Mit Dauerbetrieb zur Effizienzsteigerung

Monovalenter Wärmepumpeneinsatz im Bowling-Center

Die Klimatisierung und Frischluftversorgung in gewerblich genutzten Immobilien, zudem solchen mit starkem Publikumsverkehr, stellt einen hohen Betriebskostenfaktor dar. Intelligente energetische Konzepte können dazu beitragen, den Energieverbrauch zu senken. Im Verbund mit einer modernen technischen Ausstattung wie beispielsweise Luft-/Luft-Wärmepumpen lässt sich so eine Energie sparende und effiziente Betriebsweise sicherstellen. Im neu eröffneten Bowling-Center Firebowl Gelsenkirchen erfolgt die Temperaturverteilung anhand eines Schichtenmodells.

Gewerbeimmobilien werden für ganz bestimmte Zwecke erstellt. Aus unternehmerischer Sicht spielen dabei das eingesetzte Kapital und der zu erwartende Rückfluss einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Gesamtkonzept eines Gebäudes. „Neben den einmaligen Investitionen haben sie noch einen weiteren entscheidenden Faktor beim Betrieb, und das sind die Energiekosten. Wenn diese in heutiger Zeit nicht genauestens kalkuliert werden und die gebäudetechnische Anlage nicht auf dem neuesten energieeffizienten Stand ist, kann dies finanziell ganz schnell zum Problem werden“, erläutert Tom Bolzen, Ge­schäftsführer des Firebowl in Gelsenkirchen. „Das Thema Heizung, Klima, Lüftung stand deshalb bei der Entwurfserstellung an erster Stelle. Es galt eine Lösung zu finden, die im Preis-Leistungs-Verhältnis akzeptabel war und gleichzeitig mit einem Höchstmaß an Energieeffizienz arbeitet“, so Tom Bolzen weiter.

Als vor rund zwei Jahren die Planungen für die Bowling-Anlage begannen, bestand die Herausforderung darin, für das neue, offene Konzept mit hohen Raumdecken, großen Oberlichtern und Fensterflächen eine optimale und energieeffiziente Lösung zu finden, die den Ansprüchen an Behaglichkeit und Wirtschaftlichkeit gleichermaßen gerecht wurde. In Kooperation mit dem Schweizer Ingenieur- und Planungsbüro Enerconom wurde für die Bowling Erlebniswelt in rund anderthalb Jahren ein maßgeschneidertes Energiekonzept für das rund 3500 m2 und bis zu 12 m hohe Gebäude entwickelt, das vor Ort in Gelsenkirchen mit der Kliwa, Klima Wartungs- und Montagegesellschaft mbH und der Raumlufttechnische Anlagen- und Verfahrenstechnik, kurz RVT GmbH, beide aus Münster, umgesetzt wurde. Dabei wurde vor allem darauf geachtet, die architektonischen Merkmale optimal zu nutzen und die energetischen Potentiale und Synergien voll aus­zu­schöpfen.

 

Solare Gewinne und Wärmerückgewinnung

Beispielsweise wird durch die großen Fensterflächen viel natür­li­ches Licht und dadurch viel Sonnenenergie in das Gebäude eingetragen. Dies hilft im Winter den Wärmebedarf zu reduzieren. Im Sommer hingegen können die Fensterflächen etwas abgedunkelt werden, um den Bedarf an Küh­lung ebenfalls niedrig zu hal­ten. Der erforderliche Energie­bedarf für das Gebäude wurde anhand eines Schichtenmodells der Wärmeverteilung im Inneren ermittelt. Dabei wurde die große Halle horizontal in Zonen unterteilt, die einen Abstand von jeweils 2,30 m aufweisen und in denen unterschiedliche Tem­peraturniveaus festgelegt wurden.

„Dieses Modell verringerte den Wärmebedarf und ermöglichte die Auslegung der Wärmeerzeuger auf einem niedrigeren Leis­tungsniveau, da höher ge­le­ge­ne Schich­ten nicht die glei­che Tem­peratur aufweisen brau­chen wie die unteren. Das heißt kon­kret, im Sommer kann es oben unter der Decke ruhig wär­mer bzw. im Winter kühler sein, als es für Menschen angenehm ist. Aufgrund der gut gedämmten Gebäudehülle brauchen wir in diesem Gebäude auch keine klassischen Heizflächen mehr, sondern wir können die Wärme komplett über die Lüftungsanlage verteilen“, erklärt Dipl.-Ing.Guido Vartmann, Geschäftsführer der RVT GmbH. Zusätzlich zu diesem Einsparpotential wurden Erdreich-Wärmetauscher unterhalb des Parkplatzes verlegt, mit dessen Hilfe die Zuluft vortemperiert werden kann. Das heißt im Winter kann die Luft dabei um bis zu 8 K erwärmt und im Sommer entsprechend um bis zu 8 K gekühlt werden, bevor sie dann im Heiz- oder Kühlregister der Lüftungsanlage auf das gewünschte Temperaturniveau konditioniert wird.

Die zentrale Lüftungsanlage versorgt alle Bereiche des Bowling­centers, also die große Halle, die Besprechungsräume, das Res­tau­rant und die VIP-Lounges, bis auf einen Billardraum im Ober­geschoss. Die konditionierte Frischluft wird in der großen Halle über die von der Decke hängenden Stutzen ausgeblasen. Bei der Innen­raumgestaltung wurde versucht, die Lüftungskanäle möglichst funktionell zu betrachten und ansprechend ins Interieur-Design zu integrieren. Hierzu wurden in die Auslassstutzen Leuchten integriert. Von dort verteilen sich dann die Luftmengen gleichmäßig durch den Raum und werden am Ende der Bowlingbahnen wieder angesaugt. Denn hinter den Pindecks befinden sich die gesamte Technik der Bowlinganlage sowie der Lüftungskanal für die Absaugung der verbrauchten Luft.

Diese Luftführung bringt mehrere energetische Vorteile mit sich: Der Zufluss findet dort statt, wo sich die Besucher aufhalten und die Absaugung der verbrauchten und abgekühlten Luft erfolgt in einem Bereich, der nicht als störend empfunden werden kann, da er für Gäste nicht zugänglich ist. Gleichzeitig werden dabei noch die Technik der Pinsetter sowie Teile der EDV gekühlt. Beim Betrieb der Aufstellmechanik für die Pins werden hohe Wärmelasten von knapp 50 kW freigesetzt und durch die Ansaugkanäle zur Lüftungsanlage transportiert. Auch diese Energie kann bei Bedarf zum Heizen des Gebäudes genutzt werden.

Dazu ist die Lüftungsanlage mit einem Rotationswärmetauscher ausgestattet, der 70 % der Energie zurückgewinnt, so dass im Winter zu einem großen Teil mit der Abwärme geheizt werden kann. Der restliche Heizbedarf wird über acht reversible „Zubadan“-Luft-/Luft-Wärme­pumpen der „Mr. Slim“-Serie von Mitsubishi Electric mit unterschiedlichen Leistungsstufen bereitgestellt. Dabei versorgen drei Wärmepumpen die Lüftungsregister für die Bowlinghalle, ein Aggregat die Raumlufttechnische Anlage für das Restaurant, ein weiteres die RLT der VIP-Bereiche und die übrigen Geräte sind für die Küche, Billardraum und die Warmwasser­bereitung zuständig. Ein zusätzliches, invertergesteuertes Multi Split-Außen­gerät der M-Serie wurde zudem zum Heizen und Kühlen des Büro- und des Personalraums installiert.

 

Betriebsweise der Wärmepumpen

Die Wärmepumpen wurden so ausgelegt, dass Überdimensio­nie­rungen und Sicherheitsre­serven bewusst vermieden wurden, um die energetisch günstigste Betriebs­weise zu realisieren.

Die Wärmepumpen, die hier zur Warmwasserbereitung und zur Abdeckung der Spitzenlast zum Einsatz kommen, verfügen über ein patentiertes Flashgas-Einspritzverfahren. Konventionelle Wärmepumpen ohne Einspritztechnologie erbringen bei - 15 °C noch ca. 55 bis 60 % ihrer Leistung. Eine ausreichend dimensionierte Wärmpumpe müsste also nahezu doppelt so groß ausgelegt werden, um einen monovalenten Betrieb auch bei niedrigen Temperaturen theoretisch zu ermöglichen. Im Umkehrschluss haben diese Wärmepumpen bei hohen Temperaturen zuviel Leistung, die entsprechend abgeführt werden muss. Üblicherweise werden Wärmepumpen deshalb bei einem höheren Temperaturwert als dem Normwert ausgelegt. Durch die „Zubadan“-Technologie kann die Verdichtertemperatur kontrolliert und innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen gehalten werden. Die Einspritzung ermöglicht dabei eine Optimierung des thermodynamischen Kreisprozesses im Hinblick auf eine konstante verfügbare Heizleistung.

Dies ermöglicht das Verschieben des Nennbetriebspunktes nach unten. Das heißt, die Wärmepumpen erbringen auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen, von beispielsweise -15 °C, noch 100 % ihrer Heizleistung. Gleichzeitig erweitert sich der Arbeitsbereich auf bis zu -25 °C, bei dem die Wärmepumpen eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung stellen können. Damit ist es möglich, Gebäude mit Wärme zu versorgen, ohne bei tiefen Außentempe­raturen auf die Unterstützung eines elektrischen Heizstabes oder zusätzlicher Wärmeerzeuger angewiesen zu sein. Die Wärmepumpen eignen sich hier auch deshalb besonders gut, da sie durch das Flash-Einspritzverfahren optimierte Abtauzeiten aufweisen und so ein Stillstand der Geräte nahezu auszuschließen ist. Das heißt, die durch die Abtau­phase bestimmten bedingten Stillstandzeiten, während der das Kühlmittel wieder auftaut, sind so kurz, dass das Gebäude in der Zwischenzeit nicht auskühlen kann. In diesem Gebäude gibt es deshalb auch keinen klassischen Wärmeerzeuger mehr.

Der Vollständigkeit halber ist anzu­mer­ken, dass die Bü­ro- und Mit­ar­beiter­räu­me nicht an die Lüf­tungs­anlage ange­bun­den wurden, sondern mit Deckenkassetten beheizt und gekühlt werden. In diesen Räumen ermöglichen schnurlose Fernbedienungen die einfache und individuelle Wahl der Temperatur und der Lüfterstufe. Bei der zentralen Lüftungsanlage sorgen vier Interfaces dafür, dass die Wärme­pumpen in eine Zentralfernbedienung der Gebäudeleittechnik eingebunden werden konnte, um sie bequem und sicher zu steuern und jederzeit die Betriebsdaten abzurufen. So ist das Firebowl Gelsenkirchen hinsichtlich des Energieverbrauchs und der sich dadurch ergebenden Aufwendungen für Heizung und Kühlung für die Zukunft gut aufgestellt. Eine Perspektive, die auch für vergleichbare Gebäude attraktiv erscheint. Denn auf dem Gelände am Habichtsweg in Gelsenkirchen sind neben dem Firebowl noch weitere Freizeit- und Gewerbeobjekte wie beispielsweise ein Spielautomaten-Casino entstanden. Neben einer Anlage zur Stromerzeugung mit Photovoltaikmodulen auf dem Dach des Gebäudes, lohnte sich auch hier der Einsatz von Wärmepumpen zum bedarfsgerechten Heizen und Kühlen des Gebäudes. Vier Außeneinheiten der „Mr. Slim“-Serie, die ebenfalls von dem Unternehmen aus Münster installiert wurden, versorgen das Gebäude der Spieloase je nach Bedarf mit Wärme oder Kälte.

Fazit

Die Betriebsunterhaltskosten eines gewerblich genutzten Gebäudes tragen einen erheblichen Teil zum Gelingen des wirtschaftlichen Erfolges bei. Mit einem ausgeklügelten Energiekonzept und der entsprechenden Umsetzung und Ausstattung bei der Gebäudetechnik kann das Firebowl Gelsenkirchen die Aufwendungen für die Beheizung und Kühlung des Gebäudes auf einem niedrigen Niveau halten. Die Luft-/Luft-Wärmepumpen dienen als alleiniger Versorger für das Heiz- und Kühlregister der Lüftungsanlage sowie die Warmwasserbereitung. „Auf diese Weise können die laufenden Kosten für das Gebäude bei geringfügig höheren Investmentkosten im Vergleich zu einer herkömmlichen technischen Ausstattung so niedrig gehalten werden, dass der Betrieb des Bowlingcenters nahezu unabhängig vom Kundenaufkommen sowie den ständig schwankenden Preisen für fossile Brennstoffe ist“, so Tom Bolzen.

Das 3D-Schema als PDF-Datei

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