KlimaReport 1_2008 - bei der GEA Deichmann Umwelttechnik

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Im Detail Von Fall zu Fall… Klimatisierungskonzept: zentral oder dezentral? Die Frage, ob zentrale oder dezentrale Lösungen zur Gebäudeklimatisierung vorzuziehen sind, ist nicht pauschal zu beantworten. Architektonische Gegebenheiten, die Art der Gebäudenutzung, ökologische sowie wirtschaftliche Aspekte und vieles mehr sprechen für das eine oder andere System – oder für die Mischung aus beiden. Der gestiegene Komfortanspruch ist ein Grund, dass Lüftungs- und Klimatisierungskonzepte für Restaurants, Hotels, Veranstaltungshallen und Bürogebäude stärker denn je gefordert werden. Daneben sprechen aber auch griffige Faktoren für das Kühlen von Gebäuden: Eine Schweizer Studie (M. Zimmermann, 1999) ergab, dass ein sommerlich leicht bekleideter Mensch bei einer sitzenden Tätigkeit sein Leistungsmaximum bei einer Raumtemperatur von 23 °C besitzt. Bei 28 °C sinkt seine Leistungsfähigkeit bereits um ein Viertel (siehe „COOLSAN – Kältetechnische Sanierungskonzepte für Büro- und Verwaltungsgebäude“, AEE Intec - Berichte aus Energie- und Umweltforschung, 25/2005). Die Auswahl eines geeigneten Lüftungs- und Klimasystems orientiert sich also in erster Linie an Bedürfnissen der Nutzer sowie an den architektonischen Randbedingungen (besonders bei der Sanierung), Investitions-, Wartungs- und Betriebskosten oder an speziellen Aufgaben. Zu diesen zählt das Herstellen einer bestimmten Luftqualität oder -temperatur in der Industrie. Ebenfalls kann eine Zentralanlage für die Luftreinhaltung und Abfuhr hoher interner Kühllasten sorgen, etwa in Druckereien oder Lackierereien. Stärkere Kühllast als vor wenigen Jahrzehnten durch moderne Archtektur und Bürotechnik Angesichts steigender Energiekosten sollte die Systemauswahl streng nach den LCC (Life Cycle Costs, Lebenszykluskosten, siehe KlimaReport 2/2007) erfolgen. Sie setzen sich aus den Investitions-, Betriebs-, Wartungs- und Reparaturkosten und schließlich der Entsorgung zusammen. Sind Bauherr und Nutzer nicht dieselbe (juristische) Person, entsteht so das erste Spannungsfeld, denn während der Bauherr Investitionen gering halten möchte, sind Nutzer, 12 KlimaReport 1/08 Mieter oder Käufer einer Immobilie eher an niedrigen Betriebs- und Wartungskosten interessiert. Das Thema Energieverbrauch gewinnt vor dem Hintergrund der heute üblichen Architektur an Bedeutung. Zum Beispiel führt der großzügige Einsatz repräsentativer Glaselemente zu hohen Wärmeund Kühllasten, zudem ist die Wärme-/Kälte- Speicherfähigkeit moderner Gebäude oft gering. Außerdem tragen Mitarbeiter heute zu rund einem Fünftel zur Kühllast in einem Büro bei, in Sitzungssälen sogar bis zu zwei Drittel; enormen Kühlbedarf fordert die Bürotechnik: Fast die Hälfte der Kühllast ist durch EDV-Geräte verursacht. Erster Ansatz: Anwender können Kühllasten senken Ein erster Ansatz zur Entzerrung wäre also das Energiesparen bei elektronischen Verbrauchern: TFT-Monitore kommen mit etwa drei Viertel weniger Strom als ihre Röhren-Pendants aus, Terminals und Thin Clients bzw. energiesparende Rechner produzieren weniger Wärme als ein Durchschnitts-PC, wie er noch unter vielen Schreibtischen steht. Anwender können darüber hinaus Energie sparen, indem sie nicht benutzte Geräte abschalten oder Verschattungssysteme verwenden, um die Sonneneinstrahlung zu minimieren. Jedoch neigen viele Nutzer eher dazu, mehr Leistung von der Klimaanlage zu fordern statt Verschattungssysteme zu nutzen. Passive, energiesparende Maßnahmen zum Kühlen Zur Bewältigung der Basisheiz- oder -kühllast können passive Systeme beitragen, zum Beispiel die Betonkernaktivierung. Die energiesparende Bereitstellung eines Teilbedarfs an Kälte/Wärme kann durch Erdwärmesonden geschehen. Sie erschließen das in rund 10 m Tiefe gleichmäßige Temperaturniveau von etwa 12 oder 13 °C im Jahresmittel. Eine weitere Maßnahme ist die Nachtauskühlung. Dazu sind in der Regel lüftungstechnische Anlagen notwendig, die in den Abend- und Nachtstunden kühle Luft in die Räume leiten. Bei Abwesenheit des Personals kann dies wirkungsvoll mit höchster Lüfterstufe Mehrfachfunktion: Kühlbalken können nicht nur kühlen, sondern beinhalten oft die Beleuchtung (Bild), Rauchmelder oder Lautsprecher. passieren. Oft reichen diese Maßnahmen nicht, um die Wunschtemperatur herzustellen. Ergänzend zu passiven Maßnahmen oder als alleinige Lösung sind dann aktive Komponenten gefordert. Spätestens an dieser Stelle beginnt die Diskussion zwischen Architekt, Planer, Bauherr oder Generalunternehmer, ob eine zentrale oder dezentrale Technik vorzuziehen sei. Sitzen alle Beteiligten am Tisch, kann das nur von Vorteil sein, denn Gebäudetechnik und Architektur stehen in enger Wechselwirkung. Grobe Einteilung der Lüftungs- und Klimatechnik Bezüglich der Lüftung und Klimatisierungsanlagen ist grob zu unterscheiden zwischen zentralen Raumluftanlagen, dezentralen fassadenorientierten Lösungen sowie Direktverdampfersystemen (Splitoder VRV/VRF-Systeme) (Vortrag „Zentrale oder dezentrale Lüftungs- und Klimatechnik?“ von Professor Dr. Ulrich Pfeiffenberger von der IGP Ingenieurgesellschaft Pfeiffenberger, Neu-Isenburg, Sept./Okt. 2005). Zentrale Systeme, die eine Lüftung und/oder Klimatisierung vornehmen, können das ganze Gebäude erfassen und stellen einen homogenen Luftzustand her, wie Prof. Dr. Michael Haibel ausführt (Vortrag „Eine vergleichende Gegenüberstellung von zentraler und dezentraler Klimatisierung“ von Prof. Dr. Michael Haibel, Professor für Auch nachträglich zu realisieren: wasserbasierte Klimasysteme. Dieses Nürnberger Bürogebäude wurde nach dem Rohbau mit Kühlbalken versehen.
Thermodynamik, Lüftungs- und Klimasysteme an der Hochschule Biberach). Die Konzentration der Technik an wenigen Punkten vereinfacht Wartungsarbeiten und die Regelung des Systems, außerdem weist Haibel auf die einfache und effektive Möglichkeit der Energierückgewinnung hin. Allerdings bedingt die Zentrallüftung oder -klimatisierung ein Kanalsystem, um die Luft durchs Gebäude zu transportieren. Komplett dezentrale Lüftungslösungen hingegen vermeiden den „Lufttourismus“ (Haibel), aber hier sind mehrere Einheiten zu warten, und die Mess- Strömungssimulationen geben Aufschluss darüber, wie sich in möblierten Räumen die Luft verteilt und ob mit dem gewählten System ein gleichmäßiges, zugfreies Lüften, Heizen und Kühlen möglich ist. und Regelungstechnik fällt meist komplizierter aus. Dafür ist eine raumbezogene Regelung leicht möglich und Nutzer haben direkt auf den Energieeinsatz Einfluss. „Es herrschen viele lokale Klimatisierungszustände im Gebäude“, so Haibel. Bei kleinen Mieteinheiten kann dies von Vorteil sein. Gute Luftqualität durch zentrale Ansaugung Bei einer zentralen Lüftungstechnik ist eine optimale Luftansaugung kein Problem: Leicht findet sich ein Platz, an dem Regen keinerlei Eintrittsmöglichkeit hat und saubere Luft angesaugt werden kann, nämlich auf dem Dach und unter einem Wetterschutz. Dezentrale Systeme sind von den Gegebenheiten an der Fassade abhängig, müssen also zum Beispiel im Sommer auf der Südseite warme Luft ansaugen; Ansaugfilter könnten feucht werden und hygienische Probleme mit sich bringen. Und der Wind hat hier mehr Einfluss auf das Raumklima. Geeignete Öffnungen in der Fassade oder architektonisch ausgeklügelte Ansaugstrecken können diese Probleme mildern. Doch besteht zudem das Risiko des „Luftkurzschlusses“, dass also die verbrauchte Fortluft (teilweise) wieder in den Raum gesogen wird. Was fassadenorientierte Geräte nur unzureichend können, ist die Versorgung innenliegender Räume, etwa von fensterlosen Treppenhäusern, Lager- und Serverräumen oder Teeküchen. Hier sind zusätzliche Lösungen gefragt. Befürworter der dezentralen Lösungen wenden gerne ein, die Kanäle zentraler Lüftungsanlagen seien schwierig zu reinigen, was richtig ist, aber bei durch- dachten Konstruktionen und der geeigneten Anzahl von Wartungsklappen durchaus in vertretbarem Rahmen bleibt. Denn bei optimalen hygienischen Bedingungen verlieren Sick Building Syndrome sowie Building Related Illness ihren Schrecken. Kühlen und Heizen – viele Wege führen zum Ziel Die Wunschtemperatur frei wählen zu können, kann als Grundvoraussetzung für die Akzeptanz der Klimaanlage angesehen werden. Nach Pfeiffenberger können etwa 21 °C im Winter und maximal 25 bis 26 °C im Sommer als allgemein akzeptierte Werte gelten, wenn es um das Klimatisieren beispielsweise von Großraumbüros geht. Das Kühlen oder das Heizen von innenliegenden Räumen ist mit Fassadengeräten nicht gut möglich, weswegen sie bei „inneren Lasten“ wie Serverräumen keine Lösung darstellen. Auch die Kondensatabfuhr kann bei einer dezentralen Technik zu Problemen führen, betont Prof. Pfeiffenberger. Anstelle von Single- Split-Anlagen o. ä. wäre der Einsatz von Multi-Split- und VFV- bzw. VRF-Systemen denkbar, die gleich mehrere Räume einbeziehen und eine Wärmeverschiebung im Gebäude vornehmen können, wenn in der Übergangszeit teils Heizen, teilweise schon Kühlen erforderlich ist. Für Kühlen auf Basis von Kältemitteln sprechen der geringe Leitungsquerschnitt im Ver- Bodeninduktionsgeräte führen dem Raum Frischluft zu und induzieren einen Umluftstrom zum Temperieren. Die Geräte eignen sich für den Einbau in bürotypische Doppelböden nahe der Glasfassade. gleich zu wasserbasierten Anlagen sowie die relativ hohe Leistungsdichte der Direktverdampfer. Dagegen stehen die im Gebäude zirkulierende Kältemittelmenge und das Risiko der schwierig zu ortenden und reparierenden Leckage im Gebäude. Zentral konditionieren, dezentral temperieren Wasserbasierte Systeme beziehen ihre Energie in der Regel von zentralen Anlagen (Zentralheizung und Kaltwassererzeuger) und sind sowohl mit Fassadenlüftung als auch mit der zentralen Lüftung kombinierbar. Sie erlauben das individuelle Einstellen der Raumtemperatur, wenn sie auch nicht die Leistungsdichte der Direktverdampfersysteme erreichen. Im Detail Besonderen Komfort verspricht die Kombination aus zentraler Lüftung und dezentraler Klimatisierung mit Umluftgeräten, zum Beispiel Gebläsekonvektoren, Kühlbalken oder im Doppelboden einzubauenden Induktionsgeräten. Prof. Pfeiffenberger: „Eine Luft-Wasser-Anlage, das heißt die Kombination RLT- Zentralanlage/thermische Nachbehandlung mittels wasserführender Sekundärsysteme, wie zum Beispiel Kühldecke, -baffeln oder Fan Coil Units (Gebläsekonvektoren), die die Raumkühlung ohne Kondensation herbeiführen, stellt die nach derzeitigem Stand der Technik komfortabelste Klimaanlage dar.“ Das Zentrallüftungsgerät filtert die angesaugte Luft, bindet eine Energierückgewinnung ein, be- oder entfeuchtet die Luft und sorgt für deren Vorheizen bzw. -kühlen. Diese Aufgaben können dezentrale Systeme – abgesehen vom Heizen – weniger gut oder gar nicht erledigen. Bei der Zentrallüftung sorgt das Regeln der Volumenströme dafür, dass bei unterschiedlich stark genutzten Flächen wie Kongressräumen die jeweils passende Luftmenge bereitgestellt wird. Die Zentrallüftungsanlage in Büros wird auf Basis des Außenluftbedarfs der Personen, meist auf den zwei- bis dreifachen Luftwechsel, ausgelegt. Im Umluftprinzip arbeitende (Raum-)Geräte stellen die vom Anwender bevorzugte Temperatur her. Mit einer Regelung lässt sich vorgeben, innerhalb welches Temperaturbandes der Anwender Einstellungen vornehmen darf. Der Umluftbetrieb sorgt dafür, dass dem Raum/Gebäude möglichst wenig Energie verloren geht. Die erforderlichen Luftgeschwindigkeiten sind meistens gering, so dass weder unangenehme Zugerscheinungen noch Geräuschbelästigungen zu befürchten sind. Die Verbrauchsabrechnung von wasserbasierten Lösungen ist auf kleine Mieteinheiten bezogen gut möglich. Für den eventuell höheren Kühlbedarf einzelner Räume kann die wasserbasierte Technik um Zusatzlösungen ergänzt werden, etwa zum Kühlen von Serverräumen. Die Auslegung der Klimatisierungstechnik sollte im Interesse eines verbrauchsoptimalen Verhaltens keine großen Reserven haben, wenn die Nutzer an extrem heißen Sonnentagen auch andere ihnen zugängliche Maßnahmen wie eine Verschattung verwenden sollen. Eine Ausnahme bilden Objekte wie Hotels, bei denen ein gewisser Klimakomfort vorausgesetzt wird und bei denen von den Besuchern nicht erwartet werden kann, dass sie selbst Maßnahmen zur Küh- lung ergreifen. Nachrüstung lässt weniger Spielraum Dr. Hugo Blaum, Bereichsvorstand der GEA Lufttechnik: „Bei den Büro- und Geschäftsgebäuden spielen heute Luft-Wasser-Systeme in zentraler oder dezentraler Ausführung sowie die direkt verdampfenden Systeme die maßgebliche Rolle.“ Gerne werden Direktverdampfer bei hohen geforderten Leistungsdichten sowie bei der Nachrüstung gewählt, denn dann spielen die kleinen Kältemittelleitungen und der Verzicht auf Lüftungskanäle eine große Rolle. Allerdings ergänzen die Geräte dann meist eine bestehende Heizung. Die Systeme mit Zentrallüftung wiederum sind beim Neubau beliebt. Ihren hohen Komfort belegt die Tatsache, dass selbst die nobelsten Hotels auf Kombinationen von Zentrallüftung und dezentraler Klimatisierung setzen. Kennziffer 0811201 KlimaReport 1/08 13
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