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Abb. 18: Druckerei Engelhardt & Bauer in Karlsruhe nach umfangreicher Sanierung.
© Patrick Beuchert

Abb. 18b: Druckerei Engelhardt & Bauer in Karlsruhe nach umfangreicher Sanierung.
© Patrick Beuchert

Abb. 21: Kühldecke DAW mit Kaltwassersatz als Wärmesenke.
© Fraunhofer ISE

Abb. 22: KWKK-Anlage realisiert am Fraunhofer ISE zur Kühlung eines Großraumbüros über Kühl-/Heizkonvektoren und 5 Büros über PCM-Kühldecke.
© Fraunhofer ISE

Abb. 23: Temperaturverlauf in einem PCM-gekühlten Büro.
© Fraunhofer ISE
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Aus der Praxis

Sanierung einer Druckerei:

Kühlen mit Umweltenergie in Kombination mit thermoaktiven Bauteilsystemen und PCM

Das Verwaltungsgebäude der Druckerei Engelhardt & Bauer in Karlsruhe ist eine Gewerbeimmobilie aus den 70er Jahren, die typische Schwachstellen wie zum Beispiel hohen Energieverbrauch, unzureichendes Tageslicht und thermische Unbehaglichkeit aufwies. Der nun sanierte und um ein Stockwerk erweiterte Flachbau (Nutzfläche von 900m², umbautes Volumen 3.000m³) hat  Vorbildcharakter: Es wurde eine architektonisch ansprechende Lösung für ein Gebäude in Leichtbauweise mit hohem Glasanteil unter marktüblichen Bedingungen umgesetzt.

Eine Möglichkeit, thermische Masse bei wenig Gewicht in das Leichtbaugebäude
einzubringen, besteht in der Nutzung von PCM. Erstmalig kamen im Obergeschoss 260 m² Deckenkühlpaneele der Firma ILKAZELL zum Einsatz, die den Latentwärmespeicher von BASF in Form eines handelsüblichen SmartBoard (Schmelztemperatur 22 °C) mit einer aktiven Kühlung über Kapillarrohrmatten verknüpfen. Die zur Verfügung stehende Fläche für die PCM-Kühldecke ist durch die Gebäudegeometrie vorgegeben, wodurch die übertragbare Gesamtleistung auf ca. 12 kW begrenzt ist. Im Untergeschoss werden verputzte Kapillarrohrmatten an der vorhandenen Betondecke als schnelles, ergänzendes System mit einer Leistung von rund 10 kW eingesetzt.

Der thermische, visuelle und akustische Komfort konnte gegenüber der bestehenden Situation deutlich verbessert und der Energiebedarf zum Heizen, Kühlen, Lüften sowie für die Beleuchtung um 50% reduziert werden. Die vorhandenen Splitgeräte für die Kältebereitstellung werden dabei durch eine energieeffiziente Kühlung mit thermoaktiven Bauteilsystemen ersetzt. Als natürliche Wärmesenke dient das Erdreich, das mittels 13 Erdwärmesonden mit einer Tiefe von 44 m erschlossen wird. Trotz der Stahl-Leichtbauweise des Gebäudes wird damit ein stabiles Raumklima im Sommer gewährleistet. Für das Betriebsjahr 2008 beträgt die über PCMDeckenkühlpaneele bereitgestellte Energie 80 kWh/m² Deckea. Neben der richtigen Anlagendimensionierung und Wahl der einzelnen Komponenten ist die Regelung des Systems entscheidend für einen energieeffizienten Betrieb.

Demonstrationsgebäude mit PCM-Kühldecken

Im Rahmen des Projektes "PCM-Aktiv" wurden zwei unterschiedliche PCM-Kühldeckensysteme in Demonstrationsgebäuden realisiert. Im Laborgebäude der Deutschen Amphibolin Werke (DAW) in Ober- Ramstadt – mit rund 100m² Deckenfläche – basiert die Kühldecke auf einer 1 cm dicken Schicht PCM-Spachtelmasse mit ca. 40% PCM-Anteil, deren Rückkühlung mit einem außenaufgestellten Kaltwassersatz erfolgt. Damit sollte demonstriert werden, dass auch konventionelle Kältetechnik von der Kombination mit einer PCM-Kühldecke profitieren kann. Ausgenutzt werden hier vor allem die reduzierten Betriebsstunden der aktiven Kühlung sowie die Verschiebung der Rückkühlung in kühlere Nachtstunden.

In fünf Büros am Fraunhofer ISE in Freiburg (ebenfalls ca. 100 m² Deckengesamtfläche) wurde eine PCM-Kühldecke mit einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Anlage (KWKK) als Wärmesenke realisiert. Diese Anlage besteht aus einem BHKW, das zur Stromerzeugung genutzt wird. Dessen Abwärme wird über Adsorptionskältemaschinen in Kälte umgewandelt und an die Verbraucher abgegeben. Die Kälteanlage (mit ca. 11 kW thermischer Leistung) versorgt tagsüber nach Bedarf ein Großraumbüro über Heiz-/Kühlkonvektoren. Ausschließlich nachts werden die 5 PCM-Kühldecken mit Kälte beladen, um am folgenden Tag dieselben Büroflächen passiv zu kühlen. Die Kombination zweier alternierend betriebener Verbraucher führt zu einer deutlich besseren Auslastung des BHKW – ohne große Wasserwärmespeicher vorhalten zu müssen. Die gekühlte Bürofläche kann deshalb bei gleich dimensionierter Kälteanlage verdoppelt werden. Abbildung 23 belegt das prinzipielle Funktionieren dieses Konzepts im Sommer 2008. Aufgezeichnet wurden die Raum-, Putz- und Wassertemperaturen in einem der Büros. Bei einer Außentemperatur von bis zu 30 °C wird der Raumkomfort mit einer Maximaltemperatur von 25 °C eingehalten. Gleichzeitig reicht der PCM-Speicher aus, um den kompletten Tag passiv zu überbrücken. Erst gegen 15:00 Uhr verlassen die Deckentemperaturen den Schmelzbereich des PCM (grau hinterlegt).

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