Menu sluiten

MONOVALENT VERWARMEN EN KOELEN

warmtepomp cascade systeem in kb4 in düsseldorf

Warmtepomp cascade systeem in KB4 in Düsseldorf

Gebouwen waarin niet wordt gewoond, zoals het hypermoderne kantoorgebouw KB4 in het businesspark „Airport City“ in Düsseldorf moeten als nieuwbouw voldoen aan zware wettelijke eisen. Dat geldt in het bijzonder voor de verwarming en de koeling van een gebouw. Met moderne technologieën kan zonder problemen aan deze richtlijnen worden voldaan. Bijvoorbeeld met omkeerbare warmtepompen, die een rendabel gebruik mogelijk maken.

 

Het KB4 -

EEN HYPERMODERN KANTOORGEBOUW

Het KB4, dat de Gerresheimer-groep voor haar hoofkantoor heeft gekozen, beschikt op vijf etages over ca. 4.300 m2 ultramoderne kantooroppervlakken. Elke etage kan in twee verschillende grote huureenheden worden opgedeeld, die waar nodig flexibel kunnen worden ingedeeld – van afzonderlijke kantoren tot aan de businesslounge. In de kelder zijn opslag- en archiefruimten evenals een parkeergarage ondergebracht. In de zomer van 2014 werd het project, waarin STRABAG Real Estate GmbH ca. 17 miljoen euro heeft geïnvesteerd, na een bouwtijd van een jaar voltooid. Eind vorig jaar heeft een onderneming van het Talanx-concern het gebouw overgenomen.

 

NAUWE SAMENWERKING TUSSEN

STUDIEBUREAU EN FABRIKANT

Eén van de taken was om de klimatisatieregeling overeenkomstig de actuele standaard in kantoorgebouwen vorm te geven. Naast verwarming moest daarom ook een systeem voor de koeling worden geïnstalleerd. Bij de planning van de installatie moest rekening gehouden worden met de richtlijnen van de energiebesparingsverordening (EnEV). Zo wordt in paragraaf 3 van de Duitse wetgeving op het gebied van hernieuwbare energie (EEWärmeG) bepaald dat bij een effectief gebruiksoppervlak van meer dan 50 m2, de warmte- en koude-energiebehoefte voor een procentueel aandeel uit hernieuwbare energie moet bestaan. Onder hernieuwbare energie valt wettelijk gezien energie uit de buitenlucht, geothermie, zonne-energie evenals biomassa.

Het studiebureau Bodzian uit Duisburg heeft zich ten doel gesteld, om niet alleen aan de wettelijke richtlijnen te voldoen, maar tevens een zo efficiënt mogelijk en zinvolle oplossing voor het KB4 te vinden. Er werden intensief ideeën verzameld, weer verworpen of geconcretiseerd en verder ontwikkeld. Net zolang tot de ingenieur Frank Müller een concept had gevonden dat aan de eisen van het studiebureau en de behoeften van de klant voldeed. Gedurende de gehele ontwikkelingsfase van het energetische concept werd het bureau ondersteund door de fabrikant Mitsubishi Electric. „Door de permanente samenwerking tussen studiebureau, ingenieurs en onze technische experts leveren wij als fabrikant een bijdrage aan het vinden van een optimale installatie-oplossing, die aan de hoge kwaliteitseisen van zowel het studiebureau als onze kant voldoet“, verklaart Bernd Brinkmann, planningsadviseur voor Nordrhein-Westfalen bij Mitsubishi Electric.

WARMTEPOMPEN IN CASCADE -

WARMTE EN KOELTE VOLGENS BEHOEFTE

Het concept van de installatie met negen in cascade geschakelde lucht/water-warmtepompen maakt het gelijktijdig verwarmen en koelen mogelijk. Aan de hand van de meet-, besturings- en regeltechniek wordt bepaald welke van de buitenunits op dat moment koude- of warmte-energie genereren, anderzijds wordt vastgesteld hoeveel vermogen op een bepaald tijdstip geleverd moet worden.
In totaal leveren de negen warmtepompen van het type PUHZ-SHW230YKA uit de Mr. Slim-reeks een verwarmingsvermogen van 207 kW. De buitenunits zijn voorzien van inverter technologie, waarbij het vermogen traploos modulerend aan de behoefte wordt aangepast. Daardoor werkt het systeem duidelijk efficiënter dan installaties die alleen een On/Off-modus hebben. De regelcompressor ligt bij een machine tussen 30 en 100 procent. D.w.z. dat een modulatie van ca. 7 kW – bij een warmtepomp die maar een deel van hun max. vermogen van 30 procent leveren – tot max. 207 kW bij negen apparaten die het volledige vermogen leveren kan genereren. „Het is onze vaste strategie om afzonderlijke warmtepompen waar mogelijk in deellast te laten werken. Dat is efficiënter dan bijvoorbeeld vier warmtepompen het volledige vermogen te laten leveren, terwijl de andere vijf zijn uitgeschakeld“, aldus Brinkmann.

OOK TIJDENS DE WINTERMAANDEN

OVERTUIGEND RENDABEL

Om ook bij zeer lage buitentemperaturen nog een betrouwbare werking te kunnen garanderen, zijn de units voorzien van de Zubadan-technologie. De „flash-injection“ garandeert bij zeer lage buitentemperaturen een stabiele koelmiddelcirculatie. Daardoor is een verwarmingsvermogen van 100% tot 15 °C mogelijk, zonder dat nog een warmteopwekker zoals bijv. een elektrisch verwarmingselement hoeft te worden bijgeschakeld. Zelfs tot temperaturen van -28 °C wordt de perfecte werking van de units gegarandeerd. 

 

„Op grond van deze technologie werken de warmtepompen ook ‘s winters rendabel, omdat dit systeem als monovalente warmteopwekker kan worden gebruikt“, legt Ulf Berens uit, directeur van het installatiebedrijf Kältetechnik Berens. Een bijkomend voordeel is dat de units op grond van het constante verwarmingsvermogen wezenlijk kleiner kunnen zijn dan modellen zonder Zubadan-technologie.

Fotogalerij

Warmtepomp cascade systeem in KB4 in Düsseldorf

3

NEGEN BUITENUNITS

IN CASCADE GESCHAKELD

De nieuwe buitenunits zijn in cascade geschakeld, maar elke unit kan individueel in de verwarmings- of koelmodus werken. Op koude dagen kunnen negen units warmte opwekken, op erg warme dagen draaien alle negen units waar nodig in de koelmodus. Tijdens overgangsperioden, als het op grond van de zonnestraling in de kantoren aan de zuidkant zo warm wordt dat een klimatisatieregeling nodig is, terwijl op de koele noordkant nog moet worden verwarmd, kan een deel van de units warmte opwekken en de rest kan koelen. Voor een optimaal energieverbruik zijn de buitenunits U-vormig op het dak van het gebouw gemonteerd. Door de plaatsing wordt de afgevoerde lucht tussen de warmtepompen geblazen waardoor de aangezogen lucht verwarmd of gekoeld wordt, zodat de installatie nog efficiënter werkt.

HEEL INTELLIGENT:

DE REGELINGSTECHNIEK

De aansturing volgens behoefte wordt door middel van een speciale regelingstechniek mogelijk gemaakt. Voor iedere warmtepomp is een PAC-IF012B-E geïnstalleerd. Met behulp van deze interface kunnen meerdere warmtewisselaars met de Mr. Slim buitenunits worden verbonden. Zo kunnen ze bijv. op ventilatoren of luchtgordijnen worden aangesloten. 
In KB4 is de warmtepompinstallatie met behulp van de interface in het overkoepelende gebouwbeheersysteem geïntegreerd. Via externe signalen kunnen zo verschillende instellingen worden uitgevoerd: het gevraagde vermogen in 8 stappen van 30 tot 100 procent, de modus verwarmen of koelen evenals een compressorstop. Bovendien worden alle relevante bedrijfsgegevens uitgelezen, waaronder de compressorwerking, de bedrijfsmodus of de ontdooicyclus. Elk apparaat is afzonderlijk met koelmiddelleidingen op een eigen warmtewisselaar aangesloten. Deze dragen de energie op waterbasis over aan twee bufferreservoirs voor warm water en één bufferreservoir voor koud water. Door deze opstelling is er geen koelmiddelcircuit binnenin het gebouw aanwezig. 

BUFFERRESERVOIR VOOR

VERHOGING VAN DE EFFICIËNTIE

De drie bufferreservoirs geven het water in de juiste hoeveelheid en afhankelijk van de behoefte af aan de warmwater- of koudwatercirculatie in het gebouw. Door gebruik te maken van de bufferreservoirs wordt het onnodig pulserend schakelen van de warmtepompen voorkomen waardoor ze nog rendabeler werken. De warmteverdeling verloopt via een betonkernactivering, die de basislast voor de verwarming voor zijn rekening neemt. Bovendien worden verwarmingselementen gemonteerd, om tijdens piekbelastingen voldoende warmte beschikbaar te kunnen stellen. De koeling gebeurt via een centrale technische installatie voor de binnenlucht. Dit komt overeen met de in de studie opgenomen gegevens, waarmee er vanuit wordt gegaan dat kan worden afgezien van airconditioning.

CONCLUSIE

Het resultaat voldoet aan alle verwachtingen: in KB4 is een lucht/water-warmtepompsysteem geïnstalleerd, dat niet alleen aan de wettelijke bepalingen voldoet, maar ook als monovalente warmteopwekker fungeert en tegelijkertijd zowel kan verwarmen als koelen. Dat beide functies door hetzelfde systeem worden uitgevoerd is voor KB4 een eenvoudigere en duurzamere oplossing in vergelijking met de klassieke uitvoering met warmteopwekkers en airconditioning.
Bewust werd een systeem gekozen dat ook bij lage temperaturen nog efficiënt werkt. De units zijn door middel van een interface zodanig geschakeld, dat ze efficiënt en aan de hand van de behoefte koud en warm water kunnen produceren – ook gelijktijdig. Aangezien het resultaat aan alle verwachtingen voldoet, werd reeds een nagenoeg identiek concept in het naburige, vergelijkbare AERO-gebouw gerealiseerd.