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Erdwärme-Zeitung.de | 18. November 2017

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Symposium „Moderne Gebäude- Energiekonzepte“ am 06. April 2017 in Karlsruhe

Symposium „Moderne Gebäude- Energiekonzepte“ am 06. April 2017 in Karlsruhe

Ein Bericht über das Symposium „Moderne Gebäude- Energiekonzepte“ am
06. April 2017 in Karlsruhe
von Hans-Jürgen Seifert

Weit über 60 Teilnehmer haben sich am 05./06. April 2017 in der Akademie Hotel Karlsruhe zum Symposium „Moderne Gebäude- Energiekonzepte“ eingefunden. Die Tagung begann am 05.April 17.00 Uhr mit einer Besichtigung des TWK-Neubaus in der Friedrich- List- Straße 10, 76297 Karlsruhe. In einem Gebäude, das einem Labor für Technische Gebäudeausrüstung sehr nahe kommt, konnten sich die Teilnehmer von einer Vielzahl der neuesten Wärmepumpen, Latentenergiespeicher, thermischer Bauteilaktivierung, Industrieflächenheizung, Heiz- und Kühlsegel in den Vortrags- und Laborräumen ein eigenes Bild machen. Da ich das alte Gebäude von zahlreichen Lehrgängen ziemlich gut kannte, weiß ich zu schätzen, dass das neue TWK- Gebäude einen Quantensprung im Vergleich zum alten Gebäude darstellt. Für die Mitarbeiter des TWK, Teilnehmer der Kurse und die Kunden bedeutet dies beste Voraussetzungen für eine Weiterbildung, Prüfungen und Versuche auf höchstem Niveau!

Am Vorabend des Symposiums fand ein Festkolloquium zu Ehren von Fritz Nüssle statt. Eindrucksvoll wurden die Verdienste und Erfahrungen von Herrn Fritz Nüssle vor allem beim Neubau des TWKs den Anwesenden präsentiert. Dabei verbreitete der Visionär Fritz Nüssle wie immer in seiner bescheidenen, sympathischen und voller Leidenschaft versprühenden Art einen ansteckenden angenehmen Optimismus. Prof. Johannes Reichelt war es ein Bedürfnis, die Leistungen und Verdienste von Herrn Nüssle entsprechend zu würdigen.

Der nächste Tag stand im Zeichen einer Reihe von interessanten Fachvorträgen auf sehr hohem Niveau.

Den Auftakt machte Herr Prof. Dr.-Ing. Rohland Koenigsdorf von der Hochschule Biberach, Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE) mit dem Thema Heizen und Kühlen mit Luft, Fläche und Volumen. Dabei wurde die Entwicklung der Heiz- und Kühlsysteme für Nichtwohngebäude von der aufwändigen Nur-Luft-Klimaanlage, der Kühldecke, später Heiz- und Kühldecke bis zu den thermoaktiven Bauteilsystemen (TABS) aufgezeigt. Bei der parallel dazu stattfindenden Entwicklung im Passivhaus mit zunächst ausschließlicher Luftheizung zog jedoch bald die Heiz- und Kühldecke und die Bauteilaktivierung ein. Dabei spielten Wärmepumpen, vor allem die oberflächennahe Geothermie, eine zunehmende Rolle.
Als eine große Herausforderung hat sich dabei die ganzheitliche Betrachtung der Gebäudeklimatik und Qualitätssicherung heraus gestellt. Solche Fragen wie: „Wer steht für die Systemfunktion und das Raumklima gerade?“, „Wie werden Schnittstellen koordiniert und wer übernimmt die Qualitäts-sicherung?“ führen zur Notwendigkeit system- und gewerkeübergreifender Planungs-, Qualitäts-sicherungs- und Haftungskonstellationen. Prof. Koenigsdorf meinte zum Abschluss, dass wir gespannt sein dürfen, was die Zukunft bringt. Kommt es bei der zunehmenden Sektorkopplung von Strom, Wärme und Kälte die Fortentwicklung zu einer Verfeinerung oder Vereinfachung der hydraulisch komplexen Anlagen, das „Aktivhaus“, das „Nur-Strom-Gebäude“ oder …..?

Herr Nüssle zeigte in seinem Beitrag zur „Thermischen Bauteilaktivierung“ zunächst die Entwicklung des Wärmebedarfs von Gebäuden entsprechend der Verordnungen Wärmeschutzverordnung und Energieeinsparverordnung im Lauf der Jahre auf. So hat sich der Wärmebedarf von vor 1982 mit 250 kWh/qm a auf 56 kWh/qm a reduziert. Im Gegensatz dazu ist der Kühlbedarf durch reduzierte Nachtauskühlung, große Glasflächen und innere Wärmelasten weiter gestiegen. Anhand der typischen Merkmale für leichte und schwere Bauweise und der speicherbasierten Systeme wird aufgezeigt, wie eine Betonkernaktivierung ein sukzessives Aufschaukeln der Innenraumtemperatur verhindert. Bauteilintegrierte Speicher im Gebäude werden infolge Speicherung der Energiegewinne für den späteren Bedarf, der temperaturausgleichenden Wirkung bei wechselnden Lasten, der Entkopplung vom Zeitpunkt der Wärmebereitstellung zum Bedarfszeitpunkt, der Auslegung nach Energiebedarf anstelle Leistungsbedarf, der Speicherung bei Versorgungsausfall und der niedrigen Systemtemperaturen wichtiger den je. Sie erfordern jedoch aufgrund der Zeitversetzung andere Regel- und Steuerstrategien und sind ideal für die Nutzung erneuerbarer Energien oder die Nutzung der Abwärme durch Wärmepumpen.

Herr Prof. Dr.- Ing. Rüdiger Külpmann von der Hochschule Luzern erregte die Aufmerksamkeit der Zuhörer durch Vorstellung von einem bisher unbekannten Konzept für den Abbau von Gerüchen in der Luft. Dabei werden Zuluft- Anlagen mit einem System „Leitfähige Luft“ ausgestattet. Laut Hersteller befinden sich Generationen von Kleinionen, die haltbar sind, in der Raumluft (patentiert). Dabei erfolgt keine Erzeugung von Großionen, wie z.B. Stickoxide NO, aus denen Ozon entsteht. Durch die elektrisch leitfähige Luft erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der Kleinionen in der Raumluft, wobei die Art der Regelung der Ionenkonzentration, der Polarität und des Ionen- Verhältnisses (neg./pos.) patentgeschützt ist.
Von der Hochschule Luzern wurde die Wirksamkeit von Luftionisationsverfahren im Kurzzeittest und in der Begleitung zum Neubauprojekt des Luzerner Kantonsspitals untersucht. Die Ergebnisse stimmen dabei positiv. So konnte z.B. die Partikelzahl auf einem OP-Tisch erheblich, aber zeitlich instabil, reduziert werden. In der Zusammenfassung verweist Herr Prof. Külpmann darauf, dass Luftionisationsverfahren dringend standardmäßig geprüft werden sollen und es mindestens ein Verfahren gibt, das ohne Ozongeneration den Luftioneninhalt in der Raumluft umfassend geregelt naturnah anheben kann. Die dadurch elektrisch leitfähige Luft ist z.B. zum Geruchsabbau, zur Feinstaub- Clusterung und zur Bildung von Reinraumzonen nutzbar. Allgemein trägt das Verfahren zur Verbesserung der Raumluftqualität ohne Steigerung der Lüftungsraten bei.

Im darauf folgenden Beitrag sprach Dipl.- Ing. Johannes Hopf über Energiekonzepte heute und in der Zukunft. Die bisherigen Energiekonzepte basieren auf einer zweistufigen Vorgehensweise mit den Themen „Bedarf reduzieren“ und „Erzeugung optimieren“. Heute müssen dabei die Bausteine „Eigenerzeugung“ und „Speicherung“ mit fest verankert werden, um lokal einen Niedrigst- oder Nullenergiestandard zu erreichen. Durch die Novellen des EEG und KWKG wird die wirtschaftliche Einspeisung von Überschussstrom immer schwieriger.
Eine Lösung präsentiert Herr Hopf im dualen Eisspeichersystem. Über die beiden Eisspeicher im Verhältnis von ca. 1:10 werden 45% des Kühlbedarfs mit überschüssigem PV-Strom gedeckt. Ein dualer Eisspeicher erlaubt bis zu 40% der Wärme und bis zu 60% der Kühlenergie lokal über PV zu erzeugen und zu speichern.

„Vom Monitoring zum Digitalen Prüfstand“ lautete das Thema von Herrn Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Frisch. Die neuen Gebäudekonzepte erfordern in allen Phasen des Lebenszyklus eine bessere Qualität, angefangen von der präzisen Planung, über die sorgfältige Ausführung und Inbetriebnahme bis hin zum Betriebsregime. Ein effektives Qualitätsmanagement ist deshalb unumgänglich und der Schlüssel zum Erfolg. Die bisherigen Energiemanagementsysteme auf dem Basis Monitoring wurden mit aufwändiger Messtechnik und hoher Detailschärfe durchgeführt bzw. Energieverbräuche wurden mindestens 1x monatlich in einem Basis Monitoring erfasst. Diese Konzepte sind nur bedingt zielführend, da sie entweder zu oberflächlich oder zu personalintensiv und zu teuer waren. Als Alternative stellt Prof. Frisch den digitalen Prüfstand der synavision GmbH vor. Mit diesem Prüfstand besteht erstmals eine Möglichkeit, Gebäude- und Anlagenperfomance schnell, transparent und präzise zu spezifizieren und zu prüfen. Dazu werden für Anlagen und einzelne Komponenten individuelle Kennwerte und Betriebsregeln digital spezifiziert, um bei Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb mit den Betriebsdaten aus der Gebäudeautomation verglichen werden zu können. Dies funktioniert weitgehend automatisiert, sodass Dienstleistungen wie ein technisches Monitoring von der Planung bis zum Betrieb mit geringen Kosten umgesetzt werden können.

Prof. Dr.-Ing. Jens Pfafferott von der Hochschule Offenburg referierte anschließend zum Thema Betriebsführung der Bauteilaktivierung im Spannungsfeld Energieeffizienz, Lastmanagement und Behaglichkeit.
Trotz der technisch rasanten Weiterentwicklung der Bauteilaktivierung fehlen bis heute allgemein anerkannten Regeln für deren Betriebsführung. So ist die Aufwandszahl für die Nutzungsübergabe der Bauteilaktivierung wegen der hohen thermischen Trägheit deutlich schlechter als bei agilen Übergabesystemen. U.a. ist die Steuerung der Vorlauftemperatur nach der Außentemperatur nicht mehr zeitgemäß. „Die Gebäude laufen dem Wetter ohnehin nach.“ Erfolgsfaktoren versprechen eine MPC-Regelung mit Echtwerten und Wetterprognosen, wo Energiepakete auf der Basis von Wettervorhersagen berechnet werden. Die Heizkurven werden nach der Berechnung mit Istwerten adaptiv angepasst. So lassen sich Betriebszeiten nach projektspezifischen Wiederanfahr-bedingungen unter Berücksichtigung der Trägheit optimieren. Letztlich ist Energieeffizienz nur im System erreichbar.

Als nächste Rednerin berichtete Frau Prof. Dr,-Ing. Doreen Kalz von der Beuth Hochschule für Technik in Berlin über ihre Erfahrungen mit thermoaktiven Bauteilsystemen und Wärmepumpen beim Beheizen und Kühlen von Nichtwohngebäuden. Demnach zeigen die Betriebserfahrungen und die systematische wissenschaftliche Auswertung bei einer Reihe von Projekten, dass es in Planung, Ausführung und Betrieb noch Möglichkeiten gibt, das Effizienzpotential noch besser auszuschöpfen. Oft fehlt es an einer hinreichender Systemabstimmung und optimierten Betriebsführung aller Teilkomponenten, sowie an einer kritischen Analyse der aufgewendeten Hilfsenergien. Hohe Pumpenleistungen infolge unzureichender Dimensionierung der Hydraulik, dem Einsatz von Mischern, große Druckverluste bei Erdwärmesonden oder beim Einsatz von Paneele sind angeführte Beispiele.

Herr Yannick Friess M,Sc. Zent-Frenger GmbH Heppenheim sprach zum Thema: „Sekundäre Energiespeicher – Latenspeicher in der Gebäudetechnik“. Um die stark schwankende Einspeisung von Wind-und Sonnenenergie entsprechend des Bedarfes zu speichern, sieht er eine vielversprechende Energiespeichertechnologie im Einsatz von Latentspeichern. Obwohl Latentspeicher noch nicht ausgereift sind und am Anfang der Entwicklung stehen, wird die Nutzung des Phasenwechsels des Speichermaterials von fest auf flüssig bevorzugt genutzt. Auf dem Gebiet der Phasenwechselmaterialien (PCM) wird in vielen Forschungsprojekten nach neuen Materialien gesucht. Eine weitere Technologie ist die Nutzung von Wasser als PCM in unterirdischen thermischen Energiespeichern in Kombination mit Wärmepumpen und Regenerationsquellen. Die Wärmepumpe nutzt den thermischen Energiespeicher als Wärmequelle, wobei beim Phasenwechsel von Wasser zu Eis frei werdende latente Wärme eine zusätzliche Wärmequelle darstellt.

Installateur- und Heizungsbaumeister Frank Kaiser, Manager GEOZENT Energiezentralen bei der Zent- Frenger GmbH sprach zum Thema Thermische Energiezentralen bei Großwärmepumpen und Erschließung von Effizienzpotenzialen durch Monitoring. Ineffiziente Anlagen werden meist erst nach 2 – 3 Betriebsjahren identifiziert. Oft fehlen entsprechende Zähler und Monitoringaufgaben werden üblicher Weise von der Gebäudeleittechnik übernommen. Beim Geozent- Konzept sind alle erforderlichen Sensoren bereits in der Anlage integriert und über eine webbasierte Visualisierung können die Anlagen aus der Ferne vollumfänglich überwacht werden. Die erfassten Daten werden in einem eigens darauf angepassten System gespeichert. Somit ist es möglich, die Daten jederzeit auszuwerten und die ideale Betriebsweise zu finden, was eine Analyse des Anlagenbetriebes um ein Vielfaches erleichtert.
Letzter Redner war laut Tagesordnung Herr Prof. Dipl.- Ing. Werner Schenk von der Hochschule München mit einem Beitrag über effiziente Wärmpumpenanlagen und Beispielen aus der Praxis. Wie aus Feldtestmessungen von Wärmepumpenanlagen bekannt ist, weichen die in der Praxis erreichten Arbeitszahlen erheblich von den berechneten und praktisch möglichen Arbeitszahlen ab. Mit einem in der Praxis entwickelten 10- Punkte- Check für die Planung und Inbetriebnahme von Wärmepumpenanlagen werden häufiger hohe Arbeitszahlen erreicht. In den aufgeführten Gebäuden wurden die Einflussfaktoren auf die Effizienz von Wärmepumpenanlagen an praktischen Beispielen erläutert. Typische Verbesserungsmöglichkeiten sind unter anderem die Dimensionierung der Wärmepumpe, die gewählte Hydraulik, die Warmwasserbereitung, die Auslegung der Wärmequelle, die Umwälzpumpen, die Auslegung der Heizflächen und letztendlich die kontinuierliche Überwachung der Anlageneffizienz.

Zusammenfassend kann man bestätigen, dass das Symposium „Moderne Gebäudeenergie-konzepte“ sehr anspruchsvoll und erfolgreich war. Es gab viele interessante Gespräche am Vorabend und in den Pausen. Das Festkolloquium zu Ehren von Fritz Nüssle stellte dabei einen Höhepunkt der Veranstaltung dar.
Aus den Beiträgen wurde ersichtlich, dass immer mehr Anstrengungen unternommen werden um die Effizienz von Wärmepumpenanlagen zu verbessern und zu sichern. Dabei ist der Trend erkennbar, das die umfassende Datenerfassung und der automatische Soll/ Ist- Vergleich das bisherige Monitoring ablösen bzw. auf höherer Stufe fortführen werden.
Abschließend bleibt nur noch zu erwähnen, dass das Team des Test- und Weiterbildungszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik GmbH Karlsruhe die Veranstaltung wie immer perfekt organisiert und professionell durchgeführt hat.

Hans-Jürgen Seifert
Dipl. Ing. (FH) für Luft- und Kältetechnik
Redakteur der Erdwärmezeitung

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