Die Vereinigten Fischmehlwerke Cuxhaven (VFC) sind ein Hersteller von Fischmehlen und -ölen. In diesem Marktsegment hat sich das Unternehmen erfolgreich entwickelt und seine Kapazitäten mittlerweile auf rund 100000 t/a erweitert. Die steigende Produktion erforderte die Vergrößerung der Nutzfläche für die Büros, was mit dem Neubau eines repräsentativen Verwaltungstraktes geschah. Das im Jahr 2009 neu erstellte Gebäude der VFC beherbergt im oberen Geschoss die Verwaltung mit den Büros. Im Erdgeschoss befinden sich mehrere Umkleiden, Sanitärräume, eine Kantine sowie der Technikraum. Auf ein Kellergeschoss wurde aus wirtschaftlichen Gründen verzichtet.
Das Gebäude hat aufzwei Etagen zusammen knapp 800m2 Nutzfläche. Sowohl Gebäudehülle als auch technische Gebäudeausrüstung wurden im Hinblick auf den Energiebedarf sorgfältig aufeinander abgestimmt. Die Gebäudehülle wurde als zweischaliges Mauerwerk mit einer Luftschicht, rund 20 cm Dämmung und dem für Norddeutschland typischen roten Verbundklinker ausgeführt. Das Gebäude erfüllt damit die Anforderungen der Energie-Einsparverordnung (EnEV) von 2007. Interessant blieb die Frage, mit welchem Wärmeerzeugungskonzept der verbleibende Energiebedarf abgedeckt wird.
Späte Entscheidung für ein Wärmepumpenkonzept
„Bei der Planung des Gebäudes haben wir uns über die Art der Energieerzeugung zunächst keine Gedanken gemacht. Erst als uns die Bauunternehmung mit dem Anlagenplaner zusammengeführt hat, fand bei uns ein Umdenkprozess statt. Da die Lüftungsanlage ja von Anfang an Bestandteil der Planung war, war klar, dass auf jeden Fall ein Außengerät zur Klimatisierung zum Einsatz kommen würde. Es ging nun darum, ob wir einen herkömmlichen Wärmeerzeuger einbauen oder nach einer umweltverträglicheren Lösung suchen“, erklärt Dipl.-Ing. Mathias Brand-Schönau, Kaufmännischer Leiter der VFC. Beratenden Einfluss auf die Entscheidung hatte Dipl.-Ing. Cornelis de Haas, Projektleiter der ausführenden Planungsgesellschaft KLK Klima-Lüftung-Kälte in Stuhr: „Unsere Kunden wollen häufig unabhängig von fossilen Brennstoffen werden, auch aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus. Das ist dann ein Grund nach alternativen Lösungen zu suchen.“
Mit einem abgestimmten Anlagenkonzept haben Planungsgesellschaft und Bauträger sowohl den Betriebsleiter der VCF als auch Brand-Schönau davon überzeugt, drei Luft/Wasser-Wärmepumpen zur Wärme- und Kälteerzeugung installieren zu lassen. „Dieses Konzept führte zwar zu etwas höheren Investitionen im Vergleich zu einer konventionellen Wärmeerzeugung mit fossilen Energieträgern und einer separaten Klimatisierung, die sich aber durch die niedrigeren Betriebskosten wieder amortisieren. Selbst unsere Hauptverwaltung hat sich am Ende davon überzeugen lassen, dass die Vorteile eines einheitlichen Systems zum Heizen und Kühlen gegenüber der Wärmeerzeugung mit einem zusätzlichen Heizgerät überwiegen“, so Brand-Schönau.
Auch im tiefsten Winter bringt die Anlage 100 % Leistung
Eine weitere Anforderung bestand darin, die Wärmeversorgung auch bei extrem niedrigen Außentemperaturen vollständig mit den Wärmepumpen zu gewährleisten. Das Gebäude wurde deshalb mit drei 14-kW-Zubadan-Luft/Wasser-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric, Typ PUHY-HRP125 ausgestattet. Die Geräte haben durch die Invertertechnologie eine Modulationsbreite von 30 bis 100 % und können ihre Wärme angepasst an den Bedarf liefern. Dieser energiesparende Teillastbetrieb ist besonders in der Übergangszeit ein großer Vorteil und ein Grund für das hohe Einsparpotenzial. Gleichzeitig gewährleistet die Zubadan-Technologie bei diesen Geräten eine Heizleistung von 100 % bei Außentemperaturen bis –15 °C. Darüber hinaus sind die Geräte für einen Betrieb bis –25 °C konzipiert und kommen somit grundsätzlich ohne zusätzlichen Heizstab oder einen Spitzenlastkessel aus.
Ein entscheidender Gesichtspunkt war zudem der einfache Anschluss und die unproblematische Aufstellung der Geräte. „Der Unterschied der Luft/Wasser-Wärmepumpen zu den Wärmepumpen, die ihre Energie aus dem Erdreich oder dem Grundwasser beziehen, ist die im Vergleich wesentlich kostengünstigere Installation. Aufwändige und kostspielige Bohrungen und Brunnen entfallen. Aber auch im Hinblick auf den Wirkungsgrad, dem so genannten COP, können diese Geräte inzwischen mithalten“, so de Haas.
Eine Wärmepumpe für die Lüftungsanlage
Das Planungsunternehmen aus Stuhr entwickelte für die Anforderung, den Fischgeruch aus dem Gebäude zu halten, ein einfaches aber wirkungsvolles Lüftungskonzept. Die Lüftungsanlage wird mit Überdruck betrieben und die Außenluft mit Aktivkohlefiltern vorgefiltert. Dabei werden etwa 20 % mehr Abluft aus dem Gebäude entfernt als Zuluft eingebracht – in Zahlen ausgedrückt sind das 4500 m³/h Zuluft und 3600 m³/h Abluft.
Ergänzt wird das Konzept durch getrennte Umkleiden für die Mitarbeiter aus der Produktion und der Versandabteilung. Den Mitarbeitern steht ein so genannter Schwarzraum zur Verfügung, der über einen eigenen Zugang von außen verfügt. Hier können sie sich nach der Arbeit ausziehen und anschließend duschen. Ein separater Umkleideraum für die Privatkleidung befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Korridors. Nach dem Duschen können sich die Mitarbeiter hier frei vom Fischmehlgeruch wieder ankleiden. Darüber hinaus absorbiert ein Kohle-Aktiv-Filter-System den in der Außenluft liegenden Fischmehlgeruch vom angrenzenden Produktionsgebäude und verhindert so das Eindringen in die Büroräume.
Das kombinierte Zu- und Abluftgerät ist außerhalb des Gebäudes an der Südwestseite aufgestellt. Von dort versorgt es die zwei Geschossebenen mit der aufbereiteten Zuluft und saugt die Abluft entsprechend wieder ab. Bis auf die WCs, die Flure und den Putzraum sowie das Treppenhaus werden alle Räume mit temperierter Zuluft versorgt. Im Erdgeschoss wird die Abluft direkt aus den Räumen abgesaugt. Im Obergeschoss wird hingegen bis auf zwei Büros und die WCs die Abluft zentral über die Zwischendecke im Flur abgesaugt.
Die Warmwasserbereitung fällt ebenfalls den Wärmepumpen zu
Ein weiterer Aspekt für das Projekt war die Möglichkeit mit den beiden Wärmepumpen auch warmes Wasser zu erzeugen. „Den Komfort der zentralen Warmwasserbereitung wollten wir unseren Mitarbeitern, die sehr häufig direkt nach der Arbeit hier duschen, nicht vorenthalten. Mit den beiden Wärmepumpen lässt sich die Temperatur mühelos auf das erforderliche Niveau von 60 °C bringen“, so Brand-Schönau.
Zwei 900-l-Pufferspeicher in der Heizungszentrale speichern Heizkreiswasser und erwärmen über innen liegende Wärmetauscher das Brauchwasser im Durchlaufprinzip. In einer Station hinter den Speichern wird die Wärme für die Radiatoren verteilt. Die Pufferspeicher wären für den Betrieb mit Wärmepumpen zwar nicht unbedingt erforderlich, aber um den Mitarbeitern Warmwasser zum Duschen in ausreichender Menge zur Verfügung zu stellen, sollte beständig ein großes Wasservolumen vorrätig sein. Ohne die Speicher hätten die Wärmepumpen wesentlich größer ausgelegt werden müssen. Dies hätte die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage im normalen Heizbetrieb erheblich beeinträchtigt und die Investitionskosten unnötig in die Höhe getrieben.
Bei einem anderen Detail musste auf den Einsatz der drei Wärmepumpen verzichtet werden. Der Serverraum wird extra über ein weiteres Split-Klima-Außengerät separat gekühlt. Zum Einsatz kommt hier ein energieeffizientes Produkt aus der M-Serie des Ratinger Unternehmens, mit dem kleine bis mittlere Räume energiesparend gekühlt werden können.
Hohe Effizienz beim Heizen und Kühlen
Die Vereinigten Fischmehlwerke Cuxhaven wollten bei der Klimatisierung ihres neu errichteten Büro- und Verwaltungsgebäudes alle technischen Möglichkeit nutzen, um unabhängig von steigenden Energiekosten zu werden und gleichzeitig ein einheitliches System zum Heizen und Kühlen zu haben. Mit den eingesetzten Luft/Wasser-Wärmepumpen werden in dem Gebäude sowohl die Heizung, als auch das Heiz- und Kühlregister der Lüftungsanlage versorgt sowie das Warmwasser bereitgestellt. Möglich wird dies aufgrund der besonders leistungsfähigen Zubadan-Technologie der Wärmepumpen. Ein zusätzlicher Wärmeerzeuger ist hier ebenso wenig erforderlich wie aufwändige Extraarbeiten zur Erschließung einer regenerativen Wärmequelle.
INFO
Volle Heizleistung bis –15 °C
Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen muss die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Außengerät einige Grad unterhalb der Außenlufttemperatur liegen. Je kälter es ist, desto tiefer muss die Verdampfungstemperatur des Kältemittels sein. Mit der Verdampfungstemperatur sinkt die Dichte des Kältemitteldampfs, wodurch dem Verdichter immer weniger Kältemittel zur Verfügung steht. Die Folgen: Die Leistung der Wärmepumpe sinkt und der Verdichter erhitzt sich in einen kritischen Bereich.
Die Zubadan-Technik sorgt dafür, dass die zirkulierende Kältemittelmenge auch bei tiefen Temperaturen konstant bleibt. Dazu wird das bekannte Prinzip der Zwischeneinspritzung von Kältemittel in den Kompressor genutzt, bei der jedoch meistens nur gasförmiges oder nur flüssiges Kältemittel eingespritzt wird, was unterschiedliche Vor- und Nachteile hat. Das Prinzip wurde zu einer Flashgas-Einspritzung weiterentwickelt, bei der dem Kompressor je nach Betriebsbedingungen ein zweiphasiges Flüssigkeits/Gas-Gemisch mit optimierter Zusammensetzung zugeführt wird. Weitere Vorteile sind ein verkürzter Abtaubetrieb und verlängerte Abtauintervalle.
