Klimatechnik ist eine Planungsaufgabe

Herzstück jeder Klimaprojektplanung ist ein energetisches Gesamtkonzept, in dem die vorhandenen Klimagegebenheiten, die herrschenden Voraussetzungen im Hinblick auf Luft, Temperatur, Licht und Raumklima sowie Aspekte des Sonnenschutzes integriert sind. Diese ganzheitliche Planung kommt den seit 2008 geltenden gesetzlichen Anforderungen an die Energieausweise für den so genannten Nichtwohnungsbau entgegen, die auf einem stärker integrativen Ansatz basieren.

Die gesetzlichen Anforderungen

Eine wesentliche neue Forderung der EnEV 2008 war die Ein­be­ziehung von Klimaanlagen, Beleuchtung und Warmwasserberei­tung in die energetische Bewertung sowie eine Zonierung eines Gebäudes entsprechend seiner Nutzung. Die EnEV 2008 verweist für die praktische Umsetzung der Bewertung auf die DIN V 18599. Berechnet werden der Bedarf an Nutzenergie für Raum­wärme, Raumkälte und Luftaufbereitung, sowie der Bedarf an Endenergie für Heizung, Kühlung, Raumlufttechnik, Lüftung und Trinkwassererwärmung. Dabei werden die Wärmegewinne aus der Anlagentechnik vom Heizenergiebedarf abgezogen. Eine weitere Neuerung der EnEV 2008 war die Einbeziehung der Beleuch­tung in die Energiebilanz (Kunstlichtbedarf).

Die Projektteams von Colt International sind aufgrund einer ganzheitlichen Anlagenplanung in der Lage, Architekten und Fach­planern die notwendigen technischen Kennwerte zu liefern, die sie für die Energiebilanzierung eines Gebäudes benötigen. Diese ganzheitliche Planung für ein Raumklima- und Gebäudeenergiemanagement umfasst alle für die Energiebilanz relevanten Bereiche: Sonnenschutz, Tageslichttechnik, Photovoltaik, Klimatechnik, Lüftungs- und Kühlungssysteme, Steuerungstechnik.

Die individuelle Gebäudespezifikation

Für ein effizientes Klimakonzept ist es vor allem von Interesse, seine Funktionen (Fabrikation, Lager, Bürogebäude, spezielle Eigenarten von Produktionsprozessen wie extreme Hitzeentwicklung etc.) genau zu verstehen. Bei dieser klimatischen Bedarfsermittlung ist der Kunde der wichtigste Experte, denn er kann am besten definie­ren, was die Klimatechnik in seinem Gebäude „können“ muss. Seine Erkenntnisse werden verknüpft mit den Ermittlungen des Klimaexperten, der definieren kann, welche Ressourcen mit den individuellen Eigenschaften des Gebäudes verbunden sind – und über welche Ressourcen das Grundstück und seine
Lage möglicherweise verfügen. Hierzu gehört auch die Erkundung von Möglichkeiten, mit benachbarten Industriebetrieben Synergieeffekte zu vereinbaren. 

Bei der konkreten Planung eines auf die ermittelten individuellen Bedürfnisse zugeschnittenen Klimasystems setzt Colt International auf die
Kombination verschiedener Techno­logien. Auf diese Weise werden hohe Synergieeffekte erzielt, werden die Klimasysteme zu echten Energiemanagern,
die alle Maßnahmen zur Lüftung, Heizung, Luftkonditionierung, Tageslichttechnik und selbst zum vorbeugenden Brandschutz kostengünstig und technisch optimal miteinander verbin­den und aufeinander abstimmen.

Das Gleichgewicht der Klimagrößen

Vor jeder Anlagenplanung werden alle potentiellen Temperaturverläufe, Luftströmungen, Wärmequellen und Luftkonditionierungs-Prozesse per Computer simuliert. Alle Ist- und Sollwerte werden abgeglichen, und für Architekten und Bauherren werden alle energierelevanten Prozesse transparent und nachvollziehbar. So wird deutlich, wo Wärmeverschiebungen genutzt werden können, zum Beispiel Abwärme aus Kühllasten für Heizung eingesetzt werden kann. Innere Gebäudespeicher wie Sprinklertanks werden in das Gesamtkonzept eingebaut. Schließlich ist Wasser in der Lage rund viermal mehr Energie zu speichern als Luft. Die Eigenschaften der Gebäudehülle, Besonderheiten der Fassadenkonstruktion werden berücksichtigt und ein System der Kommunikation aller Anlagen untereinander entworfen.

Auf diese Weise wird ausgeschlossen, dass Klimaanlagen laufen, während Verschattungsanlagen geöffnet sind. Es wird sichergestellt, dass die Wärme beispielsweise aus Serverräumen nicht ungenutzt ins Freie entlassen wird. Und es wird dafür gesorgt, dass wo immer möglich Energie eingespart und vorhandene Wärme zurückgewonnen wird. Alle relevanten Klimagrößen werden in ein Gleichgewicht gebracht – Raumlufttemperatur, Luftfeuchte, Luftgeschwindigkeit, Sauerstoffgehalt der Luft und Wärmestrahlung durch Sonneneinwirkung oder Produktionsabläufe.

Die Schnittstellen zu Son­nen­schutz und Brandschutz

Längst hat die Erkenntnis in die Welt der Gebäudeplanung Einzug gehalten, dass selbst in moderatem Klima vor allem im kommerziellen Hochbau für die Kühlung im Sommer immer häufiger mehr Energie aufgewendet werden muss als für die Heizung im Winter. Deshalb ist es wichtig, Schnittstellen zwischen Klimatechnik und Sonnenschutz zu definieren und Synergien auszuloten. Allerdings ist der Sonnenschutz von Gebäuden eine planerisch sehr komplexe Aufgabenstellung. In jedem Einzelfall muss eine ganze Reihe von Einflussfaktoren berechnet werden, um einerseits Behaglichkeit und ein optimales Raumklima, andererseits energetisch wirksame Gesamtlösungen zu erzielen. Wesentliche Parameter sind hier die Kenntnis der momentanen Sonnenposition und ihre Projektion auf die zu betrachtende Fassade.

Es hängt von der Architektur und von der Ästhetik, aber auch von der Funktionalität eines Gebäudes ab, ob man sich für ein innen lie­gendes, im Scheibenzwischenraum liegendes oder außen lie­­gendes Sonnenschutzsystem entscheidet. Gemeinsam ist allen Systemen der Nutzeffekt, wobei es stets um zweierlei geht: Im Sommer soll direkte Sonneneinstrahlung verhindert und der Energie­verbrauch für Kühlanlagen so gering wie möglich gehalten werden. Im Winter geht es darum, möglichst viel Energie aus der Sonnen­einstrahlung zu ziehen, um den Energieverbrauch für Heizsys­teme zu vermindern – freilich ohne Blendwirkungen zuzulassen oder den Tagelichteinfall aus dem Ruder laufen zu lassen.

Eine andere vitale Schnittstelle von Klimasystemen ist die zu den Rauch- und Wärmeabzugsanlagen. Hier sind Bauherren und Fachplaner aufgefordert, strenge gesetzliche Anforderungen zu erfüllen. RWA-Systeme lassen sich bestens mit (energie-)sparsamen natürlichen Lüftungsanlagen, oder aber mit Kühlsystemen koppeln. Natürliche Lüf­tungs­systeme funktionieren nach dem einfachen Prin­zip des thermischen Auftriebs, ihre Vorteile sind viel­fältig: kontrollierte Be- und Entlüftung zum Nulltarif, auto­matischer Rauch- und Wärmeabzug im Brandfall, freundlich heller Tageslichteintritt, geräuschloser Lüfterbetrieb.

Dreh- und Angelpunkt integrierter Anlagenplanung ist eine „intelligente“ Steuerung, die sämtliche maßgeblichen Nutzungsparameter aller in den Bereichen Lüftung, Wärme/Kälte und Luftfeuchte eingesetzten Anlagen vereinbart. Grundsätzlich gilt hierbei: Je sensibler und präziser auf den individuellen Bedarf in all diesen Bereichen reagiert wird, umso geringer sind die Energiekosten eines Gebäudes.

Projektbeispiel: Luftkühlung durch Wasserverdunstung

Ein preisgekröntes Beispiel für ein integriertes Klimasystem gelang den Ingenieuren von Colt International für die Gealan Formteile GmbH in Oberfranken, einem Fachunternehmen für Kunststoffspritzguss: Hier wurde eine Kombination aus einem adiabatischen Kühlsystem (Colt „CoolStream“), einem umweltfreundlichen multifunktionalen Wärmepumpensystem (Colt „Caloris“) und einer dezentralen Lüftungsanlage mit diffundierenden Quellauslässen und leistungsstarken Lüftern (Colt „Typhoon“) installiert. Kühlsysteme und Lüfter wurden auf dem Dach der Produktionshalle in ein Dachlichtstraßensystem (Colt „Azur“) integriert, das einerseits einen angemessenen Tageslichteinfall gewährleistet, und andererseits als Rauch- und Wärmeabzugsanlage fungiert. Das Kühlkonzept des „CoolStream“ basiert auf dem Prinzip der adiabatischen Kühlung. Durch Verdunsten von Wasser wird Luft gekühlt: Die Energie, die für das Verdunsten benötigt wird, wird der Luft entnommen, dadurch kühlt sich die Luft ab. Die Außenluft wird jeweils mit einem langsam drehenden, sehr leisen Axialventilator durch das Kühlmedium geleitet. Gleichzeitig wird das Medium mit Leitungswasser gesättigt. Ein Kältemittel wie F(C)KW wird nicht benötigt. Zudem ist die Verdunstungskühlung durchschnittlich vier bis sieben Mal günstiger als herkömmliche Systeme.

Über spezielle Gewebeschläuche wird die kühle Luft von Klimaeinheiten auf dem Dach aus gezielt in die Einsatzzonen in der Fertigungshalle geleitet. Unmittelbar in den am meisten belasteten Aufenthaltsbereichen in der Nähe der Fertigungsmaschinen entstehen auf diese Weise regelrechte Frischluftseen in Bodennähe. Diese Frischluft verdrängt die verbrauchte und belastete warme Luft. Unter Ausnutzung der Thermik, die durch die Hitze der Produktionsmaschinen entsteht, wird die „alte“ Luft ihrerseits nach oben abtransportiert. Staub, Dämpfe und Gerüche werden auf diesem Weg ebenfalls abgeleitet und ins Freie transportiert. Diesen „Abtransport“ übernehmen mechanische Lüfter. Die Gealan GmbH erhielt für die Anlage den Umweltpreis der E.ON Bayern GmbH und den Förderpreis der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und Chemische Industrie.