21.06.2004

Ein System – zwei Nutzen Gasklimagerät heizt und kühlt Verwaltungsgebäude

Im Oktober letzten Jahres nahm die Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG in Göppingen eine neue Klimaanlage in ihrem Verwaltungs-gebäude in Betrieb. Zum Einsatz kommt hier eine gasmotorisch angetriebene Wärmepumpe mit Direktverdampfung/-kondensation. Entscheidende Vorteile dieser Lösung: Das eingesetzte Gasklimagerät kann sowohl heizen als auch kühlen und arbeitet darüber hinaus durch die Verwendung von Erdgas als Energieträger effizient und umweltschonend.

In den vergangenen Jahren ist der Klimatisierungsbedarf insbesondere in Bürogebäuden und Verwaltungsbauten angestiegen. Die Ursache dafür liegt zum einen in der modernen Architektur, die sich nicht selten durch einen hohen Glasflächenanteil in der Fassade auszeichnet. Dies führt durch die Sonneneinstrahlung zu einer erhöhten Kühllast im Gebäude. Die hohen Lasten werden durch die verschärften Wärmeschutzanforderungen der Energieeinsparverordnung an die Dichtheit einer Gebäudehülle noch verstärkt, wird doch dadurch die Abgabe der Raumwärme über das Mauerwerk an die Umgebung vermindert. Zum anderen heizt die zunehmende Anzahl elektronischer Geräte – wie Kopierer, Faxgeräte, Bildschirme und Computer –, die mittlerweile zur Standardausrüstung eines Büros zählen, die Innenräume zusätzlich auf. Die Folge: Insbesondere während der Sommermonate reichen die Möglichkeiten der passiven Kühlung nicht mehr aus – ein thermisch behagliches Raumklima ist nur mit einer raumlufttechnischen Anlage zu gewährleisten.

Im Verwaltungsgebäude der Energieversorgung Filstal GmbH & Co. KG übernimmt diese Aufgabe eine Wärmepumpe, die eine Wärme-/Kälteleistung von 67 beziehungsweise 56 kW liefert und von einem Gasmotor angetrieben wird. Diese beiden Komponenten bilden zugleich die Außeneinheit der Klimaanlage. Die Verbindung zu den Inneneinheiten in den einzelnen Räumen erfolgt über Kältemittel-leitungen. Die Inneneinheiten selbst sind den jeweiligen räumlichen Gegebenheiten angepasst und beispielsweise als Deckeneinbaugerät, Unterdeckengerät, Textilschlauch mit Luftaustrittsöffnungen oder als Wandgerät ausgeführt.

Ein entscheidender Vorteil dieser wärmepumpenbasierten Lösung liegt darin, dass das Gasklimagerät wahlweise heizen oder kühlen kann. Im Gegensatz zu vielen konventionellen Systemen wird also nur ein Gerät benötigt. Die Gasmotorwärmepumpe hat darüber hinaus noch einen weiteren Vorteil: Da sie im Heizmodus auch noch die Wärme der Umgebungsluft sowie die Abwärme des Motors nutzt, arbeitet sie besonders effektiv und erreicht entsprechend hohe Wirkungsgrade. Wird als Energiequelle Erdgas eingesetzt, profitiert auch noch die Umwelt. Denn nach Angaben der ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V. verursacht Erdgas im Vergleich zu den anderen fossilen Energieträgern die mit Abstand geringsten Schadstoffemissionen.

Generell besitzen Gasklimaanlagen noch weitere technische Vorteile wie eine hohe Regelgenauigkeit, einen relativ geräuscharmen Betrieb sowie eine hohe Zuverlässigkeit, die sich in entsprechend langen Wartungsintervallen niederschlägt. Außerdem ist keine Unterbrechung des Heizbetriebs wegen der Abtauung des Verdampfers notwendig, die Aufheizphase verkürzt sich durch die Nutzung der Motorabwärme und bei niedrigen Außentemperaturen tritt auch kein nennenswerter Abfall der Heizleistung ein. Hinzu kommen wirtschaftliche Vorteile wie das Entfallen einer elektrischen Leistungsanpassung und vergleichsweise geringe Energiekosten bei Verwendung von Erdgas. Das bestätigt auch eine Vollkostenrechnung entsprechend VDI-Richtlinie 2067.

Grundlage für das Kühlen und Heizen mit Gasklimageräten ist der Kaltdampfprozess: In einem geschlossenen Kreislauf nimmt ein Kältemittel beim Verdampfen auf niedrigem Druck- und Temperatur-niveau Wärme aus der Umgebung auf. Der entstandene Kältemittel-dampf wird in einem Verdichter unter Zufuhr von Antriebsenergie auf ein höheres Druckniveau komprimiert (mechanische Kompression mittels Gasmotor), wobei auch das Temperaturniveau ansteigt. Im Kondensator verflüssigt sich das Kältemittel anschließend wieder und setzt Wärme frei. Danach wird das flüssige Kältemittel über ein Druckreduktionsventil entspannt und kühlt sich dadurch weiter ab – nun kann der Kreislauf von neuem beginnen. Der Kaltdampfprozess kann sowohl für die Beheizung als auch für die Kühlung von Gebäuden eingesetzt werden. Im Heizbetrieb nutzt der Verdampfer die Wärme aus der Umgebungsluft, um das Kältemittel zu verdampfen. Das so erwärmte Kältemittel wird danach im Verdichter auf ein noch höheres Temperatur- und Druckniveau gebracht, um anschließend diese Wärme über einen Kondensator – zusammen mit der Abwärme des Gasmotors – wieder abzugeben. 

Beim Kühlbetrieb wird die Fließrichtung des Kältemittels einfach umgedreht: Das flüssige Kältemittel wird zunächst zu den Innenein-heiten der Klimaanlage transportiert, wo es durch Verdampfung dem Raum einen Teil der Wärme entzieht. Anschließend durchläuft das Kältemittel den Verdichter, ehe es in den Kondensator gelangt und dort seine Wärme an die Umwelt abgibt. 

Außerdem können Gasklimageräte die Raumluft auch noch entfeuchten. Diese Zusatzfunktion besitzt eine nicht zu unterschätzende Bedeutung, denn während Fachleute im Mittel bei Gebäuden ohne größere innere Wärmelasten von einem durchschnittlichen Kühlbedarf von 35 Tagen pro Jahr ausgehen, sehen die Experten einen durchschnittlichen Entfeuchtungsbedarf von rund 100 Tagen pro Jahr.

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Jürgen Stefan Kukuk
Telefon: 0 30 / 22 19 13 49-0
E-Mail: kukuk@asue.de