Wärmekonzept für Reichsbahngebäude

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• Alte Bausubstanz und eingeschränkte Möglich­keiten bei der Sanierung der Außenhülle stehen dem Einsatz von Wärmepumpen nicht entgegen.
• Wesentliche Bestandteile des Sanierungskonzepts für ein historisches Backsteingebäude sind eine ­Kaskade mit vier modulierenden Luft/WasserWärmepumpen in monovalenter Betriebsweise ­sowie „konventionelle“ Heizkörper mit 50/40 °CDimensionierung.
• Durch die Modulation der Wärmepumpen und einen speziellen Speicher mit integrierten Kondensatoren wird eine besonders hohe Energieeffizienz erreicht.

Das Areal der ehemaligen kaiserlichen Pulverfabrik im brandenburgischen Kirchmöser wurde bis in die frühen 1990er-Jahre von der Deutschen Reichsbahn genutzt. Im Jahre 2003 übernahm dann die Stadt Brandenburg an der Havel einen Großteil der Liegenschaften von rund 400 ha und begann mit der Revitalisierung des historischen Industriestandorts. Neben der Erhaltung bereits vorhandener Unternehmen zielen die Bemühungen seitdem auf die Ansiedelung neuer Unternehmen, die dort eine hervorragende Infrastruktur vorfinden. Dies überzeugte auch die Klaus Thormählen GmbH, die im Rahmen der Projektentwicklung ein größeres Grundstück mit einem zweigeschossigen Ziegelbau erwarb. Das Unternehmen hat hier mittlerweile einen Standort für Gleisschweißtechnik eingerichtet, der vor allem die Instandhaltung und Wartung der speziellen Gleisschweißwagen übernimmt.

Das Gebäude mit der Nr. 189 wurde in den ersten Dienstjahren als Umkleide für die Werktätigen der Pulverfabrik bzw. später für die Reichsbahnbediensteten genutzt. Bis in die frühen 1990er-Jahre fand es als Schulungszentrum für die Berufsausbildung Verwendung. Damit der zweigeschossige Bau nach mehrjährigem Leerstand wieder in Betrieb gehen konnte, wurde das rund 900 m² große Gebäude von Grund auf saniert – auch, um den aktuellen Anforderungen zum Wärmeschutz zu entsprechen. Da die Außenfassade des Backsteingebäudes aus denkmalpflegerischen Erwägungen nicht gedämmt werden durfte, musste eine Lösung gefunden werden, um die Anforderungen der Energieeinsparverordnung mit anderen Mitteln zu erfüllen.

Energieeinspar-Konzept

Dafür fasste der Leiter der Niederlassung Kirchmöser, Dipl.-Ing. Christian Rosenplenter, der zugleich auch die Bauleitung übernahm, andere bauliche Maßnahmen ins Auge. Zu den „Standardmaßnahmen“ gehörte die Dämmung der obersten Geschossdecke mit einer 22 cm dicken Trittdämmung. Eine einfache, aber wirkungsvolle Maßnahme, da das Dachgeschoss nur als Lager- und Abstellfläche genutzt wird.

Lässt sich die Fassade von außen nicht ­dämmen, wird häufig die Dämmung der Wände von innen geprüft. Sie ist aber mit einem sehr hohen Aufwand verbunden, birgt bautech­nische Risiken und verringert die Nutzfläche des Gebäudes – hoher Aufwand bei gleichzeitigem Risiko für einen relativ kleinen Anteil der wärmeübertragenden Fläche. Für das Gebäude Nr. 189 wurde eine Alternative gefunden: Statt neuer, doppelt verglaster Fenster wurden dreifach verglaste Fenster bei einem geringen In­vestitionsmehraufwand installiert. Die hochwärmedämmenden Fenster haben einen äußerst geringen U_w-Wert von rund 0,6 W/(m² K). Da Fenster und ihre Öffnungen im Mauerwerk sehr viel größere Wärmebrücken darstellen als das Mauerwerk selbst, ist der Spareffekt hier bei geringem Mehraufwand überproportional groß.

Ein weiterer Fokus lag auf einer energieeffizienten und umweltschonenden Wärmeerzeugung. Hier interessierte den Gebäudeeigentümer von vornherein nur eine innovative Lösung, die ohne den Einsatz fossiler Brennstoffe vor Ort auskommen sollte. „Unsere Zielsetzung war es, als Innovationsführer in der Gleisbautechnik auch in der Gebäudetechnik auf eine zeitgemäße Energieerzeugung zu setzen“, so Rosenplenter. Geprüft wurden deshalb zunächst die Kriterien und die Einsatzmöglichkeiten für eine Sole/Wasser-Wärmepumpenanlage. Bei einer Probebohrung bis 100 m stellte sich jedoch he­raus, dass der Untergrund für den Wärmeentzug nicht geeignet ist.

Kaskadenschaltung im Teillastbetrieb

Der richtige Tipp kam dann vom ausführenden Fachhandwerker, der auf Basis der vorhandenen Wärmebedarfsberechnung eine Luft/Wasser-Wärmepumpen-Kaskade vorschlug. Zentraler Bestandteil sind vier Luft/Wasser-Wärmepumpen in Kombination mit einem speziellen Multifunktionsspeicher. „Die Installation einer Flächenheizung war dem Eigentümer zu aufwendig. Die konventionellen Heizflächen wurden darum mit einer Vorlauf-/Rücklauftemperatur von 50/40 °C für den Niedertemperaturbereich dimensioniert. Mittlerweile haben wir bei der tatsächlichen Nutzung sogar festgestellt, dass selbst bei tiefsten Außentemperaturen von –15 °C eine Vorlauftemperatur von 45 °C vollkommen ausreichend ist“, berichtet Friedrich Wildeis, technischer Betriebsleiter des ausführenden Fachunternehmens, Wega Gebäudetechnik GmbH.

Besonderes Augenmerk verdient der Kaskadenbetrieb der vier Zubadan-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric. Insbesondere der gewählte Umschaltpunkt trägt zu der besonders energiesparenden Betriebsweise bei. Dabei wird ausgenutzt, dass die eingesetzten Aggregate ihren optimalen Betriebspunkt bei Teillast erreichen. Darum wird das erste Gerät zunächst nur bis zu einer Leistung von 70 % gefahren. Bei höherem Leistungsbedarf wird das zweite Gerät hinzugeschaltet und bedarfsgerecht bis 70 % hochgefahren. Nach dem gleichen Prinzip folgen die anderen Geräte der Kaskade. Der Betriebsstundenausgleich erfolgt über eine Umkehrschaltung.

Erst wenn alle vier Wärmepumpen bei 70 % Leistung laufen und ein noch höherer Wärmebedarf vorliegt, moduliert das erste Aggregat bis 100 %, die anderen Geräte folgen entsprechend. Die vier Zubadan-Wärmepumpen mit Inverter-gesteuerten Scroll-Verdichtern decken so einen Leistungsbereich von 4,2 kW (eine Einheit mit 30 %) bis 56 kW (alle Einheiten mit 100 %) ab. Durch das sanfte Anlaufen der Verdichter werden außerdem Stromspitzen beim Einschalten vermieden.

Speichersystem erhöht Wirkungsgrad

Wie zuverlässig und sparsam diese Kaskade funktioniert, konnte der Bauherr unmittelbar nach der Inbetriebnahme im Dezember 2009 überprüfen. Fast gleichzeitig begann der Winter, die Außentemperatur sank bis auf –18 °C. Klimatische Bedingungen, unter denen eine besondere Eigenschaft der eingesetzten Wärmepumpen zum Tragen kommt. Unterhalb einer Außentemperatur von 3 °C wird bedarfsabhängig Kältemittel in den Kompressor eingespritzt. Mit der sogenannten Zubadan-Technologie wird bis zu einer Außentemperatur von –15 °C eine Heizleistung von 100 % erreicht und der Arbeitsbereich der Wärmepumpe auf bis zu –25 °C erweitert. Das ermöglicht die monovalente Beheizung von Bestandsgebäuden und verhindert eine Überdimensionierung der Aggregate.

Ein Kernstück der Wärmepumpenanlage für das Gebäude Nr. 189 ist ein patentierter ­Pufferspeicher, der mit 1210 l Inhalt speziell auf das Objekt zugeschnitten wurde. Der ­Hersteller Zeeh, Bockau, hat dafür statt eines externen Plattenwärmeübertragers in den Speicher vier Kondensatoren integriert, durch die das Heißgas durchgeleitet und verflüssigt wird, bevor es zu den Außeneinheiten zurückgeführt wird. „Diese Konstruktion bietet den Vorteil, dass wir im Vergleich zu einem ­System mit externem Plattenwärmeübertrager einen um ungefähr 0,4 bis 0,6 höheren COP ­erreichen können“, berichtet Wildeis. Gleich­zeitig entfallen Wärmeverlustober­flächen. „Durch die spezielle Anordnung der Kondensatoren im Speicher erhalten wir eine genauere Schichtung des Speicherinhalts.“ Durch die Zuordnung eines Kondensators zu jeder Außeneinheit ergibt sich eine maximale Ausfallsicherheit. •

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Regionalleiter Berlin, Mitsubishi Electric – Living Environment Systems, https://www.mitsubishi-les.com/