Bürogebäude energieeffizient klimatisieren
Referenz Mader GmbH & Co. KG
StuttgartDie Mader GmbH & Co. KG in Leinfelden-Echterdingen bei Stuttgart ist ein Systemhaus im Bereich Druckluft. Für das innovative Unternehmen spielt das Thema Nachhaltigkeit eine zentrale Rolle im Wertecodex: Für seine nachhaltige und innovative Unternehmensstrategie und -philosophie wurde die Mader GmbH & Co. KG sogar vom Landesminister für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft des Landes Baden-Württemberg ausgezeichnet.
Vor einigen Jahren ist das Unternehmen an den neuen Standort in Echterdingen in das Firmengebäude gezogen, welches vorher aufwendig energetisch saniert wurde. Das Gebäude bestand bis dahin aus einem Altbau sowie einer angrenzenden Produktionshalle. Das Unternehmen hat das Gebäude nach dem Erwerb für seine Bedürfnisse umgebaut und erweitert. Sowohl die Gebäudesanierung als auch der neue Anbau sind durch ein KfW-Effizienz-Förderprogramm unterstützt worden.
Entsprechend brauchte das Unternehmen eine innovative Lösung, wie das Bürogebäude energieeffizient klimatisiert und geheizt werden kann.
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Anforderungen:
- Energieeffiziente Klimatisierung
- Kühlen und Heizen mit einem System
- Effiziente und zuverlässige Heiztechnik
- Energiemonitoring für weitere Einsparpotenziale
Anforderungen
AnforderungenDas Gebäude ist zweigeteilt in ein dreigeschossiges Verwaltungs- und Bürogebäude mit ca. 800 m2 Gebäudenutzfläche sowie ein angedocktes Produktions- und Logistikgebäude. Dieser Gebäudeteil hat eine Grundfläche von 1.347 m2 und ist auf zwei Ebenen verteilt. Am Standort Leinfelden-Echterdingen arbeiten derzeit insgesamt 85 Mitarbeiter:innen.
Die außergewöhnliche Architektur der Außenfassade hat unterschiedliche Gründe:
- Die Fenster sind bewusst unterschiedlich groß ausgefallen, um einen übermäßigen Wärmeeintrag bei starker Sonneneinstrahlung zu vermeiden.
- Die erforderliche Helligkeit in den verschiedenen Räumen des Bürogebäudes (Büros und Besprechungszimmer) wird durch bewegungsgesteuerte Flächen-LED-Strahler erreicht. Das ist wirtschaftlicher, als die Innenräume bei zu großen Fensterflächen im Sommer zusätzlich zu klimatisieren.
- Die Gestaltung der Außenfassaden folgt der Vorgabe, dass nach der Sanierung bzw. dem Neubau kein Unterschied zwischen dem Bestandsgebäude und dem Neubaugebäude mehr erkennbar sein, sondern es eine harmonische Einheit bilden sollte.
- Als Gestaltungselemente kommen durchgängig Photovoltaikmodule zum Einsatz. Die Photovoltaik-Anlage an der Fassade des Gebäudes mit einer Leistung von 94,7 kW Peak betrachtet das Unternehmen als eine Art Visitenkarte seiner eigenen Philosophie, die bereits von außen auf den hohen Stellenwert der Themen Nachhaltigkeit und Energieeffizienz hinweist.
- Gleichzeitig kann das Unternehmen rund 60 % seines Strombedarfs über Eigenerzeugung abdecken. Der überschüssige regenerativ erzeugte Strom wird gegen eine Einspeisevergütung ins Netz eingespeist und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt.
Zitat
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Bei der Planung des neuen Gebäudes war es uns sehr wichtig, moderne und angenehme Arbeitsplätze für die Mitarbeiter:innen zu schaffen. Wir wollten ein repräsentatives Firmengebäude schaffen, an dem von außen erkennbar ist, dass sich die Firma Mader mit dem Thema Energieeffizienz beschäftigt. Darüber hinaus war es sehr wichtig, dass die Mitarbeiter in dem neuen Gebäude ein angenehmes Raumklima erhalten. Wir wollten ein Raumklima schaffen, bei dem man auch die jahreszeitlichen Schwankungen im Gebäude merkt.
Welche Lösung wurde für das Bürogebäude gewählt?
Wärmepumpen-KaskadeReversible Ecodan Luft-/Wasser-Wärmepumpen als 3er-Kaskade
Die Klimatisierung von Bürogebäuden bietet großes Potenzial für Energieeinsparungen. Das mit der Sanierung und dem Neubau beauftragte TGA-Fachplanerbüro machte deshalb den Vorschlag, diese Anforderungen mit einer reversiblen Luft/Wasser-Wärmepumpe als Kaskade zum Heizen und Kühlen über eine Fußbodenheizung zu lösen. Zur Konditionierung der Zuluft kommt zusätzlich eine raumlufttechnische Anlage mit Wärmerückgewinnung zum Einsatz. Dadurch benötigt der Betreiber für dieses Gebäude keine klassische Heizungs- und auch keine konventionelle Klimaanlage mehr.
Energieeffizient heizen und kühlen – mit einem System
In den Wintermonaten können solche modernen und energieeffizienten Wärmepumpen heizen und über die Fußbodenheizung das Gebäude mit Raumwärme versorgen. Als Niedertemperaturheizung eignet sich die Fußbodenheizung hervorragend für die Kombination mit Luft/Wasser-Wärmepumpen, da die geringe Vorlauftemperatur einen positiven Einfluss auf den Wirkungsgrad der Anlage hat. Eine Ecodan Dreier-Wärmepumpen-Kaskade von Mitsubishi Electric liefert deshalb die Raumwärme für den sanierten Altbau und den neuen Anbau. Zum Einsatz kommen drei kompakte Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Zubadan Inverter-Technologie und insgesamt 33,6 kW Wärmeleistung, die als 3er-Kaskade im Außenbereich installiert wurden. Jedes der drei Ecodan Außengeräte verfügt über 11,2 kW Wärme- und 10 kW Kühlleistung. Damit deckt die Wärmepumpen-Kaskade die Heizlast für das Gebäude problemlos ab.
In den heißen Sommermonaten werden die Wärmepumpen dafür eingesetzt, kühles Wasser durch die Fußbodenheizung zu leiten. Durch diese Bauteil-Aktivierung erfolgt dann eine indirekte Kühlung des Gebäudekörpers bei hohen Außentemperaturen, mit dem Ergebnis, dass die Wärmelast über die Fußbodenheizung nach draußen abgeführt wird und die Räume um einige Grad heruntergekühlt werden. Auf diese Weise kann die Grundlast für die Kühlung des Gebäudes problemlos abgedeckt werden. Unterstützt wird das Raumklima durch eine raumlufttechnische Anlage (RLT), die alle Räume mit frischer Außenluft versorgt. Über eine Wärmerückgewinnungsfunktion trägt sie auch zur Beheizung des Gebäudes bei. Über die Vorkonditionierung kann die RLT bei hohen Außentemperaturen auch die Spitzenlast der Kühlung abdecken. Die Grundlast übernimmt wie oben beschrieben die Wärmepumpenkaskade.
Vorteile der Kaskadenschaltung
Die Kaskadierung der Wärmepumpen bietet zahlreiche Vorteile gegenüber einer einzelnen Wärmepumpe mit entsprechend großer Leistung.
- Der Betrieb im sehr großen Modulationsbereich einer Kaskade ist wesentlich effizienter, als nur ein Modul in Volllast zu fahren. Denn so können die Einheiten gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten.
- Eine Kaskadenregelung mit Auto-Adaptfunktion von Mitsubishi Electric optimiert das Betriebsverhalten und sucht automatisch den jeweils besten Betriebspunkt für die Anlage.
- Außerdem bietet eine Kaskade eine Redundanzfunktion bei der Wartung von Einzelgeräten des Systems und führt so zu einer erhöhten Betriebssicherheit.
- Darüber hinaus werden die Gesamtlaufzeiten der Einzelmodule reduziert und damit die Langlebigkeit erhöht.
Effiziente und zuverlässige Heiztechnik
Ein besonderes Merkmal der hier verwendeten Heiztechnik ist, dass die Wärmepumpen über die patentierte Zubadan Verdichter-Technologie verfügen. Das dabei eingesetzte Einspritzverfahren optimiert die verfügbare Heizleistung. Das heißt, die Wärmepumpen können auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen von bis zu - 15 °C noch 100 Prozent ihrer Heizleistung erbringen. Gleichzeitig erweitert sich der untere Einsatzbereich auf bis zu - 28 °C Außentemperatur. Damit ist es möglich, das Gebäude mit Wärme zu versorgen und auch bei tiefen Außentemperaturen auf Unterstützung eines elektrischen Heizstabes oder einen zusätzlichen Wärmeerzeuger zu verzichten.
Energiemonitoring für weitere Einsparpotenziale
Die hydraulische Einbindung der Wärmepumpen in das Wärmeverteilungssystem erfolgt über Hydromodule, in denen der Energieaustausch vom Kältemittel auf das Heizungswasser stattfindet. Für jede Außeneinheit befindet sich im Technikraum ein Hydromodul mit Wärmetauscher-Einheit. Die Hydroboxen sind mit der übergeordneten Gebäudeleittechnik (GLT) verbunden und können online jederzeit überwacht werden.
Es wird ein monatliches Energiemonitoring durchgeführt, d. h. der Energieverbrauch wird dokumentiert und jährlich verglichen. Das bietet dem Unternehmen die Möglichkeit, Energieeinsparpotenziale zu erkennen und durch die Anpassung von beispielsweise Pumpenlaufzeiten zu realisieren. Darüber hinaus ist in die Anlage noch ein Pufferspeicher eingebunden, der das vorkonditionierte Brauchwasser nicht nur speichert, bis es abgerufen wird, sondern auch zur Überbrückung von Sperrzeiten des Stromversorgers dient. Gleichzeitig stellt der Pufferspeicher Energie für die Abtauung der Außenmodule bereit.
Die wichtigsten Punkte
Zusammenfassung- Die Mader GmbH & Co. KG ist ein modernes Unternehmen, das sich unter anderem den Themen Nachhaltigkeit und Energieeffizienz verschrieben hat – sowohl für die eigenen Produktlösungen als auch bei Sanierung und Neubau des Bürogebäudes.
- Für die Beheizung des nach KfW-Energie-Standards gedämmten Gebäudes kommen drei Luft/Wasser-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric als Kaskade zum Einsatz. Sie versorgen die Fußbodenheizung bzw. die unterschiedlich genutzten Räume mit der erforderlichen Wärmeenergie.
- Im Umschaltbetrieb werden die Wärmepumpen in den Sommermonaten dafür eingesetzt, kühles Wasser durch die Fußbodenheizung zu leiten.
- Durch diese Bauteil-Aktivierung erfolgt dann eine indirekte Kühlung des Gebäudekörpers bei hohen Außentemperaturen, mit dem Ergebnis, dass die Wärmelast über die Fußbodenheizung nach draußen abgeführt wird und die Räume um einige Grad heruntergekühlt werden.
- Auf diese Weise kann die Grundlast für die Kühlung des Gebäudes problemlos abgedeckt werden. Durch das Konzept, mit Wärmepumpen eine Grundlast zum Heizen und Kühlen sicherzustellen und über die RLT-Anlage die Spitzenlast abzudecken, benötigt der Betreiber für dieses Gebäude keine klassische Heizungs- und auch keine konventionelle Klimaanlage mehr.
