innovativ gekoppelt

Sonderdruck aus cci Zeitung
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* Führende Fachzeitung für die Lüftung- Klima- Kältebranche (LüKK®)
Durch eine besondere Koppelung von einer auf Kältebetrieb umschaltbaren Wärmepumpe mit 14 zentralen RLT-Geräten ergeben
sich bei der Konditionierung von 150.000 m³/h Luft im neuen
nhow-Hotel Berlin hervorragende Leistungszahlen. Aufgrund einer
besonderen Schaltung der Anlagen wird sogar eine Rückkühlung
der Kältemaschinen mit Außenluft vermieden.
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Innovativ gekoppelt
150.000 m³/h Luft und 1,1 MW Kälte für nhow-Hotel Berlin – von Manfred Stahl
Die AL-KO Therm GmbH, JettingenScheppach, und die Air 2000
GmbH, Obertshausen, haben ge-
meinsam einen Großauftrag zur
Klimatisierung des Berliner Lifestyle-Hotels „nhow“ abgeschlos-
sen. Dabei lieferte AL-KO 14 zentrale RLT-Geräte und Air 2000 eine
umschaltbare Wärmepumpe der
Das vom Architekten Sergej Tchoban entworfene „nhow“ umfasst auf zehn Geschossen und einem 36 m über dem Ufer der
Spree schwebenden Gebäudeteil 304 Zimmer und Suiten von 22 bis 260 m². In dem Musikhotel umfasst der Zimmerservice auf
Wunsch auch Gitarren und Keyboards. (Abb. nhow-Hotel)
Abbildung 1: Beispiel zum Aufbau und Betrieb des Apess-Systems im nhow-Hotel
für einen Außen- und Abluftvolumenstrom im RLT-Gerät von 21.243 m³/h (blaue
Linien = Kälteträger zur zentralen Wärmepumpe, rote Linien = Wärmeträger zur
zentralen Wärmepumpe).
Serie „Apess Integral“. Diese konditioniert mit einer Kälteleistung von
1.100 kW und einer Heizleistung
von 710 kW insgesamt 150.000
m³/h Zuluft und Abluft.
Eine Besonderheit bei diesem Projekt besteht in der kombinierten
Systemtechnik „RLT plus Wärmepumpe“. Die patentierte Wärmepumpentechnik Apess Integral ermöglicht, dass mehr als 95 % der
Wärme aus der Gebäudeabluft zurückgewonnen werden können
und dadurch die gesamte Energie
zum Erwärmen oder Kühlen der
Außenluft in den Lüftungsgeräten
bereitgestellt wird. Im Sommer
wird die Wärmepumpe als Kältemaschine betrieben und erzeugt
bis 1,1 MW Kühlleistung, von der
380 kW zum Betrieb der Sekundärluftkühlgeräte in den Hotelzim-
mern genutzt werden. Dabei erfolgt die Abführung der von den
Kältemaschinen freigesetzten
Wärme an die Außenluft ausschließlich über die RLT-Geräte,
also ohne ein im Freien aufgestelltes Rückkühlwerk.
So arbeitet das System im
nhow-Hotel
Wie in Abbildung 1 beispielhaft für
den Bereich Lobby und Bar im Hotel dargestellt, befinden sich beim
Apess-System in jedem RLT-Gerät
in der Abluftseite zwei Wärmeübertrager und in der Zuluftseite
ein Wärmeübertrager.
Je ein Luft-Sole-Wärmeübertrager
in der Zuluft und in der Abluft bilden im Heizbetrieb zur Wärmerückgewinnung ein Kreislaufver-
Abbildung 2: Der Betrieb des Systems im Sommer (Kühlen)
bundsystem (KVS). Der zweite
Wärmeübertrager in der Abluft
wird von der Wärmepumpe beziehungsweise Kältemaschine im
Heiz- oder Kühlbetrieb zum Abführen der nicht benötigten thermischen Energie vom Verdampfer
oder vom Verflüssiger an den Luftstrom genutzt. Die von der Wärmepumpe erzeugte thermische Leistung wird gespeichert und vom
Speicher aus mit einem Wärmeträgerkreislauf bedarfsgerecht in das
KVS-System eingespeist oder steht
für weitere Anwendungen zur Verfügung.
Die Wärmepumpe mit einer Leistung von 710 kW (Heizen) oder
1.100 kW (Kühlen) hat nur eine
geringe Kältemittelfüllmenge von
4 x 35 kg R407C (vier Kältekreise).
Die Verdampfungs- und Verflüssigungsenergie wird über eine Antifrogen-Wasser-Sole zu den einzelnen Lüftungsgeräten geleitet und
dort mit einer Energie Management Unit (EMU) gesteuert je
nach Betriebszustand und Bedarf
der einzelnen Lüftungsgeräte zu
den Wärmeübertragern geführt.
Der Betrieb im Sommer
Im Sommer wird die Wärmepumpe
als Kältemaschine betrieben (Abbildung 2).
Im Verdampfer des Kältekreises
(blaue Striche in Abb. 2) wird in der
Kältemaschine Kaltwasser erzeugt,
das zur Kühlung der Außenluft im
RLT-Gerät zum Wärmeübertrager
auf der Zuluftseite strömt. Von
dort aus strömt das erwärmte
Wasser wieder zurück zur Kältemaschine. Die bei der Kühlung der
Außenluft der Zuluft entzogene
Wärme wird vom Verflüssiger der
Kältemaschine über Wasserkreise
an zwei Wärmeübertrager auf der
Abluftseite im RLT-Gerät abgegeben (rote Striche in Abb. 2). Nach
der ersten Stufe der Wärmeaufnahme wird die Abluft befeuchtet
und dadurch gekühlt, um für den
zweiten Wärmeübertrager ein ausreichendes Potenzial zum Abfüh-
ren der restlichen Verflüssigungswärme zu erzeugen.
Welche Temperaturen und Feuchten die Luftströme bei diesen Konditionierungsprozessen aufweisen, zeigt Abbildung 3.
„„Die Zuluftseite
Die Außenluft wird im Zuluft-Wärmeübertrager von 32 °C / 40 % relative Feuchte auf den Zuluftzustand von 17 °C / 98 % relative
Feuchte gekühlt. Nach dem Zuluftventilator hat die Zuluft eine Temperatur von 17,8 °C und eine relative Feuchte von 93 %.
„„Die Abluftseite
Die bei der Zuluftkühlung in der
Kältemaschine aus der Außenluft
aufgenommene Verflüssigungsenergie wird in zwei Stufen über
die Abluft komplett ins Freie abgeführt. Dazu wird in Stufe eins ein
erster Teil der Verflüssigungsenergie an die Abluft abgegeben. Dadurch steigt die Temperatur der
Abluft von zuvor 26 °C auf 44,8 °C
(22,4 % relative Feuchte). Die warme Luft wird im nachgeschalteten
Luftbefeuchter auf 26,9 °C (92,6 %
relative Feuchte) gekühlt und
durchströmt dann in Stufe zwei
den zweiten Wärmeübertrager.
Dort nimmt die Abluft die restliche
Verflüssigungswärme der Kältemaschine auf und wird als Fortluft
mit einer Temperatur von 45,6 °C
(37,2 % relative Feuchte) an die
Außenluft abgeführt.
Da in das Apess-System stets ein
Pufferspeicher für die von der Maschine erzeugte Kälte- oder Wärmeleistung integriert ist, kann die
gespeicherte thermische Energie
mittels Wärme- oder Kälteträger
für weitere Heiz- oder Kühlsysteme
im Gebäude eingesetzt werden. Im
nhow-Hotel in Berlin sind das zum
Beispiel 380 kW Kälteleistung, die
die Anlage zum Betrieb der Sekundärluftkühlgeräte in den Gästezimmern erzeugt. Darüber hinaus
wird im Kühlbetrieb ein Teil der
Abwärme der Kältemaschine zur
Vorerwärmung des Hotel-Brauch-
Abbildung 3: Die verschiedenen Luftzustände beim Betrieb des Systems im
Sommer (Kühlfall)
wassers genutzt. Dies senkt die
Betriebskosten und verbessert den
Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
Aufgrund dieser Systemtechnik,
bei der wie beschrieben die gesamte Abwärme des Kälteprozesses
mit der Abluft an die Außenluft
abgeführt wird, muss nun außerhalb des Gebäudes keine Kältemaschine beziehungsweise kein Rückkühlwerk aufgestellt werden.
Der Betrieb im Winter
Im Winter arbeitet das Apess-System als Wärmepumpe. Dabei wird,
wie in Abbildung 4 dargestellt, die
im Verflüssiger der Wärmepumpe
erzeugte Heizleistung über den
Sole/Wasser-Kreislauf in das KVSSystem eingespeist und erwärmt
die Außenluft im Zuluft-Wärme-
übertrager auf die gewünschte
Zulufttemperatur (rote Striche in
Abb. 4). Im Winterbetrieb bilden
der Wärmeübertrager in der Zuluft
und der erste Wärmeübertrager in
der Abluft zur Wärmerückgewinnung ein Kreislaufverbundsystem.
Die im Verdampfer der Wärmepumpe erzeugte Kälteenergie wird
im zweiten Wärmeübertrager im
Abluftstrang an die Abluft abgegeben und dann ins Freie abgeführt
(blaue Striche in Abb. 4).
Welche Temperaturen und Feuchten die Luftströme bei diesen Konditionierungsprozessen aufweisen, zeigt Abbildung 5.
„„Die Zuluftseite
Die Außenluft (1 °C) wird im Luft/
Sole-Zuluftwärmeübertrager und
im nachgeschalteten Ventilator di-
Abbildung 4: Der Betrieb des Systems im Winter (Heizen)
Abbildung 5: Die verschiedenen Luftzustände beim Betrieb des Systems im Winter
(Heizfall). (Abb.1 bis 5: Air 2000)
rekt auf den gewünschten Zuluftzustand von knapp 23 °C / 21 %
relative Feuchte erwärmt. Von der
dazu benötigten Energie kommt
ein Teil aus der Wärmerückgewinnung aus der Abluft und ein Teil
durch das Einspeisen von Wärme
ins KVS-System aus der Wärmepumpe.
„„Die Abluftseite
Die Abluft (22 °C) erreicht im RLTGerät den ersten Wärmeübertrager des KVS-Systems und gibt dort
Wärme an die kalte Sole ab, die aus
dem KVS-Wärmeübertrager von
der Zuluftseite kommt. Dabei sinkt
die Ablufttemperatur auf 9,9 °C ab.
Nach dem Durchströmen des Ven-
tilators hat die Abluft eine Temperatur von 11 °C und kann nun im
zweiten Wärmeübertrager die Kälteenergie aufnehmen, die beim
Wärmepumpenprozess im ApessGerät entstanden ist. Mit einer
Temperatur von 3,3 °C wird die
Fortluft ins Freie abgeführt.
Da das Apess-Gerät im Projekt
nhow-Hotel primär für den Kühlfall
ausgelegt ist, wird bei einer Außentemperatur ab -12 °C zusätzlich
eine Heizleistung von 60 kW aus
dem Fernwärmenetz entnommen
und diese in die Hydraulik der Wärmepumpe eingekoppelt. Beim
Überschreiten von -8 °C Außentemperatur ist keine Fernwärme
mehr erforderlich.
Laut Air 2000 sind mit dem ApessSystem mittlere Leistungszahlen
im Heizbetrieb von COP = 5,5 möglich. Weitere Informationen zu
weiteren Systemvarianten des
A p e s s -Sy s t e m s g i b t e s a u f
www.air2000.de.
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Innovative Wärmerückgewinnung mit
→ Rotor
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→ Wärmerückgewinnungssysteme mit erweiterten Funktionen
Jahres-COP >5,5
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