Die Fertigungshalle in Borken wird von Luft/Luft-Wärmepumpen VRV IV von Daikin in Drei-Leiter-Ausführung zur Wärmerückgewinnung ganzheitlich beheizt und gekühlt. Die Abwärme aus der Prozesskühlung wird im Winter für die Beheizung der angeschlossenen Büroräume eingesetzt. Die Abwärmenutzung in diesem Projekt wurde vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) als förderfähig anerkannt und mit 30 Prozent der Investitionssumme gefördert. Federführend für die TGA-Planung des Projektes war das Ingenieurbüro Genesis aus Rhede.
Kühl- und Klimatisierungskonzept gesucht
Die Fertigungshalle ist 730 m2 groß und daran angrenzend befindet sich ein 30 m2 großer Messraum. Das Gebäude wurde als KfW-Effizienzhaus 70 errichtet. Teegen Formenbau wünschte sich für die neue Fertigungshalle eine zentrale Prozesskühlung sowie die Nutzung der Abwärme aus dieser und eine Kühlung der Fertigungshalle im Sommer. Am alten Standort wurde bisher jede Fertigungsmaschine einzeln gekühlt und eine Klimatisierung der Fertigung fehlte gänzlich, sodass sich die Halle im Sommer tagsüber teilweise auf 30 °C aufheizte.
Die ursprüngliche Idee war, in der neuen Fertigungshalle die Heizung über eine Gas-Brennwerttherme, die Kühlung der Halle über Kaltwassersätze und die Klimatisierung über Split-Klimageräte zu realisieren. Das Ingenieurbüro Genesis konnte Teegen jedoch schnell von den Vorteilen eines integralen Konzepts überzeugen: Neben einer zentralen Prozesskühlung steht dabei die Nutzung der Abwärme aus der Kühlung der Fertigungsmaschinen für die Beheizung der Büroräume im Mittelpunkt.
Eine wichtige Voraussetzung für die Klimatisierung der Produktionshalle war eine präzise Temperaturregelung mit konstanten Temperaturen von 20 bis 22 °C im Winter und 20 bis 24 °C im Sommer. Im Messraum, in dem die Formen auf ihre Genauigkeit hin geprüft werden, darf es ganzjährig nur 20 °C warm sein. Um die Messgenauigkeit der Messtechnik zu gewährleisten, darf die Temperatur nur 1 K davon abweichen. Die sommerliche Wärmeentwicklung wird durch 150 mm starke ISO-Paneelen, mit denen die Wände der Fertigungshalle verkleidet sind, so gering wie möglich gehalten.
Ganzheitliches thermisches Energiemanagement
Kernstück der neuen Gebäudetechnik bei Teegen ist die VRV IV von Daikin eine Luft/Luft-Wärmepumpe mit Wärmerückgewinnung in Drei-Leiter-Ausführung, die thermische Energie aus der erneuerbaren Energie Luft gewinnt. Sie ermöglicht ein ganzheitliches thermisches Energiemanagement in Gewerbegebäuden: Heizung, Klimatisierung und Lüftung mit nur einem System. Bei Teegen kommen insgesamt drei VRV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 135 kW zum Einsatz, die neben dem Gebäude aufgestellt wurden.
Zwei spezielle Merkmale der VRV IV sind die variable Kältemitteltemperatur (VRT-Technik), die eine bessere Ganzja-hreseffizienz für die Gebäude ermöglicht, sowie ein erhöhter Raumkomfort aufgrund des kontinuierlichen Heizbetriebs während der Abtauphase. VRT-Technik bedeutet, dass die Verdampfungs- beziehungsweise Verflüssigungstemperatur im laufenden Betrieb an den Leistungsbedarf angepasst wird. Die Leistungsanpassung erfolgte bisher über die Verdichterdrehzahl und wird nun anhand interner Druck- und Temperaturgrößen errechnet. Die Verdichterleistung wird energetisch durch die VRT-Technik auf dem benötigten Minimum gehalten. Durch diese optimierte Leistungsregelung wird eine saisonale Effizienz mit einem SEER im Kühlbetrieb von bis zu 7,53 erzielt.
Das als Drei-Leiter-System konzipierte Wärmerückgewinnungs-System verfügt (schematisch gesehen) über drei Wärmeübertrager: zwei davon im Gebäude, einer im Außengerät. Sofern an einem der beiden Innengeräte-Wärmeübertrager (schematisch gesehen) Kühlbedarf besteht, also Wärmeenergie abgeführt werden muss, und am anderen Innengeräte-Wärmeübertrager geheizt werden muss, findet ein Wärmeübergang zwischen diesen beiden Wärmeübertragern statt. Der Außengeräte-Wärmeübertrager wird nur dann benötigt, wenn das Verhältnis zwischen Heiz- und Kühllast unterschiedlich ist und zusätzlich Wärmeenergie ab- bzw. zugeführt werden muss.
Förderung des Abwärmekonzepts
In der Halle stehen insgesamt 13 Fertigungsmaschinen, wie Fräs-, Bohr- Erosions- und Drehmaschinen, die zusammen einen Kühlbedarf von 50,7 kW haben und ganzjährig gekühlt werden müssen. Die Maschinen werden über Spindelkühler rückgekühlt und die Abwärme zentral zurückgeführt. Die Abwärme aus der Druckluft der Kompressoranlage wird im Winter zur Beheizung der Büroräume über die Fußbodenheizung genutzt.
Ein 600 l fassender Wasserspeicher wird als Puffer beladen. Erst wenn die Abwärme nicht ausreicht, wird die VRV-Anlage für die Beheizung zugeschaltet. Durch die Abfuhr der Abwärme der Maschinenkühler (aktuell ca. 30 kW) aus der Fertigung heraus hin zum zentralen Kaltwasserspeicher, muss diese Abwärme im Sommer nicht zusätzlich klimatisiert werden.
Teegen Formenbau stellte einen Antrag auf Förderung der Abwärmenutzung beim BAFA. Beim Förderprogramm Querschnittstechnologien werden unter anderem Wärmerückgewinnungs- bzw. Abwärmenutzungsanlagen in Prozessen gefördert. Teegen erhielt für die Abwärmenutzung einen Zuschuss von 30 Prozent der Investitionssumme.
Strömungsarme Luftverteilung im Gebäudeinneren
Für die Luftverteilung innerhalb der Halle wurde bei der Konzepterarbeitung zunächst an klassische Deckenkassetten gedacht. Da jedoch an der Hallendecke eine Kranbahn verläuft, konnte dies nicht realisiert werden. Jetzt kommen Textilschläuche zum Einsatz, die in der Lage sind, die Luftmengen strömungsarm zu verteilen. Die dafür benötigten Kanalanschlussgeräte, die an die VRV-Anlage angeschlossen sind, sind an der Hallendecke angebracht.
Der Messraum und die beiden Büroräume werden über Roundflow-Deckenkassetten von Daikin mit selbstreinigender Blende konditioniert. Durch die 360°-Luftausblasung der Deckenkassette wird die Luft gleichmäßig verteilt. Die selbstreinigende Blende steigert die Effizienz der Innengeräte, denn im Laufe der Zeit sammelt sich Staub an, der die Filter der Klimainnengeräte verschmutzt. Dies führt zu einem Anstieg des Energieverbrauchs. Bei einer regelmäßigen Reinigung der Filter wird eine optimale Effizienz sichergestellt.
Mithilfe der Selbstreinigungsfunktion wird der übliche Leistungsabfall gegen Ende des Wartungszyklus verhindert. Über eine Leuchtdiode an der Blende und auf dem Display der Fernbedienung wird angezeigt, wenn der integrierte Staubsammler entleert werden muss. Der Filter kann einfach mit einem gängigen Staubsauger geleert werden. Die Innengeräteeffizienz wird so immer auf bestmöglichem Niveau gehalten.
Intuitive Anlagensteuerung
Auch die Anlagenüberwachung spielt eine große Rolle, denn ein Ausfall des Systems kann unter Umständen den störungsfreien Betrieb gefährden. Die Steuerung und in-tuitive Bedienung der VRV-Anlage erfolgen über den intelligent Touch Manager (iTM) von Daikin. Mithilfe der Gebäudegrundrisse, die im iTM hinterlegt werden können, wird die Orientierung und Bedienung erleichtert.
Die Anlage arbeitet nach den voreingestellten Werten. Selbst das Umschalten zwischen den Funktionen Kühlen und Heizen erledigt das System automatisch und individuell für jeden Raum. Sollte es dennoch zu einer Abweichung kommen, kann schnell eingegriffen werden. Über die in den einzelnen Büroräumen installierte Fernbedienung können durch die Teegen-Mitarbeiter nur geringfügige Veränderungen an der Temperatur und der Lüfterdrehzahl vorgenommen werden. Die Anlage kann auch via Smartphone von überall aus gesteuert werden.
Fazit
Das vom Ingenieurbüro Genesis erarbeitete integrale Konzept hat Teegen überzeugt: Obwohl das neue Gebäude dreimal so groß ist wie das vorherige, dort eine Prozessmaschine mehr steht und zusätzlich nun die Halle klimatisiert wird, verbraucht Teegen genauso viel Strom wie am alten Firmenstandort.
Gerold Freitag,
Planungsberater bei Daikin Airconditioning Germany GmbH, Büro Düsseldorf
