Mehrfachfunktionale Wärmerückgewinnung in einem Modernisierung...

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1 15. Mai 2013 Autor: Stefan Neupetsch und Enrico Stieler cci Dialog GmbH. Dieses Dokument nt ausschließlich persönlichen Information des registrierten Nutzers. Die unerlaubte Verwertung urheberrechtlich geschützter Werke ist gem. 106 UrhG strafbar, siehe auch unsere AGB. Dieses Dokument wurde gedruckt für cci Dialog GmbH. /kvs/mehrfachfunktionale_waermerueckgewinnung_in_einem_monisierungsprojekt.html Um sen Artikel online sehen zu können, geben Sie bitte in Suche ID-Nummer cci22317 ein. Mehrfachfunktionale Wärmerückgewinnung in einem Monisierungsprojekt Anfang 2012 wurde das Künstlerhaus Mousonturm, Frankfurts ältestes Hochhaus, umfangreich saniert. Dabei wurde Theatersaal entkernt, das Foyer neu gestaltet, Bühnenraum verbreitert, und das Gebäude erhielt eine neuen zentrale Lüftungsanlage. Dazu lieferte Berliner Luft Klimatechnik GmbH (BLKT), Bexbach, ein Klimazentralgerät Baureihe VarioCond mit einer Zuluft-/Abluftleistung je m³/h, ein neu entwickeltes Hochleistungs-Kreislverbundsystem (H-KVS) zur Wärmerückgewinnung sowie Regelung für Gesamtanlage und en Inbetriebnahme. Die technische Planung wurde durch das Ingenieurbüro Melenk, Zotzenheim, und Anlagenbau Imtech, Frankfurt, realisiert. So funktioniert multifunktionale Wärmerückgewinnung Abbildung 1: Das kompakte H-KVS "EcoCond+" in einer Ausführung mit drei Scroll-Verdichtern. Das H-KVS "EcoCond+" (Abbildung 1) besteht aus je einem Luft-- im Zuluft- und Abluftsektor des RLT-Geräts, durch einen Pumpen-kreisl miteinan verbunden sind. Hinzu kommt eine in H-KVS integrierte reversible Wärmepumpe, in Abhängigkeit zu erzeugenden 1 56

2 2 65 thermischen Leistung mit einem o mehreren per Frequenzumformer geregelten Scrollverdichtern ausgestattet Das H-KVS "EcoCond+" ist (Kältemittel (Abbildung R407C) 1) und besteht auch aus bei je einem extremen Luft-- Betriebsbedingungen benötigten im Zuluft- Heizund Abluftsektor Kälteleistungen des RLT-Geräts, zur Luftkonditionierung durch einen erzeugt. Pumpen-kreisl miteinan verbunden sind. Hinzu und kommt eine in H-KVS integrierte reversible Wärmepumpe, in Abhängigkeit zu erzeugenden Die thermischen Wärmepumpe Leistung speist mit einem o ihr erzeugte mehreren Heiz- per o Frequenzumformer Kälteleistung über geregelten -Kältemittel- Scrollverdichtern Plattenwärmeübertrager, ausgestattet ist (Kältemittel R407C) als Verdampfer und auch (Kühlbetrieb) bei extremen o Betriebsbedingungen als Verflüssiger (Heizbetrieb) benötigten arbeiten, Heizund kreisl Kälteleistungen zur des Luftkonditionierung H-KVS ein. Die Wärmepumpe erzeugt. nimmt im Heizbetrieb Wärme aus Abluft, in den beziehungsweise gibt im Kühlbetrieb Abwärme an Abluft im RLT-Gerät ab. Die Wärmepumpe hat im Normalbetrieb Die Wärmepumpe eine speist Leistungszahl ihr erzeugte etwa 4, Heiz- bei o günstigen Kälteleistung Betriebsbedingungen über -Kältemittel- über 5 steigt. Das Plattenwärmeübertrager, H-KVS wird als kompakte als anschlussfertige Verdampfer (Kühlbetrieb) Einheit inklusive o Wärmepumpe, als Verflüssiger Hydraulik (Heizbetrieb) und arbeiten, Regelungin angeboten den kreisl und stets des exakt H-KVS ein. Konfiguration Die Wärmepumpe und nimmt Betriebsbedingungen im Heizbetrieb Wärme RLT-Anlage aus Abluft individuell, angepasst. beziehungsweise Durch gibt Integration im Kühlbetrieb Abwärme reversiblen an Wärmepumpe Abluft im RLT-Gerät in das H-KVS ab. wird Die Wärmepumpe Gesamteffizienz hat im Anlage Normalbetrieb deutlich eine gesteigert. Leistungszahl So verringern etwa sich 4, im Vergleich bei günstigen zu einem Betriebsbedingungen Standard-KVS mit externer über 5 steigt. Erzeugung Das H-KVS wird Heiz- als kompakte und Kälteleistung anschlussfertige Betriebskosten Einheit inklusive RLT-Anlage Wärmepumpe, bis Hydraulik 35 %, woraus und Regelung sich Amortisationszeiten angeboten und stets exakt oft weniger Konfiguration als 1,5 Jahren und ergeben. Betriebsbedingungen RLT-Anlage individuell angepasst. Durch Integration reversiblen Wärmepumpe in das H-KVS wird Gesamteffizienz So Anlage arbeitet deutlich das gesteigert. System So verringern im Winterbetrieb sich im Vergleich (Heizen) zu einem Standard-KVS mit externer Erzeugung Heiz- und Kälteleistung Betriebskosten RLT-Anlage um bis 35 %, woraus sich Amortisationszeiten oft weniger als 1,5 Jahren ergeben. So arbeitet das System im Winterbetrieb (Heizen) Abbildung 2: Die Funktionen und Betriebspunkte RLT-Anlage und des H-KVS im Winterbetrieb.

3 3 65 Abbildung 2: Die Funktionen und Betriebspunkte RLT-Anlage und des H-KVS im Winterbetrieb. Für das Projekt Künstlerhaus Mousonturm wurden für den Winterbetrieb folgende Temperaturen angesetzt: Abluft 22 C, Zuluft 21 C, Außenluft -12 C. Für sen Betriebszustand ist das RLT-Gerät mit Für dem das multifunktionalen Projekt Künstlerhaus Wärmerückgewinnungssystem Mousonturm wurden für den in Abbildung Winterbetrieb 2 dargestellt. folgende Dabei Temperaturen haben in angesetzt: Abbildung eingetragenen Abluft 22 C, Zuluft e 21 folgende C, Außenluft Bedeutung: -12 C. Für sen Betriebszustand ist das RLT-Gerät mit dem multifunktionalen Wärmerückgewinnungssystem in Abbildung 2 dargestellt. Dabei haben in Abbildung 1: Aus eingetragenen dem im Zuluftstrang e folgende des RLT-Geräts Bedeutung: angeordneten Luft-- des H-KVS strömt das mit einer Temperatur -1,6 C aus. 1: Aus dem im Zuluftstrang des RLT-Geräts angeordneten Luft-- des H-KVS strömt 2: Das das mit einer den im Temperatur Abluftstrang befindlichen -1,6 C aus. Luft-- des H-KVS. Dort entzieht das aus 22 n Abluft eine Wärmeleistung etwa 71 kw und wird dadurch 2: Das rund 12,3 C erwärmt. den im Durch Abluftstrang sen Wärmeentzug befindlichen Luft-- sinkt Temperatur Abluft des H-KVS. 22 C Dort 11,5 entzieht C. das aus 22 n Abluft eine Wärmeleistung etwa 71 kw und wird dadurch rund 12,3 C erwärmt. Durch sen Wärmeentzug sinkt Temperatur Abluft 22 C 11,5 3: C. Das Abluft 12,3 C vorerwärmte im H-KVS nimmt im Verflüssiger Wärmepumpe (-Kältemittel-Plattenwärmeübertrager) eine Heizleistung rund 100 kw und wird dadurch 3: Das Abluft C erwärmt. 12,3 C vorerwärmte im H-KVS nimmt im Verflüssiger Wärmepumpe (-Kältemittel-Plattenwärmeübertrager) eine Heizleistung rund 100 kw und wird dadurch 4: Das nun C C erwärmt. warme im H-KVS wird in einem -- Plattenwärmeübertrager mit einer Heizleistung 50 kw eine Temperatur 41,9 C nacherhitzt. Das Heizwasser 4: Das nun kommt einer Pumpen-Warmwasserheizung. im H-KVS wird in einem -- Plattenwärmeübertrager mit einer Heizleistung 50 kw eine Temperatur 41,9 C nacherhitzt. Das Heizwasser 5: Das 41,9 kommt einer Pumpen-Warmwasserheizung. den Luft-- im Zuluftstrang des RLT-Geräts und erwärmt dort mit einer Heizleistung insgesamt 223 kw -12 C kalte Außenluft Solltemperatur 5: Das 41,9 21 C. Danach strömt das den Luft-- mit einer Temperatur im -1,6 Zuluftstrang C aus dem des RLT-Geräts und erwärmt aus, und dort mit Prozess einer Heizleistung beginnt erneut mit insgesamt kw -12 C kalte Außenluft Solltemperatur 21 C. Danach strömt das mit einer Temperatur -1,6 C aus dem 6: Im Heizbetrieb aus, und nutzt Prozess H-KVS-Wärmepumpe beginnt erneut mit Wärme 1. Abluft nach dem H-KVS- als Wärmequelle. Dabei arbeitet Luft-Kältemittel- als Verdampfer und entzieht 6: Im Heizbetrieb Abluft eine nutzt Wärmemenge H-KVS-Wärmepumpe 78 kw, wodurch Wärme Ablufttemperatur Abluft nach dem H-KVS- 13,5 C etwa 2 C abkühlt. In sem als Wärmequelle. Betriebszustand Dabei hat arbeitet Wärmepumpe Luft-Kältemittel- eine Leistungszahl 4,2. als Verdampfer und entzieht Abluft eine Wärmemenge 78 kw, wodurch Ablufttemperatur 13,5 C etwa 2 Steigt C abkühlt. Temperatur In sem Betriebszustand Außenluft über hat -4 Wärmepumpe C, reicht allein eine Leistungszahl Leistung Wärmepumpe 4,2. zur Zulufterwärmung aus, und es wird zusätzliche Heizleistung aus Warmwasser-Pumpenheizung nicht Steigt mehr benötigt. Temperatur Bei einer Außenlufttemperatur Außenluft über -4 C, 9 reicht C allein Wärmepumpe Leistung Wärmepumpe eine Leistungszahl zur Zulufterwärmung 5,2. aus, und es wird zusätzliche Heizleistung aus Warmwasser-Pumpenheizung nicht mehr benötigt. Bei einer Außenlufttemperatur 9 C Wärmepumpe eine Leistungszahl 5,2. So arbeitet das System im Sommerbetrieb (Kühlen) Für So den arbeitet Sommerbetrieb das System wurden im folgende Sommerbetrieb Temperaturen angesetzt: (Kühlen) Abluft 50 C, Zuluft 18,5 C, Außenluft 28,5 C. Die hohe Ablufttemperatur basiert Annahme eines warmen Sommertags, eines vollbesetzten Theaters und hohen Gerätelasten, besons durch Beleuchtungsanlagen freigesetzt werden. Das RLT-Gerät mit dem H-KVS-Wärmerückgewinnungssystem ist für sen Betriebszustand in Abbildung 3 dargestellt. Dabei haben in Abbildung eingetragenen e folgende Bedeutung: 1: Aus dem im Zuluftstrang des RLT-Geräts angeordneten Luft-- des H-KVS strömt das mit Temperatur 25,9 C aus. 2: Im Sommerbetrieb ist grund hohen Ablufttemperaturen keine Kälterückgewinnung aus Abluft möglich. Daher wird H-KVS- in Abluft nicht durchströmt. Durch Öffnen des Bypassventils strömt das im H-KVS nun direkt zum Kältemittel-- Plattenwärmeübertrager, als Verdampfer H-KVS-Kältemaschine arbeitet. Hier entzieht das Kältemittel dem 70 kw Wärme, wodurch temperatur zuvor 25,9 C 11,8 C sinkt. 3: Das jetzt 11,8 C kalte den Luft-- des H-KVS im Zuluftstrang. Das kalte entzieht 28,5 n Außenluft 70 kw Wärme, wodurch Luft

4 4 65 Abbildung 3: Die Funktionen und Betriebspunkte RLT-Anlage und des H-KVS im Sommerbetrieb. Für den Zuluftzustand Sommerbetrieb wurden 18,4 C folgende abgekühlt Temperaturen wird. Gleichzeitig angesetzt: steigt Abluft Temperatur 50 C, Zuluft des 18,5 s C, Außenluft 25,9 28,5 C an. C. Der Die Prozess hohe Ablufttemperatur beginnt erneut mit basiert 1. Annahme eines warmen Sommertags, eines vollbesetzten Theaters und hohen Gerätelasten, besons durch Beleuchtungsanlagen freigesetzt Nun ist aber werden. noch Das RLT-Gerät Kältemaschine mit dem H-KVS-Wärmerückgewinnungssystem im Verdampfer genommene Wärmemenge ist für sen 70 kw an Betriebszustand Abluft abzuführen. in Abbildung Dies wäre 3 dargestellt. bei Ablufttemperaturen Dabei haben in etwa Abbildung 26 bis 27 C, eingetragenen wie sie meist e in folgende Bürogebäuden Bedeutung: treten, ohne größere Probleme Kältemaschine zu bewältigen. Da im Künstlerhaus Mousonturm aber eine sehr hohe Ablufttemperatur 50 C angesetzt wird, muss se Temperatur 1: Aus vor dem dem im Erreichen Zuluftstrang des Verflüssigers des RLT-Geräts angeordneten Kältemaschine Luft-- erst verringert werden. Dies erfolgt des im H-KVS RLT-Gerät strömt durch das den Einsatz mit einer Temperatur Verdunstungskühlung 25,9 C aus. (siehe oberer Bereich in Abbildung 3). Die Verdunstungskühlung schafft eine Abkühlung Abluft etwa 28,5 C. Diese Temperatur reicht aus, dass im 2: nachgeschalteten Im Sommerbetrieb Verflüssiger ist grund eine Wärmemenge hohen Ablufttemperaturen 87 kw an keine Abluft Kälterückgewinnung abgegeben werden aus kann, Abluft dann möglich. mit einer Daher Fortlufttemperatur wird H-KVS- 43,2 C in in Außenluft Abluft abgeleitet nicht durchströmt. wird. In sem Durch Öffnen des Betriebszustand Bypassventils hat strömt Kältemaschine das im eine H-KVS Leistungszahl nun direkt zum 4,0. Kältemittel-- Plattenwärmeübertrager, als Verdampfer H-KVS-Kältemaschine arbeitet. Hier entzieht das Kältemittel Steigt Außenluft dem eine 70 kw Temperatur Wärme, wodurch 33 C, temperatur wird zu en Kühlung zuvor 25,9 Zulufttemperatur C 11,8 C sinkt. 18,5 C eine Kälteleistung 104 kw benötigt, Kältemaschine erzeugt werden muss. Dadurch steigt aber auch Kältemaschine im Verflüssiger an Abluft abzugebende Wärmemenge 3: Das entsprechend jetzt 11,8 C kalte an. Um se Wärmeabgabe den Luft-- sicherzustellen, wird im Abluftstrang des H-KVS nach im Zuluftstrang. ersten Verdunstungskühlung Das kalte eine entzieht zweite nachgeschaltet, 28,5 n um Außenluft eine Ablufttemperatur 70 kw Wärme, vor wodurch dem Verflüssiger Luft etwa 30 C zu erreichen.

5 5 65 Das den System Zuluftzustand Verdunstungskühlung 18,4 C abgekühlt ist mit wird. einer Gleichzeitig regelbaren Pumpe steigt für Temperatur zwei Befeuchter des s 25,9 C ausgestattet, an. Der Prozess um beginnt Befeuchtungs- erneut mit und damit 1. Kälteleistung exakt an den aktuellen Bedarf anzupassen. Die Befeuchter werden zum einen über Eintrittstemperatur in den im Nun Abluftstrang ist aber noch und zum anen Kältemaschine über Kondensationstemperatur im Verdampfer genommene im Verflüssiger Wärmemenge geregelt. Dies70 kw an gewährleistet, Abluft abzuführen. dass Dies Befeuchter wäre bei nicht Ablufttemperaturen unwirtschaftlich betrieben etwa 26 werden. bis 27 C, wie sie meist in Bürogebäuden treten, ohne größere Probleme Kältemaschine zu bewältigen. Da im Künstlerhaus Mousonturm aber eine sehr hohe Ablufttemperatur 50 C angesetzt wird, muss se Temperatur Das Künstlerhaus vor dem Erreichen Mousonturm des Verflüssigers Kältemaschine erst verringert werden. Dies erfolgt im RLT-Gerät durch den Einsatz einer Verdunstungskühlung (siehe oberer Bereich in Abbildung 3). Die Verdunstungskühlung schafft eine Abkühlung Manch Abluft einer etwa wird 28,5 sich noch C. Diese vage Temperatur an sie erinnern: reicht Creme aus, dass im nachgeschalteten Verflüssiger eine Wärmemenge Mouson Creme 87 kw mit an Abluft Tiefenwirkung. abgegeben Sie werden wurde in kann, dann mit einer Fortlufttemperatur 43,2 Seifen- C in und Außenluft Parfümfabrik abgeleitet Mouson wird. produziert. In semdas Betriebszustand hat Kältemaschine eine Leistungszahl Unternehmen war 4, August Friedrich Mouson in Breiten Gasse in Frankfurt gegründet worden und 1881 Steigt Außenluft eine Temperatur 33 in C, den wird Stadtteil zu en Ostend Kühlung umgesiedelt Zulufttemperatur worden. Das Geschäft 18,5 C eine Kälteleistung 104 kw benötigt, lief gut, sodass Kältemaschine eine Erweiterung erzeugt notwendig werden muss. war: Neue Dadurch steigt aber auch Kältemaschine Fabrikanlagen im Verflüssiger entstanden; Abluft unter anem abzugebende wurde 1925 Wärmemenge entsprechend an. Um se Wärmeabgabe Mouson-Turm sicherzustellen, errichtet. Seine wird Höhe im Abluftstrang beträgt mit nach sieben ersten Verdunstungskühlung eine zweite nachgeschaltet, Geschossen um 33 eine m: Ablufttemperatur das erste Hochhaus vor Frankfurts dem Verflüssiger war etwa 30 C zu erreichen. entstanden. Charakteristisch am expressionistischen Das System Verdunstungskühlung ist mit einer Klinkerbau regelbaren waren Pumpe seine für Zacken- zwei und Befeuchter Dreiecksornamente. ausgestattet, um Befeuchtungs- und damit Bis Kälteleistung in 1960er exakt Jahre an liefen den bei aktuellen Mouson Bedarf in Frankfurt noch anzupassen. Die Befeuchter werden zum einen über kosmetische Eintrittstemperatur Produkte vom Band, in den bis Betrieb 1972im Abluftstrang und zum anen über Kondensationstemperatur verkt und Produktion im Verflüssiger verlegt geregelt. wurde. Dies 1976 wurden gewährleistet, dass Befeuchter nicht unwirtschaftlich schließlich betrieben alle Mouson-Fabrikgebäude werden. bis den Turm Das Künstlerhaus Mousonturm in Frankfurt. (Alle Abb. abgerissen. Berliner Luft) Das Künstlerhaus Mousonturm 1977 entstand in Künstlerkreisen Idee einer kulturellen Nutzung des Mousonturms. Bis zur Umsetzung sollten aber noch gut zehn Jahre vergehen. Am 29. Dezember 1988 wurde das Künstlerhaus Mousonturm Manch als einer Spiel- wird und sich Produktionsstätte noch vage an sie für erinnern: nationale Creme und internationale freischaffende Künstler aus den Bereichen Mouson Tanz, Creme Theater, mit Performance, Tiefenwirkung. Musik, Sie Kleinkunst, wurde in Literatur und Bildende Kunst eröffnet. In ersten Seifen- Jahreshälfte und Parfümfabrik 2012 wurde Mouson das Gebäude produziert. saniert, Das Theatersaal entkernt, grundlegend monisiert Unternehmen und den kulturellen war 1798 Erfornissen August angepasst. Friedrich Mouson Nach einem Bericht Tageszeitung Die Welt lag Investitionssumme Breiten Gasse in Umbaumaßnahmen Frankfurt gegründet bei worden 3,8 Mio. und Bis zu 265 Zuschauern kann im großen Saal nun freie in den Sicht Stadtteil geboten Ostend werden umgesiedelt nachdem worden. tragende Das Säulen Geschäft an Seiten verlegt und Bühne verbreitert wurden. lief gut, Im sodass September eine Erweiterung 2012 nahm notwendig Betreiber, war: das Neue Künstlerhaus Mousonturm, mit einer Wieeröffnungsfeier Fabrikanlagen seinen entstanden; Spielbetrieb unter wie anem. wurde 1925 Mouson-Turm errichtet. Seine Höhe beträgt mit sieben Geschossen 33 m: das erste Hochhaus Frankfurts war Autoren entstanden. Charakteristisch am expressionistischen Dipl.-Ing. Stefan Neupetsch, Technik und Projektabwicklung, Klinkerbau waren und seine Enrico Zacken- Stieler, und MSR Dreiecksornamente. und Softwareentwicklung, Berliner Luft Klimatechnik Bis GmbH, in Bexbach 1960er Jahre liefen bei Mouson in Frankfurt noch kosmetische Produkte vom Band, bis Betrieb 1972 verkt und Produktion verlegt wurde wurden schließlich alle Mouson-Fabrikgebäude bis den Turm Das Künstlerhaus Mousonturm in Frankfurt. (Alle Abb. abgerissen. Berliner Luft) 1977 entstand in Künstlerkreisen Idee einer kulturellen Nutzung des Mousonturms. Bis zur Umsetzung sollten aber noch gut zehn Jahre vergehen. Am 29. Dezember 1988 wurde das Künstlerhaus Mousonturm als Spiel- und Produktionsstätte für nationale und internationale freischaffende Künstler aus den Bereichen Tanz, Theater, Performance, Musik, Kleinkunst, Literatur und Bildende Kunst eröffnet. In ersten Jahreshälfte 2012 wurde das Gebäude saniert, Theatersaal entkernt, grundlegend monisiert und den kulturellen Erfornissen angepasst. Nach einem Bericht Tageszeitung Die Welt lag Investitionssumme Umbaumaßnahmen bei 3,8 Mio.. Bis zu 265 Zuschauern kann im großen Saal nun freie Sicht geboten werden nachdem tragende Säulen an Seiten verlegt und Bühne verbreitert wurden. Im September 2012 nahm Betreiber, das Künstlerhaus Mousonturm, mit einer Wieeröffnungsfeier seinen Spielbetrieb wie.