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Galerie de Paléontologie — MNHN.

Thermo-aeraulische Optimierung der Galerie de Paléontologie des Nationalen Naturkundemuseums: Komfort der Besucher, Konservierung der Sammlungen und Achtung des Kulturerbes.

Projekt
Galerie de Paléontologie
Jahr
2025
Kunde
Nationales Naturkundemuseum
Standort
Paris
Typologie
Klimatechnik
Ein Projekt besprechen

Der Auftrag von EOLIOS: CFD-Expertise und aeraulischer Komfort im denkmalgeschützten Gebäude

Experten für thermo-aeraulischen Komfort in großen denkmalgeschützten Volumen

Die Expertise von EOLIOS in der CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) und der Optimierung von Innenraumklimata spielte eine Schlüsselrolle bei der Analyse und Verbesserung des aeraulischen Komforts der Galerie de Paléontologie des Nationalen Naturkundemuseums. Unser Know-how ermöglichte es, das thermo-aeraulische Verhalten dieses außergewöhnlichen denkmalgeschützten Volumens genau zu charakterisieren und konkrete Optimierungslösungen vorzuschlagen, die Nutzerkomfort, Sammlungskonservierung und die Beachtung der architektonischen Randbedingungen miteinander vereinbaren.

Das Wesentliche. Die Galerie de Paléontologie des MNHN ist ein außergewöhnliches denkmalgeschütztes Volumen: große Höhen, Glasdächer und offene Ebenen vom Gartengeschoss bis zum Dach. EOLIOS erstellte ein 3D-CFD-Modell mit nahezu 50 Millionen Elementen, kalibriert anhand eines Vor-Ort-Audits (Messungen vor Ort, Rauchtests) bis zu einem Residuenkriterium < 10⁻⁴. Zwei Szenarien, Sommer und Winter, offenbaren die thermische Schichtung und die Zonen, in denen die Geschwindigkeit 0,4 m/s überschreitet oder die Temperatur 18–25 °C verlässt. Das Ergebnis: konkrete Hebel — zwischengeschaltete Diffusion, Düsen mit einstellbarer Ausrichtung, Durchströmung der oberen Bereiche, frequenzabhängige Regelung — im Dienst von Komfort, Sammlungskonservierung und Achtung der denkmalgeschützten Fassaden.

EOLIOS ist eine Referenz für die CFD-Simulation angewandt auf denkmalgeschützte Gebäude und große Kultureinrichtungen. Unsere Studien stützen sich auf Erfahrung aus Messkampagnen unter realen Bedingungen und auf anerkannte Kompetenz in der Modellierung komplexer Volumen mit hohen thermischen Anforderungen.

Die Herausforderungen des Komforts in einem denkmalgeschützten Gebäude

Große Volumen, denkmalgeschützte Fassaden, Besucher und Sammlungen

Kultur- und Denkmalgebäude stellen eine besondere Herausforderung für den aeraulischen Komfort dar. Die Galerie de Paléontologie veranschaulicht diese Realität perfekt mit ihren großen Deckenhöhen, ihren über mehrere Ebenen offenen Volumen und ihren großen verglasten Flächen.

Zentrales Kirchenschiff der Galerie de Paléontologie des MNHN mit Dinosaurierskeletten
Galerie de Paléontologie vom 2. Obergeschoss aus

Diese Merkmale erzeugen gegenüber Standardgebäuden verstärkte Phänomene, insbesondere eine ausgeprägte thermische Schichtung, bei der sich die warme Luft in der Höhe ansammelt und Unterschiede von mehreren Grad in der Vertikalen entstehen. Dieser Mechanismus beruht auf dem thermischen Stack-Effekt. Hinzu kommen starke denkmalschutzrechtliche Randbedingungen, da die denkmalgeschützten Fassaden mögliche Eingriffe an der Gebäudehülle begrenzen, sowie eine zweifache, variable Nutzung zwischen schwankendem Publikum und ständigem Personal mit unterschiedlichen Anforderungen.

Die Erfordernisse der Sammlungskonservierung treten schließlich zum menschlichen Komfort hinzu und verlangen eine Stabilität der Umgebungsbedingungen. Diese Besonderheiten machen den aeraulischen Komfort in dieser Gebäudeart zu einem komplexen ingenieurtechnischen Problem, bei dem empirische Ansätze schnell an ihre Grenzen stoßen.

Innenansicht der Grande Galerie de Paléontologie des MNHN in Paris
Galerie de Paléontologie im Erdgeschoss
Definition · Thermische Schichtung

Die Schichtung bezeichnet die Bildung von Luftschichten unterschiedlicher Temperatur je nach Höhe: die warme, weniger dichte Luft steigt auf und sammelt sich im oberen Bereich, während die kühlere Luft am Boden verbleibt. In einem großen Volumen wie der Galerie kann der Unterschied zwischen Aufenthaltsbereich und Gewölbe mehrere Grad betragen.

Eine Frage der Konservierung. Über den menschlichen Komfort hinaus verlangen die Sammlungen eine Stabilität der Umgebungsbedingungen. Temperatur- und Feuchteschwankungen, verstärkt durch die Schichtung und die solaren Lasten der Glasdächer, beanspruchen empfindliche Materialien: die Aeraulik zu beherrschen bedeutet auch, das ausgestellte Kulturerbe zu schützen.

Die CFD im Museum: Luftströme sichtbar machen und beherrschen, wo klassische Methoden an ihre Grenzen stoßen

Angesichts dieser Komplexität erweist sich der Rückgriff auf die CFD aus mehreren einander ergänzenden Gründen als das geeignetste Werkzeug. Anders als vereinfachte Methoden, die globale Volumenströme berechnen, ohne die lokale physikalische Realität abzubilden, bietet die CFD eine vollständige dreidimensionale Sicht, die es ermöglicht, den Verlauf der Luftströme, die Rezirkulationszonen und die Temperaturgradienten genau zu visualisieren und so die kritischen Unbehaglichkeitspunkte zu identifizieren, die globalen Ansätzen entgehen.

Definition · CFD (Computational Fluid Dynamics)

Die CFD, oder numerische Strömungsmechanik, löst die Gleichungen der Luftströmung (Geschwindigkeit, Druck, Temperatur) auf einem 3D-Netz des untersuchten Volumens. Sie liefert an jedem Punkt die Geschwindigkeits- und Temperaturfelder, wo globale Methoden nur Mittelwerte bereitstellen.

Über diese dreidimensionale Sicht hinaus vereint die CFD drei entscheidende Stärken :

  • 01

    Zahlreiche Szenarien risikofrei testen — Bestand/Planung, Geometrie, Regelungsparameter — ohne Materialkosten oder Betriebsstörung, und kostspielige, nachträglich zu korrigierende Planungsfehler vermeiden.

  • 02

    Die thermischen Kopplungen von Haus aus einbinden zwischen Sonneneinstrahlung, Wärmeleitung und Konvektion, unerlässlich, um den tatsächlich von den Nutzern empfundenen Komfort zu bewerten.

  • 03

    Kommunizieren und entscheiden dank farbiger Visualisierungen, einer gemeinsamen Grundlage zwischen den Projektbeteiligten. In der Planungsphase wird die CFD zur unverzichtbaren Voraussetzung für jeden Eingriff in die Lüftung.

Die CFD-Simulation beschränkt sich nicht auf die Analyse der bestehenden Luftströme: Sie ist vor allem ein Werkzeug zur Komfortoptimierung. Durch die genaue Modellierung der von den Nutzern empfundenen Bedingungen (Luftgeschwindigkeit, Raumtemperatur, thermische Schichtung) ermöglicht sie es, die Unbehaglichkeitszonen zu identifizieren und Korrekturlösungen zu testen, bevor Arbeiten beauftragt werden. In publikumsoffenen Räumen wie der Galerie de Paléontologie, wo gelegentliche Besucher und ständiges Personal koexistieren, ist diese Fähigkeit, die Umgebungsbedingungen vorherzusehen und zu verfeinern, ein entscheidender Vorteil, um die Entwurfsentscheidungen zu leistungsfähigen und dauerhaften Lösungen zu lenken.

Mehr erfahren: die CFD in der Komfortanalyse

Verstehen, analysieren, optimieren: die drei Achsen der Studie

Die von EOLIOS an der Galerie de Paléontologie durchgeführte CFD-Studie gliedert sich um drei einander ergänzende Ziele.

  • 01

    Die thermo-aeraulischen Phänomene verstehen, im Bestand wie in der geplanten Konfiguration: Geschwindigkeits- und Temperaturfelder, dominierende Transportmechanismen und Wechselwirkungen zwischen den Gebäudeebenen.

  • 02

    Die Wirksamkeit des Lüftungssystems analysieren: Gleichgewicht zwischen Zu- und Abluft, Fehlen von Kurzschlüssen, tatsächliche Luftwechselraten und Energieeffizienz der simulierten Konfigurationen.

  • 03

    Die Unbehaglichkeitsrisiken identifizieren: die Zonen kartieren, in denen die Geschwindigkeit 0,4 m/s überschreitet oder die Temperatur 18–25 °C verlässt, und anschließend die Eingriffsprioritäten nach Wirkung und Machbarkeit ordnen.

Die Methode von EOLIOS: von der Vor-Ort-Erfassung zur Simulation

Vor-Ort-Messungen und Rauchtests: das Audit als Fundament

In der Galerie de Paléontologie wurde ein eingehendes Audit durchgeführt, um die thermo-aeraulischen Phänomene unter realen Betriebsbedingungen genau zu charakterisieren. Über alle Ebenen hinweg wurden Messkampagnen durchgeführt, um Luftgeschwindigkeiten, Temperaturen und Volumenströme an den Anschlüssen der Lüftungssysteme zu quantifizieren, was einen zuverlässigen und repräsentativen Ausgangszustand des Anlagenbetriebs liefert. Ebenso wurden qualitative Visualisierungen der Luftbahnen durchgeführt, um die Rezirkulationszonen, die parasitären Strömungen und die Störungen der bestehenden Diffusionseinrichtungen zu identifizieren.

Luftgeschwindigkeiten · vor Ort Temperaturen Volumenströme · an den Anschlüssen Luftbahnen · Rauchtests

Über die Datenerfassung hinaus ist dieses Vor-Ort-Audit ein Schlüsselschritt, um das reale Verhalten des Gebäudes in seiner oft komplexen und eingeschränkten denkmalgeschützten Umgebung zu erfassen. Es ermöglicht, die theoretischen Schemata und die bestehenden HLK-Pläne mit der Realität vor Ort abzugleichen und die Auswirkungen von Betriebspraktiken, architektonischen Randbedingungen, Wetterbedingungen und tatsächlichen Raumnutzungen einzubeziehen — alles Elemente, die in den technischen Unterlagen selten vollständig dokumentiert sind.

Diese genaue Kenntnis des Standorts ist unerlässlich, um vereinfachende, vom realen Betrieb entfernte Modellierungsannahmen zu vermeiden. Die Feldbeobachtungen aus dem Audit bildeten damit eine wesentliche Grundlage, um das numerische CFD-Modell zu speisen, zu kalibrieren und zu validieren. Sie gewährleisten die Übereinstimmung zwischen Simulation und realem Verhalten und stärken die Zuverlässigkeit der Ergebnisse sowie die Relevanz der vorgeschlagenen Lösungen. Das Audit erweist sich somit als unumgängliche Voraussetzung für jede nachhaltige Analyse und Optimierung der aeraulischen Komfortfragen in diesem außergewöhnlichen Kulturerbe.

Rauchtest mit Annotationen der Luftströme in der Galerie de Paléontologie des MNHN
Analyse der Rauchtests
Infrarot-Wärmebild zur Messung der Oberflächentemperaturen in der Galerie des MNHN
Thermisches Bild eines Zuluftgitters im Boden

50 Millionen Fluidelemente: ein hochpräzises 3D-CFD-Modell

Die von EOLIOS entwickelte 3D-CFD-Modellierung beruht auf einer rigorosen geometrischen Grundlage, erstellt aus den bestehenden Ausführungsplänen, ergänzt durch die beim Vor-Ort-Audit vorgenommenen Aufnahmen und Beobachtungen. Dieser Schritt ist entscheidend: Qualität und Repräsentativität des Modells bestimmen unmittelbar die Relevanz der erzielten Ergebnisse.

Auf Basis der erhobenen Daten entwickelte EOLIOS ein detailliertes Modell, das die vollständige Geometrie der Galerie de Paléontologie über alle ihre Ebenen (vom Gartengeschoss bis zum Dach) einbezieht, ebenso wie alle die Aeraulik des Standorts beeinflussenden Anlagen: Lüftungsgeräte und ihr Verteilnetz, Zu- und Abluftgitter, interne und solare Wärmequellen, aber auch alle die Strömungen lenkenden Bauelemente wie die Ausstellungsvitrinen, die Trennwände und die Geländer der Galerien.

Der Detaillierungsgrad der Geometrie wird sorgfältig gewählt, um die Elemente mit signifikantem Einfluss auf die Geschwindigkeits- und Temperaturfelder getreu abzubilden und zugleich die Nebendetails zu rationalisieren. Mit einer Vernetzung von rund 50 Millionen Fluidelementen gewährleistet dieses Gleichgewicht zwischen Präzision und Vereinfachung die numerische Robustheit der Simulationen und unmittelbar für Analyse und Entscheidungshilfe nutzbare Ergebnisse.

≈ 50 Mio. · Fluidelemente Gartengeschoss → Dach Lüftungsgeräte + Gitter · Zu-/Abluft Audit · Messungen + Rauchtests
Ausstellungsgang der Galerie de Paléontologie des MNHN mit Dinosaurierskelett
CFD-Modell des Erdgeschosses
Ansicht des Hauptschiffs der Galerie de Paléontologie des MNHN mit Dinosaurierskelett
CFD-Modell der Ebenen 1. und 2. Obergeschoss

Numerische Kalibrierung: wenn die Simulation mit der Realität übereinstimmt

In der Praxis folgt der CFD-Ansatz einem iterativen Prozess, der in aufeinanderfolgende Schritte gegliedert ist :

  • 01

    Aufbau des geometrischen Modells aus den Ausführungsplänen und den Audit-Aufnahmen.

  • 02

    Festlegung der Randbedingungen und der thermo-physikalischen Eigenschaften.

  • 03

    Numerische Lösung und anschließend detaillierte Analyse der Strömungs- und Temperaturfelder.

  • 04

    Kalibrierung anhand der Vor-Ort-Messungen, bevor die Verbesserungsiterationen eingeleitet werden.

Die Kalibrierungsphase ist ein Schlüsselschritt des CFD-Ansatzes: Sie gewährleistet die Übereinstimmung zwischen den Simulationsergebnissen und dem realen Verhalten des Systems. Konkret geht es darum, die Randbedingungen und die Modellierungsannahmen anzupassen (Zu- und Abluftvolumenströme, Oberflächentemperaturen von Wänden und Vitrinen, Wetterbedingungen, solare Lasten, interne Wärmequellen durch Nutzung und Ausstattung), um eine zufriedenstellende Übereinstimmung zwischen den berechneten Größen und den beim Audit vor Ort erfassten Messwerten zu erzielen.

Sobald das Modell kalibriert und validiert ist, mit einer durch ein Residuenkriterium unter 10⁻⁴ bestätigten Konvergenz, wird es zu einem zuverlässigen Prognosewerkzeug, um die Auswirkung verschiedener Änderungen (Volumenstromänderungen, Diffusorgeometrie, Konfiguration der Lüftungssysteme) zu untersuchen und die neuen Strömungs- und Wärmeverteilungsdynamiken als Stütze der technischen Entscheidungsfindung zu analysieren.

Ergebnisse: Kartierung der Luftströme und Temperaturen, Sommer / Winter

Die kritischen Szenarien simulieren, um den Komfort vorherzusehen

Die numerische CFD-Simulation ermöglicht es, das Verhalten der Luft im Inneren der Galerie de Paléontologie unter realistischen Bedingungen virtuell nachzubilden, ohne die betreffenden Jahreszeiten abwarten oder kostspielige, langwierige Vor-Ort-Messungen durchführen zu müssen. Durch die Festlegung repräsentativer Randbedingungen aus den Wetterdaten der nächstgelegenen Station (Außentemperaturen, Sonneneinstrahlung, Betrieb der Lüftungssysteme) lässt sich das Gebäudeverhalten in so unterschiedlichen Situationen wie der sommerlichen Hitzewelle oder der winterlichen Kälte erkunden.

Zwei kritische Szenarien wurden untersucht, um den realen Betriebsbereich der Galerie abzustecken :

  • 01

    Das Winterszenario, das den kältesten Außenbedingungen entspricht, prüft, ob das Heizsystem über die Lüftung ein behagliches Raumklima für Besucher und Personal aufrechterhält und dabei die durch übermäßige Schichtung warmer Luft in der Höhe bedingte Energieverschwendung begrenzt.

  • 02

    Das Sommerszenario, repräsentativ für Perioden großer Hitze, bewertet die Fähigkeit des Kühlsystems, mit den erheblichen solaren Lasten zurechtzukommen, die durch die Glasdächer und Fenster eindringen, und trotz der hohen thermischen Last erträgliche Bedingungen zu gewährleisten.

Dieser zweifache Ansatz bietet dem Bauherrn eine vollständige Sicht auf die erwartete Leistung und beleuchtet nicht nur die durchschnittlichen Verhaltensweisen, sondern auch die potenziell ungünstigen Situationen, die vorrangig zu behandeln sind.

Isoflächen, Schnittebenen, Unbehaglichkeitszonen: die Ergebnisse lesen

Die Simulationen erzeugen dreidimensionale Karten der untersuchten physikalischen Größen (Luftgeschwindigkeit, Temperatur), die es ermöglichen, die konformen Zonen und die Zonen mit Unbehaglichkeitsrisiken visuell zu lokalisieren. Diese Darstellungen in Form farbiger Isoflächen oder Schnittebenen sind ein direktes Kommunikationswerkzeug zwischen Ingenieuren und Entscheidern.

Die Analyse der Geschwindigkeitsfelder zeigt eine Heterogenität der Strömungen je nach betrachteter Ebene und Zone. Insgesamt werden in den großen Volumen der Galerie niedrige Geschwindigkeiten beobachtet, die einer ruhigen und stabilen Umgebung förderlich sind, doch einige singuläre Zonen, in denen die Beschleunigung der Luft das Risiko spürbarer Zugluft erzeugt.

In der Sommerperiode tritt eine besondere Dynamik auf: die am Boden eingeblasene Kaltluft breitet sich flächig aus, bevor sie an den Wänden aufsteigt, und erzeugt aufsteigende Strömungen, die unmittelbar an den Zuluftgittern mitunter störend sind. Dieses für klimatisierte Volumen mit bodennaher Einblasung typische Phänomen steht im Gegensatz zum Winterverhalten, bei dem die warme Luft natürlicher und gleichmäßiger aufsteigt.

Zum Merken. Die bodennahe Einblasung, im Winter eher günstig, kehrt sich im Sommer um: die streifende Kaltluft steigt an den Wänden auf und erzeugt aufsteigende Strömungen nahe den Gittern. Genau diese Art lokaler Phänomene kann die Simulation lokalisieren — und vor den Arbeiten korrigieren.

CFD-Karte der Luftgeschwindigkeit im Längsschnitt — Sommerszenario
Längsschnitt der Luftgeschwindigkeiten — Sommerszenario
CFD-Temperaturkarte im Längsschnitt — Sommerszenario
Längsschnitt der Temperatur — Sommerszenario
3D-CFD-Isoflächen der Luftströmung im Schiff der Galerie de Paléontologie MNHN
Temperatur-Isofläche — Sommerszenario

Im Winter wirkt die thermische Schichtung eher zugunsten des Komforts: die warme Luft sammelt sich im oberen Bereich (unter Gewölbe und Dach), während der Aufenthaltsbereich in einer temperierten Umgebung bleibt. Die geplante Konfiguration verringert diesen vertikalen Unterschied gegenüber dem Bestand und verbessert die Energieeffizienz und die Gleichmäßigkeit des Komforts.

CFD-Karte der Luftgeschwindigkeit im Schnitt — Winterszenario
Längsschnitt der Luftgeschwindigkeiten — Winterszenario
CFD-Temperaturkarte im Schnitt — Winterszenario
Längsschnitt der Temperatur — Winterszenario
CFD-Isoflächen der Luftgeschwindigkeit in der Galerie des MNHN mit Dinosaurierskeletten
Temperatur-Isofläche — Winterszenario
0,4 m/s
Geschwindigkeitsschwelle, ab der Zugluft spürbar wird
18–25 °C
Angestrebter Komfort-Temperaturbereich im Aufenthaltsbereich
< 10⁻⁴
Residuenkriterium, das die Konvergenz der Berechnung bestätigt

Der Vergleich der beiden Szenarien ergibt eine insgesamt positive Bilanz der Konfiguration: Während der Winterbetrieb mit gut beherrschten Komfortbedingungen über alle Ebenen zufriedenstellend erscheint, offenbart das Sommerszenario gewisse Grenzen, die mit der thermischen Trägheit des Gebäudes und der Bedeutung seiner verglasten Flächen zusammenhängen. Diese durch die Simulation objektiv aufgezeigten Feststellungen rechtfertigen die im folgenden Abschnitt dargelegten ergänzenden Optimierungsvorschläge.

Optimierungsansätze: Richtdüsen, Regelung und Umverteilung der Strömungen

Die Simulationen ermöglichten es, mehrere konkrete Optimierungshebel zur Verbesserung des thermo-aeraulischen Komforts der Galerie de Paléontologie zu identifizieren.

Runde Lüftungsdüse aus der CFD-Studie der Galerie des MNHN
Beispiel einer Richtdüse

Der Einbau zwischengeschalteter Diffusionselemente ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der Luftströme, bevor sie die genutzten Bereiche erreichen, und begrenzt die durch übermäßige Luftgeschwindigkeiten bedingten Unbehaglichkeitszonen.

Der Ersatz der bestehenden Diffusionsausrüstung durch Modelle mit einstellbarer Ausrichtung bringt saisonale Flexibilität und ermöglicht es, die Luftverteilung fein an die Außenbedingungen anzupassen.

Die große Deckenhöhe und die Verbindung zwischen den Ebenen der Galerie führten zur Empfehlung einer kontrollierten Durchströmung der oberen Bereiche der Volumen. Dieses Prinzip, das die Durchmischung der Luftschichten fördert, ohne den Aufenthaltsbereich zu stören, erweist sich besonders in der Übergangszeit als wirksam, wenn eine unterstützte natürliche Belüftung ausreichen kann, um zufriedenstellende Komfortbedingungen aufrechtzuerhalten.

Schließlich optimiert eine an die tatsächliche Besucherfrequenz gekoppelte Volumenstromregelung das Verhältnis zwischen empfundenem Komfort und Energieverbrauch und vermeidet sowohl Unterdimensionierung als auch Überlüftung, die parasitäre Zugluft erzeugt.

Die unsichtbaren Phänomene zu versachlichen bedeutet, sanieren zu können, ohne zu verfälschen: die Simulation erhellt die Abwägungen zwischen Leistung, Denkmalschutz und Investition.EOLIOS · thermo-aeraulischer Komfort

Die CFD als Entscheidungshilfe: sanieren, ohne zu verfälschen

Diese von EOLIOS an der Galerie de Paléontologie des MNHN durchgeführte CFD-Studie ermöglichte es, mithilfe der numerischen Simulation das thermo-aeraulische Verhalten eines komplexen denkmalgeschützten Volumens zu versachlichen. Durch die Kombination eines eingehenden Vor-Ort-Audits und einer hochpräzisen Modellierung beleuchtete die Analyse die Strömungsdynamiken und die für dieses Gebäude charakteristischen Wärmeverteilungen, sowohl in der Winter- als auch in der Sommerkonfiguration.

Die erzielten Ergebnisse nähren die Überlegungen des Bauherrn, indem sie die Zonen mit besonderem Aufmerksamkeitsbedarf identifizieren und umsetzbare Verbesserungsrichtungen vorschlagen. Sie veranschaulichen den Beitrag der Simulation als Entscheidungshilfewerkzeug: Sie bietet eine vorweggenommene Sicht auf den Betrieb der geplanten Anlage und trägt so dazu bei, die Entwurfsentscheidungen abzusichern und die Abwägungen zwischen Leistung, Denkmalschutz und Investition zu erhellen.

Die Expertise von EOLIOS für die thermo-aeraulischen Herausforderungen des Kulturerbes

Auf jedes Projekt zugeschnittene Empfehlungen

Gestützt auf ihre Expertise in der auf große denkmalgeschützte Volumen angewandten numerischen Simulation schlug EOLIOS mehrere konkrete, priorisierte Optimierungslösungen zur Verbesserung des thermo-aeraulischen Komforts der Galerie vor. Es wurden unmittelbar umsetzbare Hebel identifiziert, ergänzt durch saisonale Maßnahmen für die Übergangszeiten.

Diffusion · zwischengeschaltete Elemente Düsen · einstellbare Ausrichtung Durchströmung · obere Bereiche Regelung · frequenzabhängig

Die gewählten Lösungen wurden rigoros simuliert und bewertet, was es ermöglichte, ihre Auswirkung auf den Komfort von Besuchern und Personal sowie auf den Energieverbrauch der Anlage genau zu quantifizieren. Dieser iterative Ansatz, der Vor-Ort-Audit und hochpräzise Modellierung verbindet, gewährleistet in der Realität des Gebäudes verankerte und unmittelbar für die Planungsphase nutzbare Empfehlungen.

Dank dieser Studie versachlichte EOLIOS die aeraulischen Herausforderungen der Galerie und erhellte die Abwägungen zwischen Leistung, Denkmalschutz und Investition. Dieser Ansatz trägt dazu bei, die Entwurfsentscheidungen abzusichern, und bietet dem Bauherrn zugleich eine vorweggenommene, zuverlässige Sicht auf den Betrieb der geplanten Anlage, im Dienst eines außergewöhnlichen, allen offenstehenden Kulturerbes.

Know-how: die Optimierung des thermisch-aeraulischen Komforts
FAQ

Häufig gestellte Fragen

Thermische Schichtung, der Beitrag der CFD und die Methode von EOLIOS in einem denkmalgeschützten Volumen.

Warum ist die thermische Schichtung in einem Volumen wie der Galerie de Paléontologie ein Problem?

In einem großen, offenen und verglasten Volumen sammelt sich die warme Luft unter dem Gewölbe, während der Aufenthaltsbereich kühler bleibt, wodurch Unterschiede von mehreren Grad in der Vertikalen entstehen. Diese Schichtung mindert den empfundenen Komfort, erschwert die Sammlungskonservierung und erhöht den Energieverbrauch, wenn die Heizung die Verluste im oberen Bereich ausgleichen muss.

Was bringt die CFD-Simulation gegenüber einer klassischen Lüftungsberechnung in einem Museum?

Eine klassische Berechnung denkt in globalen Volumenströmen und sieht die lokalen Phänomene nicht: Rezirkulationen, Zugluft an den Gittern, Schichtungstaschen. Die CFD löst das Geschwindigkeits- und Temperaturfeld an jedem Punkt des Volumens und ermöglicht es, Szenarien (Sommer, Winter, Diffusionsvarianten) vor jeglichen Arbeiten zu testen, gestützt auf ein an Vor-Ort-Messungen kalibriertes Modell.

Warum vor der Simulation ein Vor-Ort-Audit (Messungen, Rauchtests) durchführen?

Das Audit liefert einen zuverlässigen Ausgangszustand: reale Geschwindigkeiten, Temperaturen und Volumenströme an den Anschlüssen der Systeme sowie eine Visualisierung der Luftbahnen durch Rauchtests. Diese Daten dienen dazu, das numerische Modell zu kalibrieren und zu validieren, damit die Simulation das reale Verhalten des Gebäudes widerspiegelt und nicht theoretische Annahmen.

Was bedeuten eine Vernetzung von ~50 Millionen Elementen und ein Residuum unter 10⁻⁴?

Die Vernetzung unterteilt das Luftvolumen in nahezu 50 Millionen Zellen, in denen die Strömungsgleichungen gelöst werden: je feiner sie ist, desto getreuer werden die lokalen Gradienten erfasst. Ein Residuenkriterium unter 10⁻⁴ bestätigt, dass die Berechnung konvergiert ist, das heißt, dass die Lösung numerisch stabil und für die Entscheidung nutzbar ist.

Wie lassen sich Besucherkomfort, Sammlungskonservierung und denkmalgeschützte Fassaden vereinbaren?

Die CFD versachlicht die Abwägungen: Sie lokalisiert die Unbehaglichkeitszonen (Geschwindigkeiten über 0,4 m/s, Temperaturen außerhalb von 18–25 °C) und testet nicht-invasive Hebel, die mit den denkmalschutzrechtlichen Randbedingungen vereinbar sind — zwischengeschaltete Diffusion, Düsen mit einstellbarer Ausrichtung, kontrollierte Durchströmung der oberen Bereiche und frequenzabhängige Volumenstromregelung — ohne schweren Eingriff in die denkmalgeschützten Fassaden.

Zusammenfassung

Video-Zusammenfassung der Studie

Die von EOLIOS Ingenieurbüro durchgeführte Studie konzentriert sich auf die thermo-aeraulische Optimierung der Galerie de Paléontologie des Nationalen Naturkundemuseums mithilfe von CFD-Simulationen. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Luftverteilung und die Temperaturfelder in diesem außergewöhnlichen denkmalgeschützten Volumen zu visualisieren und zu analysieren, das sich über mehrere Ebenen vom Gartengeschoss bis zum Dach erstreckt. Das Video bietet ein Eintauchen in das hochpräzise 3D-Modell der Galerie, anhand dessen die für die verschiedenen simulierten Szenarien (Winter und Sommer) charakteristischen Temperatur-Isoflächen vorgestellt werden, die die Dynamik der thermischen Schichtung und die identifizierten Unbehaglichkeitszonen offenbaren. EOLIOS kombinierte ein eingehendes Vor-Ort-Audit, einschließlich Messkampagnen vor Ort und Rauchtests, mit einem kalibrierten numerischen Modell von nahezu 50 Millionen Fluidelementen, das eine getreue Abbildung der realen Phänomene gewährleistet. Dieser Ansatz ermöglichte es, mehrere konkrete Optimierungshebel zu identifizieren (zwischengeschaltete Diffusionselemente, Ausrüstung mit einstellbarer Ausrichtung, frequenzabhängige Regelung) im Dienst des Komforts von Besuchern und Personal, unter Wahrung der denkmalschutzrechtlichen Randbedingungen dieses geschützten Gebäudes. Diese Studie zeigt den entscheidenden Beitrag der CFD-Simulation als Entscheidungshilfewerkzeug für die Sanierung und Optimierung großer denkmalgeschützter Kultureinrichtungen.

Zusammenfassung der Studie — Galerie de Paléontologie, MNHN · EOLIOS Ingenieurbüro
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