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- Bei der Nachrüstung einer Klimatisierung für ein Bürogebäude hat sich Konica Minolta IT-Solutions für ein 2-Leiter-VRF-System zum gleichzeitigen Heizen und Kühlen entschieden.
- Die Installation konnte im laufenden Betrieb realisiert werden.
- Über Kältemittelverteiler kann die abgeführte Wärmelast aus Räumen mit Kühlbedarf in Räumen mit Heizbedarf genutzt werden.
- Die Heizfunktion des VRF-Systems wird auch dazu verwendet, den Einsatz der Pumpenwarmwasserheizung bis zu einem kostenoptimalen Bivalenzpunkt zu unterdrücken.
Gebäudeeignern fällt es oft schwer, sich für eine technische Modernisierung eines Bestandsgebäudes zu entscheiden. Hohe Kosten und den Aufwand der Installation halten viele Investoren davon ab, in eine neue Anlagentechnologie zu investieren. Moderne gebäudetechnische Systeme wie VRF-Klimaanlagen bieten viele Vorteile, von einer einfachen und schnellen Installation über spürbaren Komfortgewinn bis hin zu überschaubaren Amortisationszeiten, und können so die Entscheidung vereinfachen. Zudem trägt die Investition in ein angenehmes Klima auch unmittelbar zur Mitarbeitermotivation bei.
Diese Vorteile macht sich seit gut einem Jahr die Konica Minolta IT-Solutions GmbH am Hauptsitz Stuttgart Abb. 1 zunutze, für die die rund 250 Mitarbeiter das wertvollste Kapital im Unternehmen darstellen. Für die Mitarbeiter werden jedes Jahr hohe Investitionen in der Aus- und Weiterbildung und für die Optimierung der Arbeitsplatzbedingungen getätigt. „Für eine erfolgreiche Entwicklung unseres Unternehmens investieren wir kontinuierlich in die technische Ausstattung sowie in die Motivation unserer Mitarbeiter“, erklärt Rolf Mack, Leiter Haustechnik bei Konica Minolta in Stuttgart. „Unter anderem wollten wir für die Mitarbeiter ein angenehmeres Klima schaffen. Im Sommer wurde es auf der Südseite des Gebäudes so heiß, dass man kaum noch konzentriert arbeiten konnte.“
Dies ist nicht weiter verwunderlich, denn im Gebäude gab es stets starke Temperaturunterschiede – zwischen Nord und Süd sowie dem vorderen und dem hinteren Gebäudeflügel. Deshalb wurde das Bürogebäude, knapp zwei Jahrzehnte nach der Fertigstellung, mit einer Klimaanlage ausgerüstet. „Weil man sich die unterschiedlichen Bedarfsanforderungen (gleichzeitiges Heizen und Kühlen) zunutze machen wollte, haben wir ein VRF-System mit Wärmerückgewinnung ins Spiel gebracht, erklärt Dipl.-Ing. Claus Funk vom Ingenieurbüro Funk & Partner.
Aus Kühllast wird Heizleistung
Funk & Partner hat die Kühlung des Bürogebäudes in Stuttgart Weilimdorf mit den Gewerken Kälte und MSR für Konica Minolta IT Solutions realisiert. Alle Büros werden nun mit dem VRF-System R2 von Mitsubishi Electric klimatisiert. Die R2-Serie ist ein 2-Leitersystem für den parallelen Kühl- und Heizbetrieb. Bei diesem Wärmepumpensystem wird den zu kühlenden Räumen Wärme entzogen und über einen Kältemittelverteiler (BC-Controller) in Bereiche des Gebäudes verschoben, die Wärme benötigen. Bei einem Wärmebedarf wird also die Abwärme nicht an die Umwelt abgegeben, sondern verbleibt im Gebäude.
Das Herzstück der R2-Technologie sind die BC-Controller, die mit den Außengeräten aus der City-Multi-Serie eine kälte- und regelungstechnische Einheit bilden. Sie verteilen das Kältemittel je nach Wärme- oder Kältebedarf als Heißgas oder Flüssigkeit an die unterschiedlichen Klimazonen. So kann überschüssige Wärmeenergie in Räume transportiert werden, die beheizt werden müssen.
Die bisherige Versorgung des Gebäudes erfolgte über eine klassische Heizungsanlage, die erst kurz vor dem Einbau der Klimaanlage auf Gas umgestellt wurde. Da die Wärmepumpen jetzt auch einen Großteil des Wärmeenergiebedarfs decken, werden sie bis zu einem bestimmten Bivalenzpunkt zur monovalenten Beheizung genutzt. Und zwar so lange= wie das System effizienter arbeitet als die vorhandene Heiztechnik. Erst dann wird die klassische Gasheizung hinzugeschaltet.
Nachrüstung im laufenden Betrieb
Besonders vorteilhaft am R2-System ist, dass im Gegensatz zu branchenüblichen 3-Leitersystemen die dritte Rohrleitung entfällt. Das vereinfacht und beschleunigt die Montage und senkt den Kostenaufwand. Die Kältemittel-Rohrleitungen können parallel zu den elektrischen Leitungen für die Stromversorgung und Beleuchtung verlegt werden.
Diese Vorteile waren entscheidende Faktoren: Da die Mitarbeiter nicht kurzfristig an einem anderen Ort untergebracht werden konnten, erfolgte der ganze Umbau während des Arbeitsbetriebs. Die Installation wurde schrittweise von Stockwerk zu Stockwerk und von Büro zu Büro durchgeführt. Analog wurde bei den Innengeräten vorgegangen, die sich unkompliziert in die vorhandenen Gegebenheiten integrieren ließen Abb. 3. Zum Einsatz kamen Innengeräte unterschiedlicher Leistungsstufen. Dies ist abhängig von der abzuführenden Wärmelast und richtet sich nach Raumgröße, Lage des Raums sowie dem Wärmeeintrag durch Personen und technische Geräte.
Die BC-Controller wurden ebenfalls in der abgehängten Zwischendecke montiert. Dabei ermöglicht die zentrale Einbausituation eine extrem kurze Leitungsführung zur schnellen und sicheren Installation. Insgesamt wurden in diesem Gebäude für die neue Anlage 4200 m Rohrleitungen verlegt. Bei dieser Größenordnung wird schnell deutlich, um wie viel einfacher und auch wirtschaftlicher die Installation eines 2-Leiter-Rohrsystems gegenüber einem klassischen 3- oder 4-Leitersystem ist. Auch die höhere Sicherheit tritt hier deutlich zutage, da sich mit der Reduktion der installierten Rohre auch die Anzahl der Verbindungen erheblich verringert.
Zuluftkonditionierung
Die Aufstellung der Außengeräte orientierte sich an den örtlichen Gegebenheiten. Die Außeneinheiten für die Versorgung der Büro-Innengeräte bzw. der BC-Controller wurden aus der City-Multi-Serie und als Dachanlagen mit spezieller Luftführung ausgeführt Abb. 2. Die weiteren Außengeräte sind in der Tiefgarage platziert Abb. 4. Diese versorgen die Wärmeübertrager der zentralen Lüftungsanlage und die Klimageräte für die EDV-Anlage. Zur Serverraumkühlung kommen zum Beispiel vier Außengeräte der Mr.-Slim-Serie mit jeweils 28 kW Kälteleistung zum Einsatz. Aufgebaut ist diese Anlage als doppeltes Redundanzsystem. Das heißt, es sind immer zwei Außengeräte im zwölfstündigen Wechselbetrieb von 6:00 bis 18:00 Uhr bzw. von 18:00 bis 6:00 Uhr. Die anderen beiden schalten sich im Notfall hinzu.
Die zweite Mr.-Slim-4er-Kaskade in der Tiefgarage dient der Versorgung der raumlufttechnischen Anlage. Diese wurde nachträglich mit Wärmeregistern ausgerüstet. Die Versorgung der Heiz- und Kühlregister von Lüftungsanlagen mit Split-Klimageräten ermöglicht das wahlweise Heizen oder Kühlen über ein Register. Durch die Nutzung desselben Wärmeübertragers für die Kühl- und die Heizfunktion in der Lüftungsanlage ergeben sich Einsparungen sowohl beim Platz- als auch beim Investitionsaufwand. Gleichzeitig reduziert sich der bauliche Aufwand, da auch hierbei die Anzahl der Rohrleitungen geringer ausfällt. Je nach Temperatur bei der alternativen Kälte- und Wärmeversorgung kann sich auch der luftseitige Druckverlust verringern.
Die Kommunikation zwischen den Wärmepumpen und dem Wärmeübertrager des Lüftungsgeräts übernimmt je ein Anschlusskit vom Typ PAC-IF012B-E Abb. 5 pro Außeneinheit, die aus einer Controllerbox, der Spezialplatine und zwei Temperaturfühlern bestehen. Dabei erfüllen sie die Funktion der Schnittstelle zwischen den Wärmepumpen und dem Lüftungsgerät. Die 8-stufige Leistungsmodulation der Außeneinheit von 30 bis 100 % sorgt dafür, dass der Lüftungsanlage nur die aktuell benötigte Energie zur Verfügung gestellt wird.
Bedienung über BACnet
Für ein Objekt dieser Größe bietet sich zudem die Steuerung und Überwachung über eine Zentralfernbedienung an. Die gesamte Anlage wird von einem zentralen Arbeitsplatz im Kellergeschoss gesteuert und bedient Abb. 6. Mit zwei visuellen Zentralfernbedienungen vom Typ AG 150 und insgesamt sechs Analog-Erweiterungscontrollern zur Erfassung der Außentemperatur kann jedes einzelne Gerät im Gebäude von einem zentralen Standort aus von der Haustechnik auf seine Funktionsfähigkeit hin optimiert und individuell parametrisiert werden. Dies reicht von der Erfassung des jeweiligen Betriebszustands über die Hinterlegung oder Änderung von Sollwerten bis hin zur Servicemeldung.
Um die Klimaanlage vollständig zu integrieren und die Bedienung im Verbund mit den anderen technischen Gewerken zu erleichtern, wurden die beiden Systemeinheiten via BACnet auf die übergeordnete Gebäudeleittechnik von Sauter aufgelegt. Damit sich die Regelstrategien der unterschiedlichen Systeme (Klima und Heizung) nicht überlagern, sind die Heizkörper zusätzlich mit verstellsicheren und funkgesteuerten Thermostatventilen ausgestattet worden. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Kühlung und die Heizung gegeneinander arbeiten.
Kontakt zum Anbieter
2 Die City-Multi-Außengeräte für die Versorgung der Büroräume wurden als Dachanlage auf einem Anbau platziert.
3 4-Wege-Deckenkassette in einem Büroraum.
4 Die Mr.-Slim-Außengeräte konnten in der Tiefgarage platziert werden.
5 Vier PAC-IF-Anschlusskits fungieren als Schnittstelle zwischen den Wärmepumpen und den Lüftungsgeräten.
6 An der zentralen Steuerung kann die Haustechnik jedes Gerät individuell parametrisieren.
