Unterwasserwelten umweltfreundlich gekühlt Ammoniak-Kälteanlage ermöglicht nachhaltigen und sicheren Betrieb des Ozeaneums in Stralsund

Der Weg durch die Aquarien führt auf eine Reise vom Stralsunder Hafenbecken über die Nordsee bis ins Nordpolarmeer. Der Besucher erhält Einblicke in unterschiedliche marine Lebensräume vom Bodden bis zum offenen Atlantik. Insgesamt enthalten die Aquarien im Ozeaneum sechs Mio. l Wasser und für die erstmalige Befüllung wurden rund 100 t Salz benötigt. Hinter den Kulissen des Aquarienbereiches sorgt eine aufwendige Technik für artgerechte Haltungsbedingungen der Tiere: mechanische und biologische Wasseraufbereitung, Eiweißabschäumer und riesige Filteranlagen. All dies garantiert eine gleichbleibend hohe Wasserqualität.

Luftaufnahme des Ozeaneums. Bild: Christian Rödel

Für den umweltfreundlichen Bau und Betrieb des Ozeaneums kamen u.a. moderne LED-Leuchten zum Einsatz. Zudem stammen alle Bau- und Schmuckhölzer im Ozea­neum aus nachhaltiger Forstwirtschaft, und selbst in den Büros sowie bei der Werbemittelproduktion wird mit Recycling-Papier gearbeitet.

Kälteerzeugung
Auch die benötigte Kältetechnik für die Wasserkühlung der Aquarien und die Klimatisierung des Gebäudes sollte den ökologischen Ansprüchen des Museums gerecht werden. Aus diesem Grund beauftragte die zuständige SWS-Energie GmbH, unterstützt durch die Architekten- und Ingenieurunion Stralsund GmbH, die Johnson Controls Systems & Service GmbH mit der Konzeption und Installation einer nachhaltigen und energieeffizienten Kälteanlage. Wichtig war dabei, dass das System so ausgelegt werden sollte, dass Wasserdampfschwaden infolge der Verdunstungskühlung weitestgehend vermieden werden und die Lärmbelastung möglichst gering ausfällt. Hinzu kam der knapp bemessene Zeitrahmen für die Installation. So sollte die Kälteanlage im Spätsommer 2009 innerhalb von nur acht Wochen in der neuen Energiezentrale errichtet werden. Diese befindet sich in einem unter Denkmalschutz stehenden historischen Speichergebäude.

„Bereits das Einbringen und Aufstellen der Aggregate war aufgrund der denkmalgeschützten Bauhülle eine Herausforderung“, erklärt der zuständige Projektmanager von Johnson Controls, Sönke Jürgensen. „Zudem mussten wir bei der Planung berücksichtigen, dass die Bauarbeiten am his­torischen Speicher und die Technikins­tallationen der Energiezentrale – sowohl von Kälteanlage, als auch von Strom- und Wärmeinstallation – zum Teil parallel erfolgen würden. Deshalb war es wichtig für uns, von vorneherein mögliche Verzögerungen und Komplikationen bei den anderen Gewerken mit einzukalkulieren, um flexibel reagieren zu können.“

Die Kältetechnik wird sowohl für die Wasserkühlung der Aquarien als auch für die Klimatisierung des Gebäudes benötigt. Im Bild zu sehen: Pottwal im Kampf mit einem Riesenkalmar in der Ausstellung „1:1 Riesen der Meere“. Bild: Johannes-Maria Schlorke

Ammoniak-Kälteanlage
Insgesamt benötigt das Museum eine Kälteleistung von 900 kW, wovon 400 kW auf die Aquariumstechnik und 500 kW auf die Gebäudeklimatisierung entfallen. Die Kälteversorgung erfolgt über Kaltwasser mit einer Vorlauftemperatur von 6°C und einer Rücklauftemperatur von 12°C. Um die Anforderungen für die Kälteversorgung zu erfüllen, entschieden sich die Kälteexperten von Johnson Controls für eine einstufige Ammoniak-Kälteanlage mit überfluteter Verdampfung. Diese besteht aus zwei getrennten Chill-Pac-Kühlsätzen und zwei Hybrid-Verdunstungs-Verflüssigern zur Kaltwasserkühlung. Um auch im Falle einer Störung eine hohe Kälteleistung gewährleisten zu können, wählten die Kälteexperten für die beiden Chill-Pac-Kühlsätze eine Leistung von jeweils 730 kW und installierten sie zusammen mit dem Hauptschaltschrank in einem separaten Maschinenraum im Erdgeschoss der Energiezentrale. Die direkte Verflüssigung erfolgt über zwei auf dem Dach des Gebäudes aufgestellte „Jäggi“-Hybridkühler mit einer Leistung von jeweils 850 kW.

Blick ins Innere des Ozeaneums. Bild: Behnisch Architekten/moka-studio

Kolbenverdichteraggregate
Die beiden „Sabroe“-Kolbenverdichteraggregate können bei Bedarf unabhängig voneinander betrieben werden, sodass auch bei Ausfall eines Verdichters noch gut 80% der benötigten Gesamtkälteleistung durch das verbliebene Aggregat bereitgestellt werden können. Jeder Verdichter ist mit einer Leistungsregulierung ausgerüstet und gewährleistet dadurch einen energieeffizienten Betrieb der Anlage. Dazu werden die Leistungsstufen über entsprechende Leistungsmagnetventile angesteuert und betätigt. Zusätzlich ist jeder Verdichter über einen Frequenzumformer drehzahlgeregelt. So werden bei Leistungsanforderung die Leis­tungsstufen fortlaufend zugeschaltet und die Drehzahl erhöht. Bei Leistungsreduzierung werden die Leistungsstufen entsprechend zurückgeschaltet und die Verdichterdrehzahl reduziert. Da die benötigte Gesamtkälteleis­tung von 900 kW bereits bei 60% der Leistung der beiden Chill-Pac-Kühlsätze erreicht wird, konnten die Kälteplaner die Lärmbelastung erheblich reduzieren. Darüber hinaus ermöglicht dieser Leistungspuffer, dass die Hybridkühler bei Nennlast bis zu einer Außentemperatur von 21,5°C trocken betrieben werden können und somit über dem Gebäude keine Wasserdampfschwaden durch Verduns­tungskühlung entstehen.

Zwei Sabroe Kolbenverdichteraggregate können bei Bedarf unabhängig voneinander betrieben werden und gewährleisten so die sichere und nachhaltige Kälteversorgung des Ozeaneums.  Bild: Johnson Controls

Anlagensteuerung
Die Steuerung der Anlage wird über ein dezentral aufgebautes „Siemens S7-300 SPS“ realisiert. Dabei werden die Verdichterwerte aus der Mikroprozessorsteuerung „Unisab III“ über die Profibus-Schnittstellen der Verdichter ausgelesen und an das übergeordnete Leitsystem der Energiezentrale weitergeleitet. Als Prozessinterface verfügt die Steuerung über ein Touch-Bedien­gerät. „Der Touchscreen ermöglicht die einfache Ein- und Ausgabe von Soll- und Istwerten der Kältezentrale und visualisiert alle wichtigen Betriebsparameter“, erklärt Jürgensen. „Gleichzeitig können über den Monitor Klartextmeldungen zur Störungsanalyse ausgegeben werden.“ Alle generierten Meldungen und Statusanzeigen werden inklusive aller Messwerte der Kälteanlage auf das Leitsystem weitergeleitet. Der Betrieb der Anlage erfolgt im Normalfall vollautomatisch und wird über die Schaltschränke im Maschinenraum zentral gesteuert. Darüber hinaus kann jeder Verdichter separat im Notfall über das Mikroprozessor-System „Unisab III“ im Handbetrieb vor Ort gesteuert werden, sodass auch im Falle eines Systemausfalls der sichere Betrieb der Anlage gewährleistet ist.
Damit verfügt das im Mai vergangenen Jahres als „Europas Museum des Jahres 2010“ ausgezeichnete Ozeaneum über ein zukunftsfähiges System, das eine ener­gieeffiziente und nachhaltige Temperierung der Aquarien ermöglicht.

Die Hybridkühler können bis zu einer Außentemperatur von 21,5°C trocken betrieben werden, sodass über dem Gebäude keine Wasserdampfschwaden durch Verdunstungskühlung entstehen.  Bild: Johnson Controls

www.johnsoncontrols.de
www.ozeaneum.de