Raumindividuelles Wohlfühlklima

Dazu zählt ausdrücklich ein behagliches Raumklima, welches durchaus als besondere Herausforderung begriffen wird: Es gilt nicht nur, eine Fläche von nahezu 3.000 m² mit frischer Luft zu versorgen, im Winter warm zu halten und im Sommer zu kühlen. Darüber hinaus erforderten die deutliche Nord-Süd-Ausrichtung des Gebäudes sowie die großzügigen Fensterflächen der modernen Architektur adäquate Antworten von der Haustechnik: Im Winter benötigen die Räume auf der Nordseite deutlich mehr Heizleistung als die Südseite, gerade wenn die Sonne durch die Scheiben strahlt. Im Sommer wünscht sich demgegenüber mancher Mitarbeiter Kühlung im südwärts ausgerichteten Büro während die Nordseite noch fröstelt. Hinzu kommt noch das tageszeitenabhängige, individuelle Behaglichkeitsempfinden der Mitarbeiter. Und natürlich sollte all dies zu attraktiven Betriebskosten realisiert werden. Nur ein neuartiger Ansatz war in der Lage, die unterschiedlichen Anforderungen zu erfüllen: Sämtliche Räume mussten hinsichtlich Beheizung, Lüftung und Kühlung individuell steuerbar sein.

Eine Haustechnik, die Heizen, Lüften und Kühlen integriert leisten konnte? Schütz entschied sich konsequenterweise für das unternehmenseigene System „Airconomy“ – ein Komplettsystem, das eine klassische Warmwasser-Fußbodenheizung mit kontrollierter Be- und Entlüftung sowie Wärmerückgewinnung kombiniert und darüber hinaus die Möglichkeit zur bedarfsgerechten Kühlung bietet.

Grundsätzlich heizt oder kühlt das System den Raum über eine Flächenheizung, allerdings führt das System zusätzlich frische, gefilterte Luft kontrolliert unter den Heizrohren in das Gebäude. Das Systemmodul dient dabei als Wärmetauscher und bringt die Frischluft genau auf die gewünschte Raumtemperatur: Nocken auf der Oberseite fixieren die Rohre und Kegelstümpfe auf der Unterseite bilden einen 2 cm großen Lüftungskanal aus, durch den Zuluft breit gefächert zu den Luftauslässen strömen kann. Dabei wird die Zuluft je nach Lastfall nachgeheizt oder nachgekühlt. Die Geometrie des Systemmoduls sorgt darüber hinaus für eine leistungsstarke Schalldämpfung, die vom Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP in Stuttgart attestiert wurde. Darüber hinaus erfüllt es auch alle Anforderungen, die aufgrund steigender Sensibilität durch Allergien und Hygiene entstehen: Das Institut für Umwelt-Hygiene des Ruhrgebiets bescheinigt „Airconomy“ gar eine „1A Raumluft“.

Heizen und Kühlen im System

Im Fall von „Airconomy“ sorgen die integrierte Wärmerückgewinnung mit bis zu 97 % Wirkungsgrad und niedrigere Vorlauftemperaturen als bei herkömmlichen Fußbodenheizungen für einen besonders geringen Primärenergiebedarf. Heizung, Lüftung und Kühlung benötigen weniger als 16 kWh/m²a, die hier von einer Wärmepumpe gedeckt werden. Demgegenüber wird zur Kühlung lediglich eine Erdsondenanlage benötigt. 

„Airconomy“ erfüllte die Anforderungen in punkto Heizen, Lüften und Kühlen. Für die gebäudeweite individuelle Steuerung jedes Raumes genügte jedoch der etablierte Heizkreisverteiler nicht – Schütz entschied sich daher für die Weiterentwicklung in einer entscheidenden Funktion.

Grundsätzlich lässt sich ein Gebäude auf drei unterschiedliche Arten beheizen oder kühlen: 

Die Komplettumschaltung – beispielsweise über eine reversible Wärmepumpe – würde das ganze System von Heizen auf Kühlen umstellen: Optionen zur etagenweisen oder gar raumindividuellen Steuerung wäre also nicht vorhanden.

Als weitere Option kommt eine zonenweise Umschaltung des Gebäudes in Frage, bei der ganze Heiz- oder Kühlstränge umgeschaltet werden. Dafür wären allerdings zwei getrennte Wärme- und Kältequellen notwendig. Gleichzeitig könnten doch nicht alle gebäudespezifischen Anforderungen oder individuelle Nutzerempfinden befriedigt werden. 

Die Anforderung einer raumindividuellen Steuerung wiederum erfordert einen anderen Lösungsansatz.

Die Ingenieure von Schütz entwickelten das „Airconomy“-4-Leiter-System. Dafür werden zwei Heizkreisverteiler zeitgleich für die Regulierung eines Heizkreises genutzt, an denen permanent warmes und kaltes Wasser anliegt. Elektrische Stellantriebe schalten entsprechend der Raum-anforderung des individuellen Thermostats den Verteiler auf Heizen oder Kühlen. Y-Stücke, die beide Verteiler miteinander verbinden, führen dann wahlweise kaltes oder warmes Wasser in den betreffenden Heizkreis. Zusätzlich wird die Frischluft dadurch ebenfalls vorerwärmt oder gekühlt. Im Ergebnis ist die erzielte Kühl- bzw. Heizleistung höher als bei einer konventionellen Flächenheizung oder -kühlung. 

Sämtliche technischen Systemkomponenten wurden unsichtbar in die Gebäudekonstruktion integriert: Lediglich die zurückhaltend gestalteten 56 Luftauslässe im Bodenbelag vor den Fenstern lassen auf die harmonische Integration der Haustechnik schließen.

Kontinuierliche Messungen seit Juni 2015 weisen die Leis­tungs­fähig­keit des Systems nach, das selbst die hohen Erwartungen des Herstellers übertreffen konnte: Im heißen Sommer 2015 kam es zu Schwankungen der Außentemperatur zwischen +7 bis zu +42 °C an der Gebäudefassade. Die Raumtemperaturen in vier verschiedenen Büroräumen an unterschiedlichen Gebäudestellen blieben jedoch über den gesamten Beobachtungszeitraum äußerst ausgeglichen und lagen stets zwischen 22 und 26 °C. Selbst am heißesten Tag, dem 2. Juli, mit einer Außentemperatur am Gebäude von 42 °C am späten Nachmittag erreichte keine Messstelle mehr als 26 °C.

Fazit

Das 4-Leiter-System versetzt den jeweiligen Büronutzer erstmals in die Lage, raumweise individuell nach aktuellem Tagesbedarf oder Temperaturempfinden zu heizen oder zu kühlen. Gerade bei vorhandenen großen Fens­ter­flä­chen und starker Nord-Süd-Orientierung des Gebäudes lässt sich so eine angenehme Raumtemperatur erreichen, ohne gleichzeitig Nachteile in anderen Gebäudeabschnitten in Kauf nehmen zu müssen. Das eigene Bürogebäude von Schütz in Selters nutzte der Hersteller als Eigenreferenz und brachte dafür den messbaren Nachweis für die Vorteile des eigenen Systems.