Bei dem Neubau der 3000 m2 großen Wartungshalle der Fa. Hack war neben der Energieoptimierung insbesondere das sehr hohe Gewicht der Schwerstlastfahrzeuge bei der Planung und Ausführung der im Bodenaufbau integrierten Industrieflächenheizung zu berücksichtigen. Im Bürobereich wurde auf einer Fläche von 750 m2 das Tackersystem von Uponor zum Heizen und Kühlen eingesetzt. Über eine Wärmepumpe (Uponor H/K SWP 96l) steht zur Beheizung beider Gebäude eine Leistung von 96 kW zur Verfügung. Besonderen Wert legte Bauherr Udo Hack auf die energetische Optimierung der Gesamtanlage, die inklusive aller hydraulischen- und regelungstechnischen Funktionen bis ins Detail projektiert wurde. Diese Anforderung an den gesamten Bauprozess erforderte eine sehr enge und gut funktionierende Zusammenarbeit aller Beteiligten.
Erdwärme und Wärmepumpe
Geplant und ausgeführt wurde die geothermische Anlage in Zusammenarbeit mit dem Bohrbetrieb P. Schmidt und Uponor. „Aufgrund der vorliegenden geologischen Übersichtskarte konnte im Vorfeld festgestellt werden, dass im Baubereich eine Bodenbeschaffenheit aus Ton- und Siltstein1) mit Einschaltung von Sandstein zu erwarten ist. Dies war die Grundlage zur Berechnung mit einer mittleren Entzugsleistung von 51 W pro Meter Tiefenbohrung bei 2000 Betriebsstunden im Heizfall“, erklärt Peter Schmidt vom Bohrbetrieb. Zur Deckung der Kälteleistung der Wärmepumpe von rund 75 kW bei einer mittleren Soletemperatur von 0 °C ergab sich bei einer maximalen Bohrtiefe von 100 Metern der Bedarf von 15 Tiefenbohrungen und insgesamt 1500 Bohrmetern.
Die Wärmeübertragung in den im Abstand von 7 m abgeteuften Tiefenbohrungen erfolgt mit Doppel-U-Erdwärmesonden mit einem Rohrdurchmesser von 32 × 2,9 mm. Die im Projekt verwendeten Erdsonden aus Polyethylen sind SKZ-geprüft und haben eine Lebenserwartung von rund 100 Jahren. Der Ringraum der Sonden wurde mit einer Bentonit/HOZ/Quarzmehl/Wasser-Suspension verpresst. Sie sorgt für eine hohe Wärmeleitung und verhindert einen Kurzschluss zwischen den wasserführenden Schichten im Erdreich.
Die Anschlussleitungen zu den Erdwärmesonden wurden in ca. 120 bis 180 cm tiefen Gräben mit PE-Rohr 40 × 3,7 mm verlegt und an einen Kunststoff-Sole-Verteilerschacht gebündelt. Die Verbindungsleitung zwischen Verteiler und Wärmepumpe wurde strömungstechnisch optimiert in der Abmessung 90 × 8,2 mm ausgeführt. Die Frostsicherheit auf der Wärmequellenseite gewährleistet ein Monoethylenglykol/Wasser-Gemisch.
Industrieflächenheizung
Uneingeschränkte Raumnutzung bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit ist das Ziel bei der Planung von großen Industriehallen. Dies bieten Industrieflächenheizungen, auch wenn die Befahrbarkeit mit schwerem Gerät zu berücksichtigen ist. Für die Wartungshalle plante Karola Buchholz, Projektantin im Uponor Regionalvertriebsbüro Hennef/Sieg, 23 Heizkreisläufe mit insgesamt 3880 m verschleißfestem Uponor PE-Xa-Heizrohren in der Dimension 25 × 2,3 mm. Die Befestigung der Rohre erfolgte im 30er Raster auf der unteren Bewehrung.
Eine besondere Anforderung in diesem Projekt: Die Rohrverlegung sollte ohne Kupplungen im Beton erfolgen. Dazu konnte sich die ausführende Firma Klein aus Asbach auf den Uponor-Planungsservice verlassen, der die Rohrlängen der 23 Heizkreise exakt ermittelt hatte. Manfred Hoppen, Inhaber Firma Klein: „Zusammen mit den detaillierten Vorgaben zur Rohrverlegung konnten wir alle auf großen Rohrspindeln vorkonfektionierten Heizkreise zügig und nahezu verschnittfrei verlegen und mit den mitgelieferten Einstellwerten den Hydraulischen Abgleich vornehmen.“
Die Industrieflächenheizung wurde auf einen maximalen Druckverlust von 35 kPa ausgelegt, bei einer Systemvorlauftemperatur von maximal 35 °C wird eine Spreizung von 8 K erreicht. Die energetischen Vorteile der geringen Betriebstemperaturen konnte der Bauherr zusätzlich durch die Inanspruchnahme der Innovationsförderung aus dem Marktanreizprogramm nutzen: Die nach VDI 4650 ermittelte Jahrsarbeitszahl für das Gesamtprojekt liegt deutlich über 4,7.
Ganzjährige Flächentemperierung
Im neuen Bürogebäude wird mit dem auf rund 750 m2 verlegten Tackersystem im Sommer auch gekühlt. Darum wurde beim Systemrohr die 17er Dimension und eine Verlegung im 10er- und 15er-Raster gewählt. Dabei wird im passiven Kühlbetrieb bei einer Oberflächentemperatur von ca. 20…22 °C und einer Medientemperatur von 16/19 °C zugluftfrei eine Kühlleistung von 25…30 W/m2 erreicht. Diese Kühlleistung ist aufgrund einer nach Südwesten ausgerichteten Fensterseite mit außen liegender Beschattungsmöglichkeit ausreichend, die Raumtemperatur um 4…6 K unter der Außentemperatur zu halten. Im Foyer reichen die Fenster bis zum Boden. „Im direkten Einstrahlungsbereich liegt die Kühlleistung des Bodens bei über 100 Watt/m2“, berichtet Dipl.-Wirt.-Ing. Friedhelm Piller, regionaler Verkaufsleiter bei Uponor.
Zur Kühlung ist nur die Energie der Sole- und der Heiz/Kühl-Kreis-Umwälzpumpen aufzubringen. Da gleichzeitig die thermische Regeneration des Erdreichs verbessert wird, reduziert sich der Energieeinsatz der Wärmepumpe im Heizbetrieb durch eine höhere Erdreichtemperatur. Die Temperaturregelung des Kaltwassers erfolgt über 3-Wegemischer, die direkt von dem Kühlregler der Wärmepumpenanlage angesteuert werden. Vorlauf-, Rücklauf- und Außenfühler, Sensoren für Raumluftfeuchte und -temperatur sowie Kondensatwächter, die in den jeweiligen Unterverteilungen platziert sind, liefern die erforderlichen Zustandswerte an die zentrale Regelung und sorgen so für einen sicheren Anlagenbetrieb. Über die zum System gehörende Einzelraumregelung können die Nutzer der einzelnen Büroräume ihre individuelle Wohlfühltemperatur frei wählen. Über ein zentrales Signal aus der Wärmepumpenregelung, das an die eingesetzten Uponor-Regelmodule geleitet wird, erhält die Einzelraumregelung die Wirkfunktionsvorgabe zum Heizen oder Kühlen.
Durch den Einsatz von Wärmepumpe und Geothermie wird die Fa. Hack jährlich 30 t CO2 weniger emittieren, als mit einer Ölheizung. Dazu kommt ein betriebswirtschaftlicher Vorteil: Die Anlage ist nahezu wartungsfrei und die Kosten für den Stromeinkauf liegen deutlich unter denen, die für Heizöl anzusetzen wären.DR
1)Sedimentgestein, die Korngröße liegt zwischen Tonstein und Feinsandstein.
