Fachplaner und Fachhandwerker setzen im Hinblick auf die gebäudetechnische Ausstattung eines Gebäudes häufig auf bewährte Konzepte. Allerdings machen es gesetzliche Vorgaben wie die Energieeinsparverordnung (EnEV) oder die DIN V 18599 sowie die Wünsche des Bauherrn nach effizienten und modernen Techniken notwendig, neue Wege zu gehen.
Der Heiztechnikmarkt bietet beispielsweise mit effizienten Luft/Wasser-Wärmepumpen eine sinnvolle Alternative zu Wärmeerzeugern auf Basis fossiler Brennstoffe. Zum einen erfüllen solche Anlagen die gesetzlichen Auflagen in Bezug auf erneuerbare Energien, zum anderen macht die stete Weiterentwicklung der Technik inzwischen einen wirtschaftlichen, monovalenten Einsatz von Luft/Wasser-Wärmepumpen auch in Nichtwohngebäuden möglich.
Ein Beispiel ist das neue Bürogebäude der IT Informatik GmbH in Ulm. Das Unternehmen mit über 200 Mitarbeitern ist IT-Experte für den regionalen Mittelstand. Zum Angebot gehören Dienstleistungen rund um die elektronische Datenverarbeitung (EDV), beispielsweise die Entwicklung individueller Anwendungen, die Betreuung der IT-Infrastruktur oder Schulungen zu diversen Themen. Aufgrund des Wachstums in den vergangenen Jahren entschied sich die Unternehmensleitung für eine Standorterweiterung. Neben dem Bestandsgebäude wurde ein Neubau im gleichen Stil errichtet.
Da IT Informatik im ersten Gebäude gute Erfahrungen mit der City Multi-Wärmepumpenserie von Mitsubishi Electric gemacht hat, bestand der Wunsch, wieder eine solche Anlage für die Kühlung zu installieren. Für die Heizung und Lüftungstechnik im Neubau wurden vom Anlageninstallateur Seidler Klimatechnik GmbH ebenfalls Systeme des Ratinger Herstellers vorgeschlagen, da eine solche Komplettlösung diverse Vorteile hat.
Luft / Wasser-Wärmepumpen-Kaskade
Als Wärmeerzeuger sind zwei Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen vom Typ PUHZ-SW100 YHA mit je 10 kW Leistung installiert. Beide Außenmodule sind in Kaskade geschaltet. Die Kaskadierung bietet gegenüber einem Einzelgerät mit größerer Leistung mehrere Vorteile. So können beide Einheiten im effizienten Teillastbetrieb arbeiten. Ermöglicht wird dies durch eine spezielle Regelung. Sie errechnet in Abhängigkeit der Leistungsaufnahme der Außengeräte, der momentanen Heizleistung und der Außentemperatur den maximal erreichbaren Coefficient of Performance (COP) und steuert die Anlage entsprechend. Die Einheiten werden so geregelt, dass sie unterstützend fungieren und gemeinsam die benötigte Leistung erbringen. Das ist deutlich effizienter als ein Modul im Volllastbetrieb arbeiten zu lassen, während sich das andere im Stand-by-Modus befindet.
Ein Nebeneffekt dieser Regelung ist, dass beide Geräte gleichmäßig genutzt werden und somit fast die gleichen Laufzeiten haben. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kaskadierung ein breiteres Modulationsspektrum er- möglicht. Zudem ergibt sich durch die Redundanzfunktion (z. B. bei großen Objekten) ein Sicherheitsaspekt. Sollte sich ein Modul im Off-Modus befinden, gewährleistet das andere Gerät die Wärmeversorgung.
Monovalenter Betrieb möglich
Um die Wärmeversorgung auch bei Minusgraden sicherzustellen, wurden Außengeräte mit der Power Inverter-Technik gewählt. Sie sind für einen Einsatz bis 20 °C konzipiert und bringen selbst bei tiefen Außentemperaturen noch ausreichend Leistung, sodass sie als monovalente Wärmeerzeuger eingesetzt werden können. Die Inverter-Technik erlaubt zudem die stufenlose Regelung des Kompressors und somit eine exakte Anpassung der Leistung an den Bedarf. Die Wärmeverteilung im Gebäude erfolgt über eine Betonkernaktivierung, die niedrigen Vorlauftemperaturen der Flächenheizung ermöglichen es der Wärmepumpe, besonders effizient zu arbeiten.
Im Heizungskeller wurden zwei Hydroboxen zur Regelung und Wärmeteilung in-stalliert, die durch Kältemittelleitungen mit den Außengeräten verbunden sind. In den Boxen befindet sich unter anderem ein Wärmepumpenmanager, der die Steuerung der Außengeräte übernimmt. Bis zu zwei Heizkreise können witterungsgeführt geregelt werden, zudem lassen sich verschiedene zeitgestützte Programme hinterlegen. Der integrierte Regler mit Touch-Display ermöglicht darüber hinaus eine Trinkwasservorrangschaltung und die Steuerung der Trinkwasserzirkulation. Des Weiteren befinden sich der Wärmeübertrager und eine Umwälzpumpe der Effizienzklasse A für eine energiesparende Verteilung der Wärme in den Hydroboxen.
Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung
Die Lüftung in den Einzel- und Großraumbüros übernehmen 20 dezentral installierte Lüftungsgeräte Lossnay mit Wärmerückgewinnungsfunktion. Gerade in Neubauten mit dichten Gebäudehüllen bietet sich eine kontrollierte Lüftung an. Die Lossnay-Geräte saugen verbrauchte Luft aus dem Raum ab und führen vorkonditionierte Frischluft zu. Der Wärmeanteil der abgesaugten Luft wird dabei mittels eines Kreuzwärmeübertragers auf die frische Außenluft übertragen. Der Wärmerückgewinnungsprozess erhöht nicht nur den Komfort in den Räumen, die damit verbundene Energieeinsparung von bis zu 70 Prozent bedeutet auch eine deutliche Kostenreduktion. Durch die Wärmerückgewinnung sinkt zudem der Leistungsbedarf der Wärmepumpen.
Zur Klimatisierung werden sowohl Kanaleinbaugeräte als auch 4-Wege-Deckenkassetten eingesetzt. Während in den Büros und Besprechungsräumen im 1. bis 6. OG Kanaleinbaugeräte mit Leistungen zwischen 2,5 und 3,5 kW die Luft konditionieren, werden die Besprechungsräume im 7. OG über 4-Wege-Deckenkassetten im Umluftverfahren gekühlt oder geheizt.
Die Regelung im Gebäude erfolgt zum einen über eine Zentralfernbedienung AG-150 A-J. Darüber hinaus ist aber auch eine individuelle Temperierung und Lüftung der Räume über wandmontierte Kabelfernbedienungen möglich. In den Großraumbüros sind Einzelregler montiert, die neben einer Hintergrundbeleuchtung auch über einen Sensor verfügen. Dieser erfasst, ob bzw. wie viele Personen sich im Raum aufhalten. Befindet sich z. B. niemand im Raum, wird die Temperatur und Lüftung automatisch heruntergeregelt. Das verhindert unnötige Laufzeiten der Klimaanlage.
Einfache Planung und Installation
Die benötigte Kälte oder Wärme für die Klimatisierung erzeugen vier Luft/Luft-Wärmepumpen der Y-Serie aus der City Multi VRF-Serie, die auf dem Dach des Gebäudes installiert sind. Zwei PUHY-P 250 YKM-A Module mit jeweils 250 kW Leistung und zwei PUHY-P 650 YSJM-A mit jeweils 650 kW werden je nach Bedarf im Kühl- oder Heizmodus betrieben. Die City Multi Serie wurde speziell für den Einsatz in Gebäuden mit hohen Heizlasten entwickelt. Die Geräte sind mit der Vollinverter-Technologie ausgestattet, der Verdichter variiert seine Drehzahl in Abhängigkeit vom Bedarf der Innengeräte und erzeugt nur so viel Leistung, wie tatsächlich benötigt wird. Dadurch arbeitet das System deutlich effizienter als Modelle, die nur über einen On/Off-Modus verfügen, und erreicht einen hohen SCOP (Seasonal Coefficient of Performance).
In den Wärmepumpen ist ein spezieller Aluminium-Flachrohr-Wärmeübertrager verbaut. Dieser hat eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche sowie geringere Druckverlust im Vergleich zu Standard-Wärmeübertragern. Zudem kann der Aluminium-Flachrohr-Wärmeübertrager auch im Abtauprozess eine kontinuierliche Heizleistung von bis zu 50 Prozent erbringen, da er in zwei eigenständige Segmente unterteilt ist, die wechselseitig abtauen. Eine variable Verdampfungstemperatur ermöglicht darüber hinaus eine zusätzliche Energieeinsparung.
Da alle Wärmepumpen entweder im Heiz- oder im Kühlmodus betrieben werden, können die Innengeräte und die Be-tonkernaktivierung je nach Bedarf Wärme oder Kälte verteilen. Dadurch können sich die Flächenheizung und die Klimaeinheiten gegenseitig unterstützen, dies führt wieder-um zu einer Energieeinsparung. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Wahl aller benötigten Systeme von einem Hersteller. Zum einen wird die Planung deutlich vereinfacht, da bereits seitens des Herstellers für die Kompatibilität der einzelnen Anlagen gesorgt wird. So ist beispielsweise zur Anbindung der Lossnay-Lüftungsgeräte an das City Multi VRF-System kein Extra-Adapter oder eine zusätzliche Steuerung erforderlich. Zum anderen sinken auch der Installations- und Wartungsaufwand sowie die Dauer dieser Arbeiten.
Fazit
Der Neubau der IT Informatik GmbH in Ulm wird mit Luft/Wasser-Wärmepumpen gekühlt und beheizt. Für die kontrollierte Lüftung sorgen dezentral installierte Lossnay-Lüftungsgeräte. Zwei Ecodan Wärmepumpen versorgen das Gebäude in Kombination mit einer Betonkernaktivierung mit Wärme. Zur Kühlung werden vier Einheiten der City Multi VRF-Y-Serie eingesetzt, die konditionierte Luft wird über Kanaleinbaugeräte und 4-Wege-Deckenkassetten verteilt. Die Regelung erfolgt über die Zentral- sowie Kabelfernbedienungen in den einzelnen Büros, sodass diese individuell temperierbar sind.
Das umgesetzte gebäudetechnische Konzept bietet im Vergleich zu anderen Lösungen mehrere Vorteile. Durch die Energieeinsparung der aufeinander abgestimmten Systeme ergibt sich eine deutliche Kostenreduktion bei gleichzeitig hohem Komfort für die Nutzer. Darüber hinaus waren die Planung und Installation einfacher und weniger zeitaufwendig.
Franz Gerstl,
Regionalleiter Stuttgart bei Mitsubishi Electric LES
