Der Einsatz energieeffizienter Systeme zum Heizen und Kühlen gehört heute fest in das Pflichtenheft der Bauherren. Statt dies mit hohem Investitions- und Planungsaufwand durch mehrere unterschiedliche gebäudetechnische Anlagen zu realisieren, bieten sich hierfür VRF-Klimaanlagen an. Diese haben den Vorteil, dass man mit ihnen heizen und kühlen kann, ohne auf konventionelle Wärmeerzeuger angewiesen zu sein. Eine moderne technische Ausstattung, wie beispielsweise die Inverter-Technik, ermöglicht zudem einen modulierenden Betrieb und sorgt dadurch für eine bis zu 20 Prozent effizientere Betriebsweise, als dies bei herkömmlichen Systemen der Fall ist.
Bundeswehr-Bekleidungswirtschaft an einem Sitz konzentriert
Im Zuge der ersten Reformprojekte des Bundes und der Länder zur Privatisierung bestimmter Geschäftsfelder der Deutschen Bundeswehr wurde im Jahr 2002 die LHD gegründet. Das in Köln ansässige Unternehmen betreibt als multinationales Unternehmen die LH Bekleidungsgesellschaft mbH (LHBw) im Bereich der Bekleidungswirtschaft der Bundeswehr. Bisher waren die einzelnen Geschäftsbereiche aufgrund der historischen Entwicklung an unterschiedlichen Standorten angesiedelt. Eine für die Unternehmensleitung unbefriedigende Situation, zumal die Neben- und Betriebskosten insbesondere für die Energieversorgung bei den zum Teil älteren angemieteten Objekten immer weiter stiegen.
Als Ersatz wurde der Neubau eines fünfstöckigen Verwaltungsgebäudes mit rund 6000 m2 Fläche bei der Pütz Grundbesitz GmbH, Niederkassel, in Auftrag gegeben und in zwei Bauabschnitten verwirklicht. Mit Blick auf ein zeitloses Erscheinungsbild sowie auf dauerhaft geringe Unterhaltskosten hat man bei der Architektur des Gebäudes auf gestalterische Elemente geachtet, die auf natürliche Weise für einen geringen Energiebedarf des Gebäudes sorgen. Stellvertretend seien hierfür die klare Nord-Süd-Ausrichtung des Gebäudes und die dunkelrote Klinkerfassade genannt, die Wärme langfristig speichern kann.
Heizen und kühlen mit einem System
Ein stimmiges Verhältnis von Fenster- zu Außenflächen erlaubte es, dass die Wärmeversorgung mit sehr niedrigen Vorlauftemperaturen ausgelegt werden konnte. Dies waren äußerst günstige Bedingungen für den Einsatz von Wärmepumpen, erklärt Dipl.-Ing. Tillmann Wende, Geschäftsführer der Wende GmbH aus Witten, der für die Klimatisierung des Gebäudes reversible Luft/Luft-Wärmepumpen empfahl. Dies ermöglichte uns die Klimatisierung des Gebäudes mit nur einem System, da die verwendeten Geräte mittels eines integrierten 4-Wege-Ventils je nach Anforderungsprofil entweder heizen oder kühlen können. Dabei kann der Nutzer über manuelles Umschalten in einen anderen Betriebsmodus das für ihn angenehmste Raumklima individuell einstellen.
Volle Heizleistung auch bei niedrigen Außentemperaturen
Als Außeneinheiten kommen zwölf Wärmepumpen der Serie City Multi von Mitsubishi Electric mit einer Kühlleistung von jeweils 28 kW sowie einer Heizleistung von 31,5 kW zum Einsatz. Die in Köln-Porz eingesetzten Aggregate verfügen neben der Inverter- auch über die Zubadan-Technik. Dabei handelt es sich um eine zusätzliche Kältemitteleinspritzung während des Verdichtungsprozesses, die dafür sorgt, dass auch bei besonders niedrigen Außenlufttemperaturen die volle Heizleistung ohne zusätzlichen Elektroheizstab oder Spitzenlastkessel erbracht wird.
Das patentierte Verfahren ermöglicht es, dass die Geräte ihre 100-Prozent-Heizleistung auch noch bei Außentemperaturen von 15 °C erreichen. Die Einspritzung des Kältemittels in den Kompressor erfolgt bedarfsabhängig ab einer Außentemperatur von + 3 °C und tiefer. Dadurch wird der Arbeitsbereich der Wärmepumpe auf bis zu 25 °C erweitert, um eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung zu stellen. Das Kältemittel kann also auch bei sehr tiefen Außentemperaturen genügend Wärme aus der Außenluft aufnehmen und bei der Kondensation wieder abgeben.
Dabei arbeiten die Zubadan-Wärmepumpen durch ihre modulierende Betriebsweise und den weiten Einsatzbereich von bis zu 25 °C Außentemperatur um rund 15 bis 20 Prozent effizienter als moderne Brennwertgerätetechnik, so Wende. Darüber hinaus wurden zwei Außengeräte der Serie Mr. Slim aufgestellt, die als Luft/Wasser-Wärmepumpen ausschließlich für die Warmwasserbereitung verwendet werden. Mit einer gesonderten Anlage wird die Kühlung der Servertechnik realisiert. Hierfür stehen zwei Außengeräte ebenfalls aus der Serie City Multi mit jeweils 45 kW Kühlleistung zur Verfügung, die wie die Innengeräte redundant miteinander verschaltet sind, um die größtmögliche Betriebssicherheit zu gewährleisten.
Wärmeverteilung mit unterschiedlichen Systemen
Ein besonderes Konzept wurde bei der Wärmeverteilung gewählt. Sie richtet sich nach den differenzierten Raumkonzepten und wurde auf unterschiedliche Weise umgesetzt. Während sich im Erdgeschoss ein Shop des Kleidungsausrüsters der Bundeswehr und anderer öffentlicher Dienste befindet, sind die oberen vier Stockwerke für Büros vorgesehen. Fußbodenheizungen im Erdgeschoss sorgen für angenehme Temperaturen. Im Untergeschoss wurden 40 Radiatoren-Heizkörper installiert, um den Keller bei einer konstanten Temperatur von ca. 17 °C frostfrei zu halten. Im großzügigen Foyer sowie im Ladengeschäft kamen zudem noch Deckenkassetten hinzu, die die Heizung unterstützen bzw. bei zu hoher Wärmelast kühlen.
Die Treppenhäuser, das Eingangsfoyer und die Sanitärräume werden ebenfalls mit Plattenkonvektoren beheizt. Zum Teil wurde hier auch Fußbodenheizung verlegt, deren einzelne Kreise über einen Wärmeübertrager und einen Pufferspeicher von zwei Wärmepumpen mit der erforderlichen Energie versorgt werden. Der Pufferspeicher übernimmt dabei die Funktion einer hydraulischen Weiche, um eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu ermöglichen. Sowohl die Fußbodenheizung als auch die Radiatoren werden hier mit einer Vorlauftemperatur von 35 °C gefahren, sodass die Zubadan-Wärmepumpen auch diese Bereiche problemlos mit Wärme versorgen können.
Anders als im Unter- und Erdgeschoss kommen im gesamten übrigen Teil des Gebäudes rund 150 Innengeräte zum Einsatz, die je nach Raumgröße entweder als 2- oder als 4-Wege-Deckenkassetten und in unterschiedlichen Leistungsstufen ausgeführt sind. Zum Teil sind die Innengeräte mit i-see-Sensoren ausgestattet, die Temperaturzonen im Raum messen, um die konditionierte Luft genau dorthin zu transportieren, wo sie benötigt wird.
Bedarfsgerechte Versorgung der Nord- und Südseite des Gebäudes
Aufgrund der guten Dämmung der Gebäudehülle (40 kWh/m2) und der internen Wärmelasten durch Personen, EDV und Beleuchtung wird das Gebäude überwiegend bis ca. + 5 °C Außentemperatur mit der Anlage gekühlt und erst unterhalb dieses Temperaturniveaus wird das Heizen erwartungsgemäß erforderlich. Damit in den unterschiedlichen Bereichen beständig ein gleichmäßiges und angenehmes Temperaturniveau gewährleistet ist, wurden die Verteilerstränge so verlegt, dass stets mehrere Innengeräte einer Gebäudeseite einem Außengerät zugeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass die Nord- und Südseite des Gebäudes unabhängig und bedarfsgerecht versorgt werden können. Für das Objekt in Köln-Porz wurde insgesamt ein Heizwärmebedarf von 300 kW ermittelt.
Durch eine geringe Überdimensionierung wurde ein monovalenter Betrieb möglich, ohne einen zusätzlichen konventionellen Wärmeerzeuger und ohne einen elektrischen Heizstab in den Außengeräten. Die Kälteleistung der Anlage liegt bei rund 340 kW und ist damit ebenfalls großzügig ausgelegt. Aufgrund der Nord-Süd-Ausrichtung des Gebäudes wurde jede Etage mit einer einzelnen Außeneinheit für die Nordseite bzw. die Südseite versehen, damit während der Übergangsphasen im Herbst und Frühjahr, wenn beispielsweise auf der Südseite die Sonne scheint, schon gekühlt werden kann, während die Büroräume auf der Nordseite noch beheizt werden, so Wende.
Fazit
Die Ausstattung des modernen Verwaltungsgebäudes mit Ladengeschäft erfolgte unter streng betriebswirtschaftlichen Ge-sichtspunkten. Statt die Klimatisierung des Gebäudes mit getrennten Systemen vorzunehmen, wurden beide Funktionen durch eine effiziente und energiesparende VRF-Anlage realisiert, mit der sowohl gekühlt als auch geheizt werden kann.
Der dezentrale Aufbau der Anlage, bei dem jeweils mehrere Innengeräte einem Außengerät zugeordnet sind, ermöglicht die individuelle Anpassung des Betriebszustandes Heizen oder Kühlen. Das heißt, während in einem Gebäudeteil Wärmelasten abzuführen sind, kann in einem anderen Bereich schon geheizt werden. Hervorzuheben ist darüber hinaus, dass mit den Außengeräten unterschiedliche Wärmeverteilungssysteme bedient werden. Während die Büro- und Verwaltungsräume mit Luft/Luft klimatisiert werden, kommt in den anderen Bereichen eine Luft/Wasser-Verteilung über Fußbodenheizung und Radiatoren zum Einsatz. -
