Sonderheft “Gebäudetemperierung” als PDF
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Mai 2014 ISSN: 0947-0026 B 13382 F Grundwissen Gebäudetechnik für Bauherren und Betreiber Gebäudetemperierung > Heizen + Kühlen + Lüften > Umweltwärme nutzen > Wärme intern verschieben > Wärmerückgewinnung > CO2-Emissionen minimieren > Praxisbeispiele Eine Sonderpublikation der Fachzeitschriften DIE SITUATION HE IZE N , K ÜH L E N , LÜ FTEN Das Energiewende-System In den Medien geht es oft um große Themen wie die globale Erwärmung, die Energiewende, den demografischen Wandel oder Technologietrends. Dass die Wahl des Gebäude­ temperierungs-Systems genau diese Themen tangiert, ist allerdings nicht jedem klar. Wer ein Gebäude betreibt oder bewirtschaftet, wer für den Nutzerkomfort und die Betriebskosten verantwortlich ist, der entscheidet, ­welcher Komfort mit welchen Investitionen und welchem Aufwand für Betrieb und Wartung erreicht wird. Das soll auf den folgenden Seiten am B ­ eispiel der VRV-Technik (Variable Refrigerant Volume) erläutert werden. Diese Technologie, mit der energieeffizient geheizt, gekühlt, CO2-Emission eingespart und ganz­jährig Komfort bereitgestellt werden kann, ist ein komplettes System. Seite 4 + 5 Umwelt: Umweltwärme nutzen Als „globale Erwärmung“ wird der seit Mitte des 19. Jahrhunderts zu beobachtende Anstieg der Durchschnittstemperatur der erdnahen Atmosphäre und der Meere bezeichnet. Der berechnete Erwärmungstrend liegt zwischen 0,10 und 0,16 K pro Jahrzehnt. Dieser Prozess verläuft erheblich schneller als alle bekannten Erwärmungsphasen der letzten 65 Millionen Jahre. Das Gebot der Stunde ist, die von Menschen verursachten CO2-Emissionen zu reduzieren. Weil in Deutschland 26 Prozent des gesamten Energieverbrauchs auf die Erzeugung von Raumwärme entfällt1), kommt der Wahl des energieeffizientesten Gebäudetemperierungs-Systems eine große Bedeutung zu. Im Gebäudebetrieb führt die Klimaveränderung zu einem unmittelbaren Handlungsbedarf: ­Mit den vermehrt auftretenden extremen Wetterlagen mit Temperaturen über 36 °C muss für produktive Arbeitsstätten ohne Sommerpausen etwas getan werden. Ohne Gebäudekühlung geht es oft nicht mehr. Stark wärmeisolierte Gebäude haben im Winter einen geringeren Heizbedarf. ­Im Sommer aber machen Hitzewellen und innere Lasten die früher als Luxusgut angesehene Klimatisierung heute zur Notwendigkeit. Mehr und mehr rückt die Erkenntnis ins Bewusstsein, dass unter Energieeffizienz nicht der Verzicht auf technische Maßnahmen und Komfort zu verstehen ist. E­ ffizient ist vielmehr die Lösung, die mit dem geringsten Aufwand an Energie den gewünschten oder notwendigen Komfort herstellt. Seite 6 + 7 Physik: Die Alternativ-Technologie Ein wichtiges Ziel der Energiewende ist es, den Verbrauch fossiler Energieträger zu senken. Hier setzt die Politik Signale und Anreize. Weil die ökologischste Energie diejenige ist, die gar nicht erst benötigt wird, wird die Wärmerückgewinnung gefördert und gefordert. Der Anteil aus dem System zurück gewonnener Energie reduziert unmittelbar den Heiz- und Kühlbedarf. Die „Wärmeverschiebung“ ist eine Funktion der VRV-Anlage, bei der Wärme vom Kühlen eines Gebäudebereichs zum Heizen eines anderen genutzt wird und stellt damit eine extrem effiziente Wärmerückgewinnung dar. Statt Erdöl oder Erdgas zu verfeuern, sollen erneuerbare Energien genutzt werden. Eine äquivalente Ersatzmaßnahme zur direkten Solarenergienutzung gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) ist die Nutzung von Umweltwärme. Auch diese Energie stammt letztlich von der Sonne. Die Wärmepumpe macht Umweltwärme für die Gebäudebeheizung nutzbar. 2 DIE SITUATION Seite 8 + 9 Effizienz: Das ABC der Systemoptimierung Im gewerblichen Bereich ist die reversible Wärmepumpe das System, das mit einer Installation Heizung und Kühlung abdeckt. Das System erzielt ein herausragendes Verhältnis zwischen Installationsund Investitionskosten einerseits und günstigen Betriebskosten andererseits. Was für den Endverbraucher die Energieeffizienz-Kennzeichnung an Haushaltsgeräten ist, sind für Fachleute Kennzahlen wie COP, EER, SCOP und SEER. Sie lassen Rückschlüsse darauf zu, wie viel Wärmeenergie mit einer Einheit Antriebsenergie (meist Strom) ins Gebäude hinein (Heizen) oder hinaus (Kühlen) gebracht werden kann. 10 +11 Seite Verlässlichkeit: Professionalität in Beratung, Montage und Wartung Ein hohes Energieeinsparpotenzial lässt sich mit einer Kombination aus individueller Regelung und Betriebskosten-Statistiken heben. Solche in Grafiken und Diagrammen aufbereitete Kennzahlen helfen dabei, unnötigen Mehrverbrauch zu identifizieren. Im großen Maßstab ist das Thema „Energiemonitoring“ ein Schlüssel für die Erschließung des Einsparpotenzials der Gebäudetechnik. Im kleinen Maßstab helfen dem Anwender leicht zu bedienende Apps und entsprechende Funktionen der Gerätesteuerung. So oder so kommt man mit grafisch aufbereiteten Verbrauchswerten „Ausreißern“ und damit mög­ lichen Einsparungen auf die Spur. Besonders hilfreich ist eine möglichst präzise Betriebskosten-Voraussage. Erstens schafft diese Klarheit über die zu erwartenden Kosten. Zweitens ist eine grobe Abweichung von den berechneten Werten stets ein Anlass, die Ursache für die Abweichung zu erkunden. Weil Qualität bei der Fachberatung beginnt, vertreibt die Daikin Airconditioning G ­ ermany GmbH ihre Wärmepumpen und Klimaanlagen für Privatmarkt, Gewerbe und Industrie ausschließlich über Fachhandwerkspartner. Das sind Kälte-Klima-Fachbetriebe, die u. a. regelmäßig vom Industriepartner geschult werden. Ihnen und den Fachplanern steht der Gerätehersteller mit einem breit angelegten Programm an Fachschulungen für Beratung, Montage und Wartung zur Seite. Software vom Hersteller unterstützt den Fachplaner bei Auswahl, Dimensionierung und Inbetriebnahme. Das nützt dem Fachmann, dem Kunden und der Energieeffizienz. 12 – 15 Seite Praxis: Die Systemlösung für Neu-, Umbau und Sanierung Der Hersteller Daikin stellte vor über 30 Jahren mit VRV ein System zur Gebäudetemperierung vor, das unter Einbeziehung von Umweltwärme Gebäude heizen und kühlen kann. Es bot eine Alternative zu Klimaanlagen, die damals noch mit großen Luftmengen und entsprechendem Raumbedarf im Gebäude arbeiteten. Heute integrieren VRV-Systeme die Wärmerückgewinnung und verbinden eine individuelle Regelung mit einem transparenten Energiemonitoring. VRV wird mittlerweile in der vierten Gerätegeneration angeboten. Referenzen bei namhaften Unternehmen belegen, dass die Einsparpotenziale tatsächlich ausgeschöpft werden. Diese Sonderausgabe erklärt die Technologie, zeigt die Möglichkeiten auf und stellt Praxisanwendungen vor. 1) ENERGIEVERBRAUCH NACH ANWENDUNGSBEREICHEN IN DEUTSCHLAND 2011. ARBEITSGEMEINSCHAFT ENERGIEBILANZEN (AGEB) UND BUNDESVERBAND DER ENERGIE- UND WASSERWIRTSCHAFT (BDEW) 3 Draabe (5) 1xpert/Fotolia.com DIE UMWELT UM W E LT Umweltwärme nutzen Fast 40 Prozent des Endenergieverbrauchs in Deutschland entfallen auf den Gebäude­bereich1). Für eine wirtschaftliche und nachhaltige Gebäudetemperierung sind E­ nergieeffizienz und CO2-Bilanz deshalb relevante Auswahlkriterien. 3 Unter dem Schlagwort „erneuerbare Energie“ grenzt die Energiepolitik fossile Energieträger aus. Das beim Verbrennen von Erdöl und Erdgas freigesetzte CO2 führt bekanntlich zur globalen Erwärmung. Und weil beide Energieträger Millionen von J­ahren benötigen, um sich neu zu bilden, sind sie aus menschlicher Sicht nicht erneuerbar. Also fordert die Energieeinsparverordnung (EnEV) einen Mindestanteil erneuer­ barer Energie für die Gebäudetemperierung. Die Nutzung von Umweltwärme ist als adäquate Ersatzmaßnahme anerkannt. Die Wärmepumpe kann diese Um­weltwärme aus drei verschiedenen Quellen schöpfen und hebt sie auf ein nutzbares Niveau. Jede Wärmequelle hat ihre spezifischen Vor- und Nachteile: Grundwasser … ist theoretisch die ideale Wärmequelle, weil es ganzjährig weitgehend konstant 10 °C liefert und damit hervorragende Jahresarbeitszahlen und minimale Betriebs­ kosten. Allerdings bieten wenige Bauplätze die Voraussetzung für die Grundwasser4 nutzung. Geologen müssen zuerst einmal die Beschaffenheit des Bodens auf Eignung prüfen. Dann ist die Wasserbeschaffenheit relevant und eine Genehmigung bei der unteren Wasserbehörde einzuholen. Die Brunnen – erforderlich sind ein Saugbrunnen für die Entnahme und ein Schluckbrunnen für die Wiedereinleitung – sollte unbedingt ein erfahrener und kompetenter Brunnenbauer anlegen. Weil zum Bohren Platz benötigt wird und Dreck anfällt, ist die Grundwasser-Nutzung auch eher etwas für Neubauten. den Boden eingebrachte Wärme regeneriert den Boden schneller. Der für die Erdwärme-Nutzung benötigte Flächenkollektor wird unter der Frostgrenze verlegt. Je nach spezifischer Entzugsleistung schwankt die Kollektorfläche um das Ein- bis Zweifache der zu beheizenden Gebäudefläche. Vertikale Flächenkollektoren sparen Platz. Sie dort einzubringen, wo ohnehin Tiefbauarbeiten anfallen, ist kein Problem. Erdsonden liefern konstantere Temperaturen, die Bohrungen sind aber aufwendiger und ­ genehmigungspflichtig. Erdreich Luft … zeigt über das Jahr Temperaturschwankungen durch (von der Sondentiefe abhängige) jahreszeitliche Einflüsse und die Wärme-Entladung. Vor allem muss das Erdreich die projektierte Entzugsleistung liefern, d. h. eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Analyse der Bodenbeschaffenheit und eine präzise Fachplanung spielen eine große Rolle. Positive Erfahrungen liefern aktuell Wärmepumpenanlagen, die im Sommer das Gebäude kühlen. Die dabei in … mag auf den ersten Blick mit ihren tages- und jahreszeitlichen Temperaturschwankungen eine weniger geeignete Wärmequelle sein. Doch Pufferspeicher, die während günstiger Temperaturverhältnisse gewonnene Wärme zwischenspeichern, und intelligente Regelungen der Anlage verhelfen ihr zu konkurrenzfähigen Jahresarbeitszahlen. Und die günstigen Anschaffungskosten sowie der geringe Platzbedarf machen die Luft-Wärme- pGibt es Sondertarife der Energieversorgungsunternehmen? pIst die Nutzung volatiler Tarife für Strom über ein Smart Grid geplant? Wärmepumpen-Planung Kältemittel und Umwelt „Wärmepumpen sind eine interessante Alternative zur konventionellen Heizung und Warmwasserbereitung mit Öl oder Gas und ebenso komfortabel im Betrieb“, schreibt der Bauherren-Schutzbund e. V. in seinem „Ratgeber Angebots-Check für Wärmepumpen“. Mit wenig Strom nutzen sie Umwelt-Wärmequellen zur Gebäudetemperierung. Als Quellen kommen Grundwasser, Erdreich oder Luft in Frage. „Bei der Auswahl einer Wärmepumpe sollten Bauherren den Preis nicht als alleinige Entscheidungsgrundlage in den Mittelpunkt stellen“, rät der Schutzbund, denn: „Die Planung und Installation einer Wärmepumpenanlage ist Maßarbeit. Sie bestimmt wesentlich, wie effizient die Anlage betrieben werden kann – wie hoch die Heizungs- und Warmwasserkosten also auf Dauer ausfallen.“ Der Arbeitsstoff der Wärmepumpe – das Kältemittel – hat in zweierlei Hinsicht Umweltrelevanz: Primär bestimmen die kältetechnischen Eigenschaften des Stoffs die Energieffizienz und damit die indirekten CO2-Emissionen der Antriebsenergie. Sekundär kann Kältemittel bei Leckagen und unsachgemäßer Handhabung auch entweichen, in die Stratosphäre aufsteigen und dort als Klimagas wirken. Die Europäische Kommission will deshalb die Emissionen fluorierter Treibhausgase des Sektors Industrie bis zum Jahr 2030 um 70 Prozent reduzieren. Diese „F-Gase“ sind Kohlenwasserstoffe wie Methan (CH4), Ethan (C2H6) oder Propan (C3H8), deren Wasserstoffatome ganz oder teilweise durch das Halogen Fluor ersetzt werden. Der Grad der Fluorierung verändert die Stoffeigenschaften. Das ist einmal die chemische Stabilität und damit die Wirkung als Treibhausgas. Maßstab für die Umweltrelevanz ist das „Global warming potential“. Das GWP gibt an, wie viel das F-Gas zum Treibhauseffekt beiträgt, wenn es entweicht. Als Vergleichswert dient Kohlendioxid mit einem festgelegten Wert von 1. Zum anderen mindert die Fluorierung die Brennbarkeit und Giftigkeit der Ausgangsstoffe. Die aktuelle Vorlage des EU-Parlaments zur Revision der F-Gase-Verordnung, die – sofern auch der EU-Rat zustimmt – zum­ 1. Januar 2015 in Kraft tritt, sieht vor, Damit die Technik zu den Erwartungen passt, sollten folgende Fragen geklärt sein: pSoll die Wärmepumpe nur für die Heizung, für Heizung und Warmwasser oder auch für die Kühlung im Sommer eingesetzt werden? pSind zusätzliche Wärmequellen, wie Abwärme aus Produktionsprozessen oder Serverräumen, vorhanden? pSind weitere Anlagen mit Wärme oder Kälte zu versorgen? pSoll die Wärmepumpenanlage weitgehend selbst erzeugten Strom nutzen? Heizungswärme Heizungswärme Heizungswärme Dirk Schumann/Fotolia.com Erdkollektoren Heizungswärme Gewerbe: 16 % Industrie: 28 % Raumwärme: 72 % Haushalte: 28 % Verkehr: 28 % Warmwasser: 13 % Elektrogeräte + Beleuchtung: 15 % * Endenergie Die Verteilung des Endenergiebedarfs in Deutschland. R 32 GWP 675 R1234yf GWP 4 1 R 290 Propan GWP<3 R744 CO2 GWP 1 R 410A GWP 2.088 0 11.000 12.000 12.000 14.000 (kg/CO2) 15.000 p Indirekte Emissionen p Direkte Emissionen Die Umweltrelevanz von Kältemitteln hängt von der direkten Wirkung durch Leckagen und nicht zuletzt von den Eigenschaften als Kältemittel ab. Die bestimmen die indirekten CO2-Emissionen über die Energieeffizienz des Wärmepumpensystems. dass die Fristen für Leckagekontrollen vom CO2-Äquivalent abhängen. Anlagen mit 5 t bis 49 t müssen dann alle 12 Monate kontrolliert werden. Das CO2-Äquivalent errechnet sich aus der Füllmenge der Anlage und dem GWP des Kältemittels. Für hermetisch geschlossene Kälteanlagen sieht der aktuelle Vorschlag vor, dass ab 1. Januar 2020 F-Gase mit einem GWP über 2.500 verboten werden sollen. Für Split-Geräte bis 3 kg Kältemittel-Füllmenge lautet der Vorschlag, ab dem 1. Januar 2025 F-Gase mit einem GWP über 750 zu verbieten. Weil Daikin für diese kleinen Split-Geräte für den privaten Anwendungsbereich künftig R32 mit einem GWP von 675 einsetzen wird und das in VRV-Anlagen verwendete Kältemittel R410A einen GWP von 2.088 hat, sind kommende Umwelt-Vorschriften weit vor Ablauf der voraussichtlichen Fristen erfüllt. p Sickerbohrung Saugbrunnen Grundwasser Tiefenbohrung 1) QUELLE: BMWI-ENERGIEDATEN, STAND 2012 2) QUELLE: ABSATZSTATISTIK 2013 DES BUNDESVERBANDS WÄRMEPUMPE E. V. (BWP). Die Wärmequellen-Optionen. 5 Daikin pumpe schon lange zum Spitzenreiter in den Verkaufsstatistiken2). 2013 wurde der Marktanteil unter den Wärmepumpen auf 64,8 Prozent ausgebaut. dena/Energiedaten BMWi, Stand 12/2011 DIE UMWELT PHYSIK P H YS I K Die Alternativ-Technologie Weil kein Haus so dicht ist, dass es nicht Wärme an die kalte Außenluft verliert, müssen wir heizen. Wenn die Wärme im Sommer ins Haus eindringt, ist das ein Komfort-­Verlust. Igor Tarasov/Fotolia.com Die reversible Wärmepumpe kann beide Missstände beheben. 3 Wärme durch Verbrennen eines Energie­ trägers zu erzeugen, ist die klassische Methode, einen Raum auf gemütliche 20 bis 24 °C zu beheizen. Die Flammen eines Holzfeuers erreichen rund 600 °C, Gas- und Ölbrenner feuern mit ca. 1.200 °C. Physikalisch gesehen wird hier mit Kanonen auf Spatzen geschossen, denn die Heizungsvorlauftemperatur wird auf maximal 75 °C heruntergemischt. 55 °C sind besser, denn niedrigere Systemtemperaturen bedeuten niedrigere Wärmeverluste in der Anlage. Die modernere Lösung ist die Wärmepumpe. Sie hebt die Umweltwärme auf ein nutzbares Niveau an. Im Auslegungsfall – wenn auch bei -15 °C Außentemperatur das Badezimmer noch 24 °C Raumtemperatur erreichen 6 soll – beträgt der Hub bis zu 50 Kelvin. 95 Prozent der Heizarbeit übers Jahr fällt allerdings bei wärmeren Außentemperaturen und entsprechend geringeren Temperaturdifferenzen an. Wärmetransport Der Wärmetransport ist ein wesentlicher Teil des Gebäudetemperierungssystems. Zuerst einmal gewährleistet er, dass die zentral erzeugte Wärme auch dort ankommt, wo sie gewünscht wird. Der Antrieb für den Wärmetransport beansprucht allerdings auch einen signifikanten Teil des Energiebedarfs. Dabei spielt die Wärmekapazität des Wärmeträgers eine große Rolle. 5 °C warme Luft hat zum Beispiel einen Energiegehalt von 17 kJ/kg. Wasser hat bei dieser Temperatur und Standarddruck eine Wärmekapazität von ca. 21 kJ/kg. Ein Heizungsrohr, durch das Wasser fließt, ist entsprechend kleiner, als ein Luftkanal, der dieselbe Menge Wärme transportieren soll. Eine Umwälzpumpe benötigt auch weniger Antriebsenergie als ein Ventilator. Das in VRV-Anlagen verwendete Kältemittelgemisch R410A hat bei einer Verdampfungstemperatur von 5 °C bei 9 bar ca. 425 kJ/kg Wärmeinhalt. Das Kältemittel wechselt im Kältekreis einer Wärmepumpe zyklisch den Aggregatszustand. Die dabei genutzte Verdampfungsenthalpie beträgt ein Vielfaches der Wärmekapazität. In der PHYSIK Daikin Praxis heißt das: Wenig Energiebedarf für den Wärmetransport und minimaler Platzbedarf für Rohrleitungen. Kältekreislauf Danfoss Die Technologie der Wärmepumpe ist ähnlich der des Kühlschranks. In beiden Apparaten kommt ein Kältemittel zum Einsatz, das bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. R32 siedet zum Beispiel unter Normaldruck bereits bei -52 °C. Dabei nimmt es im Wärmeübertrager, dem Verdampfer, viel Verdampfungswärme auf und kühlt damit die Umgebung des Verdampfers. Das aus dem Verdampfer kommende, gasförmige Kältemittel wird verdichtet. Durch die Kompression nimmt dessen Temperatur derart zu, dass es auf der Hochdruckseite in einem weiteren Wärmeübertrager, dem Verflüssiger, daran vorbeifließendes Wasser auf bis zu 65 °C erwärmen kann. Die Verdampfungswärme gibt es dabei ab und kondensiert. Das flüssige Kältemittel gelangt in einen Sammler, von dem aus es ins Expan­ sionsventil strömt. Dieses Drosselorgan senkt das Druckniveau ab. Damit sind wir wieder auf der Niederdruckseite, auf der das Kältemittel im Verdampfer erneut siedet. Der Kreis ist geschlossen. Beim Kühlschrank wird die Wärme dem Innenraum entzogen und an die Raumluft abgegeben. Die Wärmepumpe entzieht der Außenwelt Wärme und führt sie ins Haus. Die reversible Wärmepumpe kann das auch umgekehrt, wodurch sie das Haus im Sommer kühlen kann. Kältetechniker vollziehen den Zustandswechsel des Kältemittels im Kältekreis in der Darstellung der zustandsabhängigen, spezifischen Enthalpie (Abszisse) und Druck (Ordinate) nach. Im Diagramm steht Flüssigkeit mit niedrigem Energie­ inhalt links. Dampf mit hohem Energieinhalt ist rechts zu finden. Dazwischen befindet sich der Mischbereich, begrenzt durch die gestrichelte „Sättigungslinie“. Zwischen C1 und D wird das Kältemittel verdichtet, zwischen A1 und t0 expandiert. Wärmeübergabe Wärme erreicht den Raumnutzer über Wärmestrahlung oder Konvektion. Erstere wird von warmen Oberflächen emittiert und von angestrahlten, kälteren Ober­ flächen absorbiert. Bei der Konvektion heizen warme Oberflächen die Luft auf, die sich aufgrund von Dichteunterschieden (warme Luft ist leichter) in Bewegung setzt und den Raum durchströmt. Gebläse unterstützte Konvektoren bewegen diese aufgeheizte Luft gezielt und gesteuert. Niedertemperatur- und Strahlungsheizungen (Fußboden-, Decken- und Wandheizungen) sind vorteilhafte Wärmeübergabesysteme. Erstens ist deren großflächige Wärmeabstrahlung besonders komfortabel. Zweitens gewährleisten die niedrigen Systemtemperaturen (z. B. 35/30°C) minimale Bereitstellungsverluste. Drittens sorgen Niedertemperatursysteme für gute Wirkungsgrade von Solarthermie und Wärmepumpen. Bei der Warmwasserbereitung mit Speichervolumen über 400 l muss das Heizsystem Heizwasser mit 65 °C bereitstellen. Aus hygienischen Gründen soll das Warmwasser auf 60 °C erwärmt werden. Um sowohl Niedertemperaturheizung als auch die Warmwasserbereitung möglichst effizient zu betreiben, setzen einige Wärmepumpensysteme auf zwei hintereinander geschaltete Kältekreise (Kaskade). Hier erzeugt eine VRV-Wärmepumpe Wärme aus der Umwelt. Kältemittelleitungen übernehmen den Wärmetransport, die Wärme wird durch die Innengeräte in den Raum eingebracht oder abgeführt und Wärmerückgewinnung erfolgt, indem Wärme aus zu kühlenden Räumen zu solchen mit Wärmebedarf transportiert wird. Rohrleitung und deren Isolierung ab. Rohrmaterial und Dimensionierung, d. h. der Rohrquerschnitt und somit die Oberfläche, sind durch technische Vorgaben bedingt. Somit bleibt die Temperaturdifferenz als beeinflussbarer Faktor. Je niedriger die Systemtemperaturen sind, desto weniger Wärme geht verloren. Wärmerückgewinnung Die umweltfreundlichste Energie ist die, welche man gar nicht erst braucht, heißt es. Wärme, die zurückgeführt wird, statt zu verpuffen, reduziert den Energiebedarf unmittelbar. Eine Wärmerückgewinnung ist dann sinnvoll, wenn der Aufwand der Rückgewinnung in vernünftigem Verhältnis zu Investitions- und Betriebskosteneinsparung steht. Im Juni 2013 belegte eine Studie der Hochschule Trier, dass Wärmerückgewinnung in Nicht-Wohngebäuden CO2-Einsparungen von 100 Mio. t pro Jahr erzielen kann. Diese Büro- und Verwaltungsgebäude, Gewerbebauten oder Krankenhäuser machen in Deutschland zwar nur acht Prozent des gesamten Gebäude­ bestands aus, stehen aber für 60 Prozent der insgesamt in Deutschland aufgewendeten Heizenergie. Das belegt das enorme Energie-Einsparpotenzial. p Wärmeverluste Der Wärmeverlust durch den Transport in Rohrleitungen hängt von der Temperatur­ differenz zwischen dem transportierten Heizmedium und der Umgebung sowie von der Oberfläche und dem Material der Studie zum Beitrag und zum Anteil der Wärmerückgewinnung aus zentralen Raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen) in Nicht-Wohngebäuden, 2013 (www.umwelt-campus.de) 7 Maksym Yemelyanov/Fotolia.com E FFIZ IE NZ Das ABC der Systemoptimierung Die zahlreichen Kürzel rund um reversible Wärmepumpen verwirren. Da gibt es COP, EER, SCOP, SEER und JAZ als Kennzahlen für die Effizienz. Die Abkürzung VRV ist wiederum das Synonym für seit 30 Jahren weiterentwickelte Systeme. Und VRT schließlich steht für eine neue technische Finesse. 3 In Wirtschaft und Energiepolitik spricht man viel von „Effizienz“. Gemeint ist immer das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand. Das entspricht dem physikalischen Wirkungsgrad. Der kann bei Maschinen eigentlich nie über 1 liegen. Aber die Leistungszahlen von Wärmepumpen tun es regelmäßig. Zwar setzen auch hier die Techniker die Nutzleistung ins Verhältnis zur Antriebsleistung, aber erstere fällt durch die aus der Umwelt ins System transportierte Wärme deutlich größer aus. typischer Messpunkt ist „A2/W35“, was für „Air“ – Lufttemperatur 2 °C und „Water“ – Heizungswasservorlauftemperatur 35 °C steht. Die im Labor ermittelten COP-Werte sind deshalb nur bedingt zum Vergleich ausgeführter Wärmepumpenanlagen geeignet. Als Faustformel gilt hier: Mit jedem Kelvin, das die Heiztemperatur tatsächlich höher liegt, sinkt die Leistungszahl um 2,5 Prozent. Um 2,7 Prozent sinkt der COP mit jedem Kelvin, das die Außentemperatur (Luft) in der Praxis unter dem Mess­punkt liegt. Die Effizienzkennzahlen ■ Energy Efficiency Ratio (EER) Dieser gibt das Verhältnis der Kühlleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung wieder. Dass er geringer ausfällt als der COP, ist systembedingt: Die Wärme, die der Verdichter bei der Arbeit entwickelt, nimmt das Kältemittel fast vollständig auf. Im Heizbetrieb ist diese Wärme, die am Verflüssiger wieder abgegeben wird, ein Wärmegewinn. Im Kühlbetrieb steht der ■ Coefficient of Performance (COP) Er gibt das Verhältnis zwischen abgegebener Wärmeleistung und aufgenommener elektrischer Leistung an (beides in kWh). Das heißt: Je größer der COP, desto effizienter die Wärmepumpe. Allerdings wird der COP gemäß Prüfnorm DIN EN 14511 mit festgelegten Betriebspunkten gemessen. Ein 8 Verflüssiger im Freien und die Wärme geht verloren. ■ Seasonal Coefficient of Performance (SCOP) Die Ökodesign-Richtlinie der Europäischen Union regelt auch die Mindest-Energieeffizienzwerte von Luft-Luft-Wärmepumpen mit einer Nennkühlleistung bis 12 kW. Sie rückt den SEER in den Vordergrund. Er sieht für den Heizbetrieb europaweit gültige Temperaturprofile vor. Dazu wurden drei Klimazonen definiert: Nord-, Mittel- und Südeuropa. Für jede sind unterschiedliche Lastprofile definiert. Die Messpunkte liegen einheitlich bei 12 °C, 7 °C, 2 °C und -7 °C Außentemperatur. Gerade das Teillastverhalten der Wärmepumpen, das den Energiebedarf zu über 90 Prozent bestimmt, wird damit weit besser berücksichtigt, als mit dem COP. Auch der Schallleistungspegel für Innenund Außengeräte wird bei der Bewertung nach Ökodesign-Richtlinie angegeben. EFFIZIENZ ■ Jahresarbeitszahl (JAZ) Sie beschreibt das Verhältnis von Jahresheizarbeit in kWh, das heißt des erzielten Wärmeertrags, zum Jahresstromverbrauch (ebenfalls in kWh). Sie ist ausschlaggebend für die tatsächlichen Kosten. Die JAZ kann der Hersteller nicht pauschal angeben, der Anlagenbauer oder Fachplaner muss sie nach VDI 4650 gemäß den tatsächlichen technischen Bedingungen berechnen. Je genauer die Bedingungen im Haus definiert sind, desto näher wird die tatsächliche JAZ an der Prognose liegen, pauschalen Angaben sollte man mit Misstrauen begegnen. Auch das Verhalten der Nutzer beeinflusst die Effizienz der Wärmepumpenanlage. Wird beispielsweise die Raumtemperatur höher eingestellt als geplant, sinkt die JAZ und damit die Effizienz der Anlage. Das Gebäudetemperierungs-System ■ Variable Refrigerant Volume (VRV) Das steht für einen variablen Kältemittelstrom im Kältekreis. Diese Technik brachte der Hersteller Daikin im Jahr 1982 auf den Markt. Die leistungsgeregelte Kältemittelverdichtung kann im Teillastbetrieb weitaus energieeffizienter arbeiten. Der reduzierte Daikin (2) ■S easonal Energy Efficiency Ratio (SEER) Er ist das Gegenstück zum SCOP und bewertet den Kühlfall. Die Messpunkte liegen bei 20 °C, 25 °C, 30 °C und 35 °C Außentemperatur. Die Klimadaten aus Straßburg stehen hier stellvertretend für ganz Europa. Diese Messpunkte werden entsprechend des Temperaturverlaufs übers Jahr in Straßburg unterschiedlich gewichtet. Auf Dauer arbeiten Anlagen der Gebäudetechnik nur dann effizient, wenn sie auch gewartet werden. An Wärmepumpenanlagen sind am Außengerät Dichtheitskontrollen durchzuführen und die Wärmeübertrager von Schmutz zu befreien. Filter an Innengeräten sind zu reinigen bzw. zu tauschen. Betriebskennwerte und Trendkurven machen den Fachmann auf Abweichungen vom idealen Betriebspunkt aufmerksam. Durchsatz verhindert auch einen mit Verschleiß behafteten An-Aus-Betrieb. Andere Hersteller zogen mit ähnlich arbeitenden Systemen nach, die als VRF für „Variable Refrigerant Flow“ bezeichnet werden. Mittlerweile stellte Daikin seine vierte Generation an VRV-Systemen vor, die heizen, kühlen, lüften, Warmwasser bereiten und Torluftschleier (für offenstehende Türen) mit Wärme versorgen können. ■ 3-Leiter-Systeme Ein konventionelles VRV-System verbindet das Außengerät über zwei Leitungen mit den Innengeräten. Solch eine Anlage kann entweder kühlen oder heizen – die Entscheidung trifft der Betreiber. Mit einem 3-Leiter System kann gleichzeitig geheizt und gekühlt werden. Das ist in erster Linie eine sehr komfortable Sache. Mit dem zusätzlichen Platzbedarf und den höheren Investitionskosten des 3-Leiter- gegenüber dem 2-Leiter-System erkauft man auch zusätzlich die „Wärmeverschiebung“. Diese interne Eine für die Wärmeverschiebung geeignete reversible Wärmepumpe hat drei Kältemittelleitungen. Besteht an einem Innengerät Kühlbedarf und beim anderen Heizbedarf, findet der Wärmeaustausch zwischen den beiden statt. In diesem Idealfall erreicht das System eine Leistungszahl von 8, weil durch die Verdichter nur noch die Antriebsleistung erbracht wird. Wärmerückgewinnung zwischen zu kühlenden und zu beheizenden Zonen bringt große Effizienzgewinne. Im Idealfall wird eine Leistungszahl von 8 erreicht. ■ Regelungs-Strategie Ein übergeordnetes Regelungssystem kann individuelle Einstellmöglichkeiten einschränken oder zeitlich beschränken – zum Beispiel durch die Kombination mit einem Buchungssystem im Hotel. Damit lassen sich Raumkonditionen von nicht genutzten Räumen definieren und die Betriebskosten minimieren. ■ Variable Kältemitteltemperatur (VRT) Dies ist die mit der VRV IV-Generation vorgestellte Technik für optimale Ganzjahres­ effizienz. Hier wird die Verdampfungs- bzw. Verflüssigungstemperatur im laufenden Betrieb an den Leistungsbedarf angepasst. Während die Verdichterleistung durch die VRT-Technologie auf dem benötigten Minimum gehalten wird, optimiert die Anhebung der Verdampfungstemperatur bzw. Absenkung der Verflüssigungstemperatur die Gesamtleistung des Systems noch weiter. Das steigert zudem den Nutzerkomfort, weil kalte Auslasstemperatur an den Innengeräten verhindert und die energieaufwendige Entfeuchtung im Raum geregelt werden. VRV IV-Systeme mit VRT-Technologie stellen die Betriebsmodi Normal, Automatik und Eco bereit. Die Leistungsregelung lässt sich damit an die Gegebenheiten des Gebäudes anpassen und je nach Anwendung, Nutzerwunsch und Betriebsart den Schwerpunkt zwischen Komfort und Energieeffizienz setzen. Der SEER im Kühlbetrieb kann damit bis zu 7,53 erreichen. p 9 VERLÄSSLICHKEIT V E R LÄ S S L I CH K E I T Optimierte Details von der Konzeption bis zur Wartung Die Qualität eines Produkts wird zunehmend über die ­Kosten des gesamten Lebenszyklus betrachtet. Diese „Life Cycle Costs“ machen deutlich, dass nicht das billigste Gerät Geld spart, sondern die Lösung, die über die gesamte Betriebsdauer am wenigsten Ärger und Kosten bereitet. 3 Die technischen Möglichkeiten der VRV-Anlagen sind in den vergangenen 30 Jahren stetig weiterentwickelt worden. Mittlerweile kann an einem VRV-Außengerät ein Rohrleitungsnetz von bis zu 1.000 m Gesamtlänge angeschlossen werden. Der Kältemittelstrom erreicht Innengeräte auch noch bei einer Höhendifferenz von bis zu 90 m. Die Höhendifferenz zwischen den einzelnen Innengeräten kann 30 m betragen. Insgesamt lassen sich bis zu 64 VRV-Innengeräte anschließen. Das Sortiment beinhaltet unterschiedliche Typen und Leistungsgrößen sowie Türluftschleier, Hydrobox- und Lüftungsanlagen. Die Auswahl erleichtert der „VRV-Konfigurator“, eine Software, die den Fachhandwerker auch gleich bei der Inbetriebnahme und Wartung unterstützt. Kontinuierlicher Heizbetrieb Bei Wärmepumpen mit Luft als Wärmequelle bildet sich während des Heizbetriebs bei Außentemperaturen zwischen -7 °C und 0 °C Reif am Außengerät. Dieser muss regelmäßig abgetaut werden. Das dauert auch schon mal länger als zehn Minuten. Ein­fache Systeme tauen mit einer Elektroheizung ab, energieeffizientere, indem die Betriebsart gewechselt und damit der Verdampfer zum Verflüssiger wird. Das senkt allerdings während der Abtauung die Temperatur im Innengerät ab. VRV IV-Geräte setzen einen Energiespeicher mit Phasenwechselmaterial ein. Der lädt sich während des Heizbetriebs auf, überbrückt die Abtauphase und verhindert Komforteinbußen. 10 Automatisierte Reinigung Ein Decken-Kassettengerät wälzt Raumluft um. Damit der für die Temperierung der Luft zuständige Wärmeübertrager nicht verschmutzt, ist ein Filter eingebaut. Dessen Luftwiderstand ist nicht groß, doch er wächst mit zunehmender Filterverschmutzung. Und weil der Ventilator diesen Widerstand überwinden muss, kann mit automatisch gereinigten Filtern bis zu 50 Prozent Energieeinsparung erzielt werden. Das belegten Messungen von Daikin UK in einer Filiale der britischen Wettbürokette Coral in Wolverhampton in der Nähe von Birmingham. Dort wurden zwei Deckenkassetten in den Baugrößen 25 nachgerüstet – eine in normaler Ausführung, eine mit einer selbstreinigenden Blende. Der Laden liegt an einer stark befahrenen Straße, die Rußentwicklung durch Abgase ist hoch. Das normale Kassettengerät wurde in den zwölf Monaten des Jahres 2011 dreimal gereinigt und benötigte 7.850 kWh. Demgegenüber hat die selbstreinigende Kassette mit 3.947 kWh rund 50 Prozent eingespart. Eigentlich sollten die Filter alle zwei Monate gereinigt bzw. ausgetauscht werden, was in der Praxis oftmals nicht eingehalten und mit dem selbstreinigenden Kassettengerät von Daikin hinfällig wird. Das Gerät sammelt den anfallenden Staub in einem integrierten Behälter. Über eine Leuchtdiode an der Blende und direkt im Display der Fernbedienung wird angezeigt, wenn dieser Staubsammler entleert werden muss. Das erfolgt mit einem handelsüblichen Staubsauger. Betriebs-Optimierung Versteckte „Energiefresser“ im gewerblichen Bereich lassen sich durch eine kontinuierliche energetische Überwachung entdecken. Takko Fashion zum Beispiel stattet zukünftige und bestehende Filialen sukzessive mit dem Energieerfassungstool „ecoStats“ des Klimaanlagen- und Wärmepumpenherstellers Daikin aus. In der Unterverteilung installiert, erfasst es Messdaten mit Phasen-Induktionssensoren und überträgt diese über ein integriertes GSM- Modul unabhängig von einem Ethernet-Anschluss an eine webbasierte Oberfläche (Cloud), wo sie grafisch aufbereitet und anschaulich dargestellt werden. Ein Eingriff in die Hausverkabelung ist nicht nötig, da die Sensoren einfach an die Leitungen gesteckt werden. Die Verbrauchsdaten können umfangreich mit Live-Diagrammen, Chartfunktionen und verschiedenen Tabellen angezeigt werden. Mit dem hinterlegten aktuellen Strompreis des Stromanbieters lassen sich die Energiekosten jederzeit ab­ rufen. Mit diesem Werkzeug können gleichartige Anlagen miteinander verglichen und Abweichungen vom prognostizierten Energieberdarf schnell aufgedeckt werden. Daikin (8) VERLÄSSLICHKEIT Betriebskosten-Benchmark Eine Branche wie der Einzelhandel ist prädestiniert für ein permanentes Monitoring, das filialübergreifend online Verbräuche auswertet, vergleicht und auf die Automatisierungstechnik zugreift, um den Betrieb zu optimieren. Im Einzelhandel lassen sich zu hohe Verbräuche leicht über einen Vergleich mit ähnlichen Filialen identifizieren. Bedienfehler können damit korrigiert und der Energieverbrauch reduziert werden. Das ist ein unmittelbarer Erfolgs­ faktor. Zudem können über ein webbasiertes Filial­ managementsystem wie „ShopInsight“ durch Betriebsoptimierungen und ein um­ fassendes Störungs- und Alarmmanagement bis zu 20 Prozent der Kosten eingespart werden. Die Daikin-­ Kooperationspartner Hörburger AG und Device Insight GmbH haben „Shop­Insight“ 2005 auf Wunsch des Textil-Filialisten Takko Fashion entwickelt. Die Modekette überwacht derzeit ca. 700 seiner Filialen in Europa mit diesem Programm. Mittlerweile wird es auch von anderen Unternehmen eingesetzt, fast 2.000 Filialen arbeiten europaweit damit. p Die große Auswahl an Innengeräten ermöglicht, für zahllose technische Anforderungen und vielerlei Stilrichtungen die richtige Wahl. MARKTDATEN Die Deutschland-Tochter der Daikin Industries Ltd. im japanischen Osaka sieht sich mit einem Umsatz von knapp 102 Mio. Euro als Marktführer auf dem Gebiet der Split- und VRV-Klimatechnologie in Deutschland. In Japan werden Elektronik, Kältemittelverdichter und Kältemittel selbst entwickelt und hergestellt. Im belgischen Oostende orientiert sich die Forschungs- und Entwicklungsabteilung an den europäischen Anforderungen. Über 80 Prozent der Geräte für den europäischen Markt werden dort und im Werk Pilsen produziert. 11 DIE PRAXIS Park Inn Innengerät stellen diesem das Kälte­ mittel zum Kühlen flüssig oder zum Heizen als Heißdampf zur Verfügung. Als Kältemittel kommt R410A zum Einsatz. Es hat eine besonders hohe volumetrische Kälte­ leistung, weshalb Rohrleitungen mit sehr geringem Durchmesser ausreichen. Es ist nicht brennbar und nur in extremer Konzentration toxisch. In Hotels wird die maximale Füllmenge pro Kältekreislauf nach EN 378 derart berechnet, dass selbst im größtmöglichen Havariefall in keinem Raum eine kritische Konzentration erreicht werden kann. Außerdem erkennt der Haustechniker den Anlagenzustand via LAN-Verbindung zum übergeordneten Regelungssystem. Er kann somit bei Störungen sofort die erforder­ lichen Maßnahmen einleiten. Leise Zimmertemperierung P R A XI S Neugebaut: Park Inn, Gateway Gardens Frankfurt Wärmerückgewinnung und Gebäudeleittechnik im Park Inn Frankfurt Airport im Stadtteil Gateway Gardens. Daikin 3 Mit den „Gateway Gardens“ ist ein neuer Stadtteil von Frankfurt am Main entstanden: ein Bindeglied zwischen Finanzmetropole, ICE-Bahnhof, Flughafen und ein Unternehmensstandort. Das Hotel Park Inn Frankfurt Airport in Gateways Gardens konzentriert sich auf die Bedürfnisse von Geschäftsreisenden. Neben hervorragendem Service bietet das Haus mit über 209 Zimmern modernste Heiz- und Klimatechnologie. Das Halter Ingenieurbüro für Gebäude­ technik aus Otterstadt konzipierte eine Wärmepumpenanlage, mit der jeder Gast stets sein individuelles Wunschklima bekommt. Per Fernbedienung lässt sich die Temperatur in jedem Zimmer einstellen und es wird nach Bedarf gekühlt oder geheizt. Die Wärmeverschiebung innerhalb des 3-Leiter-VRV-Systems macht die Energie, die beim Kühlen aufgenommen wird, dort zur Nutzwärme, wo gerade Heizung gewünscht wird. Das minimiert die Energiekosten und entspricht auch dem Anspruch, die CO2-Emissionen des Gebäudes auf geringstem Niveau zu halten. Das Hotel steht schließlich im Quartier Verde, dem grünen Stadtteil innerhalb Gateway Gardens. Die Kältekreisläufe im Gebäude bestehen aus bis zu 16 Innengeräten und einem Außengerät. Umschaltboxen vor jedem Das VRV-Außengerät. Das System heizte im Park Inn selbst im Dezember 2010 mit Temperaturen im zweistelligen Minusbereich und hohen Mengen an Schnee und Eisregen noch einwandfrei. 12 Wegen des nahen Flughafens kommen besonders schalldämmende Fenster und eine Lüftungsanlage zum Einsatz. Die Vorkonditionierung der Außenluft erfolgt im zentralen Lüftungsgerät, das über Kommunikations-Kits angesteuert und ebenfalls von einem VRV-Außengerät mit Wärme und Kälte versorgt wird. In den Hotel­ zimmern übernehmen Kanalgeräte die Temperierung. Sie sind nur 20 cm hoch, sitzen im Eingangsbereich der Zimmer in der Zwischendecke und sind besonders leise: Je nach Lüfterstufe erreicht der Schalldruckpegel lediglich 29 bis 31 dB(A). Das liegt auf dem Niveau von Flüstern. Schnittstelle zur Hotelbuchungs-Software Das übergeordnete Regelungssystem „RoomInsight“ steuert die belegungsabhängige Betriebsweise. Die Hörburger AG aus Erfurt koppelte die Regelung mit dem vom Park Inn genutzten Hotelbuchungssystem „Micros Fidelio“, einem Software-Standardprogramm in der Hotelbranche. Damit lassen die Empfangsmitarbeiter des Hotels zum Beispiel das Zimmer im Hochsommer vorkühlen, während der Gast eincheckt. Der kann wiederum die Fernbedienung für die Temperaturregelung im Zimmer erst dann nutzen, wenn sie über den Schließkartenhalter freigeschaltet ist. Ist der Gast nicht im Zimmer, werden fest definierte Temperaturen gehalten. Das spart Betriebskosten. p D IE PRA XIS DIE PRAXIS PR AX I S PR AX I S Saniert: Die HSE HSE Technik Technik Darmstadt Darmstadt Saniert: Die dämmt und undicht. Zusätzliche Herausdämmt und undicht. Zusätzlichewaren Herausforderungen für die Sanierung der forderungen für die Sanierung waren Umbau bei laufendem Betrieb und dieder VorUmbau beiNutzungsfläche laufendem Betrieb und die Vorgabe, die des Gebäudes keigabe, die Nutzungsfläche des Gebäudes keinesfalls zu verringern. nesfalls verringern. Kern zu des energetischen SanierungsKern des energetischen Sanierungskonzepts war die Wärmeverschiebung im konzepts war die Wärmeverschiebung im Gebäude von Süd nach Nord. Auch die Gebäude von Süd nach Nord. Auch die Abwärme der Serverräume wird nun zur Abwärme der Serverräume wird nun zur Beheizung des Gebäudes genutzt. Das instalBeheizung des Gebäudes genutzt. Das installierte VRV-Wärmepumpenverbundsystem mit lierte VRV-Wärmepumpenverbundsystem mit 18 Anlagen von Daikin versorgt insgesamt 18 Anlagen von Daikin versorgt insgesamt 6.981 m² beheizte und gekühlte Fläche. 6.981 m² beheizte und gekühlte Fläche. Umbau bei laufendem laufendem Betrieb Betrieb Umbau bei Das Gebäude in Darmstadt ist quadraDas Gebäude in Darmstadt ist quadratisch, in der Mitte befindet sich ein Innentisch, in der Mitte befindet sich ein Innenhof.Diese DieseStruktur Strukturististprädestiniert prädestiniertfür fürdie die hof. Nutzung der Wärmeverschiebung, denn Nutzung der Wärmeverschiebung, denn inin derÜbergangszeit Übergangszeitstrahlt strahltdie dieSonne Sonneinindie die der nach Süden ausgerichteten Räume, wähnach Süden ausgerichteten Räume, während inin den den nach nach Norden Nordenausgerichteten ausgerichteten rend Heizbedarf ansteht. Die WärmerückgewinHeizbedarf ansteht. Die Wärmerückgewinnungstechnologietransportiert transportiertdie dieWärme Wärme nungstechnologie von einem Bereich in den anderen. Die Servon einem Bereich in den anderen. Die Serverräume geben ganzjährig eine Wärmelast verräume geben ganzjährig eine Wärmelast HSE HSE Technik Technik Das Hauptgebäude aus aus dem dem Jahr Jahr 1976 1976 Das Hauptgebäude war in die Jahre gekommen. Defekte Fenswar in die Jahre gekommen. Defekte Fenster zu Zugerscheinungen, Zugerscheinungen,die dieInnenInnenter führten führten zu temperaturen stiegen im Sommer bis auf temperaturen stiegen im Sommer bis auf 35° C. Die Beschattungsanlage war eben35° C. Die Beschattungsanlage war ebenfalls oder fehlte fehlte zum zum Teil Teil komplett. komplett. falls defekt defekt oder Die Elektro-Widerstandsheizung arbeitete Die Elektro-Widerstandsheizung arbeitete mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad. mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad. Das und die die Fassade Fassade waren waren ungeungeDas Dach Dach und Wärmevom vomSüdSüd-ininden den Wärme Nordbereich geschoben Nordbereich geschoben In der Übergangszeit gibt es mittags Kühlbedarf In derinÜbergangszeit gibtausgerichteten es mittags Kühl­ bedarfund den nach Süden Büros in den nach in Süden ausgerichteten Büros und Heizbedarf den nach Norden ausgerichteten Heizbedarf in den Norden ausgerichteten Räumen. Durch einenach Wärmeverschiebung über das Räumen. Durch eine über das VRV-System wirdWärmeverschiebung die gegensätzliche Lastsituation VRV-System wird diezur gegensätzliche Lastsituation Energieeinsparung genutzt. zur Energieeinsparung genutzt. von ca. 100 kW ab. Das Energieeinsparpovon ca. 100 kW ab. Das Energieeinsparpotenzial durch die Wärmeverschiebung liegt tenzial durch die Wärmeverschiebung liegt insgesamt bei über 70 Prozent. insgesamt bei über 70 Prozent. Die kleinen Rohrquerschnitte des Systems Die kleinen Rohrquerschnitte des Systems halten den Installationsaufwand gering und halten den Installationsaufwand gering und beanspruchen keine Nutzfläche. Die Instalbeanspruchen keine Nutzfläche. Die InstallationimimGebäude Gebäude fünf Kältestränge lation istist in in fünf Kältestränge aufgeteilt. Um den Wartungsaufwand aufgeteilt. Um den Wartungsaufwand geringzuzuhalten, halten,sind sindananStelle Stelle einzelner gering einzelner Umschaltboxen große Boxen mit vier bzw. Umschaltboxen große Boxen mit vier bzw. sechs Abgängen installiert. Insgesamt wursechs Abgängen installiert. Insgesamt wurden 245 Innengeräte verbaut – aus Behagden 245 Innengeräte verbaut – aus Behaglichkeitsgründen überwiegend überwiegend RoundRoundlichkeitsgründen flow-Kassetten. flow-Kassetten. Dasneue neueDach DachististeineinGründach, Gründach,aufauf Das demeine eine Photovoltaikanlage einer Leisdem Photovoltaikanlage mitmit einer Leistungvon von5050kW kWpro pro Jahr 51 MWh Strom tung Jahr 51 MWh Strom p p erzeugt.Die DieDachbegrünung Dachbegrünungund unddarauf darauf erzeugt. verdunstendesRegenwasser Regenwasser bewirken eine verdunstendes bewirken eine reduzierteUmgebungstemperatur, Umgebungstemperatur, was reduzierte was zu zu einerErhöhung Erhöhungdes desWirkungsgrades Wirkungsgradesderder einer Solarzellen führt. Die Pfosten-Riegel-KonSolarzellen führt. Die Pfosten-Riegel-Kon­ struktion der sanierten Fassade ermöglichte, struktion der sanierten Fassade ermöglichte, dassdiedieBüros Büroswährend währenddesdesUmbaus Umbausin in dass Betrieb blieben. blieben.IhrIhrWärmedurchgangsWärmedurchgangsBetrieb koeffiz W/m²K. DieDie koeffiz(U-Wert) (U-Wert)liegt liegtbeibei0,90,9 W/m²K. selbsttragende, selbsttragende,vorgehängte vorgehängteKonstruktion Konstruktion vermeidet auch Wärmebrücken. Dezentrale vermeidet auch Wärmebrücken. Dezentrale Lüftungselemente Fassade mitmit IgelLüftungselementein inderder Fassade Igelwärmetauschern sorgen fürfür den hygienisch wärmetauschern sorgen den hygienisch notwendigen Luftwechsel. p p notwendigen Luftwechsel. 1313 Daikin 3 Die HSE Technik GmbH & Co. KG ist eine 3 Die HSE Technik GmbH Co. AG, KG isteinem eine Tochtergesellschaft der & HSE Tochtergesellschaft der HSE AG, einem südhessischen Energieversorger. Die HSE südhessischen Energieversorger. HSE Technik plant, baut und betreibt Die moderne Technik plant, baut und betreibt moderne Versorgungsnetze für Strom, Gas, Wasser, Versorgungsnetze Strom, Gas, Wasser, Wärme und Kälte für sowie Anlagen für eine Wärme und Kälte sowie Anlagen für eine umweltfreundliche Energieerzeugung und umweltfreundliche Energieerzeugung und für Klima- und Kältetechnik. Das Ökoprofür Klima- und Kältetechnik. Das Ökoprofit-zertifizierte Unternehmen hat sich dabei fit-zertifizierte Unternehmen hat sich dabei insbesondere auf ökologische und effiziinsbesondere auf ökologische und effizienzgetriebene Kundenwünsche ausgerichenzgetriebene Kundenwünsche ausgerichtet. Diese Aspekte standen auch bei der tet. Diese Aspekte standen auch bei der Sanierung des eigenen Hauptgebäudes am Sanierung des eigenen Hauptgebäudes am Standort in Darmstadt im Vordergrund: Das Standort in Darmstadt im Vordergrund: Das Hauptziel war die Reduktion der CO2-EmisHauptziel war die Reduktion der CO2-Emission des Gebäudes. sion des Gebäudes. Daikin Die Altbausanierung bei der HSE Technik erzielt eine EnerDie Altbausanierung bei der HSE Technik erzielt eine Energieeinsparung von bis zu 85 Prozent, spart 578 Tonnen gieeinsparung von bis zu 85 Prozent, spart 578 Tonnen CO2 pro Jahr ein und amortisiert sich in 14 Jahren. CO2 pro Jahr ein und amortisiert sich in 14 Jahren. P R A XI S Erweitert: Die LADR in Geesthacht Bei der Erweiterung dieses Laborgebäudes standen die Anlagensicherheit und eine größtmögliche technische Flexibilität im Gebäude im Mittelpunkt. 3 Eine Anforderung, die die LADR GmbH MVZ Dr. Kramer & Kollegen in Geesthacht bei Hamburg an ihr Gebäude stellt, ist größtmögliche Flexibilität. „Die flexible Grundstruktur des Gebäudes ermöglicht es uns heute, dass wir unsere Arbeitsprozesse ständig den hohen Anforderungen einer modernen Laboranalytik anpassen können und somit zur Qualität unserer Leistungen beitragen“, erläutert Dr. Jan Kramer, einer der ärztlichen Inhaber des Versorgungszentrums. Um sich für das richtige System zur Gebäudekonditionierung entscheiden zu 14 können, wurden relevante Parameter über die Gebäude-Physik, die Personenzahl und die internen Lasten in die „VRVPro“ Software von Daikin eingegeben. Die Simulationen machten die zu berücksichtigenden Kühl- und Heizlasten in den Räumen deutlich. Die Laborgeräte und die große Anzahl der Mitarbeiter führen zu hohen internen Lasten von bis zu 300 W/m², was in den Labors auch im Winter eine Kühlung für das einwandfreie Arbeiten von Menschen und Geräten unumgänglich macht. Gleichzeitig gibt es in den Büros im Winter Heizbedarf. Weil das „Energy-Rec System“ beide Betriebsarten (Kühlen und Heizen) gleichzeitig zur Verfügung stellt, ist das VRV-Dreileiter-System von Daikin hier zur Konditionierung des Gebäudes ideal. Die gewonnene Energie aus den Laborräumen wird genutzt, um die Nebenräume mit Wärme zu versorgen. Sie reicht aus, um deren Wärmebedarf komplett abzudecken. Zur Sicherheit ist die Anlage allerdings auch in der Lage, den Wärmebedarf des Gebäudes als Luft-Luft-Wärmepumpe komplett bereitzustellen. Impressum 440 kW Kälteleistung installiert Alle Räume sind individuell mit dieser Gebäudetemperierung eigenständig einstellbar. Zwei- bzw. vierseitig ausblasende Zwischendeckengeräte bieten in den Neben­räumen Komfort. In den Laborräumen kommen wegen der teilweise hohen Lasten und den daraus resultierenden hohen Luftwechsel­raten Textilschläuche zum Einsatz. Diese sind in der Lage, die Luftmengen ohne Zugluft in den Raum einzubringen. An die VRV-­ Anlage angeschlossene Kanalanschluss­ geräte in den Zwischendecken sorgen durch die automatische Pressungs-Lernfunktion dafür, dass die Textilschläuche für größtmöglichen Komfort mit Luft beaufschlagt werden. Lüftungsgerät liefert 20.000 m³/h Die HRW Gebäudetechnik GmbH installierte die Lüftungsanlage für 20.000 m³/h Zuluft mit konstanter Temperatur und über Differenzdruck drehzahlgeregelten Ventilatoren. Die Luft wird über die Umluftkühl- geräte in die Laborräume geführt und dort für jede Zone individuell konditioniert. Die Wärmerückgewinnung des Lüftungsgeräts reduziert die Kühl- und Heizleistung. Die noch benötigte Leistung liefert eine Verflüssigereinheit „ERQ“, die als Kühl- und Heizregister dient. Das macht die Lüftungs­ anlage sehr kompakt. Datenanalyse und Störungsfrüherkennung Ein störungsfreier Betrieb des medizinischen Labors verlangt eine Anlagenüberwachung. Der Kältefachbetrieb Otto Stüwe & Sohn GmbH aus Seevetal sah deshalb eine Fernwartung über den „Intelligent Touch Manager (ITM)“ vor. Damit lassen sich eine automatische Dichtigkeitsprüfung via Fernzugriff durchführen oder Parameter optimieren. Eine Airnet-Anbindung sendet überdies täglich wichtige Anlagendaten direkt an Daikin zur Auswertung. Die automatisierte Auswertung lokalisiert vom Soll abweichende Zustände und kann einen möglichen Ausfall melden, bevor es dazu kommt. Im ITM sind zur leichteren Orientierung und Bedienung die Gebäudegrundrisse hinterlegt. Das Anlagenkonzept sieht allerdings gar kein Eingreifen des Kunden vor. Die Anlage ist für den vollautomatischen Betrieb parametriert. Selbst das Umschalten zwischen den Funktionen Kühlen und Heizen macht das System vollautomatisch und individuell für jeden Raum. Das Personal kann über die in den einzelnen Räumen installierten Fernbedienungen nur begrenzte Veränderungen an Temperatur und der Lüfter­drehzahl vornehmen. Das schließt eine Fehlbedienung aus und hilft, die Betriebskosten zu optimieren. Daikin (3) Redundanz für maximale Sicherheit Die klimatisierten Büros werden beim Heizen mit Wärme aus den zu kühlenden Laboren gespeist. Der Serverraum mit 25 kW Kühlbedarf ist das „Herz“ des Labors. Ihn kühlt eine separate, redundant ausgeführte Anlage mit zweimal 25 kW und Grundlastwechsel. Das Standby-Gerät würde im Störfall oder bei Übertemperatur sofort starten und den Betrieb übernehmen. Zeitgleich ginge eine Störmeldung raus. Auch die Kühlräume erhielten aus Sicherheitsgründen einzelne Verflüssigereinheiten. Bei Ausfall eines ­Systems kann dann die Ware umgeräumt werden. p Diese Sonderausgabe entstand mit fachlicher Unterstützung der Daikin Airconditioning Germany GmbH (www.daikin.de) Herausgeber und Verlag: FORUM Zeitschriften und Spezialmedien GmbH Mandichostr. 18, 86504 Merching Tel.: 08233/381-361, Fax: 08233/381-212 E-Mail: [email protected] www.industriebau-online.de www.facility-manager.de www.hotelbau.de www.forum-zeitschriften.de Geschäftsführer: Rosina Jennissen Redaktion: Robert Altmannshofer, M.A., Tel.: 08233/381-129 [email protected] Dipl.-Inform. Anne-Christin Amlinger, Tel.: 08233/381-394 [email protected] Dipl.-Phys. Martin Gräber, Tel.: 08233/381-120 [email protected] Detlef Hinderer, staatl. gepr. techn. Fachwirt Tel.: 08233/381-549 (verantwortlich) [email protected] Dipl.-Ing. (Arch.) Sandra Hoffmann, Tel.: 08233/381-162 [email protected] Karin Kronthaler, Tel.: 08233/381-536 [email protected] Dipl.-Ing. (Arch.) Melanie Meinig, Tel.: 08233/381-155 [email protected] Anzeigen: Dipl.-Designer (FH) Helmut Junginger, Tel.: 08233/381-126 [email protected] Karolin Lauterbach, Tel.: 08233/381-551 [email protected] Birgit Voss, Tel.: 08233/381-125 [email protected] Andrea Wollny, Tel.: 08233/381-201 [email protected] Anzeigenverwaltung: Karin Meier, 08233/381-247 [email protected] Leserservice: Andrea Siegmann-Kowsky, Tel.: 08233/381-361 [email protected] Gestaltung: Engel & Wachs, Augsburg Druck: Silber Druck oHG, Niestetal Anzeigenpreisliste: „Der Facility Manager” 21/2014 Erscheinungsweise: Sonderausgabe, verbreitet mit den Ausgaben „Der Facility Manager“, Ausgabe 05/2014 „hotelbau“, Ausgabe 03/2014 „industrieBAU“, Ausgabe 03/2014 „Der Facility Manager“, „industrieBAU“ und „hotelbau“ sind Publikationen der Sparte Bau- und Immobilienzeitschriften der FORUM Zeitschriften und Spezialmedien GmbH. Gerichtsstand und Erfüllungsort: Augsburg Copyright: FORUM Zeitschriften und Spezialmedien GmbH Mitgliedschaften: Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen e.V. German Sustainable Building Council Wieder ein Versprechen GEHALTEN. VRV IV bietet Effizienz-Vorsprung. KLARER VORSPRUNG IN PUNKTO EFFIZIENZ, KOMFORT UND WIRTSCHAFTLICHKEIT. Der Praxistest belegt: VRV IV erzielt durchschnittlich 40 % Energieeinsparung.* Die neue VRV IV mit einzigartiger VRT-Technologie (variable Kältemitteltemperatur) bietet eine bislang unerreichte saisonale Effizienz. Und gleichzeitig einen gesteigerten Komfort dank – ebenfalls einzigartigem – kontinuierlichem Heizbetrieb. * Langzeitmessung im Kühl- und Heizbetrieb im Vergleich zu Verbrauchswerten auf Basis eines VRV III Systems. www.daikin.de Infotelefon: 0 800 · 20 40 999 (kostenfrei aus dem deutschen Netz) Leading Air
