Planungsgruppe VA: Lüftungsplanung des Wasserparks Rulantica im Europa-Park Rust

Lüftungsanlagen in Schwimmhallen unterliegen besonderen Anforderungen. Der Bericht beleuchtet dabei zunächst die Grundlagen zur Projektierung solcher Anlagen und zeigt anschließend die Umsetzung der Lüftungstechnik für Rulantica – die Wasserwelt des Europa-Parks auf.

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Auf das Klima kommt es an, besonders in einem Hallen- und Freizeitbad, in dem sich die Gäste sicher und wohlfühlen wollen. Diese Vorgabe stellt besondere Anforderungen an die Planung und Ausführung der Lüftungstechnik.

Abbildung. 1: Der Wasserpark Rulantica im Europa-Park in Rust aus der Vogelperspektive (Abb. © Europa-Park Rust)

Die Konzeption der Lüftungsanlage für einen Wasserpark in der Größenordnung des Rulantica mit einer Gesamtfläche von 32.600 m², mit vielen unterschiedlichen Attraktionen, allein beispielsweise 20 Wasserrutschen, erfordert fundiertes Wissen und Erfahrung um die thermodynamischen und bauphysikalischen Vorgänge in einem Schwimmbad und stellt somit für alle Beteiligten eine nicht alltägliche Herausforderung dar. Zur näheren Erläuterung zunächst einige Grundlagenbetrachtungen zum Thema Schwimmbadlüftung. Dabei wird angesetzt, dass die Lüftungsanlage in einem Schwimmbad drei wesentliche Aufgaben zu erfüllen hat:

  • Die Erwärmung der Schwimmhalle auf eine für die Badegäste angenehme Raumtemperatur.
  • Die Entfeuchtung der Hallenluft zum Schutz des Gebäudes und dem Wohlbefinden der Badegäste.
  • Den Abtransport der Schadstoffe, die bei dem Reaktionsprozessen der Chlordesinfektion im Badewasser entstehen.

Bestimmung der Luftmenge

Für die Ermittlung der erforderlichen Luftmenge zur Dimensionierung des Lüftungsgeräts ist die notwendige Entfeuchtungsleistung bestimmend. Diese auf Basis von technischen Regeln ermittelte Luftmenge ist im Allgemeinen auch ausreichend, um die Schwimmhalle auf die erforderliche Raumlufttemperatur zu erwärmen. Eines Wärmeeintrags mittels Heizkörper oder Flächenheizung bedarf es üblicherweise nicht. Letztere dient zum Beispiel auch in Form von Wärmebänken nur dem Komfort.

Die Ermittlung der Feuchtelast und der daraus resultierenden Außenluft- beziehungsweise Zuluftmenge für die Auslegung ist in der VDI 2089 Teil 1 „Technische Gebäudeausrüstung von Schwimmbädern – Hallenbäder“ geregelt. Der Prozess der Entfeuchtung wird über die Menge der Außenluft bestimmt. Maßgebende Faktoren für den Stoffstrom aus der Wasseroberfläche in die Hallenluft sind die vorgesehene Wassertemperatur, die Lufttemperatur und die Beckenbelastung. Letztere berücksichtigt von Personen im Becken erzeugte Wasserbewegungen, die einen erhöhten Stoffstrom (Verdunstung) in die Luft verursachen. Definiert wird dies in der Berechnung über den sogenannten ß-Wert, der nach unterschiedlichen Beckenarten sowie Nutzung und Nichtnutzung der Becken unterscheidet.

Die Differenz zwischen Wassertemperatur und Lufttemperatur wird mit 2 K zugunsten der Lufttemperatur bestimmt. Zum einen, um das durch Verdunstung verursachte Kälteempfinden der Badegäste nach dem Verlassen des Wassers zu minimieren, zum anderen, um den Stoffstrom aus dem Beckenwasser in die Hallenluft möglichst gering zu halten. Bei Freizeitbädern wird in der Berechnung noch der zusätzliche Feuchteeintrag über die zahlreichen Attraktionen, wie Wasserspeier, Wasserfälle oder Rutschenanlagen, mittels entsprechender Zuschläge hinzugerechnet.

Begrenzung der Feuchtelast

Der Feuchteanteil in der Hallenluft ist nach der aktuell gültigen VDI 2089 auf 14,3 g/kg Luft zu begrenzen. Dies entspricht etwa 55 % relativer Feuchte bei 30 °C Lufttemperatur. Dieser Grenzwert ist notwendig, um die Bauteile des Gebäudes vor Kondensation von Luftfeuchte zu schützen und gleichzeitig ein angenehmes Raumklima für die Badegäste zu erzeugen. Bestimmend für die maximale Feuchtelast ist immer das schwächste Bauteil. In den meisten Fällen sind dies in Bädern die transparenten Fassaden. In der anstehenden Novellierung der VDI 2089 Teil 1 ist bei besonders hochwertig ausgeführten Gebäudehüllen die Anhebung des Grenzwerts auf 16,4 g/kg Luft zugelassen. Das sind ca. 64 % relative Feuchte bei 30 °C Lufttemperatur. Zu beachten ist dabei, dass weiterhin die Korrosionssicherheit aller tragwerksrelevanten Bauteile sichergestellt ist. Des Weiteren ist auch die Behaglichkeit der Badegäste und Badmitarbeiter durch die höhere Feuchtelast im Auge zu behalten.

Um die vom permanent auftretenden Stoffstrom aus der Wasseroberfläche und den Attraktionen verursachte Feuchtelast aus der Badehalle abzuführen und die maximale Feuchtelast von 14,3 g/kg Luft einzuhalten, wird diese über die Fortluft nach außen abgeführt. Ersetzt wird die abgeführte Luft über zugeführte trockenere Außenluft.

Die notwendige Außenluftmenge ist dabei abhängig vom aktuellen Feuchtegehalt in der Außenluft. Da die Außenluftzustände in den Sommermonaten höhere Feuchtegehalte aufweisen als in den Wintermonaten und die Aufheizung der kalten Außenluft im Winter einen geringeren Feuchtegehalt in der Zuluft zur Folge hat, liegt der Auslegungsfall einer Lüftungsanlage für Schwimmbäder nicht in den Winter-, sondern in den Sommermonaten.
Dieses Prinzip wurde schon in den 1960iger und 1970iger Jahren zur Entfeuchtung von Schwimmhallen eingesetzt. Allerdings wurde damals die in der Luft enthaltene Wärme mit der Fortluft ins Freie abgeführt. Ein Vorgang, der zu den damaligen Energiepreisen kostenseitig wohl eher belanglos war. Die Sensibilität, sich über einen zu hohen CO2-Footprint Gedanken zu machen, war damals noch nicht gegeben (Abbildung 2).

Lüftung Schwimmhallen Fortluft
Abbildung 2: Lüftungsprinzip in Schwimmhallen mit direkter Fortluft (Abb. © Planungsgruppe VA)

Mit steigenden Energiekosten wurden aber dann Systeme entwickelt, die eine Rückgewinnung der in der Fortluft enthaltenen Wärme ermöglichen. Erster Schritt dahin war die Einführung einer Umluftkammer in den Lüftungsgeräten, um die Außen- und Fortluftmenge in den kalten Wintermonaten auf den tatsächlich benötigten Volumenstrom für eine ausreichende Entfeuchtung zu begrenzen. Die Differenz zum Auslegungsvolumenstrom wird durch Umluft ausgeglichen (Abbildung 3).

Lüftung Schwimmbad Mischluftkammer
Abbildung 3: Lüftungsprinzip in Schwimmhallen mit Mischluftkammer (Abb. © Planungsgruppe VA)

Dieses Prinzip gilt auch heute noch in den meisten Lüftungsanlagen, die in Schwimmhallen eingesetzt werden. Ergänzt wurde es durch Wärmerückgewinnungssysteme, die meist als Doppelplatten-Kreuzstromwärmeübertrager ausgeführt sind und Wärme aus der Fortluft zurückgewinnen. Eine weitere Variante ist die Wärmerückgewinnung in der Fort- und Außenluft. Einige Hersteller verzichten mit getrennten Außen- und Fortluftgeräten auch komplett auf die Umluftkammer (Abbildungen 4 bis 6).

Lüftung Schwimmhallen WRG
Abbildung 4: Lüftungsprinzip in Schwimmhallen mit WRG in der Außen- und Fortluft (Abb. © Planungsgruppe VA)

Lüftung Schwimmhallen ohne Umluftkammer
Abbildung 5: Lüftungsprinzip in Schwimmhallen mit Wärmerückgewinnung ohne Umluftkammer (Abb. © Planungsgruppe VA)

Lüftungsprinzip Schwimmhalle
Abbildung 6: Lüftungsprinzip in Schwimmhallen mit integriertem Plattenwärmetauscher (Abb. © Planungsgruppe VA)

Ergänzt werden kann dies noch um Wärmepumpen, die auch die Enthalpie der Fortluft nutzen (Abbildung 7). Hierzu muss allerdings der Gleichzeitigkeitsfaktor für die anfallende Wärme betrachtet werden. Der in früheren Jahren übliche Einsatz für die Beckenwassererwärmung ist auf Grund auch dort bereits eingesetzter WRGs obsolet.

Lüftungsprinzip Schwimmhallen
Abbildung 7: Lüftungsprinzip in Schwimmhallen mit WRG und Wärmepumpe in der Fortluft (Abb. © Planungsgruppe VA)

Dass aber auch heute noch der Energieaufwand zur Entfeuchtung der Schwimmhalle rund 30 % des Energiebedarfs eines Schwimmbades ausmacht, zeigt auf, wie wichtig es für Betreiber und Planer ist, sich fundiert mit der Thematik auseinanderzusetzen.

Bis hierhin kann sich der geübte Planer an den gültigen Regelwerken und den allgemeinen Regeln der Bauphysik noch gut orientieren. Wesentlich komplexer wird es jedoch bei der Ausführung der Luftführung in der Schwimmhalle. Hierzu gibt es aktuell keine Regelwerke, die ausreichend Hilfestellung geben können.

Zu- und Abluftführung in Schwimmhallen

Bis zur Einführung von 3-Scheibenverglasungen, die innenraumseitig deutlich höhere Oberflächentemperaturen aufweisen als eine 2-Scheibenverglasung, war es notwendig, die Zuluft in die Badehalle an der Fassade einzubringen. Üblicherweise von unten nach oben, durch Gitterbänder in Wärmebänken oder auch im Fußboden (Abbildung 8).

Schwimmbad Lufteinströmung an der Glasfassade
Abbildung 8: Schwimmhalle mit typischer Lufteinströmung an der Glasfassade (Abb. © Planungsgruppe VA)

Die Abluft wird in den meisten Bädern über Lüftungskanäle unter der Decke oberhalb der Beckenwasserflächen abgesaugt. Einige Bäder sind auch mit Zuluftführungen von der Decke aus und Absaugungen ebenfalls unter der Decke ausgestattet. Beide Luftführungen sind jedoch nicht dazu geeignet, die dritte Aufgabe der Lüftungsanlage, also den Abtransport von Schadstoffen, die auf der Beckenwasseroberfläche emittieren, sicher zu erfüllen.

Derzeit wird diese Aufgabe in der VDI 2089 lediglich durch die Begrenzung des Außenluftanteils auf 30 % der Auslegungsluftmenge definiert. In modernen Bädern kann dieser Wert nach der Novellierung der VDI 2089 auf bis zu 15 % abgesenkt werden. Das Prinzip, die Auslegungsluftmenge nicht zu variieren, sondern nur den Anteil der Zu- und Außenluft mittels Umluftklappe in der Mischkammer zu verändern, führt zu durchgängig hohen Ventilatorleistungen. Auch in den Nachtzeiten werden im Allgemeinen nicht die Gesamtluftmengen verringert, sondern durch einen verringerten Außenluftanteil die Feuchte angehoben. Das optimiert zwar den Wärmebedarf, nicht jedoch den Strombedarf. Ziel sollte jedoch sein, den Gesamtvolumenstrom auf den benötigten Außenluftvolumenstrom zu begrenzen. Dazu sind jedoch fundierte Kenntnisse über die optimale Luftführung in einer Schwimmhalle notwendig.

Neueste Untersuchungen in der Fachwelt haben hierzu Erkenntnisse erbracht, die heute schon als aktueller Stand der Technik angesehen werden können. Die Abluft aus der Schwimmhalle ist so tief wie möglich über dem Beckenumgang abzuziehen. Das Einbringen der Zuluft kann dabei sowohl von der Decke aus erfolgen als auch an der Fassade im Wärmebankbereich von unten nach oben. Wesentliches Merkmal ist es, eine Schichtung über der Wasseroberfläche zu erreichen. Diese bewegt sich relativ homogen zur Abluftabsaugung und führt dabei Schadstoffe von der Wasseroberfläche mit ab (Abbildung 9).

Hallenbad Schichtung
Abbildung 9: Sichtbarkeit der Schichtung in einem Hallenbad (Abb. © Inco / Kaluza)

Für die Zulufteinbringung in die Schwimmhalle ist zu beachten, dass die Schichtung nicht durch eine direkte Beaufschlagung auf die Wasseroberfläche zerstört wird. Bei jeder Inbetriebnahme einer Lüftungsanlage in Schwimmhallen ist deshalb die Durchführung eines Rauchversuchs unerlässlich. Auch hierzu fehlt bisher leider ein Regelwerk, das ausreichende Hinweise auf die fachgerechte Durchführung gibt.

Wasserpark Rulantica im Europa-Park Rust

Die Wasserwelt des Europa-Parks erstreckt sich über eine Gesamtfläche von 450.000 m² inkl. Erweiterungsfläche. Es bietet Wasserfans im Indoor-Bereich 24 Attraktionen, davon allein 17 Wasserrutschen und einen Außenbereich mit weiteren 13 Attraktionen, darunter ein Rutschenturm mit 10 Rutschen, ein beheiztes Außenbecken und ein Wild River. Solch ein Großprojekt erfordert ein hohes Maß an Erfahrung in der Schwimmbadplanung.

Dies beginnt schon mit der beeindruckenden Luftmenge von insgesamt rund 520.000 m²/h, die sich bei der Auslegung nach VDI 2089 ergab. Da die meisten Hersteller serienmäßige Schwimmbadgeräte nur bis maximal 32.000 m³/h Luftmenge fertigen, mussten entsprechende Geräte mit Luftvolumenströmen von jeweils 65.000 m³/h als Sonderanfertigungen produziert werden. Um die Investkosten möglichst optimiert zu gestalten und die Reserven der Auslegungskriterien der VDI 2089 zu nutzen, wurde die Ausführung von sechs Lüftungsgeräten mit insgesamt 420.000 m³/h Luft beschlossen und für zwei weitere Geräte die Vorrüstung zur Ergänzung der Luftmengen auf dann 520.000 m³/h, falls sich dies als erforderlich zeigen würde. Da die Unterbringung der Geräte in der Gebäudehülle entsprechende Abmessungen für eine Lüftungszentrale bedingt hätte, wurden die Außengeräte auf der Dachfläche des Umkleidebereichs aufgestellt (Abbildung 10).

Hallenbad Aussenluftgeräte
Abbildung 10: Aufstellung der sechs Außenlüftungsgeräte mit Wartungsbühnen (Abb.© Planungsgruppe VA)

Ein besonderes Augenmerk galt der Gestaltung der Luftführung in der etwa 20 m hohen Badehalle. Die Kanalführung wurde in das statische Konzept der Hallenkonstruktion integriert, die Lüftungskanäle bereits mit der Tragwerkskonstruktion der Halle eingebaut. Die Verteilung der Zuluft erfolgt gleichmäßig von oben über in der Wurfweite einstellbare Auslässe in die Halle (Abbildung 11).

Schwimmbad Zu- und Abluftkanäle
Abbildung 11: Die Zu- und Abluftkanäle wurden bereits beim Einbau der Tragkonstruktion mit eingebracht (Abb. © Planungsgruppe VA)

Schwimmbad begehbare Tragkonstruktionen für Luftkanäle
Abbildung 12: Die Tragkonstruktionen sind zu Revisionszwecken begehbar (Abb. © Planungsgruppe VA)

Für die beiden großen Rutschentürme bedurfte es einer spezifischen lüftungstechnischen Lösung. Da es auf den Treppenaufgängen zu den Rutschenanlagen zu längeren Wartezeiten bei hoher Frequentierung kommt, wird allein in jeden einzelnen der Türme 50.000 m³/h aufbereitete Luft eingeblasen. Die Absaugung der Abluft erfolgt überwiegend im Bodenbereich der fünf großen Fassadentürme. Teilmengen der Abluft werden noch im Bereich der Gastronomie abgesaugt, um eine Geruchsbelästigung von dort in die Halle auszuschließen.

Vor der Inbetriebnahme des Wasserparks Rulantica fand ein umfangreicher Rauchtest statt, welcher die gleichmäßige Luftverteilung in der riesigen Halle dokumentierte.

Die Planungsgruppe VA war federführend bei der Planung der Technischen Gebäudeausrüstung für die Wasserwelt Rulantica vor den Toren des Europa-Parks. Zu den Planungsleistungen dieses außergewöhnlichen Projektes gehörten neben der Luft- und Klimatechnik unter anderem die Schwimmbadtechnik, Trinkwasseraufbereitungsanlagen, die Wasseraufbereitung, das Energiekonzept und nicht zuletzt die Gebäudeautomation.

Der Autor Hans-Helmut Schaper ist geschäftsführender Gesellschafter der Planungsgruppe VA GmbH. Darüber hinaus ist er seit mehr als drei Jahrzehnten im Bereich Schwimmbäder & Wellness deutschlandweit tätig. Auch durch seine Verbandszugehörigkeiten, wie Vorsitzender des Technischen Ausschuss in der DGfdB sowie stellvertretender Obmann des Arbeitskreises AK Energie und Ressourcen bei der Deutschen Gesellschaft für das Badewesen (DGfdB), als Sachverständiger für Bädertechnik, Wellness und Trinkwasserhygiene sowie im Verband Beratender Ingenieure, zählt Schaper bundesweit zu den renommiertesten Experten auf dem Gebiet der Technischen Gebäudeausrüstung.

Über die Planungsgruppe VA
Die Planungsgruppe VA, Hannover, wurde 1963 gegründet. Heute ist das Unternehmen mit über 120 Mitarbeitern in vier Geschäftsbereichen VA Ingenieure, VA Consultants VA Sachverständige und VA Energiedesigner an den Standorten: Hannover (Hauptsitz), Magdeburg, Frankfurt a. M (Bad Vilbel) und Nürnberg tätig.

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