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Tec-DAX-Unternehmen

setzt auf R2-System

Ein Klimasystem zum monovalenten Heizen und Kühlen 

Der Großraum Hannover ist eine aufstrebende Wirtschaftsregion, in der sich zahlreiche Industrie- und Gewerbebetriebe angesiedelt haben. In Garbsen bei Hannover hat das weltweit operierende Tec-DAX-Unternehmen LPKF Laser & Electronics AG, seinen Hauptsitz. Die LPKF AG stellt Maschinen und Lasersystemen zur Mikromaterialbearbeitung her, die unter anderem in der Elektronikfertigung, der Medizintechnik, der Automobilbranche sowie der Herstellung von Solarzellen zum Einsatz kommen.

Die komplexe Unternehmenszentrale verteilt sich auf mehrere Gebäude und wird kontinuierlich sowie bedarfsorientiert erweitert. Als jüngstes Bauvorhaben ergänzen der Vorstandsbereich und eine Fertigungshalle mit integrierter Forschungs- und Entwicklungsabteilung das Gebäudeensemble. Gemäß der eigenen Unternehmensphilosophie, nur hochmoderne Technologien zu produzieren und einzusetzen, liegt der Fokus bei der Wahl gebäudetechnischer Systeme ebenfalls auf modernen und energiesparenden Technologien. Bereits vor drei Jahren wurden mehrere Gebäudeteile nachträglich im laufenden Betrieb der LPKF mit VRF-Klimasystemen ausgerüstet. Auch diesmal ist bei der Planung für den Bau von zwei neuen Gebäuden darauf geachtet worden, dass sich die gebäudetechnischen Anlagen bei den beiden neuen Erweiterungsbauten durch geringe Unterhaltskosten, eine hohe Betriebssicherheit sowie eine lange Lebensdauer auszeichnen. In enger Zusammenarbeit zwischen der LPKF-Unternehmensleitung und dem planenden sowie ausführenden Architekten Rainer Breitenbach wurden zunächst die Grundlagen ermittelt.

Anlage bietet

hohes Maß an Flexibilität

Anhand der Zeichnungen und erarbeiteten Vorgaben wurde eine herstellerunabhängige Planung durch das Fachhandwerksunternehmen, welches bereits die vormaligen Anlagen gebaut hat, vorgelegt. „Da konventionelle Be- und Entlüftungsanlagen einen hohen Energieverbrauch haben und durch aufwändige Wartungsarbeiten sehr teuer im Unterhalt sind, haben wir dem Bauherrn ein energiesparendes VRF-Klimasystem in Verbindung mit einer Lüftungsanlage und hocheffizienter Wärmerückgewinnung vorgeschlagen“, erklärt Björn Retzbach, Geschäftsführer RKS Retzbach Klima Service GmbH. Aufgrund der guten Energiekennwerte und der vielseitigen Einsetzbarkeit empfahl der Kälteanlagenbauermeister dem Kunden das VRF-R2-Wärmepumpensystem von Mitsubishi Electric. 
Das VRF-R2-Wärmepumpensystem wurde für individuelle Lösungen in großen und anspruchsvollen Gebäuden entwickelt. Die Vielfalt an Innengerätemodellen sowie der große Außengeräte-Leistungsbereich sichern ein hohes Maß an Flexibilität für die Planung und Auslegung einer solchen Anlage. „So bestand die Möglichkeit, auf eine Sanierung der bestehenden Heizungsanlage zu verzichten. Denn durch den Einsatz des R2-Wärmepumpensystems werden nicht mehr zwei unterschiedliche Systeme (Kaltwasserlösung und Modernisierung der Heizungsanlage) benötigt. Stattdessen gibt es jetzt nur ein Klimasystem zum monovalenten Heizen und Kühlen mit einer kleineren, nach dem Mindestluftvolumenstrom ausgelegten Lüftungsanlage“, so Retzbach.

BC-Controller

als 
zentrales Bauteil


Zentrales Bauteil des R2-Systems sind sogenannte BC-Controller (Kältemittelverteiler) die mit den Außengeräten eine kälte- und regelungstechnische Einheit bilden. Beim R2-Wärmepumpensystem wird den zu kühlenden Räumen Wärme entzogen und über den BC-Controller in Bereiche des Gebäudes verschoben, die Wärme benötigen. Die Wärme wird so nicht ungenutzt über die Außengeräte an die Umwelt abgegeben, sondern verbleibt im geschlossenen System. Die Energieverschiebung erfolgt von Kühlen auf Heizen durch eine intelligente Anordnung der Umschaltventile auf die individuell eingestellte Raumtemperatur, sodass jedes Innengerät unabhängig von den anderen bedarfsabhängig im Heiz- oder Kühlbetrieb angesteuert werden kann. 

Die LPKF AG ist Weltmarktführer für Lasersysteme zur Mikromaterialbearbeitung. Am Unternehmensstammsitz in Garbsen wurden der Vorstandsbereich sowie Bereiche der Forschungs- und Entwicklungsabteilung neu erstellt. Aufgrund der unterschiedlichen Wärme- und Kühllasten in den einzelnen Gebäudebereichen und der positiven Erfahrungen mit den bereits eingesetzten Klimaanlagen werden auch in den neuen Gebäuden nahezu alle Anwendungen durch Klimasysteme und raumlufttechnische Anlagen mit energieeffizienter Wärmerückgewinnung realisiert.  

Bare Vorteile dank

hoher Wirtschaftlichkeit


Überzeugend ist vor allem die hohe Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems. Durch die Wärmerückgewinnung und -Energieverschiebung innerhalb eines Gebäudes lassen sich je nach Aufteilung zwischen Kühl- und Heizbedarf die Energiekosten um bis zu 50 % reduzieren. Bei diesem System sind hohe System-COPs (Coefficient of Performance) möglich. Auch die Energy Efficience Ratio (EER) –  also der Wirkungsgrad im Kühlbetrieb – ist dank der modernen Invertertechnologie überdurchschnittlich hoch. Die hier eingesetzten Inverter im Außengerät können z. B. auf eine Frequenz von 15 Hz heruntergefahren werden. Eine hohe Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitiger Leistungsfähigkeit kann somit jederzeit gewährleistet werden, so dass die laufenden Energiekosten stark sinken. 
Die nun fertiggestellten und bezogenen Bauabschnitte – Erweiterung der Halle und der Neubau des Hauptgebäudes – wurden mit dem auch schon im Rundbau erfolgreich eingesetztem R2-System zusammen mit einem hocheffizienten Lossnay Lüftungsgerät ausgestattet. Da sich die Anforderungen in den einzelnen Gebäuden unterscheiden, wurde auf verschiedene Innengeräte zurückgegriffen. Je nach Räumlichkeit wurden 4-Wege-Deckenkassetten im Eurorastermaß, Wandgeräte, Kanalgeräte oder Truhengeräte eingebaut. 

Für jeden Bereich

die passende Lösung

Der Vorstandsbereich ist als Neubau zwischen zwei Bestandsobjekten als dreigeschossiges Gebäude errichtet worden. Im Erdgeschoss befindet sich das großzügige Eingangsfoyer mit Empfang und einem Präsentationsraum, der auch für Veranstaltungen genutzt werden kann. Aus Sicht der technischen Gebäudeausrüstung wurde hier eine Kompromisslösung gefunden, da das Erdgeschoss über eine Fußbodenheizung mit einem bereits vorhandenen Gas-Brennwert-Gerät beheizt wird. Dies war ein notwendiger Schritt, um die große Fläche gleichmäßig zu erwärmen und hohe Lastwechsel durch die Außentür, die häufig geöffnet und geschlossen wird, abzufangen. 


Die Hauptversorgung erfolgt über eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Kanaleinbaugeräten zum Vorkonditionieren der Luftmassen. Die Luftmengen werden über Volumenstromsensoren geregelt, damit die Besprechungsräume und die Eingangshalle bedarfsgerecht be- und entlüftet werden. Die exakte Bestimmung erfolgt über Luftqualitätsfühler in den Volumenstromreglern. Die Lüftungsanlage wurde ebenso wie die Klimaaußengeräte auf dem Dach des Hauptgebäudes aufgestellt.Im ersten Obergeschoss befinden sich Büros und ein großer Seminarraum, der bei Bedarf in mehrere kleinere Einheiten teilbar ist. Das Lüftungskonzept ist hier das gleiche wie im Erdgeschoss, jedoch werden die Wärmelasten über 4-Wege-Deckenkassetten abgeführt. Dies war wichtig, da aufgrund der unterschiedlichen Belegung und eines erheblich schwankenden Wärmeaufkommens in den abgeteilten Konferenz- oder Seminarräumen die einzelnen Bereiche auch unterschiedlich regelbar sein müssen. 


Für die Büroräume der Vorstandsmitglieder im 2. OG wurden Kanaleinbaugeräte verwendet, die im Flurbereich installiert sind. Hier war die planerische Vorgabe, dass routinemäßige Servicearbeiten an den Anlagen vom Flur aus vorgenommen werden können, um die Bereiche des Vorstands nicht zu stören. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass das Innenraumkonzept durch die Klimaanlage nicht geändert werden musste. Im Sekretariat sowie in einem weiteren Besprechungsraum konnte man dann wieder auf 4-Wege-Deckenkassetten zurückgreifen, die hier entweder im Euro-Raster-Maß oder im Großformat, je nach erforderlicher Leistungsstufe, zum Einsatz kommen. 

Laser- und Reinraumkühlung


mit Kaltwasser-Kaskade

In einem weiteren Bauabschnitt – der Erweiterung/Sanierung der großen Halle – werden unter anderem auch ein Reinraum sowie ein Labor für Laserversuche klimatisiert. Da hier mehrere Anlagen mit Kaltwasser versorgt werden, wurde von einer Kältemitteldirektverdampfung in den Räumlichkeiten abgesehen. Stattdessen wird über Ecodan-Außengeräte, die als Kaskade geschaltet sind, Kaltwasser erzeugt und von einem zentralen Standort im Flur zur Laserkühlung geführt. 


Das Kaltwasser wird auch dazu genutzt, um die Temperatur im Reinraum konstant zu halten. Die gekühlte Luft wird dort über eine Laminar-Flow-Decke gleichmäßig in die Zwischendecke zur Kühlung des Plenums eingebracht. Mit der Anlage wird eine Temperatur von 21 °C plus/minus ein halbes Grad gewährleistet. Insgesamt verfügt die Kaskade über eine Kälteleistung von 20 kW, um Kaltwasser für die Laserkühlung und den Reinraum an einem zentralen Standort (Dach) bereitzustellen. 


Als vorläufiger Abschluss wurde der große Hallenbau komplett saniert und auf die Bedürfnisse der technischen Abteilung und der dort wirkenden Ingenieure zugeschnitten. Eine alte Ölheizung mit Deckenheizern wurde im Zuge der Sanierung komplett entfernt. Seitdem wird das ganze Gebäude nur noch über das VRF-R2-Wärmepumpensystem gekühlt bzw. im Winter geheizt. Eine raumlufttechnische Anlage wurde ebenfalls mit eingebunden. Hierfür stellt Mitsubishi Electric eine Lösung zur Verfügung, bei der ein VRF-System optimal mit einem Zentrallüftungsgerät gekoppelt wurde. Dafür sind in erster Linie die bedarfsgerechte Regelung der Zulufttemperatur und die Anpassung der Leistung an unterschiedliche Luftansaugtemperaturen erforderlich. 

Fazit

Die Erweiterung der LPKF-Firmenzentrale in Garbsen bei Hannover stellte den Architekten und den Anlagenbauer vor große Herausforderungen. Durch die positiven Erfahrungen mit dem R2-System aus vorangegangenen Bauabschnitten und Modernisierungen konnte in sämtlichen Bereichen optimal auf die Vorgaben unterschiedlicher Anforderungsprofile eingegangen werden. 


Durch den Einsatz des R2-Wärmepumpensystems werden nicht mehr zwei unterschiedliche Systeme (Kaltwasserlösung und Modernisierung der Heizungsanlage) benötigt. Stattdessen gibt es jetzt nur ein Klimasystem zum monovalenten Heizen und Kühlen mit einer kleineren, nach dem Mindestluftvolumenstrom ausgelegten Lüftungsanlage. Im Außenbereich brauchten so keine großen Geräte aufgebaut werden. Die Platzersparnis im Gegensatz zu einem konventionellen Lüftungssystem in Verbindung mit einem Kaltwassersatz ist enorm. Darüber hinaus wurde ein dezentrales Lossnay-Lüftungsgerät montiert, das Räume mit Frischluft versorgt, die nicht an das Zentrallüftungsgerät mit angebunden werden konnten. In einem weiteren Bauabschnitt wird über eine Ecodan-Kaskade Kaltwasser erzeugt und zur Laserkühlung eingesetzt.