Regelung) auszurüsten. Die Anlage ist möglichst nahe an den Taupunkt zu steuern.

9. Die Wasseraufbereitung bei Bädern ist für den Winterbetrieb zu überprüfen. Oft weisen Freiluftbäder keine Nutzung der Abwärme aus dem Schmutzwasser auf. Für den Betrieb als ganzjähriges Bad ist eine solche Abwärmenutzung zumutbar, in der Regel sogar wirtschaftlich.

10. Die Wärmeerzeugung muss mit erneuerbaren Energien, z.B. einer Holzschnitzelheizung, oder mit nicht anders nutzbarer Abwärme erfolgen.

11. Es sind die nötigen Instrumente für eine Energieverbrauchskontrolle einzubauen. Dazu gehören Betriebsstunden- und Impulszähler pro Stufe für den Wärmeerzeuger. Falls aus sehr gewichtigen Gründen weder Abwärme noch erneuerbare Energien eingesetzt werden, sind mit Öldurchfluss- resp. Gasverbrauchszähler auch der Brennstoffinput zu erfassen.

12. Mit der Abdeckung der Wasserfläche eines Bades kann eine massgebliche Verringerung der Verdunstung erreicht werden.

13. Die Betreiber sind zu verpflichten, die Energieverbrauchsdaten zu erfassen und auf Aufforderung vorzuweisen.

14. Die Beleuchtung in Traglufthallen ist mit effizienten Leuchten auszurüsten (weitere Informationen siehe Norm SIA 387/4).