6. Mai 2022

Klimaneutrale und effiziente Kühllösung für Gebäude

Heiße Tage und Tropennächte sind eine Herausforderung für die Wärmeregulierung des menschlichen Körpers. Hitzegestresste Menschen sind weniger leistungsfähig, häufiger müde und die Konzentration und das Wohlbefinden sind deutlich herabgesetzt. Ein steigender Komfortkühlungsbedarf ist die logische Konsequenz. Weiter steigende Energieverbräuche durch Klimaanlagen heizen die CO₂-Emissionen und den Klimawandel an. Nachhaltige und energieeffiziente Kühlungslösungen stehen somit im Fokus.

Klimaneutrale, technische Lösungen und innovative Kühlkonzepte in der energetischen Gebäudekühlung werden mehr und mehr vom Gesetzgeber gefordert und mit diversen Programmen auf Bundes- und Länderebene gefördert, etwa vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Mit dem Klimaschutzprogramm 2030 hat die Bundesregierung zur Umsetzung des Klimaschutzplans 2050 in ihrer Rolle als Vorreiter die Vorschriften hinsichtlich klimafreundlicher Klimatisierungslösungen im Gebäudebereich noch verschärft. So hat die Bundesregierung eine neue Verwaltungsvorschrift zur Beschaffung klimafreundlicher Leistungen (AVV Klima) beschlossen, die hohe Anforderungen an die Energieeffizienz bei öffentlichen Aufträgen stellt. So dürfen seit dem 1. Januar 2022 keine VRF- und Multisplit-Klimaanlagen mit mehr als 10 kW Kälteleistung in öffentlichen Gebäuden des Bundes installiert werden. Zudem darf der CO₂-Äquivalent-Wert (GWP) der eingesetzten Kältemittel unabhängig von der Kälteleistung maximal 150 betragen.

Natürlich kühlen – mit dem Sicherheitskältemittel Wasser

Die meisten Kälteanlagen im Gebäudebereich arbeiten nach wie vor mit fluorierten Kältemitteln, die einen erheblichen Treibhauseffekt haben. Mit der F-Gase-Verordnung Nr. 517/2014 und dem darin festgelegten F-Gase-Phase Down sollen die CO₂-Emissionen bzw. das CO₂-Äquivalent durch den Einsatz der fluorierten Kältemittel bis 2030 um fast 80 % des Mengeneinsatzes von 2015 reduziert werden. Generell gibt es ein Verbot von Neuanlagen, die mit Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial arbeiten.

Natürliche Kältemittel wie Kohlendioxid (R744), Ammoniak (R717), Propan (R290) und Propen (R1270) haben ein sehr geringes Treibhauspotenzial und stellen damit zukunftsfähige Lösungen dar. Wasser (R718) hat darüber hinaus einen nahezu revolutionären Charakter. Es hat nicht nur ein Treibhauspotenzial von „0“, sondern ist das einzige natürliche Sicherheitskältemittel, da es weder toxisch, noch brennbar oder explosiv ist. Es ist leicht verfügbar, einfach handhabbar und unproblematisch zu entsorgen. Wasser (R718) fällt nicht unter die F-Gase-Verordnung und alle für fluorierte Kältemittel geltenden Sicherheitsanforderungen finden keine Anwendung. Wasser ist dabei nicht nur ein ökologisches Kältemittel, sondern ermöglicht darüber hinaus exzellente Energieeffizienzwerte mit einer hohen Energieausbeute aufgrund seiner stofflichen und thermodynamischen Eigenschaften.

Gebäudekühlung

Das Unternehmen Efficient Energy bietet mit seinen „eChiller“ Kältemaschinen, die Wasser als Kältemittel nutzen. Sie sind sowohl für Luft-Wasser-Systeme als auch insbesondere für Nur-Wasser-Systeme. Zu den Nur-Wasser-Systemen gehören etwa Kühldecken, Kühlsegel, Kühlkonvektoren, die Betonkernaktivierung oder eine Fußbodenkühlung.

Kühldecken und Kühlsegel werden in der Gebäudeklimatisierung für die Abfuhr hoher Wärmelasten eingesetzt. Beim Flächenkühlsystem erfolgt die Kühlung über ein mit Wasser – meist ab 16 °C Kaltwassertemperatur – durchströmtes Rohrnetz, das die Raumluft abkühlt. Bei geschlossenen Decken kommen Metallpaneel- und Kassettendecken zum Einsatz, die Leistungen von 80 bis 100 W/m² übertragen. Offene Deckenkühlflächen, zu welchen Kühlplatten und Kühlsegel zählen, übertragen hingegen eine Leistung von 100 bis 130 W/m². Eine weitere ökologische Möglichkeit stellt zudem der Einsatz von Lehmdecken dar.

Bauteilaktivierung

Kühl- oder Heizsysteme, welche Gebäudemassen zur Temperierung nutzen, werden als thermische Bauteilaktivierung oder Betonkernaktivierung bezeichnet. Eine Bauteilaktivierung wird durch die Verlegung eines mäanderförmigen Rohrsystems in den Gebäudewänden und -decken realisiert, wobei Wasser als Kühlmedium genutzt wird. Hierbei können die tagsüber eingetragenen Wärmelasten im Beton gespeichert werden, welcher diese nachts wieder an das Kühlwasser abgibt.

Kaltwasserkassetten/-truhen

Kaltwasserkassetten bieten eine optimale Lösung für alle großen und kleinen Räume, in denen keine stille Kühlung installiert werden kann. Kaltwasserkassetten werden üblicherweise in der Zwischendecke installiert und besitzen unterschiedliche Leistungsgrößen. Auch hier ist es möglich, mit einer Kaltwasservorlauftemperatur ab 12 °C zu fahren.

Die zentralen Herausforderungen für Betreiber bezüglich der Gebäudeklimatisierung sind:

• Einhalten von Vorschriften und Zertifizierungen wie das Gebäudeenergiegesetz GEG,
• Erfüllung der F-Gase-Verordnung,
• Bewertung der Energieeffizienz,
• Kühllastberechnung,
• Erfüllung von Komfortansprüchen der Gebäudenutzer,
• Systemwahl.

Vorteile der Kühlung von Gebäuden mit dem „eChiller“:

hohe Effizienz auf Grundlage integrierter, gleitender freier Kühlung und hoher Effizienz im einstufigen Betrieb,

• befreit von der F-Gase-Verordnung, Druckgeräterichtlinie und DIN EN 378 1,
• sehr leise und schwingungsfrei,
• einfache Erweiterung der Kälteleistung aufgrund der integrierten Verbundregelung (skalierbar),
• integriertes Monitoring,
• unproblematische Innenaufstellung und dabei frei von Sicherheitsvorkehrungen,
• zukunfts- und investitionssicher,
• klimaneutrales Produkt.

Mitwachsende Kühlung

Die emissionsfreie Ausführung des „eChiller“ ermöglicht die Aufstellung der Kältemaschine in der Nähe der Kühllasten. Dadurch werden lange Rohrtrassen, Druckverluste, Energieverluste und Verfügbarkeitsrisiken vermieden. Gleichzeitig wird großen Gebäuden und Galerien die Abrechnung von Energie durch diese dezentrale Aufstellung deutlich vereinfacht. Innerhalb der Geschosse lässt sich damit auch die bedarfsorientierte Laststeigerung ohne großen Aufwand ermöglichen.

Der „eChiller“ ist für die Kühlung von Prozessen mit relativ hohen Kaltwasser-Vorlauftemperaturen ausgelegt und arbeitet in einem Temperaturbereich zwischen 12 °C und 22 °C. Neben der Gebäudekühlung kann der Kaltwassersatz auch für die Kühlung von Server- und Schalträumen sowie für die industrielle Prozess- und Produktionskühlung eingesetzt werden.

Autor: Hendrik Gillert, Sales Manager bei Efficient Energy GmbH

Bilder: Efficient Energy

www.efficient-energy.de

¹) DIN EN 378: Kälteanlagen und Wärmepumpen – Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen