Energie im Gebäude mehrfach nutzen

Bei der haustechnischen Planung des neuen Gebäudes wurde großes Augenmerk auf Energieeffizienz gelegt. Daher ist das Gebäude nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2009 umgesetzt und enthält zudem einen deutlich größeren Anteil an regenerativen Energien, als es die Anforderungen des EEWärmeG vorschreiben.

Energie im Gebäude wiederverwenden

Um auch bei der Kälte- und Heiztechnik größtmögliche Effizienz zu erreichen, bestand der Anspruch, die im Gebäude anfallende Energie wiederzuverwenden. Dies wurde durch den Einsatz von Wärmerückgewinnungsanlagen auf zwei unterschiedlichen Wegen sichergestellt: Einerseits durch die Nutzung der Abwärme aus der Gewerbekälteanlage und andererseits durch die Wärmeverschiebung mit Hilfe der „VRV III Energy Rec“ von Daikin. Durch das VRV-Dreileiter-System ist es möglich, auf die unterschiedlichen Anforderungen in den Räumen einzugehen. So können mit dem Dreileiter-System die Betriebsarten Heizen und Kühlen gleichzeitig gefahren werden, während mit einem Zweileiter-System nur einer der beiden Betriebsmodi ausgewählt werden kann. Die Wärmeverschiebung durch das Daikin System funktioniert im vorliegenden Beispiel wie folgt: Aufgrund der hohen internen Lasten in den Labor- und Produktionsräumen besteht überwiegend ein Kühlbedarf. Die durch die Kühlung entstandene Abwärme kann in der Übergangszeit genutzt werden, um die Büro- und Nebenräume mit Wärme zu versorgen. So kann durch die VRV-Anlage der Energieeinsatz weiter reduziert werden.

Um die tatsächliche Effizienz der Wärmeverschiebung ermitteln zu können, wurde in einer theoretischen Berechnung der Wärmeverbrauch des Gebäudes dem Wärmegewinn gegenübergestellt. Diese Berechnung im Voraus war notwendig, um zu überprüfen, ob die EnEV-Richtlinien eingehalten werden können.

Wärmebedarf für Lüftung und Heizung

In dem Neubau sind zwei Hauptlüftungsanlagen, eine für das Untergeschoss und eine für den Produktions- und Laborbereich, installiert. Für den Betrieb der beiden Lüftungsanlagen ist ein Wär­me­bedarf notwendig. Zusätzlich zur Wärmeversorgung der Lüf­tungsanlagen kommt noch der Heizbedarf des Gebäudes hinzu. Die Heizlast beträgt laut Berechnung 42,3 kW. Dabei ist die Heizenergie direkt von der Außentemperatur abhängig – bei 20 °C wird keine Heizenergie mehr benötigt, bei -12 °C, die maximale Leistung.

Der gesamte monatliche Wärmebedarf für Lüftungsanlagen und Heizung liegt somit im kältesten Monat bei maximal 42 147 kWh und im wärmsten Sommermonat bei minimal 3366 kWh.

Wärmegewinn durch Kälteanlagen

Die Kondensatorleistung der Tiefkühlkälteanlage beträgt ca. 65 kW pro Kälteverbund.

Für die energetische Betrachtung wurde ein konservativer Ansatz gewählt, um eine gesicherte Energiemenge zu ermitteln. Dies ergibt einen Wärmegewinn der Tiefkühlkälteanlage von 19 825 kWh/Monat. Die Kondensatorleistung der Pluskühlanlage beträgt 27 kW, wodurch sich ein Wärmegewinn von 8235 kWh/Monat ergibt. Es stehen aber noch weitere wärmeerzeugende Kälteprozesse zur Verfügung. Es handelt sich um Schockfroster, die die Blutkonserven schnell auf -70 °C herabkühlen. Die Kondensatorleistung beträgt 42 kW, dies bedeutet einen Energiegewinn von 542 kWh/Monat.

Verbrauch und Rückgewinnung im Vergleich

Vergleicht man nun den Gesamtwärmegewinn in Höhe von ca. 28 600 kWh/Monat mit den notwendigen Heizenergiemengen der Lüftungsanlage und der statischen Heizung, die in Summe zwischen 42 147 kWh/Monat und 3366 kWh/Monat liegen, ergibt sich ein positives Ergebnis: Maximal können also ca. 68 % der notwendigen Wärmemengen durch die Rückgewinnung aus den Gewerbekälteanlagen gedeckt werden. In anderen Monaten kann sogar der gesamte Wärmebedarf aus der Gewerbekälte gewonnen werden. Eine weitere Reduzierung des Wärmebedarfs wird durch die Wärmeverschiebung der VRV-Anlage erreicht.

Tabelle 1 zeigt die monatliche Gegenüberstellung zwischen Verbrauch und Rückgewinnung und macht deutlich, dass in acht Monaten des Jahres die Wärmeversorgung über die Wärmerückgewinnung aus der Gewerbekälte sichergestellt werden kann.

„Damit ist es möglich, den stark schwankenden Lasten in den Labor- und Produktionsräumen mit wenig Aufwand technisch zu entsprechen und dies auch noch energetisch sinnvoll. Durch den Einsatz des VRV Systems kann in einem Raum gekühlt und in einem anderen Raum gleichzeitig geheizt werden“, erläutert Jan Haza, Geschäftsführer beim planenden Ingenieurbüro vor Ort, Heinze-Stockfisch-Grabis + Partner GmbH in Hamburg.

In zwei Monaten muss laut Berechnung über einen Gasbrennwertkessel zugeheizt werden und an zwei weiteren Monaten wäre ein geringes Zuheizen erforderlich. Wenn aber die Randbedingungen wie z.B. die Betriebszeit der Gewerbekälte von den angesetzten zehn Stunden auf zwölf Stunden steigt, wird der Wärmebedarf für diese Monate ebenfalls gedeckt.

Fazit

Noch fehlen die ersten auswertbaren Daten und die Betriebserfahrungen sind noch zu gering, um endgültige Aussagen für die realen Bedingungen treffen zu können, doch die Ausgangslage stellt sich rundherum positiv dar. So konnte bereits in der Inbetriebnahmephase festgestellt werden, dass nach Regulierung der Kühlräume das Haus warm wurde und die Lüftungsanlage keine weitere Wärmeversorgung benötigte. Die Erwartungen hinsichtlich der Wärmerückgewinnung wurden bereits also mehr als erfüllt.