Smarte Ventiltechnik für Revitalisierung

Lucas Cranach der Ältere schuf 1546 ein Bild vom Jungbrunnen, in dem alte Menschen auf der einen Seite in ein Bad steigen und durch Zauberkräfte verwandelt verjüngt auf der anderen Seite das Wasser wieder verlassen. In Düsseldorf-Derendorf geschieht, auf ein Gebäude bezogen, etwas sehr Ähnliches: Eine Gewerbe­immo­bilie aus den 1970er Jahren wird umfassend revitalisiert. Zielsetzung ist es, eine Top-Büro-Adresse für anspruchsvolle gewerbliche Mieter zu entwickeln.

Für die Revitalisierung des zehngeschossigen Bestandsgebäudes blieb nach dem Entkernen nur die Tragstruktur erhalten. Eine weiße Elementfassade aus Glas und Aluminium sorgt künftig für Transparenz und großzügige Fensterfronten. Versprünge in der Fassade bilden unregelmäßige Blöcke, ermöglichen Balkone und Terrassen.

Im Innern entstehen flexible Flächen, die als Einzel-, Gruppen- oder „Open Space“-Büros genutzt werden können. Mit der Anmietung durch den Softwarekonzern Oracle ist das Gebäude bereits zu rund 70 % vermietet. Weiterer Hauptmieter ist Cadman, eine Agentur für Immobilienmarketing. Beides sind Mieter, die Wert auf eine ansprechende Optik und insbesondere auf eine werthaltige moderne Technik legen.

Heiz-/Kühlsegel bieten Komfortklima

Engie Deutschland ist beim Projekt „Forty Four“ verantwortlich für alle TGA-Gewerke, plant und installiert die Versorgung mit Wasser, Strom, Kälte und Wärme.

Generell standen im Lastenheft für die Planer die Parameter Effizienz, Flexibilität und Nachhaltigkeit weit oben. Zielvorgabe ist eine Zertifizierung gemäß DGNB.

Dipl.-Ing. (FH) Andreas Velten, Projektleiter im Geschäftsbereich Building Services von Engie, zeichnet verantwortlich für die gesamte MSR-Technik – für die Planung ebenso wie für den reibungslosen Ablauf der Installation. In Abstimmung mit Kollegen anderer Gewerke wählt Andreas Velten zudem auch die erforderlichen Produkte aus.

Die Klimatisierung stellte für den MSR-Planer eine Herausforderung dar: Weil das Gebäude im Zuge der Revitalisierung vollständig entkernt wurde, steht den neuen Mietern eine komplett innenwandfreie Bürofläche zur Verfügung. Die Büros werden erst später individuell über flexible Zwischenwände gestaltet. Ohne Kenntnis der späteren Nutzung war die MSR-Technik daher maximal flexibel zu planen und zu installieren. „Wir mussten also so planen, dass später jedes erdenkliche Szenario umsetzbar ist“, verdeutlicht Andreas Velten.

Installiert sind sowohl Heiz-/Kühlsegel als auch Konvektoren. Vorteil der Heiz-/Kühlsegel ist, dass die hier Beschäftigten in einem sehr angenehmen, zugfreien Raumklima arbeiten werden; Vorteil der Konvektoren ist, dass auf kleinstem Raum viel Energie eingebracht werden kann. Das ist beispielsweise bei Serverräumen von Bedeutung; hier sind die Anforderungen an die Temperaturkonstanz und Kühlleistung besonders hoch.

Dynamischer hydraulischer Abgleich

Ob es um die Heiz- oder Kühllast geht – stets spielt der hydraulische Abgleich (also die Optimierung der Volumenströme im jeweiligen Medienkreislauf) hinsichtlich Effizienz und Kosten eine zentrale Rolle. Konkret werden durch einen optimierten hydraulischen Abgleich alle Räume gleichmäßig temperiert, die zum Beheizen/Kühlen aufzuwendenden Energiekosten sinken (u.a. können Anzahl und Leistung der eingesetzten Pumpen reduziert werden).

Doch gibt es in Heizungs- und Kühlanlagen viele Faktoren, die die Hydraulik des gesamten Systems beeinflussen. Eingebaute Pumpen, Thermostatventile und Einzelraumregelungen, Temperaturschwankungen zwischen Nord- und Südlage, Fremdwärmequellen und unterschiedliche Temperaturanforderungen verändern immer wieder die Durchflussmengen in den Teilsträngen.

Bislang wegen aufwendiger Berechnungen und langwieriger Montagearbeiten der Schrecken vieler Installateure, ist der hydraulische Abgleich heute mit moderner Ventiltechnik einfach im Handling und zugleich präzise wie nie zuvor, wie das Projekt „Forty Four“ zeigt: Hier erfolgt der hydraulische Abgleich ganz konkret mit Produkten von Danfoss im Form einer Kombination des Stellantriebs „NovoCon ChangeOver6“ mit einem 6-Wege-Umschaltventil „ChangeOver6“ und einem Regelventil „AB-QM“.

Dynamisch: das Regelventil

Das bereits seit Jahren in der Praxis bewährte „AB-QM“ ist ein druckunabhängiges Regelventil zur automatischen Durchflussregelung. Aufgrund des integrierten Differenzdruckreglers besitzt das Regelventil immer eine 100-%-ige Ventilautorität und sorgt so stets für eine stabile Regelung. Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen kommt es bei Teillast nicht zu einer Überversorgung, da das „AB-QM“ den Durchfluss exakt auf den jeweiligen Bedarf begrenzt. Durch den Einbau des Regelventils wird das gesamte System in voneinander unabhängige Regelkreise unterteilt.

Der berechnete maximale Durchfluss wird auf der Voreinstellskala fixiert. Über die im Ventil integrierte Membran wird der Differenzdruck über dem Regelventil immer auf einem konstanten Niveau gehalten. Unabhängig von den Druckverhältnissen in der Anlage ist so automatisch der eingestellte Durchfluss sichergestellt.

Digital: das Konzept

Vergleichsweise eine Neuent­wicklung hingegen ist der Stellantrieb „NovoCon Change­Over6“ in Kombination mit dem 6-Wege-Umschaltventil „ChangeOver6“ (ein Kugelhahn): ein multifunktionaler Hochgenauigkeitsstellantrieb mit Feldbus-Anbindung. Das von „NovoCon“ geführte 6-Wege-Umschaltventil gewährleistet in 4-Leiter-Systemen, also mit einem jeweils separaten Vor- und Rücklauf der getrennten Heiz- und Kühlwasserkreisläufe, ein zuverlässiges Umschalten ohne Querströme. Die Umschaltfunktion ermöglicht bei einem Heiz-/Kühlsegel wie im Projekt „Forty Four“ die Realisierung unterschiedlicher Heiz- und Kühlleistungen und damit unterschiedliche Durchflüsse.

In der Vergangenheit waren hydraulischer Abgleich und Regelung nicht Teil der Gebäude­automation. Dies ändert sich mit den Möglichkeiten des digitalen Stellantriebs „NovoCon“, der eine Feldbusanbindung von Heiz-und Kühlsystemen an die Gebäudeleittechnik ermöglicht, so dass von jedem einzelnen Stellantrieb Informationen gesammelt werden können. Installiert auf dem druckunabhängigen Abgleich- und Regelventil „AB-QM“ werden die Einstellungen und die Regelung per Fernzugriff über „NovoCon“ vorgenommen und überwacht – inklusive Inbetriebnahme und Feinabstimmung.

Bidirektional sind per Mausklick Fernsteuerungsfunktionen wie Inbetriebnahme, Durchflussanzeige und Spülung verfügbar, ebenso Statusmeldungen und Alarme. Durch die Protokollierung der Daten kann das Facility Management Verbesserungspotential bei Energieeinstellungen und -verbrauch identifizieren. Andreas Velten: „Über BACnet sehe ich also den jeweiligen Durchfluss und jederzeit, wie das 6-Wege-Ventil geschaltet ist.“

Busstruktur statt Kabelsalat

Im Projekt „Forty Four“ sind über BACnet vier Produktgruppen unterschiedlicher Unternehmen miteinander vernetzt – das ist trotz des im Grunde offenen Standards auch heute noch keine Selbstverständlichkeit (weil viele Unternehmen die BACnet-Standards immer wieder unterschiedlich interpretieren). Andreas Velten zeigt sich zufrieden: „Danfoss arbeitet ebenso wie die anderen drei Unternehmen standardkonform, deshalb funktioniert die Zusammenarbeit problemlos!“

Weil die Vernetzung derart zu 100 % funktioniert und im Hinblick auf die diversen Stellantriebe jeder einzelne angesprochen und geregelt werden kann, ist die notwendige Flexibilität der Mieter zur individuellen Gestaltung der Büroräume in optimaler Weise ge­währ­leis­tet. „Bei konventioneller Bauweise und MSR-Technik wäre es beispielsweise bei der Einrichtung eines neuen Büroraums notwendig, neue Kabel zu ziehen – mit der BACnet-Infrastruktur strukturieren wir solche Dinge einfach über die zentrale Leittechnik. Wir können also z.B. festlegen, dass die installierte ,NovoCon‘-Systemlösung jetzt nicht mehr für Raum ABC, sondern für Raum ABCD zuständig ist“, führt Andreas Velten aus. Und er ergänzt: „Beim Projekt ‚Forty Four‘ haben wir 457 ,NovoCon‘- und ,AB-QM‘-Systemlösungen installiert. Zur Einzelraumregelung werden die jeweiligen Deckensegel über eine solche Lösung geregelt. Aufgrund der offenen BACnet-Kommunikationsstruktur ist es möglich, das Versorgungsnetz hinsichtlich der Effizienz zu optimieren und transparent für den Mieter jegliche Parameter darzustellen.“

Schnelle und fehlerfreie Installation

Das „NovoCon“-Konzept zeigt sich auch hinsichtlich der Montage/Inbetriebnahme beeindruckend smart: In herkömmlicher Weise werden bei der Inbetriebnahme die Ventile eingebaut, das System gefüllt und gespült, dann die Ventile eingestellt und die Stellantriebe montiert. Falls Luft im System ist, müssen alle Ventile vollständig geöffnet werden, d.h. der Stellantrieb wird entfernt, Ventileinstellungen werden manuell geändert, Stränge gespült und entlüftet. Danach muss man zu jedem Ventil zurückkehren, den gewünschten Durchfluss manuell einstellen und den Stell­antrieb wieder montieren. Diese zeitintensiven Routinearbeiten gehören mit den „NovoCon“-Systemlösungen der Vergangenheit an. Zudem wird Zeit gespart, weil

Dazu erklärt Andreas Velten: „Das ,NovoCon‘-Konzept hat sich in diesem Projekt für uns praktisch als ‚Plug & Play‘-Technologie erwiesen. Das hängt auch damit zusammen, dass hier vorkonfektionierte Kabel in unterschiedlichen Längen verfügbar sind – das erleichtert die schnelle und fehlerfreie Montage der Systeme. Auch die Inbetriebnahme erwies sich als äußerst komfortabel und zeitsparend: beispielsweise konnten wir vier Etagen an einem einzigen Abend in knapp 4 h in Betrieb nehmen und zugleich die Verfügbarkeit der Systeme im 1 : 1-Test kontrollieren.“ Mit konventioneller Technik schätzt Andreas Velten den dazu erforderlichen Zeitbedarf auf drei bis vier Tage.

Auch wenn das einzelne „NovoCon“-System für sich gesehen teurer ist als eine weniger „intelligente“ Lösung, ist die installierte Danfoss-Technik mit Blick auf die energetische Effizienz, die hohe Flexibilität bei der Zuordnung von neuen Büroräumen, nicht zuletzt aufgrund der komfortablen, zeitsparenden und fehlervermeidenden Installationstechnik in Summe kostengünstiger, zeigt sich Andreas Velten überzeugt.

Fazit

In punkto Leistung und Gesamtkosten ist der digitale Stellantrieb „NovoCon ChangeOver6“ in Kombination mit dem 6-Wege-Umschaltventil „ChangeOver6“ und dem Regelventil „AB-QM“ kaum zu schlagen. Die Einsparungen basieren auf einem äußerst einfachen Handling bei der Installation, der Effizienz von Voreinstellungen und Funktionstests vor der Übergabe, der Bequemlichkeit einer Überwachung und Wartung per Fernbedienung – und nicht zuletzt auf den Möglichkeiten zur Identifizierung von Energieoptimierungspotentialen. Schraubenschlüssel, Leiter und Taschenlampe sind für grundlegende Aufgaben bei der Wartung des Heiz- oder Kühlsystems nicht länger erforderlich. Künftig reicht ein Computer.