Herausforderung Museumsklima

02.10.2019 | Veröffentlicht in Ausgabe 10-2019

Bild 1: Schirn Kunsthalle in der Frankfurter Altstadt. Markante Bauteile sind die 140 m lange Halle und die Rotunde mit einem Durchmesser von 20 m. - © Bild: Sergio Delle Vedove / iStock Editorial / Getty Images Plus — © Bild: Sergio Delle Vedove / iStock Editorial / Getty Images Plus

Bild 1: Schirn Kunsthalle in der Frankfurter Altstadt. Markante Bauteile sind die 140 m lange Halle und die Rotunde mit einem Durchmesser von 20 m.

Die 1986 eröffnete Schirn Kunsthalle in der Altstadt von Frankfurt/Main ist eine der außergewöhnlichsten Kunstinstitutionen in Deutschland und genießt ein hohes internationales Ansehen. Ohne eine eigene Sammlung organisiert die Schirn oft spektakuläre Ausstellungen und Projekte zu ausgewählten Themen oder zu Werken bekannten Künstler wie Kandinsky, Matisse, Munch und Yoko Ono. Nach 32 Jahren Betrieb wurde in der Schirn die Klimatechnik durch den Einbau neuer Klimazentralgeräte mit einer Gesamtluftleistung von 120 000 m³/h inklusive hocheffizienten und hygienischen Condair-Luftbefeuchtungssystemen erneuert und auf den aktuellen technischen Stand gebracht.

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In Museen sind die Raumlufttemperatur und die Raumluftfeuchte zum Schutz der Kunstwerke ganzjährig in engen Bereichen mit geringen zeitlichen Änderungsraten einzuhalten.

In der Schirn Kunsthalle Frankfurt wurde dafür die Klimazentralgeräte erneuert. Die Befeuchtung mit einer Gesamtleistung von 500 l/h erfolgt nach dem adiabatischen Prinzip mit Hybrid-Luftbefeuchtern: Ein Teil des aus einzeln justierbaren Molekular-Zerstäuberdüsen eingesprühten Wassers verdunstet direkt im Luftstrom. Der Rest trifft auf Keramikplatten und verdunstet dort nahezu vollständig.

Das Befeuchtungswasser wird zunächst über eine Enthärtungsanlage und eine Umkehrosmoseanlage entmineralisiert und dann leistungsgeregelt mit Silberionen nachbehandelt.

Die Schirn Kunsthalle der Stadt Frankfurt/Main entstand nach einem Entwurf des Architekturbüros BJSS (Bangert, Jansen, Scholz und Schultes) und wurde am 28. Februar 1986 eröffnet. Das aus mehreren, ineinander verschachtelten Baukörpern bestehende Gebäude befindet sich in der Altstadt in direkter Nachbarschaft zur Nikolaikirche, zum Römer und zum Kaiserdom. Die markantesten Bauteile sind die etwa 140 m lange und 10 m breite Halle sowie der zentrale Saal und die öffentlich zugängliche Rotunde (20 m Durchmesser) (1). 2015 wurden im Foyer die Leuchtwände, die den Raum in changierende Farben tauchen, auf eine energiesparende LED-Technik umgerüstet.

Die gesamte Ausstellungsfläche der Schirn beträgt etwa 2000 m². Seit Eröffnung der Kunsthalle, die zu den angesehensten und profiliertesten Ausstellungshäusern in Europa zählt, wurden, oft auch in Kooperationen mit weltweit führenden Museen, mehr als 240 Ausstellungen präsentiert und diese von fast 9 Mio. Gästen besucht. „Die Schirn versteht sich als Ort der Entdeckungen und als Seismograph für brisante Entwicklungen in der Bildenden Kunst. Als Institution ohne Sammlung ist die Aufgabe der Schirn, fundierte Vorschläge aus einer aktuellen Perspektive zu entwickeln und so einen Diskurs zu fördern, der von Museen wieder aufgenommen werden kann“, so Auszüge aus der Beschreibung der Schirn auf www.schirn.de

**Bild 2: Spektakuläre Ausstellung in der Schirn: Ein unendliches Meer aus sich spiegelnden Discokugeln (Künstler: John M. Armleder).**

Bild 3: Bei der Klimatisierung der Schirn wird in den Klimazentralgeräten stets Außenluft und Umluft gemischt, sodass sich für die Auslegung im Winter ein Ausgangspunkt 1 mit einer Temperatur von etwa 7 °C und einer relativen Feuchte von 70 % ergibt. Um die Mischluft auf eine Sollfeuchte von 9 g/kg befeuchten zu können, muss diese zunächst auf etwa 40 °C erwärmt werden (Punkt 2). Danach erfolgt die Hybridbefeuchtung auf eine Zulufttemperatur von rund 28 °C (Punkt 3), woraus sich eine relative Zuluftfeuchte von etwa 40 % ergibt. Durch die leichte Abkühlung der warmen Zuluft in den kühleren Räumen des Museums stellen sich dort dann, wie vom Betreiber gewünscht, eine Temperatur von etwa 22 °C und eine relative Feuchte von rund 50 % ein. — **Bild 3:** Bei der Klimatisierung der Schirn wird in den Klimazentralgeräten stets Außenluft und Umluft gemischt, sodass sich für die Auslegung im Winter ein Ausgangspunkt 1 mit einer Temperatur von etwa 7 °C und einer relativen Feuchte von 70 % ergibt. Um die Mischluft auf eine Sollfeuchte von 9 g/kg befeuchten zu können, muss diese zunächst auf etwa 40 °C erwärmt werden (Punkt 2). Danach erfolgt die Hybridbefeuchtung auf eine Zulufttemperatur von rund 28 °C (Punkt 3), woraus sich eine relative Zuluftfeuchte von etwa 40 % ergibt. Durch die leichte Abkühlung der warmen Zuluft in den kühleren Räumen des Museums stellen sich dort dann, wie vom Betreiber gewünscht, eine Temperatur von etwa 22 °C und eine relative Feuchte von rund 50 % ein.

Die richtige Temperatur und Luftfeuchte zum Schutz der Kunst

Fachplaner, ausführende Unternehmen und Betreiber stellt die sichere und gleichzeitig energieeffiziente Klimatisierung von Museen und Ausstellungsräumen immer wieder vor anspruchsvolle Herausforderungen. Im Vordergrund steht dabei der Schutz von wertvollen Kulturgütern und Ausstellungsgegenständen vor negativen äußeren Einflüssen und möglichen Schäden. Gleichzeitig profitieren auch die Museumsbesucher von der hochpräzisen Klimatisierung der Räume, denn die Vorgaben an die dort einzuhaltenden Temperaturen und Luftfeuchten entsprechen recht exakt den Bedingungen an eine bestmögliche thermische Behaglichkeit und an einen optimalen Komfort.

Viele Museumsbetreiber und Veranstalter von Wanderausstellungen bestehen in Abhängigkeit von der Art der Kunstwerke in den Ausstellungen auf ein eng begrenztes Raumklima, das dann ganzjährig mit nur geringen zeitlichen Schwankungen einzuhalten ist. Als typische Temperaturen für Museen werden oft etwa 20 °C (Heizperiode) bis 24 °C (Kühlperiode) bei relativen Raumluftfeuchten zwischen 40 bis 60 % vorgegeben.

Und die so vorgegebenen Konditionen sind dann von den Klimasystemen rund um die Uhr sicherzustellen – unabhängig von aktuellen Außenluftbedingungen und schwankenden thermischen oder Feuchtelasten durch die wechselnde Anzahl der Besucher in den Räumen. Moderne Klimasysteme erfüllen diese Aufgaben durch eine an den aktuellen Bedarf angepasste Erhöhung oder Verringerung der temperierten Zuluft- und Umluftvolumenströme, durch eine hochwertige Filterung der Außen- und Umluft, durch hocheffiziente Systeme zur Wärmerückgewinnung sowie durch eine präzise Konditionierung der Luft in zentralen Klimageräten (Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten).

Eine besondere Beachtung gilt den Raumluftzuständen in Museen in den Wintermonaten. Wenn kalte, trockene Außenluft in der Klimaanlage mit einer Temperatur von zum Beispiel 0 °C auf eine Raumtemperatur von 22 °C erwärmt wird, hat diese Luft nach der Erwärmung nur noch eine relative Feuchte von rund 10 %. Eine so trockene Luft würde aber fast zwangsläufig zu irreparablen Schäden an kostbaren Exponaten führen und zudem bei den Besuchern des Museums trockene Schleimhäute in Nase und Rachen und trockene Augen hervorrufen. Aus diesem Grund ist es in kühlen Jahreszeiten in Museen zwingend notwendig, die trockene Außenluft in der Klimaanlage auf mindestens etwa 50 bis 60 % zu befeuchten. Ein Beispiel aus der Schirn zeigt das h,x-Diagramm in (3).

**Bild 4: Das Condair DL bestehend aus Zerstäuberdüsen (links) und nachgeschalteten Keramikplatten (rechts). Außen angebracht sind das Hydraulikmodul und die Steuerung mit dem Touchdisplay.**

Hybrid-Luftbefeuchter

Zur sicheren, energieeffizienten und hygienischen Luftbefeuchtung in den neuen Klimazentralgeräten der Schirn entschieden sich die Fachplaner der Kofler Energies Ingenieurgesellschaft Frankfurt und die Verantwortlichen der Kunsthalle aufgrund von langjährig sehr guten Erfahrungen für Systeme von Condair, Garching. Zum Einsatz kamen sechs nach dem adiabatischen Prinzip arbeitende Hybrid-Luftbefeuchter der Baureihe Condair DL mit einer Gesamtbefeuchtungsleistung von rund 500 l/h (4). Die Wasseraufbereitung zur Erzeugung von entmineralisiertem Befeuchtungswasser besteht aus einer Umkehrosmoseanlage Condair AT2 und der Enthärtungsanlage Condair Soft.

Die neue Klimatechnik

32 Jahre nach Eröffnung der Schirn erfolgte im Sommer 2018 eine komplette Sanierung der Klimaanlagen. Im Mittelpunkt stand dabei das Sicherstellen von vorgegebenen Temperaturen und Feuchten in den Ausstellungs- und Publikumsräumen. Gleichzeitig verlangte der Betreiber von den neuen Anlagen aber auch eine bestmögliche Energieeffizienz und eine hohe Nachhaltigkeit, also eine optimale ökologische Lösung mit minimalen Verbräuchen an Strom, Wärme und Kälte.

Die Vorgaben an die Solltemperaturen und Sollfeuchten sind für alle von den Klimaanlagen versorgten Museumsbereiche identisch: Im Winter sind 22 °C und im Sommer 24 °C einzuhalten. Die relative Feuchte soll ganzjährig 50 % betragen. Alle neuen Geräte fördern die Luft mit hocheffizienten, leistungsregelbaren Ventilatoren, sind mit einer zweistufigen Luftfiltration ausgestattet und enthalten Systeme zur Lufterwärmung, Luftkühlung (inklusive Entfeuchtung) und zur Luftbefeuchtung. Zur Wärmerückgewinnung aus der Museumsabluft sind alle Klimazentralgeräte über ein intelligentes, mehrfachfunktionales Kreislaufverbundsystem (KVS) miteinander verbunden, in das über einen zusätzlichen Wärmeübertrager auch thermische Energie eingespeist werden kann.

Der jeweilige Zuluftvolumenstrom einer Klimaanlage und die Leistung der Luftkonditionierung orientieren sich stets an den aktuellen Raumbedingungen. Dazu werden in den Räumen kontinuierlich Temperaturen und Feuchten sowie die Luftqualitäten (CO₂-Sensoren) gemessen und diese Werte in eine Gebäudeautomation eingespeist. Diese steuert dann auf Basis der Messwerte die Leistungen für Luftvolumenströme, Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten zur Sicherstellung der vorgegebenen Raumkonditionen.

Für weitere Einsparungen an thermischer Energie besteht der Zuluftvolumenstrom stets aus einer Mischung aus Außenluft und Umluft, die aus den Räumen entnommen wird. Dazu wird der Außenluftanteil auf Basis der aktuellen Raumluftqualität (Anzahl der Besucher) so angepasst, dass zwischen 30 und 50 m³/h Außenluft pro Person in die Räume eingebracht werden. Bei dieser Betriebsweise ergeben sich hohe Energieeinsparungen dadurch, dass die aus den Räumen entnommene Umluft nur noch geringfügig nacherwärmt, gekühlt, be- oder entfeuchtet werden muss.

Zur Versorgung der verschiedenen Ausstellungsbereiche kommen in der Schirn sechs neue Klimazentralgeräte mit Luftleistungen zwischen 11 000 und 25 000 m³/h zum Einsatz. Der maximale Außenluftvolumenstrom basiert auf einer Besucheranzahl von 1100 Gästen und beträgt 37 000 m³/h – das entspricht etwa 30 % des maximalen Zuluftvolumenstroms von 120 000 m³/h.

**Bild 6: Wasseraufbereitung zur Erzeugung von entmineralisiertem Befeuchtungswasser, bestehend aus Umkehrosmoseanlage Condair AT2 und der Enthärtungsanlage Condair Soft.**

Die Systeme zur Wasseraufbereitung und zur Luftbefeuchtung

Die in der Schirn eingesetzten Hybrid-Luftbefeuchter Condair DL (5) bestehen aus einer Zerstäubereinheit mit auf einem Trägergitter einzeln justierbaren Molekular-Zerstäuberdüsen und einer nachgeschalteten patentierten Verdunstungseinheit aus Keramikplatten. Für einen hygienischen Betrieb wird das zuvor aufbereitete Osmosewasser (6) vor dem Zerstäuben im patentierten HygienePlus-System zusätzlich und leistungsgeregelt mit Silberionen nachbehandelt. Das Hygienekonzept aus Leitwertüberwachung, Sterilfilter und HygienePlus-System ist ein integraler Bestandteil des Befeuchters, trägt einen großen Teil zur Verhinderung von Biofilmen bei und ermöglicht einen störungsfreien Betrieb bei geringstem Wartungsaufwand.

Die Zerstäubung findet im Niederdruckbereich bis maximal 7 bar statt. Ein Teil des aus den Zerstäuberdüsen eingesprühten Wassers verdunstet direkt im Luftstrom. Der Rest trifft auf die Keramikplatten und verdunstet dort nahezu vollständig (4). Dadurch kann die in VDI 6022 geforderte Aerosolfreiheit der befeuchteten Luft sichergestellt werden.

Dieses Hybridverfahren ermöglicht eine optimale Ausnutzung des eingesprühten Wassers sowie eine hygienisch einwandfreie Zuluft. Weitere Eigenschaften des Condair DL sind eine kurze Baulänge von nur 600 bis 900 mm und ein geringer luftseitiger Druckverlust von nur etwa 40 bis 60 Pa. Die individuelle Ansteuerung der einzelnen Sprühkreise ermöglicht eine stufenlose und präzise Regelung der Befeuchtungsleistung an den aktuellen Bedarf und die vorgegebene Soll-Luftfeuchte. Eine Einbindung in übergeordnete Leit- und Automationssysteme ist über Modbus, LonWorks oder BACnet möglich.

Die Baureihe Condair DL wurde von der Berufsgenossenschaft für ihre optimale Hygiene und Gerätesicherheit mit der DGUV-Test-Prüfbescheinigung ausgezeichnet und besitzt das SGS-Fresenius Langzeit-Hygienezertifikat.

Bild 7: In der Broschüre „Luftfeuchte in Museen – Planungsleitfaden für TGA und Fachplaner“ hat Condair auf 24 Seiten viele wichtige Aspekte zu Planung, Ausführung und Betrieb von Klima- und Befeuchtungssystemen für Museen und Ausstellungshallen zusammengefasst. Die Broschüre steht als kostenloser Download auf www.condair.de zur Verfügung.

Rico Popp

ist bei Condair, 85748 Garching, im Regionalcenter Mitte, 64546 Mörfelden-Walldorf,
Vertriebsingenieur im technischen Vertrieb für Luftbefeuchtung und Verdunstungskühlung,

www.condair.de

Bild: Andreas Bender