Zugerscheinungen in Großraumbüros

Moderne Großraumbüros haben wenig gemein mit den Schreib-, Rechen- oder Zeichensälen, die während der ersten industriellen Revolution zur Rationalisierung der Büroarbeit eingerichtet wurden. Damals standen geringe Einrichtungskosten und die Rationalisierung der Arbeit im Vordergrund. Nicht selten wird auch die Möglichkeit zur einfachen Überwachung der Mitarbeiter/innen eine Rolle gespielt haben.

Heute werden Open Space-Konzepte vor allem wegen ihrer Offenheit und Flexibilität geschätzt. Sie bieten kurze Wege und eine schnelle ad hoc-Kommunikation, sie erlauben eine flexible Zusammenarbeit und regen den Gedankenaustausch zwischen Mitarbeitern an. Genutzt werden sie in sehr unterschiedlichen Branchen:

Kreativ-Abteilungen (Werbung / Film)

Planungsbüros

Leitwarten (Flughafen / Netzbetreiber)

Callcentern

Entscheidend für den Erfolg offener Bürokonzepte ist das akustische Design des Raumes. Dieser soll eine gute Sprachkommunikation ermöglichen, gleichzeitig sollen Mitarbeiter nicht durch Gespräche oder Telefonate anderer Personen gestört werden.

Sprachlärm kann effektiv durch eine ausreichende Dämpfung des Raumes abgemildert werden, die Kunst besteht aber darin, einen ausreichenden Abstand zwischen das „Nutzgeräusch“ (Sprache, Telephon) und das Störgeräusch (Hintergrundpegel) zu bringen. (Siehe Bild 1, weitergehende Informationen finden Sie in [1]).

Maßnahmen an den Raumumschließungsflächen reduzieren ledig­lich den indirekten Schall, der direkte Schall wird nicht vermindert. Daher wird in Großraumbüros sehr häufig mit Stellwänden oder Raumteilern gearbeitet, die zum einen dämpfend und zum anderen abschirmend wirken. Typisch ist eine Höhe dieser Elemente von 2 m, wobei der obere Teil aus optischen Gründen transparent gestaltet wird (Siehe auch Bild 5). Solche Raumteiler sind akustisch sehr wirksam, sie behindern aber auch die Luftströmung im Raum. Insbesondere wenn größere zusammenhängende Bereiche durch eine gemeinsame Trennwand abgeschirmt werden, kann dies das Raumklima nachhaltig beeinflussen.

Um zu verstehen, welche Auswirkungen eine Blockade der Zirkulation im Großraumbüro hat, ist es sinnvoll, sich die thermischen Lasten in einem typischen Großraumbüro genauer anzusehen.

In modernen Callcentern z.B. liegt die Belegungsdichte bei ca. 8 m² je Person. Bei einer Grundfläche von 450 m² sind dies 56 Mitarbeiter. Je Person kann die Wärmeleistung mit 80 W (sensibel) angenommen werden, dazu kommt ein PC mit Monitor, ca. 150 W, sowie die Arbeitsplatzbeleuchtung. Mit moderner LED-Beleuchtung sind dies ca. 8 W/m², was ca. 70 W je Mitarbeiter entspricht (Grundbeleuchtung + Arbeitsplatzleuchte). In der Summe ergibt sich ein Wert von ca. 300 W je Arbeitsplatz. Bei 56 Personen entspricht dies einer Wärmeproduktion von ca. 17 kW! (Bild 2)

Die Speichermassen im Großraumbüro sind klein. Lediglich Tische und Schränke können hier Wärme speichern. Decken und Böden sind häufig abgekoffert, um Raum für Verkabelung und Lüftung zu haben. Wärme muss zwangsläufig – sofern sie nicht vom Lüftungssystem oder der Kühldecke aufgenommen wird – bis zur nächsten Wärmesenke laufen. Dies ist häufig die Außenfassade, die im Tagesgang eine andere Dynamik entwickelt als die Raummitte. Und auch die Belegung im Großraumbüro ist im Tagesverlauf nicht konstant. Verlassen Mitarbeiter ihren Arbeitsplatz, dann sinkt lokal die Wärmeleistung, es kommt zu Lastunterschieden im Raum. Technisch ist es kaum möglich, diese so zu kompensieren, dass keine Luftbewegungen auftreten. Zwar werden Heizsysteme und Kühldecken häufig zonenweise geregelt, das Erfassen der Lastunterschiede anhand von Temperaturunterschieden im Raum ist aber kaum möglich. Die vom Autor und seinem Team durchgeführten Messungen weisen darauf hin, dass zwischen unterschiedlich belasteten Zonen in Open Space-Bereichen selten Temperaturdifferenzen von mehr als 1 K auftreten. Schon bei Differenzen von nur 0,5 K bilden sich Ausgleichsströmungen, die große Luftmengen im Raum bewegen können. Um eine Wärmemenge von 1 kW (~ drei Arbeitsplätze) mit dieser kleinen Differenz zu bewegen, benötigt man eine erhebliche Luftmenge von:

Bei einer Raumlänge von 30 m entspricht dies einer Luftschicht (z.B. Raumwalze) von 0,5 m Dicke, die sich mit einer Luftgeschwindigkeit von 0,11 m/s bewegt.

Zugerscheinungen

Luftzug definiert die DIN EN 7730 als „unerwünschte lokale Abkühlung des Körpers durch Luftbewegung“. Dieses kann berechnet werden über das Draft-Rating DR:

Dieses beschreibt den Wärmeübergang einer 34 °C warmen Oberfläche abhängig von Raumtemperatur, Luftgeschwindigkeit und Turbulenzgrad, wobei in den Klassen A-C der Norm eine Anzahl von Unzufriedenen Personen von 10-30 % akzeptiert wird.

In Bild 3 sind die zulässigen mittleren Luftgeschwindigkeiten dargestellt, bei denen Zugerscheinungen auftreten. Akzeptiert man mittlere Klageraten (Klasse B = 20 %), dann sind bei 23,5 °C Luftgeschwindigkeiten von 0,2 m/s zulässig. Bei erhöhten Anforderungen (Klasse A) sollten die mittleren Luftgeschwindigkeiten nicht über 0,12 m/s liegen.

Behindert man nun den Luftfluss im Raum, wie es z.B. Stellwände tun, dann wird damit der Lastausgleich behindert. Die Luftbewegung wird damit allerdings nur kurzfristig gestoppt, da ohne Ausgleich die Temperaturunterschiede weiter anwachsen. Der Raum „lädt sich auf“, bis schließlich die Wärme doch ihren Weg findet. Zwischen den Stellwänden konzentrieren sich die Strömungen auf die wenigen freien Öffnungen. Anstelle von großflächigen Raumwalzen kommt es konzentriert zu intensiveren Strömungen, die einzelne Mitarbeiter massiv betreffen können. Luftgeschwindigkeiten von mehr als 0,5 m/s an Durchgängen und Möbel-Ecken sind keine Seltenheit. Dass eine Blockade im Raum letztlich zu erhöhten Luftgeschwindigkeiten führt, konnte in vielen Projekten gezeigt werden. In einigen Fällen konnten Zugerscheinungen bereits deutlich verringert werden, indem Stellwände entfernt oder teilweise geöffnet wurden. Wichtig bei solchen Maßnahmen ist es, die freien Flächen zur Luftzirkulation im Raum deutlich und nachhaltig zu vergrößern. Punktuellen Maßnahmen – etwa das Entfernen nur einer einzelnen Wand oder eine Öffnung eines schmalen Streifens am Boden – sind dagegen wirkungslos oder sogar kontraproduktiv.

Des einen Freud ist des anderen Leid

Ein weiteres Problem im Großraum ist die Wahl einer geeigneten Temperatur im Raum. Während einem Teil der Mitarbeiter bereits bei 22 °C der Schweiß tropft, frösteln andere noch bei 24 °C. Die bekannte „Glockenkurve“ der DIN EN ISO 7730 suggeriert eine homogene Verteilung der Abweichungen, die praktischen Erfahrungen spiegeln sich aber eher in den Diagrammen wider, die in einem Forschungsprojekt des BMWI durch Nutzerbefragung entstanden sind (Bild 4). Es zeigt sich eine breite Streuung mit einer nicht unerheblichen Zahl von Nutzern, die ihr Temperatur-Optimum weit weg vom statistischen Mittel finden. In der Praxis pendelt sich die Temperatur in Großraumzonen mit Bildschirmarbeit häufig bei 23,5 °C ein, ein Wert, der deutlich über den für die Raumlufttechnik empfohlenen 20-22 °C liegt.

Auch bei der Raumtemperatur gibt es wieder einen Nebeneffekt, den es zu betrachten lohnt. Bei höheren Temperaturen verschiebt sich der Wärmehaushalt des Menschen stärker von der sensiblen zur latenten Wärmeabgabe – der Mensch schwitzt. Mehr Schweiß bedeutet aber auch mehr Geruchsbelastung, so dass nicht selten in Großraumbüros die Luftqualität als schlecht bewertet wird. Erfahrungen aus diversen Projekten zeigen, dass in Räumen mit 21-22 °C die Luft bei gleicher Zuluftmenge als wesentlich frischer empfunden wird als in solchen mit hoher Temperatur.

Glücksfall für die Wissenschaft

Einer der größten Betreiber von Großraumbüros in Deutschland ist die Deutsche Telekom. An 34 Standorten werden moderne Callcenter mit jeweils bis zu 21 Teamräumen betrieben. Generell ist die Telekom sehr bemüht, hohe Komfort-Standards insbesondere der Lüftungstechnik zu realisieren, und stellt entsprechend hohe Anforderungen an die genutzten Liegenschaften. Nichtsdestotrotz birgt die Tätigkeit des Kundenmanagements ein hohes Konfliktpotential, das sich nicht selten ein Ventil in der Unzufriedenheit über das Raumklima sucht.

Die Ausstattung von Callcentern der Telekom ist weitgehend standardisiert. Farben, Möblierung und Raumaufteilung sind so exakt festgelegt, dass sich die Räume in verschiedenen Gebäuden landesweit bis aufs i-Tüpfelchen gleichen. Modifikationen ergeben sich nur aus der Fortschreibung der Objektvorgaben, so dass sich ein kontinuierlicher Lernprozess ergibt. Eine dieser Modifikationen betraf in den begleiteten Projekten die Zuluftdurchlässe, die nahezu in jedem Projekt anders ausgeführt wurden.

Für die wissenschaftliche Forschung ergab sich durch diese Vorgehensweise ein unerwarteter Glücksfall, denn auf diese Weise konnte der Einfluss unterschiedlicher Zuluft-Führungen unter praktisch identischen Bedingungen untersucht werden – in einem Umfang, der jedes Forschungsbudget überschritten hätte. Zudem fordert die  Telekom bei jedem ihrer Gebäude umfangreiche Abnahmemessungen insbesondere der Behaglichkeitsparameter, so dass ungewöhnlich detaillierte Informationen über die Raumklimawirkung der verschiedenen Systeme vorliegen.

Bei den ersten Projekten, bei denen die Forschungsabteilung der Caverion Deutschland GmbH mit Rauchversuchen und Behaglichkeitsmessungen beteiligt war, wurden relativ einheitlich Tangentiallüftungssysteme eingesetzt. Die Zuluft-Einbringung erfolgt hier über Schlitzdüsen in einem zentral angeordneten Deckenkoffer, der die gesamte Raumlufttechnik enthält. Neben dem Zu- und Abluftkanal finden sich im Koffer Volumenstromregler, Drosselklappen und Schalldämpfer, wodurch ein nicht unerheblicher Raumbedarf entlang der Raumachse entsteht. Bei einer Raumbreite von 14,5 m wurde häufig ein 2 m breiter Koffer mit einer Höhe von 45-60 cm eingesetzt. In den etwa 6 m breiten freien Raumbereichen auf beiden Seiten des Koffers wurden teilweise geschlossene Kühldecken oder frei hängende Kühlsegel zur Wärmeabfuhr eingesetzt. Die Zuluft dient in der Regel nicht zur Wärmeabfuhr. Sie ist auf den hygienisch notwendigen Luftwechsel begrenzt, muss aber mindestens einen 2,5-fachen Luftwechsel pro Stunde gewährleisten.

Tangentiallüftungssysteme sind hinsichtlich der Zugerscheinungen kritisch, da sie beständig einen horizontalen Impuls in den Raum eintragen. Es besteht die Gefahr, dass sich der Zuluft-Impuls mit der durch Wärmelasten hervorgerufenen Luftbewegung addiert und es zu kräftigen Raumströmungen kommt.

Wird die Zuluft gegen die Fassade gerichtet, dann tritt ein weiteres Problem auf. Warmluft, die an der Fassade aufsteigt, trifft auf dem Weg zur Raummittelachse mit kalter Zuluft zusammen, die hierdurch nach unten abgelenkt wird. Im Tagesverlauf kommt es daher bei einem solchen System an wechselnden Positionen im Raum zu Zugerscheinungen.

Als Folge der Projekterfahrungen wurde die Luftführung geändert. Zunächst wurden Schlitzdüsen im Sturz oberhalb der Fenster montiert, was mechanisch anspruchsvoll sein kann. Die Ergebnisse dieser Modifikation waren allerdings wenig überzeugend. Zwar konnten Ablöseerscheinungen an der Decke reduziert werden, teilweise kam es aber zu Klagen auf der jeweils gegenüberliegenden Raumseite. Die Strömungswalze bildete sich in Form einer liegenden 8 aus, wodurch der Impuls, angefacht durch Thermikströmungen, sich auf der jeweils anderen Raumseite auswirkt.

Versuche mit extrem impulsarmer Luftausströmung über Deckenquellauslässe offenbarten ein anderes Problem: Schon bei sehr geringen Untertemperaturen kann es unterhalb solcher Deckenqueller zu Zugerscheinungen kommen. Da die Primärluft nicht mit der Umgebungsluft zwangsvermischt wird, bleiben die Temperaturdifferenz zum Raum hoch. Hebt man die Lufttemperatur über die Raumtemperatur an, dann verschwinden die Zugerscheinungen, dafür steigt die Luft im Deckenbereich auf und wird direkt von der Abluft erfasst. Es kommt zu strömungstechnischen Kurzschlüssen und Klagen über schlechte Luftqualität. Durch die fehlende erzwungene Bewegung im Raum kommt es zu unkontrollierbaren Thermikströmungen, so dass im Ergebnis trotz der impulsfreien Lufteinbringung Klagen über Zugluft zu verzeichnen waren.

Die besten Erfahrungen wurden schließlich mit Radialauslässen gemacht, die in regelmäßigem Raster in die gekühlten Decken integriert wurden. Radialauslässe blasen gleichförmig nach allen Seiten aus und bringen daher keinen gerichteten Impuls in den Raum. Außerdem haben sie eine so hohe Induktionsrate, dass Temperaturdifferenzen im Raum schnell abgebaut werden. Das gleichförmige Grundraster sorgt zudem für eine kleinzellige Raumströmung, die sich wesentlich stabiler darstellt als die unkontrollierten, großflächigen Thermikwalzen, die bei anderen Systemen zu finden sind. Ein Raster von 3 x 6 kleinen Radialauslässen sorgt für eine gezielte Unterteilung der Raumströmung in 18 kleine Strömungszellen, die lokal für stabile Verhältnisse sorgen.

Eine Besonderheit stellt in diesem Kontext der „Krantz-Opticlean“ dar, der als Radialauslass oberhalb einer Lochrasterdecke eingesetzt wird. Er bleibt daher von unten unsichtbar. Anders als Deckenquellauslässe, die ebenfalls von oben durch die Decke drücken, zeigt er aber ein radiales Ausströmen, das denen eines normalen Drallauslasses ähnelt. Dadurch kommt es bei Untertemperaturen bis zu -10 K nicht zu Zugerscheinungen. Psychologisch ist eine unsichtbare Montage ebenfalls von Vorteil, denn wo keine Lüftungstechnik sichtbar ist, sinkt ebenfalls die Klagerate.

Teile und herrsche …

Eine Erfahrung, die insbesondere aus den Projekten mit Deckenquellauslässen gesammelt werden konnte, war die, dass Zugerscheinungen in Großraumbüros auch dann auftreten können, wenn gar keine Lüftung aktiv ist (Bild 6). Teilweise sind die gemessenen Luftgeschwindigkeiten ohne Zuluftanlage höher als die, die im Normalbetrieb herrschen.

Generell ist beim Einsatz von Kühldecken die Luftströmung instabil, da die Kälte oben und die Wärme unten im Raum ist. Während Warmluft aufsteigt, fällt die kalte Luft an den Decken ab. Zunächst ist die resultierende Strömung ungeordnet. Bildet sich an einer Stelle aber eine dominierende Strömung aus, dann kommt nach und nach der ganze Raum in Bewegung, es treten großflächige Raumwalzen mit einem, zwei oder mehr Knoten auf. Anders als im obigen Rechen-Beispiel mit 1 kW ist an einer solchen Raumströmung die gesamte Raumlast beteiligt. Bei Vollbelegung entspricht dies einer bewegten Luftmenge von über 100.000 m³/h.

Es ist ein grundlegend falscher Ansatz, in einem solchen Raum die Zuluft abzuschalten oder zu reduzieren, um Zugerscheinungen zu verhindern. Richtig angewendet hat Zuluft die Aufgabe, Raumströmungen zu gliedern und die Wärme so zu führen, dass die Luftbewegung dabei in vorgegebene Bahnen gelenkt wird. Hierzu muss der Impuls der Zwangsströmung stark genug sein, um die Thermik zu übertreffen. Auf der anderen Seite werden zum Lastausgleich offene Räume benötigt, in denen Luft frei zirkulieren kann.

Literatur