Geringe Amortisationsdauer bei langer Anlagenlaufzeit

Das zwischen Rosenheim und München gelegene Möbelhaus MÖM entstand aus der Leidenschaft von Marianne Dauelsberg für geschmackvolle Möbel und Einrichtungsgegenstände. Aus dem anfänglichen Hobby im privaten Umfeld wurde schnell mehr - und heute ist MÖM nach eigenem Bekunden das größte Rattan- und Flechtmöbelhaus in Bayern. Der florierende Betrieb hat inzwischen über 20 Beschäftigte.
Aufgrund des Wachstums der Firma wurde das ursprüngliche Firmengebäude schnell zu klein und war zudem energetisch nicht mehr zeitgemäß. Vor diesem Hintergrund entschied sich die Familie Dauelsberg für einen modernen Neubau in der Nähe von Glonn, der im Dezember 2011 eröffnet wurde.

Entscheidungsfindung zugunsten einer KWKK-Anlage

Der Neubau sollte nicht nur architektonisch modernen Ansprüchen genügen, sondern auch mit der Heizung und der Klimatisierung einen zukunftsorientierten Maßstab setzen und möglichst ressourcenschonend arbeiten.
Ulrich Dauelsberg, Geschäftsführer bei MÖM, entschied sich für die WBT GmbH als Planer und ausführendes Unternehmen für die neue Haustechnikanlage. Die beiden Geschäftsführer der WBT, Thomas Zeller und Ludwig Kirmair, sind Experten für die Installation von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) und haben bereits die vom Bundesumweltministerium ausgezeichnete KWKK-Anlage im Autohaus Gramsamer in Neufinsing bei München geplant und installiert. Diese Art von Systemen erzeugt Strom, Wärme und Kälte durch eine Verbindung von Blockheizkraftwerk (BHKW) und Adsorptionskältemaschine (AdKM). Die vom BHKW produzierte Wärme wird dabei als Antriebsenergie für die AdKM genutzt. Der große Vorteil der AdKM ist, dass sie für die Gewinnung der Kälte ohne den Einsatz von Strom auskommt und so enorme Mengen elektrischer Energie einspart. Zudem zeichnet sich eine KWKK-Anlage durch einen hohen Wirkungsgrad und durch lange Laufzeiten des BHKWs aus. Der vom BHKW erzeugte Strom wird indes zu ca. 80 % selbst genutzt. Die restlichen 20 % werden eingespeist und mit knapp 4 Cent/kWh vergütet.
Nach einer ersten Kostenschätzung durch die WBT im Jahr 2010 für den Einbau einer solchen Anlage bei MÖM war Ulrich Dauelsberg überzeugt. "Wir haben im Neubau eine Fläche von rund 2000 m², die beheizt werden müssen und im Sommer dann dementsprechend klimatisiert sein sollten. Der Vorschlag für eine flächendeckende Fußbodentemperierung, mit der wir im Winter heizen und im Sommer kühlen, war plausibel und auch im Nachhinein die richtige Entscheidung. Als die WBT uns das System der KWKK-Anlage vorstellte war schnell klar, dass dies perfekt in unsere Anforderungen passen könnte", so Dauelsberg.

Heizung und Kühlung über die Fußbodenkonstruktion

Nach einer intensiven Planungsphase im Jahr 2011 entschied man sich für ein mit Flüssiggas betriebenes BHKW der Firma KW Energie mit 28 kW thermischer Leistung und 12 kW elektrischer Leistung sowie eine InvenSor Adsorptionskältemaschine "LTC 10 plus" (Nennleistung 10 kW) mit integrierter Hydraulik und trockener Rückkühlung. Dabei arbeitet die LTC (Low Temperature Chiller) bei besonders niedrigen Antriebstemperaturen mit reinem Wasser als Kältemittel und reduziert so neben dem Stromverbrauch auch den Einsatz klimaschädlicher Kältemittel. "Wir haben mit dem Einsatz der InvenSor AdKMs sehr gute Erfahrungen gemacht, da sie sehr zuverlässig arbeiten, einfach zu bedienen sind und perfekt mit BHKWs harmonieren", erklärt Ludwig Kirmair von der WBT und weiter: "Die Kältemaschine, die die Abwärme des BHKWs als Antrieb nutzt, konnte mit 5350 BHKW-Betriebsstunden im Jahr 2012 für einen hohen Nutzwert der Gesamtanlage sorgen. Die produzierte Kälte in Form von Wasser wird dann mit einer Temperatur von circa 16 bis 18 °C in die Betonkernaktivierung gepumpt, um das Gesamtgebäude im Sommer zu kühlen. In Heizphasen beträgt die eingeleitete Wassertemperatur etwa 23 bis 28 °C." Die zur Beheizung und Kühlung installierte Betonkernaktivierung befindet sich im oberen Teil der Unterbewehrung. Die Bodenplatte hat dabei eine Gesamtstärke von 30 cm.
Die Wärme, die das BHKW produziert, heizt einen 4000-l-Heizungspufferspeicher. Bei einem Bedarf für Klimatisierung bedient sich die AdKM aus diesem Speicher. Der Vorteil dieser Konstruktion: Start-Stopp-Vorgänge des BHKWs können so reduziert werden. Ein Kaltwasserspeicher ist bei dieser Anlage im Gegensatz zu vielen anderen KWKK-Anlagen nicht notwendig. Die 7800 l fassende Fußbodenkühlung hält die Kälte vor und agiert ähnlich wie ein Pufferspeicher.
Für die Heizung des Fußbodens wurde neben dem BHKW ein Gasbrennwert-Spitzenlastkessel mit einer Leistung von 70 kW installiert. Die mit Flüssiggas arbeitende Gastherme muss nur in den Spitzenzeiten im Winter dazugeschaltet werden, da die Abwärme des BHKWs für die Heizung des gesamten Komplexes in der Regel ausreicht. Aufgrund der Heizlastberechnung und die daraus resultierende Installation der Betonkernaktivierung (langsames Heiz- und Kühlverhalten) hatte die Spitzenlasttherme in den vergangenen zwölf Monaten eine Laufzeit von bislang nur zehn Stunden.
Anders als auf der 2000-m²-Verkaufsfläche im Erdgeschoss lohnte es sich nicht, eine Fußbodenheizung auf der kleineren Bürofläche im ersten Stock des Neubaus zu installieren. Hier wird über Konvektoren mit Lüftern geheizt und gekühlt, die ebenfalls mit dem Pufferspeicher und der AdKM verbunden sind.

Halbierung der Betriebskosten durch KWKK-Anlage

Nachdem die KWKK-Anlage inzwischen seit über 12 Monaten in Glonn ihren Dienst verrichtet, gibt es bereits die ersten Vergleichsergebnisse. Diese stimmen Ulrich Dauelsberg mehr als froh: "In unserem alten Gebäude hatten wir eine Fläche von 600 m², die von einem Ölheizkessel - Baujahr 1992 - geheizt wurden. Der Verbrauch lag hier bei etwa 25 000 l/a. Unsere Energiekosten waren also enorm hoch - ca. 1650 Euro pro Monat. Die Berechnungen der WBT sahen für die neue Anlage eine Kosteneinsparung von ca. 35 % vor, also eine Summe von insgesamt etwa 1250 Euro pro Monat für Strom und Gas. Als wir nach zwölf Monaten die neuen Berechnungen erstellten, waren wir sehr überrascht - wir hatten 2012 witterungsbereinigt tatsächlich nur 730 Euro pro Monat für Strom und Gas bezahlt, also unsere Betriebskosten um mehr als die Hälfte gesenkt, obwohl wir viel mehr Fläche haben als vorher. Das zeigt, wie gut das Gesamtsystem arbeitet und unsere Erwartungen wurden definitiv übertroffen." Laut Berechnungen der WBT liegt die statische Amortisation für das Gesamtsystem bei knapp unter fünf Jahren - für KWKK-Anlagen ein sehr guter Wert. Doch nicht nur finanziell lohnt sich der Umstieg für die Familie Dauelsberg, denn aufgrund einer jährlichen Einsparung von 86 t CO2 (66 % weniger als bei der alten Anlage) wird auch noch die Umwelt geschont.

Eine Adsorptionskältemaschine erzeugt Kälte und nutzt als Antriebsenergie Wärme. Die Maschine verhält sich für die Kälteanwendung wie ein Kaltwassersatz. Je nach Spezifikation liegen die Kaltwassertemperaturen zwischen 9 °C und 20 °C. Als Antrieb dient an Stelle eines elektrisch betriebenen Kompressors ein thermisch betriebener Reaktor. Unter Adsorption versteht man die Anlagerung von Atomen oder Molekülen an Oberflächen von Festkörpern. Im "evakuierten" Reaktor der Kältemaschine werden während der Adsorptionsphase Wassermoleküle am Adsorbermaterial angelagert. Diese Moleküle kommen aus einem Verdampfer, in dem aufgrund des niedrigen Drucks und des nachgeschalteten Adsorbers das Kältemittel Wasser schon bei wenigen Grad Celsius verdampft.
Die zugeführte Wärme, z. B. aus einer Solaranlage oder einem BHKW, wird während der Regenerationsphase zur Wiederherstellung der Adsorptionsfähigkeit des Reaktors eingesetzt. Im Inneren des Reaktors (Vakuumbereich) sind keine aktiv bewegten Komponenten erforderlich. Er muss nicht für Inspektions- oder Wartungszwecke geöffnet werden und wird daher bleibend dicht verschweißt. Da ausschließlich Wasser zum Einsatz kommt, sind keine korrosiven oder leicht flüchtigen Kältemittel nötig.
Neben dem Einsatz zur Kälteerzeugung kann die Kältemaschine auch als Wärmepumpe eingesetzt werden - z. B. zur Heizungsunterstützung eines Gebäudes im Winter. So kann z. B. eine InvenSor Adsorptionskältemaschine von einer übergeordneten Steuerung automatisch zwischen Kälte- und Heizbetrieb umgeschaltet werden, sodass ein automatisierter Betrieb in beiden Zuständen möglich ist.
Für niedrige Antriebstemperaturen von rund 65°C hat InvenSor die sogenannten "LTC"-Maschinen im Programm. In Ländern mit hohen Außentemperaturen kommen hingegen "HTC"-Maschinen zum Einsatz.

www.invensor.de