Wärmepumpen für den Bilker Bunker
Energiesparende Wärmeversorgung eines denkmalgeschützten Gebäudes
DüsseldorfBilk ist der bevölkerungsreichste Stadtteil von Düsseldorf und ein beliebter Wohnort für Studierende. Bekannt ist Bilk auch für eine ausgesprochen vielfältige Stadtteilkultur mit zahlreichen Restaurants, Cafés und Kultureinrichtungen wie beispielsweise dem „Bilker Bunker“. Das als Luftschutzbauwerk Nr. 25 erstellte Gebäude wurde im Rahmen der Aufhebung der Zivilschutzbindung verkauft und in den vergangenen zwei Jahren umgebaut. Eigentümer ist die KÜSSDENFROSCH Häuserwachküssgesellschaft mbH, die interessante, erhaltenswerte und außergewöhnliche Gebäude sucht und kauft sowie das richtige wirtschaftliche Konzept findet, um den Erhalt dieser Gebäude für das Stadtbild und die nächsten Generationen sicherzustellen.
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Anforderungen:
- Umfassende Neugestaltung der Gebäudetechnik
- Energiesparende und zukunftsfähige Wärmeversorgung
- Angenehmes sowie komfortables Temperaturniveau
- Kontrollierte Be- und Entlüftung
Ausgangssituation
AusgangssituationIn einer ersten Phase sind auf dem Dach des Bunkers fünf Maisonette-Wohnungen mit einer kumulierten DIN-Wohnfläche von 670 m² errichtet worden. Die sehr hochwertigen Wohnungen wurden als Eigentumswohnungen verkauft und haben eine Größe von 97 bis 164 m². Sie werden über Fußbodenheizungen beheizt und können im Sommer über diese auch gekühlt werden. In der zweiten Bauphase wurde der ursprüngliche Baukörper (Bunker) unter Beachtung des Denkmalschutzes umgebaut. Dabei wurden vor allem im Innenbereich Wanddurchbrüche geschaffen, um Transparenz und Durchlässigkeit zwischen einzelnen Räumen zu erzeugen. Darüber hinaus wurden teilweise Decken herausgenommen und neue Stahlträger eingezogen, um in Ausstellungsräumen die Möglichkeit zu haben, größere Objekte aufzustellen. Durch die Umnutzung zum Kunst- und Kulturraum durch die Bilker Bunker gGmbH entstand mit dem „Bilker Bunker“ eine gemeinnützige Kulturinstitution, die gesellschaftlichen Austausch mit den Mitteln der Kunst fördert, so dass sich hinter den meterdicken Wänden jetzt ein innovativer und für alle offener Raum für Kunst, Kultur und Freizeit eröffnet.
Projektstimme
Projektstimme
„Wir als Architekten und Projektentwickler arbeiten sehr eng mit Bürgern und Verwaltungen zusammen und versuchen so, die Wünsche aller Seiten zu berücksichtigen. Dabei planen und realisieren wir den Umbau vom Entwurf bis zur Fertigstellung und haben so jederzeit Einfluss auf jedes noch so kleine Detail“
Herausforderungen
Herausforderungen
Der überwiegende Teil des Wärmebedarfs aber sollte eine moderne und zukunftsweisende Technologie abgedeckt werden, die den heutigen Ansprüchen an das Gebäude mit Veranstaltungs-, Musik-, Seminar- und Büroräumen gerecht wird. „Die Anforderungen des GEG an die Heiztechnik galten für den Luftschutzbunker aufgrund des Denkmalschutzes nicht. Für die fünf Wohnungen, die auf den Bunker gesetzt wurden, hingegen schon. Eine Wärmeversorgung auf Basis fossiler Energieträger wurde zwar in Erwägung gezogen, aber aufgrund der politischen Umstände schnell verworfen“, erklärt Peter Dukome, Projektleiter bei der PBS-Energiesysteme GmbH aus Haan.
Einen wesentlichen Anteil an der Modernisierung zur Umnutzung des Bunkergebäudes hat die umfassende Neugestaltung der Gebäudetechnik eingenommen. Die gebäudetechnische Herausforderung bestand darin, eine energiesparende und zukunftsfähige Wärmeversorgung für dieses ungewöhnliche und denkmalgeschützte Gebäude zu entwickeln und umzusetzen, um ganzjährig ein angenehmes sowie komfortables Temperaturniveau sowohl im Bunkerbereich als auch in den aufgestockten Wohnungen nach GEG-Standard zu gewährleisten. Die aus Denkmalschutzgründen fast fensterlose Außenhülle des Gebäudes erfordert eine kontrollierte Be- und Entlüftung im Inneren des Bunkers. Dafür wurden ein neues Zentrallüftungsgerät und die kompletten Luftkanäle neu installiert.
Lösung
LösungAls Lösung für die Beheizung des Bunkers kommen vier Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric in Kaskaden-Schaltung zum Einsatz. Die Kaskadierung der Wärmepumpen bietet zahlreiche Vorteile gegenüber einer einzelnen Wärmepumpe mit entsprechend großer Leistung. Kaskaden haben einen größeren Modulationsbereich, was zu einem unterbrechungsfreieren Betrieb führt. Effizienter sind Kaskaden, weil die Geräte in Teillast effizienter (energiesparender) laufen. Die Regelung mit Auto-Adaptfunktion optimiert das Betriebsverhalten und sucht automatisch den jeweils besten Betriebspunkt. Außerdem bietet eine Kaskade eine Redundanzfunktion bei der Wartung von Einzelgeräten und führt zu einer erhöhten Betriebssicherheit.
Die Vierer-Kaskade aus vier Einzelgeräten vom Typ PUD-SHWM140YAA mit jeweils 14 kW Nennwärmeleistung sorgt für die Wärmeversorgung des alten Luftschutzbunkers. Aufgeteilt in sieben Etagen (zwei Kellergeschosse und fünf oberirdische Ebenen) umfasst die Gesamtfläche ungefähr 2.300 m2, die durch die Wärmerückgewinnung der zentralen Lüftungsanlage und die vier Luft/Wasser-Wärmepumpen beheizt werden. Damit decken die Wärmepumpen die Heizlast des Gebäudes im monovalenten Betrieb ab. Die Wärmeverteilung übernehmen sogenannte Rippenrohr-Heizkörper, die aufgrund ihrer Rohstahl-Optik gut zum Charakter des Bunkers passten.
Wahlweise Heizen oder kühlen mit reversiblen Wärmepumpen
Zwei reversible Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen vom Typ PUZ-SHWM120YAA von Mitsubishi Electric versorgen als Zweier-Kaskade die neu auf dem Dach des Bunkers erstellten Wohnungen. Die Außengeräte haben jeweils 12,1 kW Nennwärme- bzw. 12 kW Kühlleistung und speisen die Fußbodenheizungen bei kalten Außentemperaturen mit Wärme. In den heißen Sommermonaten werden die Wärmepumpen dafür eingesetzt, kühles Wasser durch die Fußbodenheizung zu leiten. Durch diese Flächentemperierung erfolgt 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.
Starke Vorteile
Vorteile100 % Leistung bei minus 15 °C dank patentierter Zubadan Technologie
Sowohl die Außengeräte für den Bunker als auch diejenigen für die Wohneinheiten sind mit der patentierten Zubadan Technologie ausgestattet. Diese ermöglicht es, den Kältemittelmassenstrom und damit die Verdichterdrehzahl konstant zu halten. Dafür wird im Verdichtungsprozess ein Zwei-Phasen-Gemisch auf den Verdichterkopf eingespritzt. Mit dem Flash-Injection-Kreislauf des Zubadan Verdichters kann so bei tiefen Außentemperaturen mit einer höheren Drehzahl gearbeitet, während die Kältemittelmenge im Wärmepumpen-System konstant gehalten werden kann. Das heißt, die Wärmepumpen können auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen von bis zu minus 15 °C noch 100 Prozent ihrer Heizleistung erbringen. Gleichzeitig erweitert sich der untere Einsatzbereich auf bis zu minus 30 °C Außentemperatur, bei dem die Wärmepumpen eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung stellen. Ein elektrischer Heizstab oder ein weiterer Wärmeerzeuger ist nicht erforderlich.
Außengeräte an der Außenfassade
Die Aufstellung der Außengeräte erfolgte aufgrund der örtlichen, innerstädtischen Gegebenheiten an der Außenfassade. So sind die Geräte der Vierer-Kaskade auf einem Absatz über der Toreinfahrt montiert. Die Zweier-Kaskade für die Wohnungen wurde über eine Stellfläche im 3. Obergeschoss der Fassade montiert. Beide Standorte sind leicht für Wartungsarbeiten zu erreichen, bieten eine gute Luftzirkulation und sind optisch sowie akustisch kaum wahrnehmbar. Die hydraulische Einbindung der Wärmepumpen-Kaskaden in die unterschiedlichen Wärmeverteilungssysteme erfolgt über Hydromodule, in denen der Energieaustausch vom Kältemittel auf das Heizungswasser stattfindet.
Zwei Pufferspeicher erweitern die Anlage
Die Innengeräte für die Vierer-Kaskade, die den Bunker versorgen, befinden sich in einem Technikraum im 3. Obergeschoss. Zu jeder Außeneinheit gehört ein Hydromodul mit Wärmetauscher-Einheit. Ergänzt wird die Anlage durch zwei Pufferspeicher, die das vorkonditionierte Heizwasser speichern, bis es abgerufen wird und zur Überbrückung von Sperrzeiten des Stromversorgers dienen. Gleichzeitig stellen die Pufferspeicher stets ausreichend Energie für die Abtauung der Außenmodule im Winter bereit. Der Technikraum der Wärmepumpen-Kaskade für die fünf Wohneinheiten befindet sich im 4. Obergeschoss und verfügt über zwei Hydromodule für den Energietausch sowie einen Pufferspeicher zum Vorhalten von warmem oder – je nach Betriebsmodus – kaltem Brauchwasser.
Die wichtigsten Punkte
Zusammenfassung- Der ehemalige Luftschutzbunker in Düsseldorf Bilk wird seit Kurzem als Kultureinrichtung genutzt. Zusätzlich wurden auf dem Gebäudedach fünf hochwertige Maisonette-Wohnungen erstellt.
- Um das ungewöhnliche und zum Teil unter Denkmalschutz stehende Gebäude mit einer energiesparenden und zukunftsfähigen Wärmeversorgung auszustatten, kommen sechs Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric zum Einsatz.
- Die Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen sind als Vierer- und Zweier-Kaskadenanlagen aufgebaut, wobei die Vierer-Kaskade die Räume des Bunkers versorgt, während die Zweier-Kaskade die Heizung oder Kühlung der fünf neuen Wohneinheiten übernimmt.
- Die Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen ermöglichen als optimale Lösung zur Umsetzung des neuen Gebäudeenergiegesetzes (GEG) einen energiesparenden und effizienten Betrieb zur Wärmeversorgung sowie zur Raumkühlung.
- Alle Geräte sind mit der patentierten Zubadan Technologie ausgestattet, wodurch die Wärmepumpen auch bei niedrigen Außentemperaturen von bis zu minus 15 °C noch 100 Prozent ihrer Heizleistung erbringen.
- Um eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung zu stellen, erweitert der untere Einsatzbereich gleichzeitig auf bis zu minus 30 °C Außentemperatur.
- Es ist kein elektrischer Heizstab oder ein weiterer Wärmeerzeuger erforderlich.
