Heizung und Kälte in Großgebäuden

Anspruchsvolle Anlagenhydraulik

Für die Versorgung des lang­ge­streckten Baukörpers mit Heizung und Kälte war die Ent­wick­lung einer Versorgungsinfrastruktur nötig, die sich auf zahlreiche Technikzentralen verteilt. Ein weitverzweigtes Leitungsnetz über insgesamt elf Nutzungs- und Technikebenen stellt hohe Anforderungen an die Anlagenhydraulik, die besonders im Teillastbetrieb und bei auftretenden Lastwechseln nicht einfach zu beherrschen ist. Für die Verteilung der Heizwasser- und Kaltwasserströme zu allen Wärme- und Kälteabnehmern bis in die 9. Etage wurden rund ein Dutzend „Zortström“-Verteilerzentren installiert. Die benötigte Heizwärme wird durch die örtliche Fernwärmeversor­gung geliefert. Die Kälteenergie für die Klimatisierung des rundum verglasten Großobjektes wird durch Freie Kühlung und Kältema­schinen bereitgestellt.

Die architektonisch extravagante Silhouette ohne Ecken und Kanten verleiht dem Bauwerk trotz der gewaltigen Dimensionen einen dynamischen Charakter, der den Anschein hat, als wollte das Gebäude die Nutzer und die Welt in Bewegung halten. Dynamisches Verhal­ten zeigt sich besonders in der Ge­bäude­technik durch die wechselnden Anforderungen an die Wär­me- und Kältever­sor­gung. Ein Blick in die Technik­bereiche des Bauteils 1, die west­liche Stirn­seite, vermittelt davon einen Eindruck.

Verteiler mit drei Temperaturstufen

Der Weg zu den Technikzentra­len für Bauteil 1 führt über großflächige Parkebenen, wo an der Decke zunächst die hohe Installationsdichte auffällt. Diese verdeutlicht, dass hier für die Heizungs- und Kälteverteilung eine funktionierende Hydraulik nötig ist. In der Heizungs-Tech­nik­zentrale führt erstmal eine Sammelleitung zu einer Übergabestation, von wo fünf drehzahlgeregelte Inline-Blockpum­pen die Massenströme aus der Fernwärmeversorgung zu einem dreistufigen „Zortström“-Verteiler weiterleiten. Über diesen Verteiler werden die Heizkreise mit zwei verschiedenen Systemtemperaturen versorgt:

Der „Zortström“ ist vertikal in drei Temperaturstufen unterteilt. Diese sind durch Ein­bauten voneinander getrennt, erlauben aber ein Überströmen und damit einen Druck­ausgleich innerhalb des Verteilers. Daraus ergeben sich folgende Funktionen und Vorteile:

Optimierter Pumpenbetrieb als Nebeneffekt

Die im „The Squaire“ eingesetzten „Zortström“-Verteiler bilden jeweils die hydraulischen Nullpunkte. Diese Wirkungsweise sorgt nicht nur für eine ausgeglichene Hydraulik, sondern vermindert darüber hinaus auch den Pumpenstromverbrauch. Bemerkbar macht sich dies vor allem bei Pumpen mit automatischer Drehzahlregelung: Beob­ach­tun­gen und Messungen haben gezeigt, dass in vielen An­lagen trotz modernster Pum­pen­tech­no­lo­gie die Leis­tungs­aufnahme der Pumpen erheblich zunimmt – und sich teilweise mehr als verfünffacht.

Die Ursache hierfür liegt jedoch ausschließlich in den hydraulischen Eigen­schaften des Verteilers be­gründet: In balkenförmigen Verteilern entstehen durch die unterschiedlichen Wassermengen Strömungsstörungen, durch die sich die Pumpen an den Ver­tei­ler­abgän­gen gegenseitig beeinflussen. Drehzahlgeregelte Pumpen versuchen dann, die dadurch entstehenden Druck­diffe­renzen auszugleichen. Bei Pumpen mit digitaler Anzeige in [W] lässt sich hier ein deutlicher Anstieg der Leistungsaufnahme ablesen.

Aus dem Verteilervolumen eines „Zortström“ fördern drehzahlgeregelte Umwälzpumpen dagegen nur den tatsächlich benötigten Massenstrom, ohne dass durch die benachbarten Verteilerabgänge Druckunterschiede ausgeglichen werden müssen: „Unabhängig von den tatsächlichen Pumpenleistungen wird aus dem ,Zortström‘ nur so viel Heizwasser entnommen, wie aufgrund der Auslegung für die zugrunde gelegte Temperaturdifferenz nötig ist“, erklärt Rembert Zortea, Entwickler und Hersteller der Zortström-Technologie (www.zortea.at).

Bedarfsgerechte Verteilung der Heiz- und Kühlenergien

Trotz der großen Heiz- und Kühlflächen in den neun Etagen wird die Wärme- und Kälteenergie exakt bedarfsgerecht und fein dosiert verteilt. Damit lassen sich vor allem die hydraulisch sensiblen Systeme, wie die Thermische Bauteilaktivierung, effizient und regelgenau betreiben. Bei herrschender Kühllast strömt nicht mehr Kaltwasser als nötig durch die feinen Versorgungsadern der Bauteilaktivierung. Trotz der großflächigen Fassadenverglasung kann der Kühlbetrieb bis 10 °C Außentemperatur über Freie Kühlung erfolgen, ohne dass wegen zu hoher Volumenströme bereits die Kältemaschinen anspringen. Das Prinzip der hydraulischen Entkopplung lässt bei Schwachlast auch sehr kleine Volumenströme zu – selbst dann, wenn ein anderer am Verteiler angeschlossener Kältekreis auf Volllast läuft. Meldet die Gebäudeleittechnik Heizbedarf, kann das Anlagensystem schnell wieder von Kälte- auf Wärmeversorgung umschalten, ohne dass dadurch die Hydraulik aus dem Gleichgewicht gerät.