Nach der Halle 3 hat die Messe Frankfurt mit der „Neuen Dependance“ ein weiteres Gebäude von Architekt Nicholas Grimshaw realisiert. Ein ausgeklügeltes Zusammenspiel aus Wärmerückgewinnung, Abwärmenutzung der Großküchen-Kälte und freier Kühlung senkt den Energiebedarf erheblich.
Die „Neue Dependance“ dient als Büro- und Wirtschaftsgebäude der Messe Frankfurt und deren Tochtergesellschaft Accente Gastronomie Service GmbH. Rund 200 Mitarbeiter arbeiten im Bürotrakt und rund 140 Mitarbeiter im Produktionstrakt.
Die 17.000 Quadratmeter Bruttogeschossfläche verteilen sich auf ein fünfgeschossiges Bürogebäude mit Büros und Konferenzräumen und ein dreigeschossiges Wirtschaftsgebäude mit Großküche und einem Mitarbeiter-Restaurant. Diese produziert täglich bis zu 2.500 Essen für die Messe-Restaurants, 3000 Mahlzeiten für den Catering-Service, 10.000 Bistrogerichte für die Mini-Pics auf dem Gelände und 650 Gerichte für das Mitarbeiter-Restaurant der Accente. Beide Gebäudeteile sind über zwei Verbindungsbrücken mit außenliegenden Treppenhäusern und Aufzügen miteinander verbunden und erschlossen.
Niedrigenergiegebäude
Der Heizenergiebedarf ist auf Niedrigenergiehausstandard von < 55 kWh/ (m2*a) konzipiert. Das Gebäude erfüllt hinsichtlich des Transmissions- und Lüftungswärmeverlustes die geforderten Auflagen im sommerlichen, wie im winterlichen Nachweis gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV). Somit ist der Energiebedarf des Neubaus um ca. 30% gegenüber dem allgemeinen Niveau geringer.
Klimakonzept & Raumlufttechnische Anlagen
Eine undichte Fassade bedeutet Wärme- und Energieverlust. Daher zeichnet sich ein modernes Gebäudekonzept durch eine möglichst hohe Luftdichtigkeit der Gebäudehülle aus. Allerdings setze die hohe Dichtigkeit eine kontrollierte, für die Hygiene, Schadstoffabfuhr und den Komfort notwendige, Außenluftzufuhr einschließlich Energierückgewinnung voraus.
Der Energiebedarf des Neubaus ist um 30 Prozent geringer.
Natürliche Belüftung als Voraussetzung einer Nutzerakzeptanz
Die Fassade bietet grundsätzlich die Möglichkeit, über öffenbare Fenster eine natürliche Belüftung zu ermöglichen, sofern das individuelle Behaglichkeitsempfinden danach verlangt.
Mittels neun Teil- und Voll-Klimaanlagen werden die einzelnen Nutzungsbereiche im Büro- und Produktionsbereich mit Außenluft versorgt. Die Luftaufbereitung umfasst die Filterung, Wärmerückgewinnung, Erwärmung und Kühlung sowie die Be- und Entfeuchtung. Die Küchenlüftungsanlagen sind Abluftseitig zusätzlich mit Aktivkohlefiltern ausgestattet. Der aufbereitete Außenluftvolumenstrom beträgt insgesamt V = 140.500 m3/h.
Die Außenluftrate pro Person beträgt ca. 55 m3/h, was für die Büros einen zweifachen Luftwechsel pro Stunde bewirkt. Hiermit wird eine spezifische Raumkühllast von 17 W/m2 abgeführt. Der überwiegende Teil der Raumkühllast wird im 4. OG des Bürogebäudes von einer Kühldecke (stille Kühlung) übernommen. Die Transmissionswärmeverluste werden von statischen Heizflächen an der Fassade gedeckt.
Die Küchen und Produktionsbereiche sind mit einem 20- bis 35-fachen Luftwechsel ausgelegt. Der Restaurant-Bereich ist mit einen 8-fachen Luftwechsel und der Konferenzbereich mit einem 4-fachen Luftwechsel beaufschlagt.
Anlagenregelung im h-x-Diagramm:
Im Winter ist die Soll – Einblastemperatur 22° C bei einer relativen Feuchte von 35% r.F.. Die max. Luftbefeuchtung, über einen Reinst–Dampfbefeuchter, beträgt5,5 g/kg. Im Sommer ist die Soll – Einblastemperatur 17° C bei einer relativen Feuchte von 55% r.F.. Die max. Luftentfeuchtung beträgt 3,2 g/kg.
Die Mehrfachausnutzung der Luft reduziert den Energieeinsatz erheblich.
Mehrausnutzung der Luft:
Die konditionierte Abluft der Büro- und Restaurant– Anlagen wird zur Verbesserung der Kältemaschinen-Rückkühlung den Verflüssigern auf dem Dach zugeführt. Durch die Einblasung der vorgekühlten Abluft mit der Vermischung der wärmeren Außenluft kann im Hochsommer die elektrische Antriebsleistung für die Ventilatorkühlung um 5% reduziert werden, ohne zusätzlichen Aufwand. Die Abluft der Büros im Erdgeschoss wird nachbehandelt und als Zuluft für das Lager im 1. UG verwendet. Dadurch wird ein separates Zuluftgerät eingespart. Die notwendige Belüftung der WC‘s und sonstigen Nebenräumen im Bürotrakt erfolgt als Überströmung mit der Zuluft aus den Fluren. Auch hier kann ein separates Zu- und Abluftgerät eingespart werden inkl. dem elektrischen Energieaufwand.
Die Mehrfachausnutzung der Luft ersetzt nicht nur die sonst notwendigen separaten Luftaufbereitungsanlagen, sondern reduziert auch den notwendigen Energieeinsatz erheblich, hin zu einem ökologiebewussten Versorgungssystem.
Kälteerzeugung
Die Kälteerzeugung wird unter Berücksichtigung der Massenkopplung und der Gleichzeitigkeit des Kältebedarfes dimensioniert.
Für die Kälteversorgung ist eine Absorptions-Kältemaschine als Grundlastversorgung vorgesehen, die mit dem umweltfreundlichen Kältemittel NH3 (Ammoniak) gefüllt ist und eine Kompressions-Kältemaschine mit Schraubenverdichter als Spitzenlastversorgung, welche mit chemischem Kältemittel gefüllt ist. Der Absorber / Ausstreiber wird mit Dampf vom 110° C bei 1,5 bar thermisch betrieben.
Die Kaltwassererzeugung dient für die Kühlungsbereitstellung der RLT-Anlagen und der Kühldecken. Insgesamt steht eine Kälteerzeugungsleistung von Q0 = 900 kW zur Verfügung.
Es ist eine Kaltwasser-Systemtemperatur von 9/15° C primärseitig vorgesehen. Daraus ergibt sich eine EER- Zahl von 4,0 für die Kälteerzeugung, was den Strombedarf senkt. Um ein Takten der Kühlaggregate bei geringerer Lastabnahme der Kaltwassersätze zu vermeiden, ist ein Pufferspeicher von 4.000 Litern konzipiert. Wegen der Schallemissionen und aus Sicherheitsgründen stehen die Maschinen in einem abgeschlossenen Raum im 3. Obergeschoss des Produktionsgebäudes.
Zur Kühlung der Kältemaschine sind zwei adiabatisch besprühte V-Rückkühler auf der freien Dachfläche im 4. OG des Produktionsgebäudes konzipiert, mit denen ab einer Außentemperatur von kleiner +10°C über einen separaten Wärmeübertrager, Leistung 300 kW, der sogenannte „freie Kühlbetrieb“ ohne Einsatz von Kältemaschine erfolgt. Die Rückkühlleistung beträgt QC = 2.150 kW.
Kreative Lösungen und Zusammenwirken der Gewerke.
Abwärmenutzung der Kleinkälte
Für die Großküche, das Catering oder das Mitarbeiter- Restaurant müssen zum einen die verderblichen Waren gekühlt werden, gleichzeitig wird eine große Warmwassermenge für Reinigungszwecke und zum Spülen benötigt. Die Abwärme der Kondensatorwärme aus der Kleinkälte wird zur Erwärmung des Brauchwassers hierbei genutzt.
Die nutzbare Leistung beträgt 51 kW bei einer Temperatur von rund 60° C. Der Anschluss erfolgt an einem Enthitzer.
Mit dieser Schaltung kann hier bis zu 50% der erforderlichen Heizwärme für die Warmwasserbereitung eingespart werden.
Thermische Gebäudesimulation mit TRNSYS
Nach Abschluss der Ausführungsplanung beauftragte die Messe Frankfurt noch eine thermische Gebäudesimulation mit der Aufgabe zur Untersuchung, ob mit den geplanten HKL-Systemen die Behaglichkeitskriterien nach DIN EN ISO 7730 eingehalten werden können.
Die Simulation ergab, dass in Kombination aus unterstützender Fensterlüftung, erweiterten Betriebszeiten der RLT- Anlagen (über die Betriebsnutzung hinaus jeweils 2 Stunden), aktive Nutzung der außenliegenden Sonnenschutzsteuerung, kein Einsatz von Kunstlicht bei aktivem Sonnenschutz und zusätzlicher Nachtlüftung die Innenraumtemperaturen auf 26,5° C bei 33° C Außentemperatur im Sommer eingehalten werden können, siehe Bild.
Betriebsoptimierung
Im Anschluss an die Inbetriebnahme erfolgte eine zweijährige Betriebsoptimierungsphase der HKL- Anlagen für den Heiz- und Kühlbetrieb.
Hier wurde im laufenden Betrieb optimiert:
die Heizkurve
die Kühlkurve
die Sollwerte für Temperatur und relative Feuchtigkeit
Nachjustierung des hydraulischen Abgleichs
die Betriebslaufzeiten der Heizungs- und Kälteanlagen
die Betriebslaufzeiten der RLT- Anlagen
Laufzeiten für die Nachtauskühlung
Optimierung der Hysterese (Regelung)
Insgesamt konnte darüber nochmals rund 10% an Energieeinsatz eingespart werden.
Die in diesem Projekt aufgezeigten technischen Optimierungsmaßnahmen konnten für den Bauherrn und den Nutzer deutliche Ressourcen- und CO2- Einsparung generieren, ohne das große bauliche oder investive Maßnahmen durchgeführt werden mussten. Ausschlagend waren kreative Lösungen in Verbindung mit dem technischen Zusammenwirken der einzelnen Gewerke.
Energieoptimierte Planung von RLT- Anlagen, KK 10/2003, Autor: O. Pielke
DIN EN ISO 7730: „Ergonomie der thermischen Behaglichkeit“
DIN EN 12828: „Heizungssysteme in Gebäuden - Planung von Warmwasser-Hei-zungsanlagen“
DIN EN 16798: „Planung und Ausführung von Lüftungs- u. Klimaanlagen für Nichtwohngebäuden“
VDI 2078: „Berechnung der Kühllast klimatisierter Räume“
DIN EN 378: „Kälteanlagen und Wärmepumpen- Sicherheits¬technische und umweltrelevante Anforderungen“
EnEV: „Energie-Einspar-Verordnung“
TRNSYS: „Trans-Solar Energy Laboratory University of Wisconsin-Madison, USA“
Olaf E. Pielke
Dipl.-Ing., Dipl.-Oec., TGA-Sachverständiger
Bild: Pielke
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