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Das Bürogebäude der Büroelektronik Grasenhiller ist ein Netto-Null-Energiegebäude. Es kombiniert hohe Dämmstandards mit einer effizienten Luft-Luft-Wärmepumpe und einer Photovoltaik-Anlage. Bild: DAIKIN/DAIKIN Airconditioning Germany GmbH; Fotograf Erich Spahn/Berschneider + Berschneider Architekten BDA + Innenarchitekten BDIA
Energiewende im gewerblichen Gebäudesektor

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Effizienter kühlen und heizen

Text: Thomas Graupensberger, Daikin Airconditioning Germany
Luft-Luft-Wärmepumpen sowie Wärmerückgewinnungssysteme können den Energiebedarf in Gebäuden senken. In Kombination mit Photovoltaik-Anlagen werden sie auch Kohlendioxid-neutral gekühlt und beheizt.

Mithilfe heute schon verfügbarer Serientechnologien kann die Energiewende im Gebäudebereich umgesetzt werden. Eine wichtige Rolle kommt dabei dem Einsatz regenerativer Systeme wie Luft-Luft-Wärmepumpen in Kombination mit Wärmerückgewinnungssystemen zu. Mit Wärmerückgewinnungssystemen wurden bis zum Jahr 2010 bereits zirka 100 Millionen Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr eingespart. Durch eine verstärkte Nutzung von modernen Lüftungsanlagen sowie Kälte- und Klimasystemen mit Wärmerückgewinnungsfunktion im Bereich der Nicht-Wohngebäude wird im Jahr 2025 ein Einsparpotential von zusätzlichen 50 Millionen Tonnen CO2 gegenüber 2010 vorhergesagt. Dies besagt eine im Juni 2013 erschienene Studie der Hochschule Trier . Nicht-Wohngebäude, wie Büro- und Verwaltungsgebäude, Gewerbebauten oder Krankenhäuser, machen in Deutschland zwar nur acht Prozent des gesamten Gebäudebestands aus, verbrauchen aber etwa Drittel des Energiebedarfs. Dadurch ergeben sich die enormen Energie-Einsparpotentiale und die damit verbundene Reduzierung des CO2-Ausstoßes. Im Bereich privater Wohnhäuser steigt die Bedeutung von Wärmepumpen vor allem im Hinblick auf die zum 1. Januar 2016 in Kraft getretene verschärfte Energieeinsparverordnung (EnEV).

Der Gesetzgeber gibt den Rahmen vor

Die Energiewende im Gebäudesektor wird vom Gesetzgeber mit verschiedenen Verordnungen vorangetrieben. So sind ab 2020 Netto-Null-Energiegebäude im gewerblichen Gebäudebereich Pflicht. Gleichzeitig ist das Kernelement der EnEV 2014 eine Reduzierung des Primärenergiebedarfs für Neubauten um einmalig 25 Prozent ab 1. Januar 2016 im Vergleich zur EnEV 2009. Dabei werden von der EnEV 2014 vor allem höhere Anforderungen an die Gebäudehülle gestellt. Da die Wärmedämmung der Gebäudehülle immer besser wird, sinkt in Zukunft der Heizbedarf weiter. Entsprechend erfolgt eine Angleichung des Heiz- und Kühlenergiebedarfs in einem Gebäude. In besonderen Fällen ist der Kühlenergiebedarf sogar dominierend. Aufgrund dessen werden Systeme, die sowohl heizen als auch kühlen können, künftig stärker nachgefragt. Neben Systemen, die nur kühlen, zeigt sich am Markt schon seit 1990 ein kontinuierlicher Anstieg von reversiblen Systemen wie Luft-Luft-Wärmepumpen. Der Vorteil dieser Pumpen ist, dass mit nur einem System die Raumheizung und -kühlung sowie die Energie für Lüftung und Warmwasserzeugung bereitgestellt werden können. Somit das thermische Energiemanagement von Gebäuden zu 100 Prozent abgedeckt werden kann.

Bereits realisierte Projekte wie das Bürogebäude der Büroelektronik Grasenhiller zeigen, dass das Netto-Null-Energiegebäude keine Zukunftsvision mehr ist. Für die Grasenhiller war der Nachhaltigkeitsaspekt ihres 2009 errichteten Geschäftsgebäudes besonders wichtig. So sollten die Anforderungen der damals geltenden EnEV 2009 deutlich übererfüllt werden. Durch die Kombination des hohen Dämmstandards mit einer effizienten Luft-Luft-Wärmepumpe konnten die Anforderungen der EnEV sogar um 33 Prozent unterschritten werden. Im November 2010 wurde auf Wunsch des Betreibers auf dem Pultdach des Gebäudes noch eine 31,7 Kilowatt-Peak-Photovoltaikanlage installiert, die eine Strommenge von etwa 29.000 Kilowattstunden pro produziert. Dies entspricht etwa dem, was für die Kühlung und Beheizung des Gebäudes notwendig ist. Somit deckt die Stromerzeugung den Verbrauch vollständig ab, und das Gebäude kann CO2-neutral gekühlt und beheizt werden.

Systeme mit Wärmerückgewinnung sparen Primärenergie

Technologien für die Umsetzung der Energiewende im Gebäudebereich werden immer effizienter. So auch die VRV IV Wärmepumpe von Daikin, die im Vergleich zum Vorgängermodell bis zu 25 Prozent an Primärenergie einspart. Dank der VRT-Technologie (VRT = Variable Refrigerant Temperature; variable Kältemitteltemperatur) passt sich die Verdampfungs- beziehungsweise Verflüssigungstemperatur im laufenden Betrieb an den Leistungsbedarf an. Besteht beispielsweise in der Übergangszeit von Sommer auf Herbst geringer Kühlbedarf und liegt die Raumtemperatur nah am Sollwert, stellt die Wärmepumpe automatisch eine höhere Verdampfungstemperatur ein und verbraucht somit weniger Energie. Dadurch wird die saisonale Effizienz um 25 Prozent bis 30 Prozent gesteigert. Die Pumpe ist auch als Wärmerückgewinnungssystem verfügbar. Indem Abwärme aus zu kühlenden Bereichen eines Gebäudes zurückgewonnen und zum Heizen anderer Bereiche und der Warmwasserbereitung verwendet wird, kann zusätzlich Energie eingespart werden. Im Idealfall kann die Abwärme, zum Beispiel einer Technikzentrale oder eines Serverraumes innerhalb eines Gebäudes, komplett zur Beheizung weiterer Räume genutzt werden – ganz ohne weiteren Energieeinsatz.

Ein weiteres Beispiel aus der Praxis belegt das Einsparpotential durch den Einsatz von Wärmerückgewinnung und -verschiebung. Bei der HSE Technik aus Darmstadt lag das Hauptziel der energetischen Sanierung auf der Reduzierung der CO2-Emissionen des Gebäudes. Im Mittelpunkt der Sanierung des 1976 erbauten Bürogebäudes stand deshalb die Optimierung des Heizsystems unter Nutzung von Wärmeverschiebung in Bezug auf die Gebäudeausrichtung (Wärmeverschiebung von Süd nach Nord) und der Abwärmenutzung aus den Serverräumen zur Beheizung des Gebäudes. Zum Einsatz kam ein VRV Wärmepumpenverbundsystem mit 18 Anlagen, das insgesamt 6981 Quadratmeter beheizte beziehungsweise gekühlte Fläche versorgt. Die im Untergeschoss befindlichen Serverräume geben ganzjährig eine Wärmelast von zirka 100 Kilowatt ab. Diese wird mittels der VRV Wärmerückgewinnungstechnologie den darüber liegenden Büroräumen als Heizenergie zur Verfügung gestellt. Das Energieeinsparpotenzial durch die Wärmeverschiebung liegt bei über 70 Prozent. Im Vergleich zum vorherigen Zustand des Hauses kann der Heizenergiebedarf durch die Sanierung auf 13 Prozent gesenkt werden. Mit dieser Sanierung wurden die Anforderungen der EnEV 2009 für einen Neubau um 12 Prozent und die Anforderungen für einen modernisierten Altbau sogar um 37 Prozent unterschritten. Gleichzeitig konnten die Anforderungen des EEWärmeG erfüllt werden, da eine Wärmepumpe 100 Prozent des Wärmenergiebedarfs deckt. Die Sanierungsmaßnahme ermöglicht einen Lebenszyklus des Gebäudes von weiteren 30 Jahren. Eine Sanierung von älteren Büro- und Geschäftsgebäuden kann nicht nur wirtschaftlich sondern auch energetisch sinnvoll sein. Der Umbau des Gebäudes erfolgte im laufenden Betrieb. Er erzielte nach der Sanierung eine Energieeinsparung von 85 Prozent und eine Einsparung an CO2 von insgesamt 578 Tonnen.

Wann ist Wärmeverschiebung sinnvoll?

Eine Wärmeverschiebung ist meist dort sinnvoll ist, wo die Komfortansprüche oder Nutzungsbedingungen eine zeitgleiche Heiz- und Kühlnachfrage im Gebäude erwarten lassen. Dabei steht allerdings nicht der energetische Vorteil im Vordergrund. Besonders sinnvoll ist die Nutzung von Wärmeverschiebung, bei erkennbaren technologischen Lasten wie etwa bei Servern, die ohnehin der Kühlung bedürfen. Laut einer Studie des ILK Dresden (Institut für Luft- und Kältetechnik) aus dem Jahr 2009 ergeben sich daraus Verbrauchskostenvorteile von bis zu 25,8 Prozent gegenüber getrennten Kühl- und Heizsystemen.

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