Ökologische Wasserkühlung für Hightech Glaspalast - Energieeffizientes und behagliches Raumklima durch Deckenstahlsystem bei Hydro System

Philipp Zindler vom verantwortlichen Architekturbüro kopfarchitekten GmbH aus Steinach beschreibt den Gestaltungsanspruch des Hydro-Verwaltungsbaus: „Es wurden etwa 1000 m² Bürofläche realisiert und ein repräsentatives Besprechungsgeschoss mit Konferenzräumen und einer Dachterrasse mit Blick auf den Schwarzwald. Durch die Beziehung von Hydro zur Fliegerei war es ein zentraler Gedanke, das Gebäude wie einen Flughafenterminal wirken zu lassen. Ein Großteil der Fassaden sollte daher weitgehend verglast werden, besonders auch der repräsentative Eingangsbereich.“
Aufgrund der besonderen Klimabefindlichkeiten eines Glasbaus spielte die Auswahl des Klimasystems eine wichtige Rolle in den planerischen Überlegungen. Architekt Zindler beschreibt die Anforderungen: „Für die Großraumbüros wurde eine wirtschaftliche Lösung gesucht, die gleichzeitig Abhängung, Kühlung, Heizung und Beleuchtung liefert. Dabei sollte insbesondere auch der Aspekt eines behaglichen Raumklimas berücksichtigt werden.“ Vor dem Hintergrund dieses Anforderungsprofils entschied sich das Unternehmen eine Wirtschaftlichkeitsberechnung bei der Ingenieurpartnerschaft Neumann-Lebede-Schweizer aus Freiburg in Auftrag zu geben, bei der drei System­alternativen geprüft wurden.

Systemalternativen geprüft
Bei dem ersten Anlagenkonzept sollte die Beheizung des Gebäudes über Radiatoren erfolgen, zusätzlich war der Einbau einer Fußbodenheizung im Bereich des Eingangs/Foyers angedacht. Für die Wärmeversorgung bestand eine Öl-Kesselanlage. Darüber hinaus war die Nachrüstung einer zusätzlichen Kesselanlage im bestehenden Heizraum mit Kesselfolgeschaltung und Schornstein sowie einer zusätzlichen Heizleistung von ca. 60 bis 70 kW geplant. Die Kühlung im Sommer sollte bei dieser Variante über Splitgeräte realisiert werden.
Bei der zweiten Anlagenoption entsprachen Heizsystem und Wärmeversorgung der ersten Variante, jedoch wurde für die Kühlung ein anderes Konzept über Grundwasser und Klimatruhen sprich Gebläsekonvektoren angedacht. Die Anordnung der Klimatruhen war hierbei in den abgehängten Decken vorgesehen. Zudem wäre ein Saug- und Schluckbrunnen für die Grundwasserversorgung notwendig gewesen.
Bei der dritten Variante wurde von einer Kompletterneuerung des Heiz- und Kühlsystems ausgegangen. Heizung und Kühlung sollten hierbei über eine Wasser-/Wasser-Wärmepumpe in Kombination mit einem Heiz- und Kühldecken-System mit Graphitaktivierung des Raumklimaspezialisten Zehnder erfolgen. Darüber hinaus wurde auch bei dieser Variante ein Saug- und Schluckbrunnen für die Grundwasserversorgung benötigt. Durch die geringen Vorlauftemperaturen im Heizfall kann hierbei die Wärmepumpe effizient betrieben werden. Die Kühlung wurde in diesem Fall rein über Grundwasser vorgesehen.

Ergebnisse
Betrachtet man die jährlichen Kosten der drei Varianten in puncto Kapitaldienst sowie Energiekosten, überzeugte die dritte Variante mit den günstigsten Zahlen. So beschränken sich die jährlichen Energiekosten nach Berechnungen des Freiburger Ingenieurbüros auf nur 2250 Euro im Gegensatz zu 16500 Euro für Variante 1 und 12300 Euro für Variante 2. Damit ergaben sich trotz der höheren Investitionssumme die mit Abstand geringsten Betriebskosten für die Variante Wärmepumpe mit einer Kühl- und Heizdecke.
Auch ökologisch kann Variante 3 ganz punkten, wie Dipl.-Ing. Michael Himmelsbach, Zehnder Geschäftsbereichsleiter für Heiz- und Kühldecken-Systeme, plakativ darstellt: „Die CO2-Emissionen reduzieren sich im Vergleich zu einer konventionelle Beheizung über Ölkessel bzw. Kühlung über Kältemaschine um 96 t pro Jahr. Diese Ersparnis entspricht einer Fahrleistung von ca. 570000 km mit einem VW-Golf.“ Diese überzeugende Amortisationsberechnung gab letztendlich den Ausschlag bei der Entscheidung für das Zehnder Heiz- und Kühldecken-System mit Graphitaktivierung.

Einsatz Deckenstrahlsysteme
Insgesamt wurden im Hydro-Verwaltungsgebäude über drei Stockwerke Zehnder Heiz- und Kühldecken-Systeme mit einer Gesamtfläche von knapp 860 m² verbaut. So kamen im Foyer zwei große Deckensegel zum Einsatz, während in der Office-Area (fünf Besprechungsräume
+ sechs Einzelbüros) geschlossene Heiz- und Kühldecken mit Graphitaktivierung sowie Deckensegel eingesetzt wurden.
Bei den Zehnder Heiz- und Kühldecken mit Graphitaktivierung handelt es sich um ein Deckenstrahlsystem mit einer hohen Leistungsfähigkeit in puncto Wärmeverteilung und Regelfähigkeit. „Bei den Zehnder Heiz- und Kühldecken mit Graphitaktivierung wird Naturgraphit zu Leichtbauplatten weiterverarbeitet. Dieses thermische Hochleistungselement in der Strahlplatte gewährleistet eine extrem gleichmäßige Temperaturverteilung mit einem entsprechend hohen Strahlungsanteil“, erläutert Himmelsbach und weiter: „Ein weiterer Vorteil des Systems ist die enorme Reaktionsgeschwindigkeit bei wechselnden Heiz- oder Kühllasten aufgrund der guten Leitfähigkeit und der geringen Masse von Naturgraphit.“
Die Heiz- und Kühldecken wurden in den Großraumbüros in Rasterdecken eingesetzt. Beim Einbau der Rasterdecke wurde darauf geachtet, dass diese auf das Gebäude-Raster abgestimmt ist, um die Raumsymmetrie optisch einzuhalten. Im Foyer wurden die Heiz- und Kühldecken mit einer glatten Oberfläche, in den Großraumbüros in der gelochten Variante eingesetzt. Diese verfügt über schalldämmende Fähigkeiten, da die Schallwellen durch die Perforation in die eingelegte Dämmung gelangen und dort absorbiert werden. Darüber hinaus konnte in der thermischen Decke die Beleuchtung integriert werden.

Installation
Für eine einwandfreie Installation der Kühldecken hat Zehnder die komplette Planung der Kühldecke durchgeführt. Entsprechend der Ausführungspläne wusste der Trockenbauer genau, an welchen Stellen die Strahlplatten in die Rasterdecke einzubauen waren. Manfred Kopf, Geschäftsführer der beauftragten Installationsfirma Kopf & Sohn aus Steinach, erläutert die Montagehilfe von Zehnder: „Alle Leitungsverlegungen unter der Decke waren in den Zehnder Planskizzen gekennzeichnet. Nach dem Einbau der Rasterdecke konnten wir die Heiz- und Kühldecken entsprechend genau einsetzen und diese danach mit Steckschläuchen unkompliziert mit der vorbereiteten Rohrleitung verknüpfen. Zudem war kein hydraulischer Abgleich durch uns notwendig, da voreingestellte Volumenstromregler von Zehnder mitgeliefert wurden. Das erleichterte die Montage zusätzlich.“

Regulierung der Strahlplatten
Die Regulierung der Strahlplatten erfolgt zonenweise, d.h. in den Großraumbüros und Besprechungsräumen wird über Raumfühler die Temperatur gemessen. Über die Temperaturdifferenz zwischen Soll und Ist wird die benötigte Ener­giemenge dem Raum über die jeweilige Decke zur Verfügung gestellt und die Raumtemperatur so optimal geregelt. Dabei schließt das System Kondensation aus, da in verschiedenen Räumen die Feuchte gemessen wird und der „schlechteste“ Wert der relativen Feuchte die Vorlauftemperatur bestimmt. Im Sommer erfolgt eine passive Kühlung, d.h. das Grundwasser wird direkt über den Wärmetauscher geleitet und nicht noch einmal zusätzlich abgekühlt. Für das Objekt ist dies ein weiterer wichtiger Aspekt zur Energieeinsparung.

Bilder: Zehnder Group Deutschland GmbH, Lahr

Kontakt: www.zehnder-systems.de