immobilia 2019/11 - SVIT

BAU & HAUS
FREE-COOLING
GRATIS KÜHLEN
KANN INS GELD
GEHEN
Wann lohnen sich die Investitionen für
Free-Cooling in Gebäuden, wann ist es
zum Fenster hinausgeworfenes Geld?
Eine aktuelle Studie der ZHAW gibt
Antworten, ein Merkblatt des BFE fasst
die Erkenntnisse zusammen.
TEXT—MARTIN STETTLER*
FRAGE NACH DER
WIRTSCHAFTLICHKEIT
Free-Cooling verspricht nichts weniger, als dass
die Kühlung gratis ist, wenig bis keine Energie braucht
und die Umwelt schont. Aus diesem Grund fordern
engagierte Planer, Bauherrschaften und nicht zuletzt
auch die Behörden solche Free-Cooling-Lösungen in
der Klimakälte respektive Gebäudeklimatisierung
oft ein. Doch seit geraumer Zeit vermuten Fachpersonen
aus der Gebäudetechnik, dass das Kühlen eines
Gebäudes mit Free-Cooling energetisch und wirtschaftlich
nicht immer die optimale Lösung sei. Im
schlimmsten Fall verursache Free-Cooling Zusatzkosten
und verschlechtere gleichzeitig die Gesamtenergiebilanz
eines Gebäudes.
Das Bundesamt für Energie BFE wollte es genauer
wissen und beauftragte das Institut für Energiesysteme
und Fluid-Engineering der Zürcher Hochschule
für Angewandte Wissenschaften ZHAW zu untersuchen,
unter welchen Voraussetzungen sich Free-Cooling
in der Praxis bewährt. Damit soll nicht zuletzt
auch die Entscheidungskompetenz der Immobilienbranche
gestärkt werden.
Free-Cooling:
Gute Lösungen
brauchen Köpfchen.
BILD: 123RF.COM
JE HÖHER
DIE KALTWAS-
SER-TEMPERA-
TUR, DESTO
GRÖSSER DAS
FREE-COOLING
POTENTIAL.
FREE-COOLING ZUSAMMEN
MIT DER KLIMAKÄLTEANLAGE
Der Fokus der Untersuchungen lag auf indirekten
Free-Cooling-Lösungen mit Aussenluft. Dabei wird
das Gebäude über das sogenannte Kaltwassersystem
der Klimakälteanlage gekühlt. Das Kaltwasser nimmt
in den Verbrauchern (Kühlpanele, -decke, -register)
die Wärme auf und führt sie ab. Dafür braucht es mindestens
zwei Wärmeübertrager, einen im Raum (Kühlpanele)
und einen nach Aussen beim Rückkühler. Das
schränkt die nutzbaren Aussentemperaturen jedoch
deutlich ein. Um beispielsweise an den Kühlpanelen im
Raum eine Temperatur von 20° C zu erreichen, ist eine
Aussentemperatur von 14° C nötig. Gerade im Sommer
ist das keine Selbstverständlichkeit.
Nicht Gegenstand der Studie war das direkte Free-
Cooling, bei dem die kühle Nachtluft direkt über die
Fenster oder über Lüftungsanlagen ins Gebäude geblasen
wird. Das wäre zwar eine sehr gute, einfache und
effiziente Lösung, die aber für Büroumgebungen oft zu
wenig wirksam ist. Denn im Sommer sind die kühlen
Nachtstunden zu kurz und die Tropennächte, in denen
die Temperatur nicht unter 20° C fällt, nehmen tendenziell
zu.
ZENTRALE EINFLUSSGRÖSSEN
IM AUGE BEHALTEN
Die ZHAW-Studie hat fünf Einflussgrössen auf das
Free-Cooling-Potenzial untersucht. Drei technische
Faktoren (hydraulische Einbindung, Kaltwassertemperatur
und Art des Rückkühlers) haben einen enormen
Einfluss auf das Potenzial und die Wirtschaftlichkeit
und können durch Planer und Bauherr entscheidend
beeinflusst werden. Zwei weitere Faktoren haben sich
zwar als nicht weniger wichtig herausgestellt – doch
die geografische Lage (z. B. Zürich oder Davos) und die
Nutzungsart des Gebäudes (z. B. Rechenzentrum oder
Büro) sind in einem Projekt gegeben.
Dabei liegt es auf der Hand, dass Free-Cooling in Rechenzentren
mit ganzjährigem Kühlbedarf das grössere
Potenzial aufweist als in Bürogebäuden. Und je kühler
das Klima am Standort ist (z. B. in den Alpen), desto
grösser ist der Beitrag des Free-Coolings zum gesamten
Kühlbedarf. Keine nennenswerten Unterschiede
hinsichtlich des Potenzials gibt es hingegen zwischen
Bürogebäuden und Nutzungen wie Warenhäuser,
Fachmärkte oder Behandlungsräume.
MÖGLICHST HOHE
KALTWASSERTEMPERATUREN
Die ZHAW-Studie zeigt, dass vor allem die Vorlauftemperatur
des Kältekreises (die sogenannte Kaltwasser-Temperatur)
entscheidend ist, ob sich ein indirektes
Free-Cooling rechnet oder nicht. Bei den
untersuchten Bürogebäuden wird Free-Cooling ab
einer Kaltwasser-Vorlauftemperatur von 18° C wirtschaftlich
interessant und sollte in Betracht gezogen
werden. Dafür eignen sich Wärmeaufnahmesysteme
wie thermoaktive Bauteilsysteme TABS oder Kühldecken
besonders gut, die mit hohen Vorlauftemperaturen
arbeiten.
Werden für die Kühlung eines Bürogebäudes Kaltwasser-Temperaturen
unter 14° C benötigt, sinkt der
Beitrag des Free-Coolings am gesamten Kühlenergiebedarf
auf wenige Prozente. Die Investition in das
Free-Cooling zahlt sich in diesem Fall kaum aus.
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IMMOBILIA / November 2019