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Büro- und Gewerbeimmobilie energieautark klimatisiert

Photovoltaik-Anlage liefert Strom für Klima- und Heiztechnik

2017 ließ die Elektro Wiemann GmbH einen zusätzlichen Firmensitz in Bünde bauen, um Büroräume und Warenlager technisch auf den neuesten Stand zu bringen. Das Gebäude umfasst eine Lager- und Kommissionierhalle mit einer Fläche von rund 2.000 m² sowie einen Büro- und Verkaufsbereich, der auf zwei Ebenen rund 1.000 m² Fläche misst. Als Elektro- und Solargroßhändler, der im Bereich der erneuerbaren Energien engagiert ist, hat sich der Geschäftsführer Uwe Wiemann ganz bewusst für eine Komplettversorgung des Gebäudes mit VRF-Technologie entschieden. Eine 100-kW-Photovoltaikanlage auf dem Dach sorgt dafür, das Gebäude rechnerisch energieautark zu betreiben. Ziel ist es, den gesamten Strombedarf u.a. für Beleuchtung, Komfortklimatisierung und Beheizung sowie die Informationstechnologie (EDV) mit regenerativem Strom aus Sonnenlicht bereitzustellen. 

Der Elektro- und Solargroßhandel Elektro Wiemann ist seit vielen Jahren vertraut mit der Erzeugung und Nutzung regenerativer Energie (Solarstrom). Bei der Planung des neuen Unternehmenssitzes in Bünde setzt das mittelständische Unternehmen auf ein Konzept zur Komfortklimatisierung und Heizung, das durch ein Luft-Wasser-Wärmepumpen-System mit Wärmerückgewinnung und eine Photovoltaik-Anlage weitest gehend energieautark arbeitet.

Clevere Klima- und Heizlösung

mit Wärmerückgewinnung

In Kooperation mit dem Systemingenieur Hartmut Küchler von Mitsubishi Electric, Living Enviroment Systems und dem Fachhandwerksunternehmen für Kälte, Klima und Lüftung Zimmer & Hälbig GmbH wurde ein Konzept erstellt, um die größtmögliche Energieeffizienz zu erzielen und den Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten. Das Konzept sieht eine Klima- und Heizlösung mit Wärmerückgewinnung vor, mit der zwei unterschiedliche Bereiche des Büro- und Gewerbegebäudes versorgt werden. „Es kommen zwei Systeme zum Einsatz. Diese arbeiten hydraulisch unabhängig, sind aber in der Heizzentrale über einen Pufferspeicher thermisch miteinander gekoppelt und können sich gegenseitig Wärme zuführen“, erklärt Küchler. 

VRF-WR2-System sorgt für

energieeffiziente Komfortklimatisierung

Zur Komfortklimatisierung der Büro-, Besprechungs- und Schulungsräume sowie des Verkaufsraums kommt ein VRF-WR2-System von Mitsubishi Electric zum Einsatz. Die wassergekühlte R2-Serie ist ein 2-Leiter-System mit Wärmerückgewinnung zum simultanen Heizen und Kühlen. Sie sorgt für eine bedarfsgerechte Verschiebung der Wärmeenergie innerhalb des Gebäudes. Die wassergekühlten VRF-Einheiten der City Multi-Serie zeichnen sich durch sehr hohe Energieeffizienz und kompakte Aufstellmaße aus. Dadurch eignen sie sich optimal zur Innenaufstellung in einem Technikraum. In diesem Objekt steht das Gerät direkt in der Heizzentrale in unmittelbarer Nähe zum Pufferspeicher und kann die zurückgewonnene Wärme optimal an das Wassernetz abgeben.

Das WR2-System arbeitet mit einem separaten Kältekreislauf und versorgt das Bürogebäude über achtzehn Klima-Deckenkassetten im Euroraster-Maß mit Energie zum Heizen oder Kühlen. Dafür kommen zwei Kältemittelverteiler (BC-Controller) zum Einsatz, die mit dem Außengerät eine kälte- und regelungstechnische Einheit bilden. In den BC-Controllern (je einer pro Büroetage) findet eine Phasentrennung des Kältemittels zwischen den Innen- und dem Außengerät statt. In diesen Kältemittelverteilern wird die überschüssige Wärmeenergie zunächst gespeichert und je nach Anforderung den Deckenkassetten zugeführt.

Wärmepumpen-Sechser-Kaskade

für Industriefußbodenheizung

Für den anderen Gebäudeteil – die Industriehalle – kommen sechs Luft-Wasser-Wärmepumpen aus der Mr. Slim-Serie von Mitsubishi Electric zum Einsatz. Sie stehen als Sechser-Kaskade im Außenbereich und stellen die Versorgung mit Wärme für die Lagerhalle sicher. Die Kaskadierung der Außengeräte bietet gegenüber einem Einzelgerät mit größerer Leistung mehrere Vorteile, z. B. können durch die Kaskadierung die sechs Einheiten gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten. Das ist effizienter als ein Modul im Volllastbetrieb laufen zu lassen, während die anderen sich im Stand-by-Modus befinden. 

Absolute Funktionssicherheit dank

Zubadan Inverter-Technologie

Die Außeneinheiten erbringen gemeinsam die benötigte Leistung. Dabei errechnet eine spezielle Regelung in Abhängigkeit der Leistungsaufnahme der Außengeräte, der momentanen Heizleistung und der Außentemperatur den maximal erreichbaren Coeffecient of Performance (Peak-COP) und steuert die Anlage entsprechend. Ein Nebeneffekt dieser Strategie ist, dass alle Geräte gleichmäßig genutzt werden können und in etwa die gleiche Laufzeit haben. Zudem ergibt sich durch die Redundanzfunktion ein Sicherheitsaspekt. Sollte sich ein Modul im Off-Modus befinden, gewährleisten die anderen Geräte die Versorgung.

Um die Wärmeversorgung auch bei Außentemperaturen im Minusbereich sicherzustellen, sind die Außengeräte mit Zubadan Inverter-Technologie ausgestattet. Sie verfügen über eine optimierte Abtaufunktion und sorgen für absolute Funktionssicherheit. Der Heizbetrieb ist bis zu einer Außentemperatur von -25 °C gewährleistet und bietet die volle Heizleistung bis zu einer Temperatur von -15 °C. Der Wärmeübertrag zwischen dem wasserseitigen System (Pufferspeicher) und den Wärmepumpen wird über sechs Wasserwärmetauscher-Einheiten (HEX-Units) gewährleistet. Je nach Anforderung wird die benötigte Wärme über eine Verteilerstation in die Industriefußbodenheizung geführt. 

Ein Konzept mit

hoher Komplexität

Einen entscheidenden Beitrag zur Wärmerückgewinnung und zur Reduzierung des Energieverbrauchs leistet das R2-System. Wenn in den Büro- und Besprechungszimmern aufgrund der inneren Wärmelasten vorwiegend gekühlt wird, wird die den Räumen entzogene Wärme in den Pufferspeicher geführt und bei Bedarf zur Beheizung der Lagerhalle genutzt. Mit ihrer niedrigen Vorlauftemperatur eignet sich die Fußbodenheizung optimal zur Nutzung von thermischer Energie aus Wärmerückgewinnung, denn das Temperaturniveau ist in etwa das Gleiche. In dieser Zeit werden die Wärmepumpen im Außenbereich nicht benötigt, da die überschüssige Wärme aus den Büroräumen zum Heizen der Halle ausreicht.

Bei hohen Außentemperaturen liegt im gesamten Gebäudekomplex kein Wärmebedarf vor. In diesem Fall wird das Gebäude ausschließlich gekühlt. Wenn die Wärme nicht benötigt wird, weil keine Abnahme über die Industriefußbodenheizung oder die Lüftungsanlage erfolgt, wird die überschüssige Wärme kontrolliert abgeführt. Dann übernehmen die Mr. Slim-Außengeräte die Funktion von Rückkühlern. Abgerundet wird das Konzept durch eine zentrale Lüftungsanlage, die Flure, Besprechungsräume und den Schulungsraum im Bürotrakt mit frischer Außenluft versorgt. Sie verfügt über ein Heizregister, das ebenfalls als Heizkreis in die Verteilerstation integriert ist und von der Wärmerückgewinnung profitiert. 

Intelligent vernetzte

Anlagensteuerung

Besonders hervorzuheben ist, dass die Beheizung nicht nur ohne fossile Brennstoffe erfolgt, sondern der Energiebedarf auch mit selbst erzeugtem Strom abgedeckt werden kann. „Aufgrund des relativ geringen Wärmebedarfs und der intelligenten Energieverschiebung innerhalb des Gebäudes ist es möglich, die benötigte elektrische Energie sowohl für das wassergeführte VRF-System als auch für die Luft-Wasser-Wärmepumpen rechnerisch komplett mit der Photovoltaik-Anlage abzudecken“, erklärt Wiemann. Ein Batteriespeicher kann in Zukunft dafür sorgen, sich von einem Versorger so weit wie möglich abzukoppeln. Die elektrischen Stromspeicher arbeiten mit einer intelligenten Steuerung, die ein dem Energiebedarf des Gebäudes entsprechendes Lastprofil berücksichtigt.

Die Steuerung für das Objekt erfolgt über KNX-Standard als Kommunikationsprotokoll. Auf diesen sind die einzelnen Gewerke aufgeschaltet. Die Daten für alle gebäudetechnischen Systeme können so zentral abgerufen, gesteuert und parametriert werden. Unterhalb der Ebene der Gebäudeautomation verfügen die technischen Gewerke über herstellereigene Regelungstechnik. Die Klima- und Heiztechnik wird zum Beispiel über eine zentrale Systemsteuerung mit Web-Funktionalität vom Typ EW-50E gesteuert und überwacht. Ein Wärmepumpen-Manager regelt in Abhängigkeit zur Außentemperatur den Betriebszustand der Anlage. Die kompakte Systemsteuerung besitzt keine Anzeigeneinheit, sodass die Bedienung über Tablets (eins pro Etage) erfolgt oder von jedem Nutzer über das hauseigene Netzwerk von seinem Arbeitsplatz eingestellt werden kann. 

Fazit

Der Elektro- und Solargroßhändler Elektro Wiemann setzt bei der Komfortklimatisierung und Beheizung seines neuen Unternehmenssitzes auf ein Konzept mit Wärmerückgewinnung, mit der die zwei unterschiedlichen Bereiche des Büro- und Gewerbegebäudes mit Wärme und Kälte versorgt werden. Da das Unternehmen im Bereich der erneuerbaren Energien tätig ist, hat der Unternehmer eine 100-kW-Photovoltaikanlage installiert, um das Gebäude rechnerisch energieautark betreiben zu können.

Zum Einsatz kommen hier zwei Systeme von Mitsubishi Electric. Das wassergekühlte VRF-WR2-System sorgt für eine bedarfsgerechte Verschiebung der Wärmeenergie innerhalb des Gebäudes. Das zweite System – sechs Mr. Slim Außengeräte – ist vorrangig für die Beheizung der Lagerhalle zuständig. Bei besonders hohem Wärmebedarf können sie über den Pufferspeicher auch den Verwaltungstrakt mitbeheizen. Für das gesamte Gebäude ist auf Wärmeerzeuger auf der Basis fossiler Energieträger vollends verzichtet worden.