Zur Konditionierung der Zuluft kommt zusätzlich eine raumlufttechnische Anlage mit Wärmerückgewinnung zum Einsatz. Dadurch benötigt der Betreiber für dieses Gebäude keine klassische Heizungs- und auch keine konventionelle Klimaanlage mehr.
Mader befasst sich ganzheitlich mit der Druckluftkette, von Komplettlösungen zur Drucklufterzeugung und -aufbereitung über die Verteilung bis hin zu den pneumatischen Anwendungen sowie anwendungsspezifischen Produkten. Ergänzt wird das Produktportfolio durch entsprechende Stickstoffanlagen, die ihre Anwendung zum Beispiel in der Laser-Fertigung finden.
Im Rahmen der Unternehmensphilosophie spielt unter anderem auch das Thema Nachhaltigkeit eine zentrale Rolle. Vor einigen Jahren ist das Unternehmen an den neuen Standort in Echterdingen in das Firmengebäude gezogen, welches vorher aufwendig energetisch saniert wurde. Das Gebäude bestand bis dahin aus einem Altbau sowie einer angrenzenden Produktionshalle. Mader hat das Gebäude für derzeit 85 Mitarbeiter nach dem Erwerb für seine Bedürfnisse umgebaut bzw. erweitert.
Geringer solarer Eintrag durch intelligente Gebäudefassade
Die Architektur der Außenfassade hat unterschiedliche Gründe: zum einen sind die Abmessungen der Fensterrahmen durch das Baumaß der Photovoltaikmodule mit einer Breite von 105 cm vorgegeben gewesen. Zum anderen sind die Fenster bewusst unterschiedlich groß ausgefallen, um einen übermäßigen Wärmeeintrag bei starker Sonneneinstrahlung zu vermeiden.
Die erforderliche Helligkeit in den verschiedenen Räumen des Bürogebäudes (Büro’s und Besprechungszimmer) wird durch bewegungsgesteuerte Flächen-LED-Strahler erreicht. Das ist wirtschaftlicher, als die Innenräume bei zu großen Fensterflächen im Sommer zusätzlich zu klimatisieren.
Die Photovoltaik-Anlage an der Fassade des Gebäudes hat eine Leistung von 94,7 kW Peak. Damit kann Mader rund 60 Prozent seines Strombedarfs über Eigenerzeugung abdecken. Der überschüssige regenerativ erzeugte Strom wird ins Netz eingespeist.
Dem Unternehmen war es wichtig, den Mitarbeitenden in dem neuen Gebäude ein angenehmes Raumklima zu schaffen, bei dem man auch die jahreszeitlichen Schwankungen im Gebäude bemerkt. Das mit der Sanierung bzw. dem Neubau beauftragte TGA-Fachplanerbüro machte deshalb den Vorschlag, diese Anforderungen mit einem reversiblen Luft- / Wasser-Wärmepumpen-System zu lösen.
Heizen und Kühlen im Umschaltbetrieb
Solche energieeffizienten Systeme können in den Wintermonaten heizen und über die Fußbodenheizung das Gebäude mit Raumwärme versorgen. Als Niedertemperaturheizung eignet sich die Fußbodenheizung für die Kombination mit Luft- / Wasser-Wärmepumpen, da die geringe Vorlauftemperatur einen positiven Einfluss auf den Wirkungsgrad der Anlage hat.
Eine Ecodan Dreier-Wärmepumpen-Kaskade von Mitsubishi Electric erzeugt deshalb die Raumwärme für den sanierten Altbau und den neuen Anbau. Zum Einsatz kommen drei kompakte Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Zubadan Inverter-Technik und insgesamt 33,6 kW Wärmeleistung, die als 3er-Kaskade im Außenbereich installiert wurden. Jedes der drei Ecodan Außengeräte erreicht 11,2 kW Wärme- und 10 kW Kühlleistung. Damit deckt die Wärmepumpen-Kaskade die Heizlast für das Gebäude vollständig ab.
In den heißen Sommermonaten werden die Wärmepumpen dafür eingesetzt, kühles Wasser durch die Fußbodenheizung zu leiten. Durch diese Bauteilaktivierung erfolgt dann eine indirekte Kühlung des Gebäudekörpers bei hohen Außentemperaturen, mit dem Ergebnis, dass die Wärmelast über die Fußbodenheizung nach draußen abgeführt wird und die Räume um einige Grad heruntergekühlt werden. Auf diese Weise kann die Grundlast für die Kühlung des Gebäudes problemlos abgedeckt werden.
Unterstützt wird das komfortable Raumklima durch eine raumlufttechnische Anlage (RLT), die alle Räume mit frischer Außenluft versorgt. Über eine Wärmerückgewinnungsfunktion trägt sie auch zur Beheizung des Gebäudes bei. Über die Vorkonditionierung kann die RLT bei hohen Außentemperaturen auch die Spitzenlast der Kühlung abdecken. Die Grundlast übernimmt wie oben beschrieben die Wärmepumpenkaskade.
Wärmepumpen-Kaskade mit hoher Effizienz
Die Kaskadierung der Wärmepumpen eröffnet zahlreiche Vorteile gegenüber einer einzelnen Wärmepumpe mit entsprechend großer Leistung. Denn der Betrieb im sehr großen Modulationsbereich einer Kaskade ist deutlich effizienter, als nur ein Modul in Volllast zu fahren. Grund dafür ist, dass die Einheiten gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten können.
Eine Kaskadenregelung mit Auto-Adaptfunktion von Mitsubishi Electric verbessert das Betriebsverhalten und sucht automatisch den jeweils besten Betriebspunkt für die Anlage. Außerdem schafft eine Kaskade eine Redundanzfunktion bei der Wartung von Einzelgeräten des Systems und führt so zu einer erhöhten Betriebssicherheit. Darüber hinaus werden die Gesamtlaufzeiten der Einzelmodule reduziert und damit die Langlebigkeit erhöht.
Ein besonderes Merkmal der hier verwendeten Heiztechnik ist, dass die Wärmepumpen die spezielle Zubadan-Verdichtertechnik aufweisen. Das dabei eingesetzte Einspritzverfahren erhöht die verfügbare Heizleistung. D. h., die Wärmepumpen können auch bei niedrigen Außentemperaturen von bis zu – 15 °C noch 100 Prozent ihrer Heizleistung erbringen. Gleichzeitig erweitert sich der untere Einsatzbereich auf bis zu – 28 °C Außentemperatur. Damit ist es möglich, das Gebäude mit Wärme zu versorgen und auch bei tiefen Außentemperaturen auf Unterstützung eines elektrischen Heizstabes oder einen zusätzlichen Wärmeerzeuger zu verzichten.
Die hydraulische Einbindung der Wärmepumpen in das Wärmeverteilungssystem erfolgt über Hydromodule, in denen der Energieübergang vom Kältemittel auf das Heizungswasser stattfindet. Für jede Außeneinheit befindet sich im Technikraum ein Hydromodul mit Wärmeübertrager-Einheit. Die Hydroboxen sind mit der übergeordneten Gebäudeleittechnik (GLT) verbunden und können online jederzeit überwacht werden.
Es wird ein monatliches Energiemonitoring durchgeführt, d. h. der Energieverbrauch wird dokumentiert und jährlich verglichen. Das schafft die Möglichkeit, Energieeinsparpotenziale zu erkennen und durch die Anpassung von beispielsweise Pumpenlaufzeiten zu realisieren. Darüber hinaus ist in die Anlage noch ein Pufferspeicher eingebunden, der das vorkonditionierte Brauchwasser nicht nur speichert, bis es abgerufen wird, sondern auch zur Überbrückung von Sperrzeiten des Stromversorgers dient. Gleichzeitig stellt der Pufferspeicher Energie für die Abtauung der Außenmodule bereit.
Fazit
Für die Beheizung des nach KfW-Energie-Standards gedämmten Mader-Gebäudes kommen drei Luft- / Wasser-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric als Kaskade zum Einsatz. Sie versorgen die Fußbodenheizung bzw. die unterschiedlich genutzten Räume mit der erforderlichen Wärmeenergie. Im Umschaltbetrieb werden die Wärmepumpen in den Sommermonaten dafür eingesetzt, kühles Wasser durch die Fußbodenheizung zu leiten.
Durch diese Bauteilaktivierung erfolgt dann eine indirekte Kühlung des Gebäudekörpers bei hohen Außentemperaturen, mit dem Ergebnis, dass die Wärmelast über die Fußbodenheizung nach draußen abgeführt wird und die Räume um einige Grad heruntergekühlt werden. Auf diese Weise kann die Grundlast für die Kühlung des Gebäudes abgedeckt werden. Durch das Konzept, mit Wärmepumpen eine Grundlast zum Heizen und Kühlen sicherzustellen und über die RLT-Anlage die Spitzenlast abzudecken, benötigt der Betreiber für dieses Gebäude keine klassische Heizungs- und auch keine konventionelle Klimaanlage mehr. ■
Bild: Mitsubishi Electric / Lechte
