decke temperiert und lüftet

Sonderdruck
aus cci 10/2009
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Fachzeitung für Haus- und Gebäudetechnik
Der amerikanische Projektentwickler Tishman Speyer, New York, suchte für den neuen Frankfurter Opernturm
ein Kühlsystem, das in den Räumen des 170 Meter hohen Neubaus wirkungsvoll kühlt sowie leise und zugfrei
lüftet. Tishman Speyer wählte nach einem eingehenden Labortest beim Hersteller eine Hybridkühldecke, die im
Vergleich zu einer konventionellen Kühldecke 30 Prozent weniger Energie benötigt.
Decke temperiert
und lüftet
Opernturm Frankfurt nutzt Hybridkühldecken in den Büroetagen – von Ralf Dunker
Die neu entwickelte Hybridkühldecke „A11 Hybrid“ der MWH Barcol
Air GmbH, Egelsbach, kombiniert
die Zuluftzufuhr mit der Raumtemperierung und besteht aus
zwei Systemkomponenten: Den
Hybridmodulen mit Zuluftdüsen
im Zwischendeckenhohlraum und
den Kühldeckenelementen als Deckenverkleidung. In den Hybridmo-
dulen sind die kühlwasserführenden Kupferrohre mäanderförmig in
Wärmeleitschienen eingepresst.
Die Deckenverkleidung ist als Paneele mit einem 135-cm-Raumras-
Wolkenkratzer wirkt
optisch zurückhaltend
Der Opernturm in Frankfurt
am Main ist 170 m hoch und
bietet einschließlich Podium
(siebengeschossiger Vorbau)
66.000 m² Mietfläche, wovon rund 75 % bereits im Juli
vergeben waren. Die sandfarbene Natursteinfassade
hat die Aufgabe, die Wärme
zu absorbieren und dadurch
die Kühllast zu senken. Die
Vorsprünge der Fassade bilden zusätzlich eine Verschattung und sollen ohne
einen aktiven Sonnenschutz
die Kühllast gegenüber einer
durchgängigen Glasfront
um 20 % senken. Geplant ist
die Fertigstellung zum Jahreswechsel.
Von den grauen, pulverbeschichteten Hybridmodulen wird die Wärme im Deckenhohl­
raum und der Betondecke absorbiert und abgeführt. An den Längsseiten wird die Zuluft
über Düsen zur Decke ausgeblasen. (Alle Abb. MWH Barcol Air)
„Um Ressourcen zu schonen, wollen wir nicht am Komfort
und der Zuverlässigkeit sparen“
Jeremy Taylor, Projektleiter Tishman Speyer
ter gefertigt. Auf den perforierten,
weiß lackierten Elementen sind die
Kühlmittelrohre ebenfalls mäanderförmig aufgebracht. Für eine
bessere Raum­akustik wurde in den
Zwischenräumen der Kühlschlangen Vlies eingeklebt. Beide Bestandteile werden an die Wasserkreise über flexible Leitungen mittels Steckkupplung angeschlossen.
Zum Kühlen wird die Betondecke
neben den beiden Kühlmodulen
als thermoaktives Kühlelement
verwendet. In den Nachtstunden
wird die Temperatur der Decke
durch die Hybridmodule und die
Kühldeckenelemente abgesenkt,
bis die gewünschte Starttemperatur erreicht ist. Sie wird quasi entladen, damit der Beton tagsüber
wieder Wärme aufnehmen kann.
Die Zentrallüftung bleibt bei der
Nachtabkühlung abgeschaltet. Zu
Beginn des Tagesbetriebs strömt
zunächst nur die 16 °C kühle Zuluft
Die Kühldeckenelemente werden mit
flexiblen Verbindungen mittels Steckkupp­
lung an das Kaltwassernetz angeschlos­
sen. Die Kühldecke kann jederzeit wieder
geöffnet werden und wird mit Stahlseilen
vor einem Herabfallen gesichert.
durch das Hybridmodul. Die Kühlwasserkreisläufe bleiben ausgeschaltet. Die Zuluft tritt über die
Düsen in Richtung Decke aus, verwirbelt im Deckenhohlraum und
sorgt für einen Wärmestrom von
den Kühldeckenelementen an die
Betondecke. Danach tritt die Luft
durch die Perforation der Kühldeckenelemente in den Raum. Reicht
die Zuluft zur Raumklimatisierung
nicht aus, öffnen sich die Ventile
des Kühlwasserkreislaufs und die
Kühlmäander der Kühldecke und
des Hybridmoduls führen zusätzlich Wärme ab.
Das System ist nicht auf eine konstante Raumtemperatur ausgelegt.
Vielmehr darf diese im Laufe des
Tages gleiten und beispielsweise
bei einer Außentemperatur von
32 °C auf 24 °C ± 2 K steigen. Der
Betrieb des Hybridsystems mit einer gleitenden Temperatur über
den Tagesverlauf und der thermoaktivierten Betondecke soll gegenüber einer normalen Kühldecke bis
zu 30 % Energie einsparen. Der geforderte Schalldruckpegel im Raum
von 35 dB(A) wird nach Labortests
unterschritten. In allen Büroeinheiten, ob Einzel- oder Großraumbüro, lässt sich die Starttemperatur
und damit die Kühlwirkung am
Tage mithilfe der LON-basierten
Regelung vorgeben. Sie regelt die
Ventile des Kaltwassernetzes und
schließt sie beim Öffnen der Fensterriegel über einen Fensterkontakt.
Der Heizfall im Winter gestaltet
sich etwas anders. Es wird vor
allem geheizt, um einen Kaltluftabfall an der Außenwand und dem
Fenster zu vermeiden. Das eingesetzte Fensterglas bewirkt, dass
sich die innere Scheibe auch an
kalten Tagen nicht unter 14 °C abkühlt. Trotzdem würde es ohne geeignete Heizung zu einem Kaltluftabfall und damit zu unangenehmer Fußkälte kommen. Daher
sind im Außenwandbereich je
Achsraster zwei kombinierte Heiz-/
Kühldeckenelemente angebracht.
Auf diese sind in PE-Folie einge-
Leistung der Hybridkühldecke
Die Funktionen Kühlen, Lüften und Heizen verteilen sich im Hybridsystem wie
folgt: Für die Luftzufuhr und das Kühlen
sind die Hybridmodule und Kühldeckenelemente in der Raummitte zuständig.
Sie belegen etwa drei Viertel der Deckenfläche und liefern bezogen auf die gesamte Bodenfläche 6 m³/h Zuluft pro m²
und etwa 100 W/m² Kühlleistung bei einer Vorlauftemperatur von 16 °C und
Rücklauftemperatur von 20 °C im Kaltwasserkreis. Da die Berechnung der
Kühllast im Durchschnitt über alle Himmelsrichtungen 85 W/m² ergab, ist die
Hybriddecke ausreichend dimensioniert.
Die Heiz-/Kühldeckenelemente im Außenwandbereich dienen im Hochsommer zum Kühlen und im Winter zum
Heizen. Die erforderliche Heizleistung
wurde mit 45 W/m² angenommen.
schweißte Mineralwollauflagen
aufgebracht, die einen Wärmeeintrag in den Deckenhohlraum verhindern. Der Wasserkreislauf der
fassadenseitigen Elementen wird
zwischen der Heiz- und der Kühlperiode umgeschaltet, so dass nur ein
„Die Zuluft dringt unbemerkt,
gleichmäßig und zugfrei
durch die perforierten Kühl­decken­elemente in den Raum.“
Jeremy Taylor,
Projektleiter Tishman Speyer
Kreislauf nötig ist. Die konditionierte Zuluft dringt im Winter
ebenfalls über die in der Raummitte montierten Kühldeckenelemente ein. Die an der Innenwand
angeordneten Deckenelemente
sind inaktiv und dienen in den Einzelbüros als Abluft­element. So
wird ein Kurzschluss zwischen Zuund Abluft im Deckenhohlraum
vermieden.
Bevor Tishman Speyer die Hybridkühldecke wählte, verlangte der
Investor einen Labortest. Der Test
fand bei MWH Barcol Air in Stäfa/
Systemaufbau der Kühldecke: In der abgehängten Decke befindet sich das
Hybridmodul mit Zuluftdüsen und Kühlschlangen. Darunter das Kühldeckenele­
ment ebenfalls mit Kühlschlangen. In den Nachtstunden führt das Hybridsystem
bei ausgeschalteter Lüftung die über Tag aufgenommene Wärme der Beton­
decke ab. Im Tagesbetrieb dringt Zuluft durch das Hybridmodul in den Decken­
hohlraum, verwirbelt dort und dringt durch die Deckenperforation in den Raum.
Die Wärme wird zusätzlich über die Hybridmodule und Kühldeckenelemente
abgeführt. (Abb. Tishman Speyer)
Schweiz statt. Im Versuch wurde
nachgewiesen, dass die geforderte
Schweiz statt. Im Versuch wurde
Kühl- und und Heizleistung ernachgewiesen, dass die geforderte
bracht wird. Mit einem zusätzKühl- und und Heizleistung erlichen Rauchverbracht wird. Mit einem zusätzsuch wurde die
„Mit einem Rauchversuch haben wir gezeigt, dass unser System
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einen effektiven Luftaustausch sicherstellt.“
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„Mit einem Rauchversuch haben wir gezeigt, dass unser System
der Luftaustausch
Matthias Goy, Vertriebsleiter MWH Barcol Air
Luftverteilung und
einen effektiven Luftaustausch sicherstellt.“
sichtbar. Der Rauch
der Luftaustausch
Goy, Vertriebsleiter MWH Barcol Air
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Die Energieeffizienz
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Die Energieeffizienz des Gebäudes spielte eine entscheidende Rolle
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Wasserkühlsätze werden im Kellergeschoss konventionelle Maschikungsgrad im Teillastbetrieb eingesetzt. Den Kältebedarf im Winter
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kungsgrad im Teillastbetrieb eingesetzt. Den Kältebedarf im Winter
Aufgrund der Speicherwärme der Natursteinfassade und der inneren
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Wärmelasten ist die Heizlast gering. Geheizt wird mit Fernwärme.
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• Installierte Kälteleistung:
MW (4
Kälteerzeuger)
die Labormessungen für den Winauch, dass die Temperaturschich• Fernwärmebereitstellung: 6,8 MW (3 Übergabestationen)
terfall. Die Wintermessung zeigte
• Installierte Kälteleistung: 8,4 MW (4 Kälteerzeuger)
tung im Aufenthaltsbereich 1 K pro
• Luftvolumenstrom: 676.000 m³/h (54 Lüftungs- und Klimaanlagen)
auch, dass die Temperaturschich• Fernwärmebereitstellung: 6,8 MW (3 Übergabestationen)
Höhenmeter unterschreitet.
tung im Aufenthaltsbereich 1 K pro
• Luftvolumenstrom: 676.000 m³/h (54 Lüftungs- und Klimaanlagen)
Höhenmeter unterschreitet.
www.mwh.ch
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Produktion, Realisation
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