Energieeffizienz in Nichtwohngebäuden

Bedingt durch Klimawandel, Rohstoffknappheit, Energiewende und steigende Preise für fossile Energieträger nimmt Energieeffizienz einen immer höheren Stellenwert bei der Planung von Neubauvorhaben oder der Sanierung von Gebäuden ein. Jetzt rückt zunehmend die Energieeffizienz von Nichtwohngebäude in den Fokus.


Oben: Ein spezielles Speichersystem nimmt überschüssige Wärme auf und verteilt sie nach Bedarf in die einzelnen Gebäudeteile.

Mitte: Zehn reversible Zubadan Wärmepumpen reichen aus, um im Winter die Spitzenlast abzudecken und im Sommer den Verwaltungstrakt zu kühlen.

Unten: Die beiden Wassermodule in der Bildmitte ermöglichen eine Trinkwassererwärmung auf bis zu 70 Grad Celsius.

Die energetische Bewertung von Nichtwohngebäuden, zu denen öffentliche Einrichtungen, Büros- und Verwaltungsgebäude aber auch Produktions- und Lagerhallen zählen, wird mit Hilfe der DIN V 18599 ermittelt. In sehr viel stärkerem Maße als bei Wohngebäuden nimmt hier die Beleuchtung, technische Ausstattung, beispielsweise EDV-Anlagen, Prozessenergien oder Lüftungsanlagen Einfluss auf den erforderlichen Energiebedarf eines Gebäudes. Darin verbirgt sich ein enormes Potential, um die Energieeffizienz von Nichtwohngebäuden zu steigern und den Energieverbrauch nachhaltig zu senken. Nicht zuletzt kann ein geringer Energieverbrauch die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens steigern, da er zugleich für niedrigere Produktionskosten sorgt.

Die Notwendigkeit der energieeffizienten Gestaltung von Bestandsimmobilien und Neubauten ist unbestritten. Während sowohl Förderprogramme des Bundes, der Länder sowie der Europäischen Union dafür sorgen, dass die energetische Bilanz von Gebäuden vorangeht, wird über die sinnvolle Verwendung und geeignete Maßnahmen unter den Beteiligten eifrig diskutiert. Die Klassiker unter den Energiespar-Maßnahmen sind die energetische Dämmung der Fassade, der Einbau von hochwärmegedämmten Fenstern oder die Installation einer Anlage zur energieeffizienten Wärmeerzeugung beziehungsweise Klimatisierung. Doch dem finanziellen Spielraum sind immer Grenzen gesetzt und deshalb findet in der Regel eine Auswahl und Prioritätenfestsetzung statt. Investoren und Immobilieneigentümer haben ein Interesse, ihren finanziellen Aufwand in einem nachvollziehbaren Verhältnis zur Reduktion der energetischen Kosten und der Wertsteigerung der Immobilie zu stellen.

Das Gesamtsystem im Blick

Um überhaupt eine optimale Entscheidung über Kosten und Nutzen treffen zu können, müssen bei einer Energieberatung alle nötigen Kriterien in die Entscheidung mit einfließen. Neben dem Kostenrahmen sind dies die Energieeinsparung, der bauliche Aufwand und die Möglichkeit der Nutzung von Fördermitteln. Von großen Vorteil ist, wenn dem Gebäudeenergieberater verschiedene Szenarien zur Verfügung stehen, die er in seine Planungen einbeziehen kann. Die Wünsche des Kunden und seine finanziellen Möglichkeiten spielen dabei eine wesentliche Rolle. Eine Grundregel bei der energetischen Bewertung von Gebäuden durch einen Energieberater könnte lauten: Die nachhaltigste Lösung ist die, bei der möglichst viel Wärmeverlust vermieden wird – unabhängig durch welche Maßnahme. Insbesondere die Wärmeverteilung oder Wärmerückgewinnung innerhalb eines Gebäudes sollte hierfür Berücksichtigung finden.

Sowohl aus energetischer als auch wirtschaftlicher Sicht gibt es hier zwar keine universelle Lösung, doch anlagentechnische Systeme, die eine bedarfsgerechte Wärmeverschiebung oder Speicherung ohnehin vorhandener Energie ermöglichen, tragen erheblich zur Steigerung der Energieeffizienz bei. Nichtwohngebäude, die heutzutage fast immer mit Klimaanlagen ausgestattet werden, bieten hierfür ideale Voraussetzungen. Denn aus Büros, Gewerbebetrieben und Gebäuden des öffentlichen Dienstes sind technische Anlagen, beispielsweise zur Kommunikation und modernen Datenverarbeitung, nicht mehr wegzudenken. Ebenso verhält es sich in Produktionsstätten oder Lagerhallen, in denen Maschinen, Förderbänder und ähnliche Geräte oft im Mehrschichtbetrieb laufen. Ein wesentliches Nebenprodukt all dieser Anlagen ist Wärme. Um die volle Leistungsfähigkeit zu gewährleisten müssen diese Geräte in der Regel gekühlt beziehungsweise die Wärmelasten abgeführt werden. Dazu sowie zur anderweitigen Nutzung der Wärmelasten stehen unterschiedliche technische Möglichkeiten zur Verfügung.

Individuelle und universelle Lösungen

Am effizientesten arbeiten Systeme, bei denen überflüssige Wärmelasten genutzt und in andere Gebäudeteile oder zur Warmwasserbereitung verschoben werden können. In der Klimatechnik haben sich seit einigen Jahren VRF-Systeme durchgesetzt, die den Vorteil haben, dass man Gebäude mit ihnen heizen und kühlen kann. Im Gegensatz zu Systemen, die Wasser als Transportmedium nutzen, findet der Energieübertrag bei VRF-Systemen direkt über ein Kältemittel statt. Dabei wird die überschüssige Wärme aus einem Raum einem anderen zur Erwärmung zugeführt. Die Wärmerückgewinnung hat gegenüber der klassischen Lösung den Vorteil, dass die überschüssige Wärme nicht wie sonst häufig üblich zu einem Kaltwassersatz oder einem Split-Außengerät geführt und dort an die Umwelt abgegeben wird. Ein weiterer Vorzug ist, dass VRF-Anlagen einfach zu planen und in unterschiedliche Systeme wie Heizung, Kühlung oder Raumlufttechnische Anlagen zu integrieren sind. Darüber hinaus benötigen VRF-Anlagen für die Installation nur wenig Platz und eignen sich deshalb besonders gut für klimatechnische Nachrüstungen im Gebäudebestand. Energieberater, Fachplaner und Kälte-Klima-Unternehmen greifen deshalb immer öfter auf VRF-Multi-Split-Systeme zurück.

Besonders interessant wird die Wärmerückgewinnung mit einer individuellen Temperaturverschiebung. Als einziger Hersteller am Markt bietet Mitsubishi Electric beispielsweise ein Zwei-Leiter-System an, das mit einem Kältemittelverteiler einem sogenannten BC-Controller, die abzuführende Wärmeenergie innerhalb des Gebäudes verschiebt und dorthin transportiert, wo sie benötigt wird. Über den BC-Controller können bis zu 50 Innengeräte mit einem Außengerät mit nur zwei Rohrleitungen verbunden werden. Dieses Zwei-Leiter-System zum simultanen Heizen und Kühlen sorgt für eine bedarfsgerechte Verschiebung der Wärmeenergie innerhalb des gesamten Gebäudes und hat darüber hinaus den Vorteil, dass es sich bei geringem Platz- und Materialaufwand schnell und sicher installieren lässt. An den zwei folgenden Beispielen soll exemplarisch aufgezeigt werden, wie die Energieeffizienz von Nichtwohngebäuden mit geringem Mehraufwand gesteigert werden konnte, indem Lösungen der Wärmerückgewinnung durch den Einsatz moderner Klimatechnik realisiert werden konnte.

Beispiel 1: Wärmepumpen-Kaskade deckt Spitzenlast ab

Das neue Produktions- und Lagergebäude eines mittelständischen Unternehmens im oberfränkischen Bayreuth unterschreitet die Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) um mehr als 40 Prozent. Dadurch sollten die Betriebskosten verringert und die Wettbewerbsfähigkeit verbessert werden. Neben überdurchschnittlichen Dämmmaßnahmen an der Gebäudehülle wird die produktionsbedingte Abwärme der Druckmaschine genutzt, um das gesamte Industrie- und Verwaltungsgebäude zu beheizen. Die Kompressorenwärme und die Wärme der Druckmaschine sind mit Abstand die größte Wärmequelle in dem Gebäude. Hinzu kommt noch eine EDV-Anlage, deren Abwärme ebenfalls genutzt werden konnte. Dabei wird die Abwärmeleistung über ein Deckenkühlgerät in einen Wärmepuffer geleitet, der in das Wärmeverteilsystem zum Heizen eingebunden ist und bei Bedarf umgeleitet werden kann.

Als Grundkonzept der technischen Gebäudeausrüstung stellen die Kompressoren und die Druckmaschine die Grund- und Mittellast für die Gebäudeheizung zur Verfügung. Für die Versorgung zu Spitzenlastzeiten reichte die Nutzung der Abwärme trotz der hervorragenden Dämmwerte nicht aus, so dass weitere Wärmeerzeuger erforderlich waren. Zur Abdeckung der Spitzenlast kommen hier zehn Luft-/Wasser-Wärmepumpen mit Zubadan-Technologie zum Einsatz, die als reversible Wärmepumpen im Sommer auch für die Klimatisierung des Verwaltungsteils genutzt werden. Die Wärmepumpen können automatisch vom Heiz- in den Kühlbetrieb umschalten und ihre Leistung in einem Bereich von 30 bis 100 Prozent modulieren. Die zehn Maschinen sind in Reihe geschaltet, bei der das erste Gerät bis auf 50 Prozent seiner Leistung hochfährt und sich dann das nächste Aggregat hinzuschaltet. Im Ergebnis wurden dadurch sogar die Mindestanforderungen der geltenden EnEV um zirka 50 Prozent unterschritten, ohne die Investitionskosten wesentlich zu erhöhen.

Beispiel 2: Energieverschiebung zur Trinkwassererwärmung

Im zweiten Beispiel versorgen zwei City Multi Außengeräte einen gut 1700 Quadratmeter großen Sport- und Fitnessclub mit Wärme und Kälte. Darüber hinaus speisen sie drei jeweils 1500 Liter fassende Warmwasserspeicher, um durchschnittlich 8000 Liter Warmwasser pro Tag zu erwärmen. Unterstützung bekommt die Warmwasserbereitung von der Klimaanlage. Durch die Deckenkassetten wird die überschüssige Wärme den Trainingsräumen entzogen und über Kältemittelverteiler (BC-Controller) in den Technikraum im Keller verschoben, wo sie anschließend das Speicherwasser erhitzt. Das ist eine besonders effiziente Art der Warmwassererzeugung, da der Regelfall die Rückgewinnung der Wärme ist, die durch trainierende Mitglieder erzeugt wird.

Im Technikraum im Untergeschoß speisen zwei Brauchwasser-Wärmetauschereinheiten mit 50 Kilowatt Leistung die Warmwasserspeicher. Die beiden Wassermodule (Booster-Units) wurden zur Brauchwassererwärmung zwischen Klimaanlage und Warmwasserspeicher geschaltet. Diese Komplettlösung als Trend in der Gebäudetechnik ermöglicht zusammen mit den Innengeräten und den Kältemittelverteilern eine bis zu 70 Grad Celsius warme Trinkwarmwasseraufbereitung. Durch die doppelte Invertertechnik eignen sich die Booster-Einheiten ideal zur Warmwassererzeugung durch Rückgewinnung von Abwärme aus Technikräumen oder Produktionsprozessen.

Fazit:

Im Rahmen der energetischen Gebäudesanierung und bei Neubauvorhaben ist eine ganzheitliche Betrachtungsweise zur Vermeidung von Primärenergie und der Erhöhung der Effizienz dringend erforderlich. Dabei kann keine Methode der Sanierung für sich einen generellen Anspruch erheben, zum optimalen Ergebnis zu führen. Vielmehr ist jedes Objekt individuell zu betrachten. Der Einsatz von Systemen, die gleichzeitig heizen und kühlen und in eine technische Gebäudetechnik eingebunden werden können, die überschüssige Energien verschiebt oder speichert, um sie bei Bedarf zu nutzen, scheint sowohl von der Investitions- als auch von der Effizienzseite her zahlreiche Vorteile zu bieten.

Für Fachplaner und Energieberater sind VRF-Systeme vielseitige Lösungen, da sie überall dort eingesetzt werden können, wo in Gebäuden Wärmelasten abzuführen sind und gleichzeitig oder im Jahreszeitenwechsel mit der Klimaanlage auch geheizt werden soll. Da VRF-Anlagen eher in höheren Leistungsbereichen anzusiedeln sind, eignen sie sich optimal zur Klimatisierung entsprechender Gebäudetypen. Dazu zählen neben Bürohäusern, Einkaufszentren, Hotels, Kliniken und öffentlichen Gebäuden auch Boutiquen, Kanzleien, Gewerbeobjekte, Einzelhandelsgeschäfte oder Mehrfamilienhäuser. Mit der entsprechenden technischen Ausstattung können VRF-Anlagen die notwendigen Heizlasten eines Gebäudes im monovalenten Betrieb bis zu Temperaturen von minus 25 Grad abdecken.

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