Einen Beitrag zur Energieeffizienz und Aufenthaltsqualität in dem von Ben van Berkel entworfenen Gebäude leisten bivalente Wärmepumpen. Sie nutzen die Energie aus Erdsonden und Sprinklertank zur Gebäudeheizung und -kühlung – ganz ohne Pufferspeicher, nur mittels Betonaktivierung.
Das Zentrum für Virtuelles Engineering ZVE des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO in Stuttgart dokumentiert mit seiner Architektur den Anspruch der Wissenschaftler als „Übermorgenmacher“. Aufgrund seiner Effizienz, Umweltfreundlichkeit und Ressourcenschonung ist das Gebäude von der Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen mit dem DGNB-Zertifkat in Gold ausgezeichnet worden.
Die Büro- und Laborflächen im ZVE lagern sich auf vier Ebenen um ein offenes Atrium. Eine vertikale Erschließungsachse mit bewusst platzierten Verbindungstreppen bewirkt eine enge Verflechtung der unterschiedlichen Arbeitsebenen.
Energetisches Konzept
Das Energiekonzept für das Gebäude mit einem umbauten Volumen von 27 221 m3 basiert im Wesentlichen auf einer Geothermieanlage mit elf 170 m tiefen Erdsonden. Die Erdsonden haben im Winter im Heizfall eine Entzugsleistung von 40 KW. Im Sommer tragen die Erdsonden mit passiver Kühlleistung von 75 kW zur Abfuhr der Spitzenkühllast von 88 kW bei. Die Energiezentrale Geozent Profi HKN 050 nutzt die Energie des Erdreichs ganzjährig, um ohne Einbindung eines Pufferspeichers 2 120 m2 aktivierte Betonfläche zu kühlen und mit Heizwärme zu versorgen.
Die Energiezentrale hat im Heizbetrieb bei einer Vorlauftemperatur von 35 °C einen COP von 4,5. Die Heizleistung beträgt 49,5 KW und die Kühlleistung 38,4 KW. Bei r auf 26 °C reduzierter Vorlauftemperatur erhöht sich der COP auf 5,6. Die Heizleistung beträgt dann 51 KW, die Kühlleistung 41,9 KW.
Aufgrund der Nutzung regenerativer Kälte steigt im Kühlbetrieb der COP auf 8,0 an. Für die Decken im 2. und 3. OG wird eine Kühlleistung von 74,7 KW bei Systemtemperaturen von 17 °C im Vorlauf und 21 °C im Rücklauf möglich. Oberhalb der Betonkernaktivierung sind in den Decken auch luftgefüllte Kunststoffkugeln integriert. Dadurch konnte das Betonvolumen und damit die statische Belastung zugunsten höherer Spannweiten und stützenfreier Räume reduziert werden.
Mit der zweiten Energiezentrale Geozent Profi H 90 wird die im Tank der Sprinkleranlage gespeicherte Abwärme aus den Rechenzentren und den Hochleistungsprojektoren der Virtual-Reality-Labore für die Beheizung des Gebäudes nutzbar gemacht. Die in Fensterbrüstungen integrierten Heizkörper sind auf eine Vorlauftemperatur von 40 °C (Rücklauf 30 °C) ausgelegt. Somit ergibt sich aufgrund der Abwärmenutzung auch im Heizbetrieb ein hoher COP von 5,9. Die Heizleistung beträgt 123,9 KW und die Kühlleistung 103,0 KW.
Damit ein Wärmepumpensystem zum Heizen und Kühlen ökonomisch und ökologisch die maximale Leistungsfähigkeit erreichen kann, ist eine ganzheitliche Systemlösung notwendig, bei der Energiequelle, Wärmepumpe und Gebäudetechnik aufeinander abgestimmt sind.
Ein wesentlicher Vorteil der Zent-Frenger Energiezentralen ist deshalb die Möglichkeit, im bivalenten Betrieb gleichzeitig Heiz- und Kühlenergie bereitzustellen. Das ermöglicht eine interne Lastenverschiebung innerhalb des Gebäudes und damit eine sehr hohe Jahresarbeitszahl.
Die Energiezentralen bestehen aus der werkseitig montierten, hydraulisch umschaltbaren Wärmepumpe mit integrierter Systemhydraulik für parallelen Heiz- und Kühlbetrieb, Naturalkühlung, Hochtemperatur-Heizbetrieb, Abwärmeauskopplung und Geothermieanschluss. Zudem sind drehzahlgeregelte Umwälzpumpen, Regel- und Umschaltventile, ein Schaltschrank mit frei programmierbarer Mess-, Steuer- und Regelungstechnik integriert.
Neben Heizen und Kühlen ist durch eine optionale integrierte Hochtemperatur-Wärmeauskopplung eine Erwärmung des Trinkwassers bis 60 °C möglich. Die Anlagen können zudem über das Zent-Frenger Monitoringsystem Visuzent fernüberwacht werden. Das System zeichnet ständig die Betriebsparameter auf und ermöglicht so eine laufende Anlagenoptimierung und bei Störung eine umfassende Diagnose, die direkt an die Serviceexperten gesendet werden kann.
Architekturbüros: UNStudio, Amsterdam und ASPLAN, Kaiserslautern
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