Thermische Versorgung von Gebäuden mit erneuerbarer Energie

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1 Thermische Versorgung von Gebäuden mit erneuerbarer Energie Heizen, Kühlen, Warmwasser, Lüftung

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3 WATERKOTTE Die Geschichte der Firma WATERKOTTE führt zurück zur Pionierleistung ihres Gründers Klemens WATERKOTTE, der 1969 einen Flächenkollektor aus Kunststoffrohren in seinem Garten vergraben hatte. Er konnte damit erneuerbare Energie gewinnen, die er mit Hilfe der Wärmepumpen-Systemtechnik für die Beheizung seines Hauses über die von ihm installierte Fußbodenheizung nutzte, bis zum heutigen Tage gründete WATERKOTTE in Herne ein Ingenieurbüro und begann mit der Fertigung und Entwicklung von Wärmepumpen, bis er 1976 die heutige Firma gründete. Zielsetzung war und ist auch noch heute, die effiziente Gewinnung und Nutzung erneuerbarer Energie für die thermische Gebäudeversorgung. Anwendung im Bereich privater Wohnungsbau Die zur Neige gehenden Ressourcen für Gas und Öl führten dazu, dass die genannte Systemlösung bald in den Gesamtkosten jeder anderen Lösung überlegen war. Es gelang so Ökologie und Ökonomie unter einen Hut zu bringen. Anwendung im Bereich gewerblicher Projekte Schon früh erkannte WATERKOTTE die noch größeren Chancen für die Nutzung erneuerbarer Energie im Bereich gewerblicher Projekte, die heute kaum noch ohne Klima-Kühlung im Sommer betrieben werden können (Arbeitsrecht). Ausschlaggebend ist dabei, dass die für Heizzwecke installierte Wärmepumpe gleichzeitig als die effizienteste Klima-Kühlanlage genutzt werden kann, d. h. ohne zusätzliche Investition. In Verbindung mit Erdenergie-Sonden, auch unter dem Gebäude und einer entsprechenden Systemlösung mit optimierter Automation, gelingt es WATERKOTTE heute die Gesamtkosten der thermischen Gebäudeversorgung bis zur Bedeutungslosigkeit zu senken. Die so erzielte Lösung bringt für den Investor die höchste Rendite, Tendenz steigend mit steigenden Energiekosten. Die Wettbewerbsfähigkeit in der Vermietung ist sichergestellt. WATERKOTTE gilt als führendes Spezialunternehmen für die Gewinnung und Nutzung erneuerbarer Energie. WATERKOTTE ist erfolgreich in der Automationstechnik, einem weiteren Geschäftsbereich mit den Schwerpunkten Gebäudetechnik und kommunale Automation u. a. für Frischwasserversorgung, Abwasserentsorgung und Kläranlagen. Copyright 2010 by WATERKOTTE GmbH Gewerkenstr. 15 D Herne Nachdruck und Vervielfältigung, auch auszugsweise, sind nicht gestattet und dürfen nur nach einer schriftlichen Genehmigung erfolgen. Trotz sorgfältiger Erstellung übernehmen wir keine Gewährleistung (weder ausdrücklich noch stillschweigend) bezüglich Richtigkeit, Vollständigkeit, Aktualität und Druckfehler. Inhalte & Bildmaterial WATERKOTTE GmbH 3

4 1 THERMISCHE VERSORGUNG Diese Broschüre zeigt einen kleinen Ausschnitt ausgeführter Anlagen. WATERKOTTE beschäftigt sich seit mehr als 40 Jahren mit Forschung, Entwicklung und Konstruktion energiesparender Technik unter Nutzung nachhaltiger erneuerbarer Energie unter Einbindung der Wärmepumpe. WATERKOTTE ist heute ein führender, expandierender Hersteller von Systemen, Komponenten und Wärmepumpeneinheiten mit steigender Zahl von Niederlassungen in vielen Ländern. WATERKOTTE-Systeme eignen sich für: + + Heizen + + Kühlen + + Warmwasser + + Lüftung WATERKOTTE liefert ganzheitliche Lösungen, Dimensionierung, Planung, Montage, Inbetriebnahme und Übergabe zusammen mit spezialisierten Planern und regionalen Partner Installateuren. WATERKOTTE unterhält ein Service-Netz in Europa durch spezialisierte Partner. WATERKOTTE Lösungen umfassen: + + WATERKOTTE Gebäude-Automation + + WATERKOTTE Fernwirktechnik + + Geoenergie-Erschließung + + CommonConsult Engineering WATERKOTTE Philosophie Die Nutzung der Umweltenergie als dauerhafte erneuerbare Wärmequelle für beinahe alle Arten von Gebäuden: + + Wärmequelle Grundwasser + + Wärmequelle erdgekoppelte horizontale Kollektoren + + Wärmequelle erdgekoppelte vertikale Sonden + + Wärmequelle Luft Die ganzheitlichen Lösungen von WATERKOTTE erzielen exzellente ökonomische und ökologische Ergebnisse. Geoenergie-Lösungen gegenüber herkömmlichen Lösungen: + + verglichen mit Öl: Einsparung 73 % + + verglichen mit Gas: Einsparung 61 % + + verglichen mit Holzpellets: Einsparung 58 % (Quelle: Energie AG, Linz a. D.) Andere Vorteile sind: + + geringere Gesamtkosten (Summe aus Annuität der zusätzlichen Investitionen zzgl. laufender Energiekosten) + + Verringerung der Schadstoff- und CO 2 -Emissionen + + Einsparung von Ressourcen bei fossilen Brennstoffen Hervorragende Ergebnisse unsere beste Empfehlung! Wir danken allen unseren Referenz-Kunden für die freundliche Freigabe der Veröffentlichung. 4

5 WATERKOTTE Gruppe WATERKOTTE GmbH Herne Entwicklung und Herstellung von Wärmepumpen und Systemkomponenten bis in den Megawatt-Leistungsbereich Back-Office-Unterstützung für Fachplaner Automation und Entwicklung Ausführung und Betreuung automatisierter Lösungen, Visualisierungen und Telemonitoring (auch im Bereich Abwassertechnik) TERAMEX GmbH, Herne, Berlin, Austria Erstellung von Erdenergiesonden, Sondenfeldern, Durchführung von Responsetests WATERKOTTE Partner WATERKOTTE Partner WATERKOTTE-Austria GmbH Green Terra AG, Schweiz nutherm, Donegal, Irland WATERKOTTE Italia S.r.l. 5

6 2 Nachhaltige Lösungen im Hochbau Unter nachhaltigen Lösungen verstehen wir solche Lösungen, die dauerhaft Kosten und Energie sparen. Dazu gehören lange Lebenserwartung, geringe Servicekosten und ein investiver Mehraufwand, dessen Annuität sich durch Kosteneinsparungen vor allem beim Aufwand an Energie und der dafür zu erwartenden Preisentwicklung mehr als ausgleichen sollte. Werden diese Forderungen erfüllt, ergibt sich die Umweltverträglichkeit als Nebeneffekt von selbst. Der Hochbau hat das größte Einsparpotential. Das gilt für alle Bereiche wie: + + privater Wohnungsbau + + Mietwohnungsbau + + Verwaltungsgebäude + + Gebäude mit speziellen funktionellen Anforderungen wie Hospitäler, Hotels, Supermärkte, Shopping Center, Hallenbäder, Sportanlagen, usw. Erneuerbarer Energie Der Hochbau allgemein bietet die besten Voraussetzungen sowohl zur Gewinnung als auch zur Nutzung erneuerbarer und auch rekuperativer Energie. Mit geringem Aufwand ist es hier möglich, das notwendige Temperaturniveau der thermischen Energieversorgung so weit abzusenken, dass der Weg frei ist für eine hocheffiziente nachhaltige Energieversorgung. Zur Nutzung dieser Möglichkeit müssen jedoch verschiedene Punkte gleich zu Beginn einer Projektentwicklung eingebunden werden. Durchführung der Planung + + Auswahl der technischen Ausstattung + + Auswahl der Wärmequellentechnik + + Ausarbeitung der Automation. Das Ergebnis führt zum universellen Einsatz der Wärmepumpentechnik: + + Zur Gewinnung erneuerbarer Energie aus Erde, Wasser und Luft. Als ergiebigste Quelle bietet sich der Entzug von oberflächennaher Geothermie mit Vertikalkollektoren und Sondenlängen zwischen 70 und 140 m an. + + Zur Gewinnung rekuperativer Energie aus Abluft und Abwasser + + Zur Nutzung des Energiemanagements + + Zur Bereitstellung des Klima-Kühlbetriebes Rekuperative Energie zur Effizienzsteigerung Erde, Luft und Wasser gelten als primäre Energiequellen. Additiv dazu fällt in der Technischen Gebäudeausrüstung regelmäßig sekundäre rekuperative Energie an, deren Nutzung die Effizienz der Wärmepumpentechnik wesentlich erhöht: + + Energie Rückgewinnung durch rekuperative Technik Wärmeaustausch zwischen Fort- und Außenluft + + Gewinnung und Nutzung rekuperativer Energiequellen mit der Wärmepumpentechnik, zum Beispiel aus Fortluft (Umluft bei Hallenbädern) und Abwasser + + Gewinnung und Nutzung erneuerbarer Energie sowie die Ableitung und Nutzung überschüssiger Energie aus dem Gebäude (Kühlung) mit Hilfe der Wärmepumpentechnik. 6

7 Aktiv kühlen, passiv kühlen In der Wärmepumpentechnik versteht man unter dem Begriff Passive Kühlung die Möglichkeit, bei hohen Außentemperaturen die zwangsläufig auch hohen Raumtemperaturen ausschließlich mit der Erdkühle herunter zu fahren. Bei beispielsweise 14grädiger Erdreich-Geothermie hat das Fluid im Erdkollektor vielleicht 16 C. Eine Zirkulationspumpe schiebt es an heißen Tagen über einen Bypass an der Wärmepumpe vorbei in den von der Sonne aufgeheizten Fußboden oder Betonkern oder in die Deckenstrahlplatten. Diese Bauteile kühlen so um einige Grade ab. Wegen der künstlich vergrößerten Temperaturdifferenz fließt jetzt automatisch Wärme aus der Raumluft in den Estrich oder Beton oder in die Platten nach. Dort geht sie über an das Fluid. Dessen Temperatur liegt nun merklich über der Erdreichtemperatur. Mithin kehrt sich die Richtung des Wärmestroms um: Der Kollektor lagert die Raumwärme in das Grundstück oder ins Grundwasser ein, statt diesen Quellen Umweltenergie zu entziehen. Der Verbrauch an elektrischer Energie ist gering. Es läuft ja lediglich die Zirkulations- oder Förderpumpe. Der passiven Kühlung sind jedoch aufgrund der natürlichen Bedingungen Grenzen gesetzt. Führt man dagegen das Fluid durch die Wärmepumpe und schaltet die auf Kältemaschine um, lassen sich die Vorlauftemperaturen zu den Räumen noch weiter absenken. Dieser Betrieb, der mit Unterstützung des Kompressors der Wärmepumpe die Raumlufttemperatur absenkt, ist die aktive Kühlung. Leistungsmäßig liegt sie bei etwa 75 Prozent der Wärmeleistung einer Wärmepumpe. Als Kühlfläche eignet sich die Zimmerdecke etwa genau so gut wie der Fußboden. Die Zimmerdecke hat den Vorteil, dass sich kein Kältestau bildet, weil kalte Luft absinkt. Kühlt man dagegen mit der Fußbodenheizung, sollte man, zum Beispiel über die Lüftung, für Konvektion im Zimmer sorgen, damit sich kein Kältesee in Bodenhöhe stabil schichtet und den thermodynamischen Vorgang abbremst. Die Kälteleistung über den Fußboden liegt vielleicht bei 60 Prozent gegenüber der Decke. Umgekehrt sehen die Verhältnisse im Heizbetrieb aus. Wegen der aufsteigenden Warmluft ist hier der Fußboden als Wärmetauscher der Decke deutlich überlegen. Legionellen-freies Warmwasser In einer Vielzahl von WATERKOTTE-Objekten realisierten die Planer eine keimfreie Warmwasserbereitung. Legionellen und andere Erreger vermehren sich vornehmlich bei Temperaturen zwischen 30 und 40 C; das heißt, im Bodenbereich von Speichern. Es besteht ein gesundheitliches Risiko für immungeschwächte Nutzer, etwa Kranke oder ältere Bewohner, wenn Trinkwasser mit diesem Niveau aus dem Boiler direkt zu den Zapfstellen in Bad und Küche fließt. Unbedenklich und Richtlinien gerecht (DVGW) ist dagegen die Lösung mit einem Wärmetauscher-Durchlauferhitzer pro Wohnung. Das Schema sieht so aus: zu Heizzwecken fährt die Wärmepumpe, beziehungsweise ihr Heizwasser-Ladespeicher direkt in die Fußbodenkreise. Zur Warmwasserbereitung belädt die Wärmepumpe zusätzlich und mit Vorrang einen separaten Ladespeicher im Heizungskreislauf. Der beliefert aber nicht direkt die Sanitärinstallationen. Sein Warmwasser zirkuliert pro Wohnung durch einen dezentralen Wärmetauscher und erhitzt hier frisches zuströmendes Kaltwasser. Diese Thermen funktionieren mithin genauso hygienisch wie übliche gasbefeuerte Durchlauferhitzer, denn das evtl. legionellenbelastete Speicherwasser kommt mit dem Trinkwasser nicht in Kontakt. Es strömt zurück in den Ladespeicher. Darüber hinaus hat diese Konfiguration noch einen weiteren, einen wirtschaftlichen Vorteil. Zur Verbrauchsabrechnung des Warm- und Kaltwassers genügt ein einziger Kaltwasserzähler je Wohnung. 7

8 3 FIRMA PANALPINA Panalpina: Optimierung mit Response-Test Objekt: Logistikzentrum Panalpina, Stuttgart Bauherr: Panalpina Welttransport GmbH Planung: Ingenieurbüro Gedinia, Korb Baujahr: 2005 Wärmequelle: Erdreich Wärmepumpe: 2 x DS , 220 kw Kollektor: 11 Sonden à 150 m Betrieb: Fußbodenheizung: 7000 m² Raumkühlung: RLT-Anlage Die Panalpina Welttransport GmbH, Stuttgart, ist eine Tochter der Panalpina-Gruppe. Die 8400 qm große Halle muss im Winter auf ca. 11 C temperiert werden. Hinzu kommt ca qm zu beheizende beziehungsweise zu klimatisierende Fläche in der Verwaltung. Pro Wärmepumpe: Auf dem Betriebsgelände sind 40 Erdwärmesonden mit einer Tiefe von jeweils 150 m abgeteuft. Den Bohrarbeiten ging ein Responsetest voraus. Der gibt Auskunft über die Entzugsleistung des Bodens. Natürlich lassen sich im ersten Anlauf an Hand der bekannten Bodenverhältnisse Schlüsse zur Anzahl der Sonden ziehen. So eine Abschätzung genügt in der Regel bei kleineren Bauvorhaben. Bei Anlagen oberhalb 50 kw erwirtschaftet sich jedoch der aussagekräftige Responsetest aus den eventuell eingesparten Bohrmetern beziehungsweise aus der reklamationsfreien Wärmebereitstellung. Die Anzahl von genau 40 Sonden ist das Ergebnis der entsprechenden Vorort-Analyse. 8

9 Das Logistikzentrum benötigt eine Heizleistung von rund 380 kw. Es ist im Winter auf mindestens 11 C zu temperieren. Diese Aufgabe übernimmt eine Flächenheizung in der Bodenplatte. Im Verwaltungsgebäude verzichtete das Ingenieurbüro Gedinia aus Korb bei Stuttgart gänzlich auf die Betonkernaktivierung. Und zwar aus dem Grunde, weil ohnehin ein zweites, schneller reagierendes Wärmeverteilsystem hätte installiert werden müssen. Fachplaner Gedinia: Wir wählten ein größeres Kühlsegel und verzichteten deshalb in diesem Trakt gänzlich auf thermisch aktive Massen. Die Metallpaneele unter der Decke heizen und kühlen. Angebunden sind sie an die erste der beiden Wärmepumpen. Die sommerliche Kühllast wird über einen separaten Wärmetauscher abgefahren, unter Umgehung der Wärmepumpe nur mit der Bodentemperatur von 14 oder 15 C. Die zweite Wärmepumpe unterstützt diese Installation, indem sie ausschließlich der Lüftungsanlage zuarbeitet und für die winterlichen Einblastemperaturen von 20 bis 22 C zuständig ist. Integriert in die Schaltung der Heiz-/Kühlsegel ist für den sommerlichen Kühlbetrieb ein externer Wärmetauscher, der die niedrigen Erdtemperaturen direkt auf die Zuluft überträgt. 9

10 4 VOLKSBANK MÜNSTERLAND e.g. Volksbank Rheine: Energieeffizienz als Verpflichtung gegenüber dem Kunden Objekt: Bauherr: Planung: Bankgebäude Volksbank Rheine Volksbank Nordmünsterland e.g., Rheine CommonConsult, Erkrath Baujahr: 2005 Wärmequelle: Erdreich Wärmepumpe: 3 x DS , Leistung total 600 kw Kollektor: 50 Vertikalsonden à 130 Meter Betrieb: Heizen/Kühlen Dass eine Geschäftsführung ihre innerbetrieblichen Entscheidungen den Kunden gegenüber begründen und verantworten muss, gibt es in keiner anderen Organisationsform der Wirtschaft außer in der eingetragenen Genossenschaft. Denn die Teilnehmer des höchsten Gremiums der e.g., die Generalversammlung, sind die Sparer selbst. In ihren Händen liegen die Anteile. Pro Wärmepumpe: Unausgeschrieben stand deshalb im Pflichtenheft zu Planung und Bau der neuen Zentralverwaltung der Volksbank Nordmünsterland e.g. in Rheine, besonders haushälterisch mit den Mitteln der Anleger umzugehen. Daran hielt sie sich die Leitung des Geldinstituts selbstverständlich. Die Abwägung aller in Frage kommenden Varianten zur effizienten Beheizung und Kühlung des Gebäudes etwa mündete in eine geothermische Wärmepumpenanlage ein. Komfort und Wirtschaftlichkeit sprachen und sprechen eindeutig für diese nachhaltige Lösung. 10

11 Das verantwortliche wirtschaftliche Denken im Haus belegt natürlich nicht nur die Wärmepumpe. Sondern auch: Selbst im schwierigen Bankenjahr 2008 blieb das Geldinstitut auf Erfolgskurs. Während namhafte nationale und internationale Kreditanstalten in der anhaltenden Finanzkrise teilweise Existenz bedrohende Verluste hinnehmen mussten, wies die heimische Bank erneut ein positives Betriebsergebnis aus. Die Bilanzsumme der Volksbank Nordmünsterland e.g. stieg im Vergleich zum Vorjahr 2007 überdurchschnittlich um 7,9 Prozent auf 1,15 (2007: 1,06) Milliarden Euro. 11

12 5 LVM-VERSICHERUNG LVM Münster: Architektur- und Energiepreis Objekt: Neubau Landwirtschaftlicher Versicherungsverein Münster LVM Bauherr: s. o. Architekt: Duk-Kyu Ryang/ HPP Architekten, Düsseldorf Planung: Ingenieurbüro Nordhorn, Münster/ TEB, Vaihingen/Enz Erdsondenfeld:TERAMEX, Herne Baujahr: 2008 Wärmequelle: Erdreich Kollektor: 92 Vertikalsonden, Meter Betrieb: Heizen / Kühlen Pro Wärmepumpe: Eines der größten Erdsondenfelder in Deutschland beheizt den Neubau des Landwirtschaftlichen Versicherungsvereins Münster LVM. 92 bis 100 Meter tief gehende Sonden temperieren den Betonkern. Architektur und Energiekonzept sind so harmonisch aufeinander abgestimmt, dass das Objekt den Landespreis Energieeffizientes Bauen für die Zukunft der beiden nordrhein-westfälischen Ministerien für Bauen und Verkehr sowie für Wirtschaft und Energie erhielt. NRW-Ministerin Christa Thoben überreichte in einer Feierstunde am 16. Februar die Auszeichnungen an den Preisträger. 12

13 Besonderheiten: Der Komplex der Versicherung (3 Mio. Kunden, 9 Mio. Verträge, 2,3 Mrd. Umsatz) begnügt sich mit einem Primärenergiebedarf von 44 kwh/ m 2 a. Die gesamte Bürofläche beträgt m 2, die Temperierfläche (Heizen und Kühlen) m 2. Betonkerntemperierung sorgt für behagliche Raumtemperatur. Das Herner Unternehmen TERAMEX lieferte die Sondenanlage. TERAMEX ist damit in das Forschungsprojekt IEA Annex 48 der Internationalen Energieagentur mit eingebunden. Annex 48 analysiert und dokumentiert über mehrere Jahre Verbrauchsdaten und Temperaturen in den Gebäuden der Assekuranz. Ziel ist, die Bewährung von Energiekonzepten dieser Art in der Praxis zu überprüfen und eventuell weitere Optimierungspotenziale zu entdecken. 13

14 6 Wohnkomplex Wohnkomplex Sonnenstraße 16 Lanzen beheizen 50 Wohnungen Objekt: Wohnkomplex Sonnenstraße , Düsseldorf Bauherr: Boss Bau GmbH & Co KG, Düsseldorf Architekt: Architekturbüro Schwingen, Düsseldorf Planung: PBS & Partner, Erkrath Baujahr: Wärmequelle: Erdreich Wärmepumpe: Typ DS , 150 kw Kollektor: 18 Vertikalsonden à 100 m Betrieb: Heizen mit Wärmerückgewinnung 14 Pro Wärmepumpe: Als in 2006 die ersten Bewohner in die Düsseldorfer Sonnenstraße einzogen, galt dieser Komplex als größte geothermisch-beheizte Wohnanlage Nordrhein-Westfalens. Insgesamt 1800 m Erdsonde beheizen die 50 freifinanzierten Wohneinheiten, aufgeteilt in Zwei- bis Vierzimmerwohnungen. Wärmebedarf: EnEV-Standard. Die Wärmeversorgung besteht neben dem Sondenfeld, der Wärmepumpe und der Wärmerückgewinnung aus sechs Warmwasserspeichern à 950 l, einem zusätzlichen Trennspeicher und Hochleistungs-Wärmetauschern je Wohnung. Diese dezentralen Platten-Wärmetauscher von 54 kw stellen den Warmwasserbedarf für Küche und Bad sicher. Besonderheiten: Die sechs Warmwasserspeicher haben in der Wärmebelieferung Vorrang vor der Heizung. Je nach Tages- und Jahreszeit könnte somit die Regelung unter Umständen die Fußbodenheizschlangen für eine halbe Stunde oder eine ganze Stunde vom Netz nehmen. Die große umlaufende Wassermenge

15 dürfte zwar eine bestimmte Zeitspanne ohne merkbare Einwirkungen auf die Raumtemperaturen überbrücken, aber die Planer sahen doch heizungstechnisch ein bestimmtes Restrisiko in der Vorrangschaltung der Warmwasserbereitung. Deshalb integrierten Sie einen 950 l-trennspeicher und übertrugen ihm im Wesentlichen zwei Aufgaben: Zu Nutzen längerer Laufzeiten der Wärmepumpe wegen des nun größeren, zu beheizenden Wasservolumens, und, wie erwähnt, zu Nutzen eines ausreichenden Wärmevorrats. Das Planungsbüro PBS betrat mit dem Komplex Sonnenstraße selbstverständlich kein geothermisches Neuland. Wer sich an 4000 qm Wärmepumpen-beheizte Wohnfläche heranwagt, vertraut seinem reichhaltigen Erfahrungsschatz. Aus dieser Erfahrung entsprang bei PBS eine eiserne Regel: ohne litergenaue hydraulische Einregulierung der einzelnen Vertikallanzen des Sondenfeldes keine Abnahme der Installation. Ralf Mnich, Geschäftsführer der PBS: Der hydraulische Abgleich eines Sondenfelds ist entscheidend für die Funktion beziehungsweise für die Wärmeentzugsleistung. Die modernen Sondenverteiler von WATERKOTTE mit mengeneinstellbaren Ventilen erleichtern dieses Einlitern. Jede Sonde muss tatsächlich die ihr zugewiesene Fluidmenge erhalten, unabhängig von der Wegstrecke, also unabhängig von den Widerständen. Wir haben über die Schaugläser am Verteilerbalken die Wassermenge voreingestellt und über Ultraschall-Messgeräte feinjustiert. Nun können natürlich immer noch Überraschungen in Form von Temperaturabweichungen wegen geologischer örtlicher Inhomogenitäten im Erdreich drohen. Aber dieser Störfall hält sich in Grenzen. Ralf Mnich hat in seinem Tätigkeitsradius bisher noch keine größere Abweichung von den prognostizierten Entzugsleistungen beziehungsweise von den Angaben in den geothermischen Karten der Geologischen Dienste registriert. 15

16 7 IKEA Möbelhaus IKEA Köln: Wärmepumpe macht das Kaufklima Objekt: Neubau IKEA, Butzweiler Hof, Köln Bauherr: IKEA Deutschland GmbH & Co. KG Planung: Schindler Ingenieurgesellschaft, Dietzenbach Baujahr: 2009 Wärmequelle: Grundwasser (Erdwärme) Wärmepumpe: 2 x DS 6500 (380 und 480 kw) Brunnen: 4 Brunnen (Saug/Schluckbrunnen) 70 m tief Betrieb: Heizen/Kühlen Pro Wärmepumpe: Im März 2009 ging IKEA mit dem zweiten Haus in Köln und zu jenem Zeitpunkt Deutschlands größte IKEA-Filiale an den Start. In Am Butzweiler Hof, so Name und Adresse, setzt IKEA im Rahmen der firmeneigenen globalen Nachhaltigkeitsstrategie verstärkt auf den Einsatz erneuerbarer Energien. 2 Mio. EUR gab das Einrichtungshaus für die Erdwärmenutzung via Grundwasser und Wärmepumpe, für Solarkollektoren und die Dachregenwasser-Anlage mit zwei unterirdischen Zisternen als Sammelbecken für das Toilettenspül- und Löschwasser aus. Großflächige Fußbodenheizungen, Deckenstrahlplatten und Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung übertragen Wärme und Kälte in die Verkaufsetagen. Die gesamten Investitionskosten in das Objekt (ohne Grundstück) betrugen ca. 65 Mio. EUR. 16

17 Zwei verschiedene Systeme, ein Hochtemperaturkreis und ein Niedertemperaturkreis, beheizen und kühlen das Gebäude. Der Hochtemperaturkreis erzeugt die Wärme mit zwei gasbefeuerten Heizkesseln. Die Zentrale befindet sich im 2. Obergeschoss. Die Kessel versorgen unter anderem die Raumlufttechnik, die Torschleieranlagen und die Warmwasserbereitung im Winter. In den Sommermonaten übernimmt die Solaranlage diesen Part. Besonderheiten: Der Niedertemperaturkreis baut auf zwei Wärmepumpen auf (Typ DS, 380 und 480 kw, Leistungsregelung %). Die Wärme wird dem Grundwasser aus Förderbrunnen entzogen. Die Zentrale befindet sich im 1. Untergeschoss. Die Wärmepumpen beliefern die Gruppen: - Deckenstrahlplatten Markthalle und Möbelausstellung - Fußbodenheizung - Glashaus (Niedertemperaturkreis). Im Heizfall darf entsprechend den Auflagen der Unteren Wasserbehörde Köln das rückgespeiste Brunnenwasser um maximal 3 K abgekühlt sein. Entsprechend dieser Differenz dimensionierten die Ingenieure das Umwälzvolumen, die Wärmetauscher und die Wärmeübergabe in den Verkaufsräumen (Deckenstrahlplatten, Fußbodenheizung). Der gleiche Sprung von 3 K gilt auch für den Kühlfall: Die Aufheizung darf maximal 3 K betragen. In Bezug auf die durchschnittliche natürliche Brunnenwassertemperatur von 14 C gelten damit als Grenzwerte für die Haustechnik 11 und 17 C. Die Planung sieht folgende Systemtemperaturen vor: Im Heizfall - Vorlauf/Rücklauf Wärmepumpen 38/33 C - Vorlauf/Rücklauf Deckenstrahlplatten 38/34 C - Vorlauf/Rücklauf Fußbodenheizung 35/30 C 17

18 7 IKEA Möbelhaus Im Kühlfall - Vorlauf/Rücklauf Wärmepumpen 12/17 C, nach dem Wärmetauscher 14/19 C, - Vorlauf/Rücklauf Deckenstrahlplatten 15/19 C - Vorlauf Rücklauf Fußbodenheizung 16/19 C. Die Rohrschlangen im Fußboden decken im Heizfall die Grundlast ab. Die Restwärme stellen die Kessel zur Verfügung, die Restkälte die raumlufttechnischen Anlagen. Die tageszeitaktuelle Vorlauftemperatur der beiden Regelkreise (Fußbodenheizung, Deckenstrahlplatten) richtet sich gleitend nach dem Innentaupunkt und berücksichtigt einen Sicherheitsabstand von 1 K über Taupunkt. Um ein ständiges Takten der Wärmepumpen zu vermeiden, worunter sowohl Lebensdauer als auch Effizienz leiden würden, setzen die Planer Wasserspeicher als Puffer ein. Beim Anfahren lenkt die Regelung den Vorlauf über einen Bypass an den Behältern vorbei, damit 18 schnell Wärme oder Kälte am Verteiler zur Verfügung steht. Des Weiteren bestimmt die Elektronik im Wochenturnus die Wärmepumpe mit der geringsten Laufzeit als Führungsmaschine; bei einer Störung springt automatisch das zweite Aggregat an. Die Umschaltung auf Heizen geschieht bei Außentemperatur unter 16 C, zeitverzögert nach 16 Stunden, die Umschaltung auf Kühlen bei Außentemperatur über 16 C, jetzt zeitverzögert nach 6 Stunden. Ein angenehmes Verkaufsraumklima trägt zur Kauflust bei. Bis Außentemperaturen bis etwa 24 C liegt der Idealwert in den (IKEA-)Etagen bei 22 C. Steigt das Thermometer höher, dürfen es einige Grad mehr sein. Sozio-psychologische und physiologische Faktoren dieser Art spielen mithin ganz besonders im Sommer, im Kühlfall, eine wichtige Rolle in Bezug auf das Kaufverhalten.

19 Die Regelungselektronik berücksichtigt diesen Einfluss. Bei normaler Witterung stabilisiert sie die Raumtemperatur auf 22 C, führt sie aber nach, wenn die Sonne einen Höchststand erreicht. Bei beispielsweise 35 C draußen lässt sie innen 28 oder 29 C zu. Den Sollwert steuern die Mikroprozessoren zunächst mit Freier Kühlung an, indem sie das relativ kalte Grundwasserniveau durch die Deckenplatten schicken, allerdings über einen zwischengeschalteten Wärmetauscher. Genügt das nicht, springt die Wärmepumpe als Kältemaschine an. Sollte sich herausstellen, dass durch eine zu hohe Grundwassertemperatur oder zu hohe äußere Lasten die begrenzte Temperaturerhöhung um 3 K beziehungsweise auf 17 C nicht gehalten werden kann, muss auf dem Dach zusätzlich ein Kühlturm Dienst tun. Auch daran haben die Planer gedacht: Paarweise und im Wechsel arbeiten die insgesamt vier Brunnen als Förderbrunnen oder als Schluckbrunnen. Erstens würde im Heizbetrieb zum Beispiel die dauerhafte Kaltwasser-Rückspeisung den Boden unterkühlen, zweitens will man im Kühlbetrieb mit möglichst kaltem Wasser in die Wärmetauscher. Deshalb der Pendelbetrieb. Die Vorlauf- und Rücklauftemperaturen, die Temperaturdifferenzen und die Wassermengen der Brunnen speichert die EDV ab wie sie auch Trendkurven als Nachweis für die einzuhaltenden Grenzwerte und die entnommene Gesamtwassermenge pro Jahr dokumentiert. Die Planung sieht für den Kühlbetrieb eine maximale Leistung (Entnahme) über das Jahr gesehen von Kubikmeter vor für den Heizbetrieb Kubikmeter. Ausgelegt ist das Netz für eine Spitzenentnahme von 190 m 3 /h zum Kühlen und 280 m 3 /h zum Heizen. 19

20 10 Bergische Achsen, Fahrwerksysteme 8 Bergische Achsen: Praxis bestätigt Simulation Objekt: Bauherr: Planung: Prüfcenter Bergische Achsen, Wiehl BWP Bergische Achsen KG, Wiehl CommonConsult/Metternich Haustechnik/Integral Ingenieure Baujahr: 2008 Wärmequelle: Erdreich Wärmepumpe: DS , 52 kw Heizleistung, 39 kw Kälteleistung Kollektor: 10 Vertikalsonden à 99 Meter Wärmebedarf: Niedrigenergiehaus Betrieb: Heizen/passiv und aktiv Kühlen Pro Wärmepumpe: Seit Herbst 2008 temperiert beim Automobil-Zulieferer Bergische Achsen KG die Wärmepumpenanlage sowohl die obere Büroetage eines zweistöckigen Gebäudes, als auch im Parterre das QS-Prüfcenter. QS steht für Qualität und Sicherheit. Die Prüfung läuft nach strengsten Vorgaben ab. Um die Messergebnisse auf den riesigen Marmortischen nicht zu verfälschen, darf beispielsweise die Raumtemperatur nur um +/- 1 C vom Sollwert 20 C abweichen. Trotz ihrer Trägheit schlugen den Planer Common- Consult sowie Metternich Haustechnik, Windeck, zur Wärmeübergabe die Betomkernaktivierung vor, ergänzt mit Solarstores als Verschattungselemente und einer Lüftungsanlage als dynamische Komponente. Die Machbarkeit hatte CommonConsult zuvor von Integral Ingenieure, Aachen, untersuchen lassen. Aufgabe: das thermische Verhalten des Objekts mit den 20

21 Leistungsdaten der DS-Wärmepumpe Heizleistung 52 kw, Kälteleistung bei aktiver Kühlung 39 kw; diese Werte enthalten bereits eine Reserve zu untersuchen. Das Schaltschema sah und sieht unter anderem vor, im Sommer zunächst das QS-Prüfcenter passiv zu kühlen, um nur die Defizite aktiv auszugleichen. In die Simulation flossen die Eckdaten des Gebäudes, die topografische Höhenlage, die Temperaturen in der Region usw. ein. Der virtuelle Testlauf entdeckte keine Schwachstelle der gradgenauen Planung. Er bestätigte die Richtigkeit des Entwurfs. Besonderheit: Der Auftraggeber erteilte daraufhin diesem Schema die Freigabe. Denn die Wirtschaftlichkeit sprach eindeutig gegen die Alternative Gasheizung plus Klimaanlage. Die Investitionskosten bewegten sich bei beiden Lösungen zwar auf ähnlicher Höhe, in den Betriebskosten ermittelten die Ingenieure jedoch einen Unterschied von 1 : 4. Die Wärmepumpenanlage kommt demnach mit einem Viertel der jährlichen Ausgaben gegenüber der Gas-Variante aus. Die Bilanz nach dem realen Wintertest 2008/2009: Die garantierten Temperaturwerte konnten gehalten werden. Die BPW Bergische Achsen Kommanditgesellschaft ist Europas führender Hersteller von Achsen und Fahrwerksystemen für LKW-Anhänger und -Auflieger. Das Unternehmen in Wiehl nahe Köln produziert vor allem schwere Achsen (Achslast über 5,5 t). Deren Absatz lag 2008 bei etwa Stück lag. Das inhabergeführte Familienunternehmen verfügt über zwölf Fertigungsstätten unter anderem in Ungarn, Italien, Südafrika und China und 20 Vertriebsgesellschaften. Die Unternehmensgruppe beschäftigt rund Mitarbeiter. Der Umsatz 2008 stieß an die 1 Mrd.-EUR-Grenze. 21

22 11 9 SANDVIK Holding Sandvik Düsseldorf: Wärmepumpe auch als preiswerte Kältemaschine Objekt: Verwaltungsgebäude Sandvik Holding GmbH, Düsseldorf Bauherr: Kai 18, Düsseldorf Planung: CommonConsult, Herne Baujahr: 2005 Wärmepumpe: 3 x Typ DS, als Kaskade geschaltet, Leistung total 270 kw Energiequelle: Erdreich Kollektoren: 30 Vertikalsonden, total 4000 m Betrieb: Heizen, passiv kühlen, aktiv kühlen, Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung 22 Der Sandvik-Konzern ist ein schwedisches, global tätiges Unternehmen mit Schwerpunkten in der Werkzeugen für die Zerspanungstechnik, in Bergbauprodukten und in der Metallverarbeitung (Edelstahl) beschäftigte die Gruppe Mitarbeiter in 130 Ländern. Der Umsatz betrug 93 Mrd. Schweden Kronen (ca. 10 Mrd. Euro). Die Deutsche Sandvik Holding GmbH sitzt in Düsseldorf, Büros und Niederlassungen befinden sich u. a. in Tübingen, Renningen, Fellbach, Mörfelden-Walldorf, Frankfurt und Essen. Mit etwa 3900 Mitarbeitern trug Deutschland in 2008 zu 7 Prozent (700 Mio. Euro) am Geschäft des Konzerns bei. Die Holding in Düsseldorf zog 2007 in ein neues Gebäude an der Heerdter Landstraße ein. Dem vierstöckigen Verwaltungsgebäude sind ein Kantinenbereich und eine größere Kochküche zugeordnet. Heizung, Kühlung und Warmwasserbereitung sowohl für die Büros als auch für den Versorgungstrakt übernehmen monovalent die drei Wärmepumpen. Sie bedienen die

23 Betonkernaktivierung, die verschiedenen Pufferspeicher und die Lüftungsanlage. Pro Wärmepumpe: Der Installation war ein Geothermal-Response-Test mit Gebäudesimulation (EED- Simulation) vorgeschaltet. Er musste Auskunft darüber geben, ob das Erdreich auf dem Grundstück genügend Energie zur Verfügung stellt. Der Test verlief positiv. Die Jahres-Energiekosten für das gesamte Gebäude betragen auf Basis der Simulation unter Annahme der statistischen örtlichen Temperaturverhältnisse Euro für das System Geothermie. Bei einem Erdgaskessel plus Kältemaschine würde sich die jährliche Gas- und Stromrechnung auf Euro belaufen. Die Einsparungen betragen mithin Euro. Zudem senken sich die CO 2 -Emissionen auf einen Betrag von nur noch 40 Prozent gegenüber der Kesselanlage mit Kältemaschine. Zwei der Wärmepumpen sind für Heizen und Kühlen zuständig, die dritte für die Warmwasserbereitung für die Küche. Sie fahren mit unterschiedlichen Kältemitteln, entsprechend den unterschiedlichen Solltemperaturen. Besonderheiten: Die Gesamtanlage ist für mehrere Betriebszustände ausgelegt. Erstens Heizen mit den Beteiligten: Sondenfeld (Erdwärme) plus Wärmepumpenanlage plus Betonkernaktivierung. Zweitens Naturkühlung mit den Beteiligten: Sondenfeld (Erdkühle, Fluidtemperatur etwa C) plus Betonkernaktivierung, also ohne Wärmepumpe. Drittens Aktive Kühlung mit den Beteiligten: Sondenfeld (Erdkühle) plus Wärmepumpe als Kältemaschine plus Betonkernaktivierung. Ferner realisierten die Anlagenbauer einen vierten Kreis zur Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung (im Heizbetrieb) oder zur passiven Kühlung im Sommer. Im zweiten Fall spült das Luftregister die frische Nachtluft, die einige Grad unter der Raumluft liegt, durch die Büroräume und fährt so nach Feierabend die gesamte Speichermasse in der Temperatur herunter. 23

24 Wohneinheiten, Düsseldorf Wohnhäuser Düsseldorf: Abwärme hebt Soletemperatur an Objekt: Zwei Reihenhäuser mit 15 Wohneinheiten, Cloppenburger Weg, Düsseldorf. Bauherr: Boss Bau GmbH & Co. KG, Düsseldorf Architekt: Architekturbüro Schwingen, Düsseldorf Planung: PBS & Partner, Erkrath Baujahr: 2006 Wärmequelle: Erdreich Wärmepumpe: DS ; 71,8 kw, Tandem- Ausführung (2 Verdichter) Kollektor: 9 Vertikalsonden à 70 m Betrieb: Heizen mit Wärmerückgewinnung 24 Pro Wärmepumpe: Die Wärmepumpen- und Fußbodenbeheizten 15 Wohneinheiten im Cloppenburger Weg in Düsseldorf haben eine durchschnittliche Wohnfläche von 85 qm. Die beiden Häuser des Baujahres 2006 entsprechen in ihren bauphysikalischen Kennwerten dem normalen Standard-EnEV-Haus. Da das Verbraucherverhalten hohen Einfluss auf den Wärmeverbrauch hat, investierte der Bauherr, die Firma Bossbau, nicht in über die EnEV hinausgehende Dämmmaßnahmen, weil deren Vorteil verloren geht, wenn die Fenster geöffnet bleiben. Der bessere Wirkungsgrad einer effizienten Heizungstechnik kommt dagegen grundsätzlich den Heizkosten zugute. Die Tandem-Wärmepumpe erlaubt wegen ihrer zwei Verdichter eine abgestufte, wärmebedarfsabhängige Leistungsregelung. Die Heizkosten müssen laut Heizkostenverordnung bei Einsatz einer Wärmepumpe nicht nach dem tatsächlichen Verbrauch der einzelnen Wohnungen, sondern dürfen pauschal nach Wohnfläche abgerechnet werden. Der Vermieter setzte 1,00 Euro je Quadratmeter für den Verbrauch von Heizung

25 und Warmwasserbereitung an und kam mit diesem Betrag in den ersten beiden abgerechneten Heizperioden gut zurecht. Besonderheit: Die Wärmepumpe arbeitet auf zwei Ladespeicher, einer für die Heizung, einer für das Trinkwasser. Trinkwasserseitig sahen die Planer ein Speichervolumen von 1900 Liter mit einem Temperaturniveau von 55 C vor. In die Bestimmung dieses Volumens floss eine Gleichzeitigkeitsbetrachtung der 15 Wohneinheiten ein, in erster Linie in Bezug auf den Duschwasserbedarf in den Morgenstunden. Der Speicher muss über ein Zeitfenster von etwa 1,5 Stunden eine definierte Spitzen-Gleichzeitigkeit abdecken können. Er bedient jedoch nicht die Zapfstellen in Küche und Bad direkt, sondern je Wohnung einen Wärmetauscher ähnlich einem Durchlauferhitzer mit 54 kw Leistung. Im Kreislauf temperiert hier das heiße Speicherwasser das zulaufende Kaltwasser. Krankheitserreger (Legionellen), die eventuell den Speicherboden besiedeln, gelangen so nicht ins Trinkwarmwasser. Da die Brauchwarmwasserbereitung Vorrang hat, könnte gerade in den Morgenstunden die Estrichtemperatur nicht ausreichen, um den Wärmebedarf der Wohnung zu decken. Deshalb stellten die Haustechniker in die Heizzentrale am Cloppenburger Weg auch einen Speicher für das Heizungswasser auf. Dieser ist so dimensioniert, dass er die Duschphase überbrücken kann. Er wird mit max. 45 C beladen. Im Heizbetrieb liegt die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe bei 4,5 bis 4,8. Eine kontrollierte Wohnraumlüftung verhindert Feuchtigkeitsschäden und Schimmelpilzbildung in den Wohnungen. Wegen des Lüftungsverbunds (Türschlitze) in den Wohnungen genügen zur Absaugung Tellerventile in jeweils Bad und Küche. Ein Sammelschacht führt die Abluft zur Lüftungseinheit mit Wärmerückgewinnung im Spitzboden eines der beiden Häuser. Die Fortluft gibt hier etwa 50 Prozent ihres Wärmeinhalts an den Luft/ Wasserwärmetauscher der Einheit ab, der mit dieser rückgewonnenen Energie über einen weiteren Wärmetauscher die Fluidtemperatur zur Wärmepumpe um einige Grad Celsius und damit ihren Wirkungsgrad anhebt. 25

26 11 Niehler Wohnpark, Köln Niehler WohnArt: Beginn des regenerativen Zeitalters Objekt: Siedlung Niehler WohnArt, ca. 400 Wohnungen/Einfamilienhäuser Bauherr/ Architektur: GAG Immobilien AG, Köln Planung: CommonConsult, Herne Baujahr: /2010 Wärmequelle: Grundwasser Wärmepumpe: Typ DS, Gesamtleistung 1,7 MW Brunnen: 21 Saug- und Schluckbrunnen Betrieb: Heizen 26 Die GAG Immobilien AG, Kölns dominierende Wohnungsgesellschaft mit rund Wohnungen und rund Mietern, hatte im März 2007 begonnen, einige Hundert Wohnungen und Häuser auf einem ehemaligen Siemensgelände an der Amsterdamer Straße in Köln-Niehl zu errichten. Konkret setzt sich Niehler WohnArt zusammen aus: 50 Eigenheime KfW-60-Standard, 89 Eigentumswohnungen und 265 öffentlich geförderte Wohnungen. Die zur Beheizung notwendigen 1,7 MW laufen auf zehn Anlagen mit Leistungen von 160 kw (Typ DS 5162) und 190 kw (Typ DS 5193) hinaus. Die Maschinen lassen eine Leistungsregelung zwischen rund 70 und 100 % zu. Pro Wärmepumpe: GAG-Vorstand Günter Ott: Dieses Erdwärmeprojekt ist kein Pilotprojekt, sondern der Beginn einer Umsetzung modernster regenerativer Energie in die Baupraxis in größeren Dimensionen. Wir haben längst die Schwelle des Experimentellen überschritten. Die GAG hat bereits an anderer Stelle regenerative Energie-Projekte und nachhaltige Bauwei-

27 Pufferspeicher Warmwasseraufbereiter Saugbrunnen Wassertemperatur 13,2 C Wärmetauscher (umgekehrtes Kühlschranksystem) Bohrung 25 m Schluckbrunnen Wassertemperatur 11,2 C se umgesetzt und viele Vorhaben in der Pipeline (Ott). Erwähnenswert ist etwa die Solarsiedlung Westend in Ossendorf. Bei der Maßnahme handelt es sich um 144 Wohnungen im Bestand. Der Einsatz weiterer Wärmepumpen ist für Neubausiedlungen in Köln-Müngersdorf wie auch in Koln-Zollstock projektiert. In Köln-Vingst werden nach der energetischen Modernisierung von Wohnungen der GAG jährlich rund 7000 Tonnen CO 2 vermieden. Im Altbauzustand fielen t/a CO 2 an. Für die sanierten Objekte errechnet sich nur noch eine Belastung von gut 2000 t/a. Ministerialrat Werner Lechner vom Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Energie NRW sprach ebenfalls pro Wärmepumpe: Der Trend zur Nutzung der Umweltwärme hält an. Dazu trägt bei, dass die Bedingungen zur Nutzung von Erdwärme inklusive Grundwasser, eine der effektiven Energiequellen für Wärmepumpen, in Nordrhein-Westfalen besonders gut sind. Rund 70 Prozent der Fläche des Landes ist nach Ermittlungen des Geologischen Dienstes NRW hierfür bestens geeignet. Besonderheit: Grundwasser als Wärmequelle. Die insgesamt 21 Saug- und Schluckbrunnen gestatten eine Wärmeentnahme von 1,7 MW. Diese Untertage- Architektur mit Bohrungen nicht tiefer als 30 m fand den Segen der Unteren Wasserbehörde. In Köln-Niehl hätte es für die Alternative Erdwärme statt Grundwasser für die 400 Wohnungen eines riesigen Erdsondenfeldes bedurft, was sowohl aus Kosten- als auch aus technischen Gründen nicht infrage kam. Aufgrund seiner Mächtigkeit in unmittelbarer Rheinnähe bot sich aber der Grundwasserstrom an. Die Mehrkosten gegenüber der Brennwerttechnik sollen sich in sieben bis zehn Jahren amortisieren. Vorstand Ott: Die Wärmedämmpakete und die moderne Haustechnik halten die Nebenkosten niedrig. Die Mieten stiegen in den letzen 8 Jahren um circa 8 Prozent, die Nebenkosten um rund 73 Prozent. Umso wichtiger ist die Investition in alternative Energieformen. Die Gesamtinvestition der GAG für den Bau der 404 Wohnungen und Häuser im Veedel mit Hätz (Im Viertel mit Herz) betragen rund 70 Mio.. 27

28 12 Zweifamilienhaus Sanierung Zweifamilienhaus Ruppichteroth: Erdwärme statt Heizöl Objekt: Eigentümer: Sanierungsplanung: Wohn- und Gewerbeobjekt Ruppichteroth/Bergisches Land Eheleute Kessler, Ruppichteroth Metternich Haustechnik, Windeck Baujahr: um 1900, Sanierung Wärmequelle: Erdreich Wärmepumpe: DS , Tandem-Ausführung, 34 kw Kollektor: 10 Vertikalsonden, total 700 m Sondenlänge Betrieb: Heizen 28 Pro Wärmepumpe: Das Eigentümer-Ehepaar Keßler schwenkte in ihrem denkmalwerten Anwesen aus Bergischem Bruchstein von Öl auf Erdwärme um. Das gut 100 Jahre alte Gebäude beherbergt auf 700 qm Wohnfläche fünf Familien und wird darüber hinaus auch gewerblich genutzt. Größere Renovierungsarbeiten begannen im Jahr 2000 neues Dach, Isolierverglasung, 12 cm Dämmung auf den Außenwänden und schlossen 2008 mit der Installation der Wärmepumpenanlage ab. Die hohen und kletternden Heizölkosten der ehemaligen Ölheizung hatten den Ausschlag zum Wechsel auf die preiswerte Umweltenergie gegeben. Die Keßlers hatten sich zu einer Tandem-Anlage mit zwei Verdichtern beraten lassen, weil sie in der Frostperiode mit relativ hohen Vorlauftemperaturen fahren müssen, denn ihr Haus hat keine Fußbodenheizung. Der Bauherr beließ es bei den als Folge der nachträglichen Dämmmaßnahmen ohnehin überdimensionierten Radiatoren. Teilweise machten die Umbauten allerdings auch neue Heizkörper erforderlich. Die legte der Heizungsbauer auf eine Vorlauftemperatur von maximal 50 C aus. Radiatorheizung heißt generell, dass die

29 Wärmepumpe in der Heizperiode ein breites Band von unterschiedlichen Leistungen abdecken muss. Besonderheit: Eine Tandem-Anlage mit ihren beiden Stufen erfüllt diese Aufgabe besonders ökonomisch. Mehrheitlich fordert ihr das Gebäude eine kleine Last ab, sie arbeitet dann nur mit einem Kompressor. Das kommt einer längeren Laufzeit zugute. Die wiederum wirkt sich positiv auf den Kältekreislauf im Innern aus und damit auf eine Erhöhung der Jahres-Arbeitszahl: Der intelligenten Regelung in den WATERKOTTE- Wärmepumpen bleibt so genügend Zeit, den Betrieb zu optimieren und dafür zu sorgen, dass der Wärmeerzeuger 15 oder 20 Minuten mit idealen Werten läuft. Bei Ein-Kompressoranlagen würde der für die Teillast überdimensionierte Verdichter nur kurzzeitig anspringen, um gleich wieder abzuschalten. Das schadet der Lebensdauer und der Effizienz. Tandem-Anlagen empfehlen sich deshalb ganz besonders für Objekte mit stark schwankendem Leistungsbedarf. Die Regelungsstrategie kann parallel auf drei verschiedene Verbraucher abgestimmt werden: auf die Warmwasserbereitung mit Ladespeicher, auf die Fußbodenheizung und auf einen eventuell vorhandenen Swimmingpool, etwa in Hotels, Gewerbeobjekten, Mehrfamilienhäusern usw. Für die Fußbodenheizung nimmt man in der Regel die Rücklauftemperatur als Führungsgröße, beim Ladespeicher die Wassertemperatur im Speicher und beim Swimmingpool die Beckenwassertemperatur. Für alle drei Verbraucher lassen sich eigene Sollwerte und Schaltzeiten programmieren. Für einen sanierten Altbau ohne Fußbodenheizung ist die ausgewiesene Jahres-Arbeitszahl von 3,5 inklusive Warmwasserbereitung in der relativ kalten Heizperiode 2008/2009 ein guter Wert. Konkret verbrauchte das Anwesen 2008/2009 laut Wärmepumpenstromzähler Kilowattstunden Elektrizität. Umgerechnet auf 700 qm Wohnfläche bedeutet das 22 Kilowattstunden Endenergie je Quadratmeter und Jahr. Damit entspricht die Sanierung Ruppichteroth einem Niveau besser als Neubau-Standard nach der zum Sanierungszeitpunkt gültigen Energieeinsparverordnung

30 13 Brügger Mühle Brügger Mühle : Regenwasser heizt und kühlt im Neandertal Objekt: Bauherr/ Investor: Planung: Kultur und Dienstleistungskomplex Brügger Mühle, Erkrath Hasso von Blücher, Blücher Gruppe CommonConsult/PBS & Partner, Erkrath Baujahr: Wärmequelle: Regenwasser/Grundwasser Wärmepumpe: 2 x Typ DS Betrieb: Heizen, passiv Kühlen, aktiv Kühlen 30 Nahe Düsseldorf, im romantischen Neandertal, durch dessen sanftes Gefälle sich die Düssel windet, buddelten 1856 italienische Steinbrucharbeiter 16 Knochenfragmente und einen Schädel aus. Bonner Wissenschaftler ergänzten diese Funde mit weiteren anatomischen Ausgrabungen zum Homo neanderthalensis. Der Neandertaler machte die Auenlandschaft weltberühmt. Etwas störte allerdings in der Vergangenheit die Idylle, eine Industriebrache im Tal mit bröckelnder alter Papierfabrik im Zentrum. Doch wandelte sich die in den letzten Jahren baulich, technisch und landschaftlich unter behutsamer Einbindung der historischen Substanz zu einem modernen Kultur-, Kunst-, Wohn- und Dienstleistungszentrum m 2 beträgt heute die Gesamtgeschossfläche. Mäzen: Hasso von Blücher, Nachfahre des legendären Feldmarschalls zu Zeiten der Napoleonischen Kriege. Pro Wärmepumpe: Neandertal Umwelttechnik trifft Natur. Ökologische Gesichtspunkte mussten bei der Neugestaltung zwangsläufig eine große Rolle spielen. Dieser Pflicht kommt die Wärmepumpen-Kaskade nach. Ihre Energiequelle: die Zisternen der damaligen

31 Papierfabrik. In denen lagerte in Vorzeit solange das Zwischenprodukt Zellstoff, bis es zu Brei aufgeweicht war. Im Projekt Brügger Mühle nun weisen die Baumeister den Becken die Aufgabe eines Energiespeichers zu. Sie bedienen die Kaskade, bestehend aus zwei Maschinen des Typs DS, mit dem von Dächern und Parkplätzen gesammelten Regenwasser. Selbstverständlich berücksichtigt die Versorgungstechnik auch eine längere Trockenperiode. Ersatzweise füllen Grundwasser-Pumpen aus 32 Meter tiefen Brunnen das Reservoir auf. Ein Hohlboden zum Heizen, Kühlen und Lüften ist in den Räumen installiert (Fabrikat ClimaLevel, Köln). Dieser Typus nimmt die Heiz- und die Kühlrohre auf wie auch die Verkabelung. Des Weiteren lenkt er durch Kanäle die im Boden vorgewärmte Zuluft zu den Räumen. Über Schlitzauslässe unterhalb der Fenster quillt sie in die Büros und Wohnungen. Diese Belüftungsarchitektur verspricht im Verbund mit einer Fußbodenheizung nach Untersuchungen an den Universitäten Kopenhagen und Dresden höchsten thermischen Komfort. Besonderheit: Die gesamte Steuerung und Regelung realisierte die Abteilung Prozessleittechnik der WATERKOTTE GmbH. Sie vernetzte die Zisternen, die Brunnenpumpen, die Umschaltventile sowie die Heizungs-, Klima- und Lüftungsregelung des Gesamtgebäudes. Die Brunnen- und Zisternenpumpen übernehmen auch den Hochwasserschutz auf dem Grundstück. Die Ingenieure richteten zur Fernkontrolle und -parametrierung im Hause des Planers PBS + Partner einen Server ein, der über Modems mit den Sensoren und Aktoren der Anlage kommuniziert, regelmäßig die Betriebszustände erfasst und den Technikern die zur Betriebsoptimierung entscheidenden Daten liefert. So analysiert die EDV aus den Messungen der Außen- und der Innentemperaturen, der Zu- und der Abluft, des Speicher- und des Grundwassers die aktuelle Situation die Regelungsstrategie. Ein Blick auf die Amortisationszeiten. Gegenüber einer herkömmlichen Beheizung mit beispielsweise einem Brennwert-Gaskessel und einer Klimatechnik mit klassischer Kältemaschine amortisiert sich die Wärmepumpentechnik nach Kostenkalkulation auf Basis der maßgebenden VDI-Richtlinie auf Grund der Energieeinsparungen nach sieben Jahren. 31

32 14 SolarWorld Konzernzentrale Bonn: Wärmepumpen in SolarWorld Objekt: Umbau Wasserwerk zur Firmenzentrale, Bonn Bauherr: Frank Asbeck, SolarWorld Holding AG Architekt: Architekturbüro Ralph Schweitzer, Bonn Generalunternehmer: Zechbau GmbH, Niederlassung Bonn Planung: PBS & Partner, Erkrath Baujahr: Umbau 2008/2009 Wärmequelle: Grundwasser Wärmepumpe: 4 x DS 5109, total 240 kw Brunnen: vorhandener historischer Förderbrunnen, Rückspeisung über Zierteich in den Rhein Betrieb: Heizen/Kühlen In ein denkmalgeschütztes stillgelegtes Wasserwerksgelände hat Konzernchef Frank Asbeck den Firmensitz seiner SolarWorld AG verlegt. Der Aufstieg der Stadt Bonn zur Bundeshauptstadt spiegelt sich im Baustil des Gebäudeensembles der ehemaligen Wasserfabrik wider: Der ornamentierten Industriekultur der Gründerzeit mit grobem, weißgetünchtem Mauerwerk schließt sich die sehr geometrische Glasbausteine-Architektur der 60er Jahre an, als seinerzeit der alte preußische Bestand mit einem leistungsstarken Neubau erweitert werden musste. Der Wasserdurst der Hauptstadt der Bundesrepublik wollte gestillt werden. Damals, vor 50 Jahren, traf im Areal Technikgeschichte Technikgegenwart. Heute trifft in der Martin-Luther-King-Straße in Plittersdorf Technikgeschichte sowohl Technikgegenwart als auch Technikzukunft: in Form der Auflage, die vorhandene Infrastruktur von Installationen und Leitungen des historischen Wasserwerks in die Nutzung des Objekts als Bürogebäude wie auch in die Beheizung mit einer energie- und ressourcensparenden Grundwasser-Wärmepumpenkaskade zu integrieren. Diese Bedingung stellte eine Herausforderung für alle Beteiligten dar. 32

33 Beispiel Nutzung: Die Arbeitsplätze verteilen sich wie versprenkelt in den Freiräumen zwischen den außer Dienst gestellten Wasseraufbereitungsanlagen oder befinden sich in den Stummeltassen abgesägter Aktivkohlefilter mit 4 m Durchmesser. Beispiel Beheizung: In die mächtige frühere Brunnenwasserleitung mit 700 mm Durchmesser fädelten die Anlagenbauer die neue Grundwasserleitung mit 200 mm Durchmesser ein. Verjüngt sollte sie deshalb werden, weil ein gefülltes 700-mm-Gussrohr von -zig Metern Länge beim Ausschalten der Wärmepumpe ein beachtliches Speichervolumen bedeutet, das im Winter einige Temperaturgrade verlieren und damit die Effizienz der Wärmepumpen mindern würde. Optisch gelungene Integrationen der geschilderten Art ziehen sich durch das gesamte Objekt. Der Konzern SolarWorld AG zählt zu den weltweit führenden Anbietern hochwertiger Solarstromtechnologie. Umsatz 2008 rund 900 Mio. Euro, erwirtschaftet von 2500 Mitarbeitern. Das Unternehmen ist auf allen Wertschöpfungsstufen vom Rohstoff Silizium bis zu schlüsselfertigen Solarstromanlagen und Solarstromkraftwerken samt Recycling aktiv und auf allen solaren Wachstumsmärkten der Welt präsent. Die größten Produktionsstandorte liegen im sächsischen Freiberg und in Hillsboro/USA. Pro Wärmepumpe: Die Unternehmensführung fühlt sich einem nachhaltigen, ökonomisch-, ökologisch- und sozial-vertretbarem Wachstum verpflichtet. Nicht nur in Deutschland. Unter dem Namen Solar2World trägt der Konzern sein ethisches Engagement für eine faire Entwicklung auch in Schwellen- und Entwicklungsländer. Diese Nachhaltigkeit strahlt der Umbau des Wasserwerks in der Auenlandschaft am Rheinufer zur Führungszentrale sicht- und spürbar aus. Im positiven Sinn sicht- und spürbar. Die Baumeister stülpten der denkmalgeschützten Substanz kein spiegelndes Siliziumzelt über, sondern entwarfen eine anmutende Architektur, die äußerst behutsam mit Vergangenheit und Zukunft umgeht, trotzdem aber mit ihren 600 Quadratmetern Photovoltaik in Brüstungen und Dachflächen das Prädikat Solarhaus führen darf. Konkret stockten die Architekten den jüngeren Bestand, jenen aus den 60er Jahren, mit einem Großraumbüro als dritte Etage auf. Den benachbarten Verdüsungsturm, der in seiner aktiven Zeit das Trinkwasser mit Sauerstoff anreicherte, trugen sie bis zur ersten Etage ab, um ihn dann als Verwaltungsturm neu aufzubauen. 33

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