Raumkühlung, die Strom erzeugt

Der Betrieb eines eigenen Blockheizkraftwerks gilt in vielen Unternehmen als eine der effizientesten Methoden zur Erzeugung von Strom und Wärme (Kraft-Wärme-Kopplung). Für die Raumkühlung musste allerdings bisher auf elektrisch angetriebene Kompressions-Kältemaschinen zurückgegriffen werden. In der Bildungsstätte Gartenbau im hessischen Grünberg hat man sich für eine intelligente und energieeffiziente Alternative entschieden: Die Verbindung der Kühlung mit der Erzeugung von Strom und Wärme zu einem Komplett-System (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung).

In Grünberg läuft eine effiziente Kältemaschine der Berliner InvenSor GmbH (www.invensor.com), angetrieben mit der Wärme von Mini-Blockheizkraftwerken (BHKW) aus dem Hause SenerTec (www.senertec.de). Im Vergleich zu herkömmlicher Kältetechnik werden damit im Kühlbetrieb bis zu 70 % Strom eingespart.

Sinkende Stromkosten

„Energie ist für uns als Bildungsbetrieb im Gartenbau das zentrale Thema“, erklärt Matthias Hub, Direktor der Bildungsstätte. Die Bildungsstätte Gartenbau in Grünberg verfügt über 4570 m² beheizte Fläche. Dazu zählen ein großer Hörsaal sowie vier Seminarräume, 66 Gästezimmer und ein Speisesaal. Vor der Installation des neuen Heiz- und Kühlsystems schlugen neben den hohen Heiz- vor allem die Stromkosten zu Buche. Hub sah daher Handlungsbedarf, ein neues Energiekonzept zu erarbeiten.

Seit 1986 hat er akribisch Buch geführt über den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten der von ihm geleiteten Institution. Eine Grafik, die die Kostenentwicklung aus Stromfremdbezug von 1986 bis ins Jahr 2010 darstellt, zeigt eine stetig nach oben schnellende Kurve – bis ins Jahr 2009, wo die Kurve plötzlich steil nach unten abfällt, nachdem Mini-BHKW installiert wurden. Matthias Hub: „2009 nahmen wir eine Kältemaschine von InvenSor in Betrieb, die mit der Wärme unserer BHKW Kälte erzeugt. Seitdem produzieren wir Strom, Wärme und Kälte zu einem Bruchteil der früheren Energiekosten.“

Eine lange Suche führt zum Ziel

Bereits 1996 hatte die Bildungsstätte Gartenbau ein Energiegutachten der Gebäude erstellt. „Die damals empfohlenen Lösungen waren jedoch aus unserer Sicht technisch noch nicht ausgereift, so dass wir erst einmal abwarteten“, erinnert sich Hub. 2007 nahm der Direktor dann einen erneuten Anlauf, die Energiekostenspirale zu stoppen. Mit der Firma EDL&HV Freischlad GbR (Energiedienstleistung und Hausverwaltung Freischlad GbR) holte er sich fachmännische Hilfe ins Haus, um die bestehende Heizungsanlage zu analysieren und ein neues Heizungskonzept zu finden. Die Mitarbeiter des Dienstleistungsunternehmens nahmen sich eine Woche Zeit, um eine Bestandsaufnahme mittels Ultraschallmessung in der Liegenschaft durchzuführen. „Aufgrund der Messergebnisse haben wir Herrn Hub ein Angebot über den Umbau der Heizungsanlage erstellt“, erinnert sich Philipp Pfannkuch, Energie-Berater der Firma Freischlad. Wie der Diplom-Ingenieur berichtet, war zunächst der Ersatz der bisherigen auf Öl und Erdgas basierenden Heizungsanlage gegen drei moderne „Dachs“-BHKW der Firma Senertec mit je 5 kW elektrischer Leistung und 15 kW Heizleistung zentrales Element des neuen Energiekonzepts.

Eine überzeugende Lösung

Die Vorteile des Betriebs eigener BHKW lagen auf der Hand: Die neuen „Dachse“ würden die Grundlast des Stromverbrauchs der Bildungsstätte abdecken und so viel Strom produzieren, dass man gegebenenfalls noch Überschüsse in das öffentliche Stromnetz einspeisen und damit Geld verdienen könnte. Lediglich Verbrauchsspitzen müssten dann noch aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden. Die Heizkraft der BHKW würde für alle Räumlichkeiten mehr als ausreichen. Aus Wirtschaftlichkeitsberechnungen der Firma Freischlad ging hervor, dass sich die Investitionen bereits nach ca. fünf Jahren amortisiert hätten – Direktor Hub stimmte daraufhin zu, die Pläne in die Tat umzusetzen. 2008 wurde die alte Heizungsanlage durch die modernen BHKW ersetzt.

„Wir können aus Wärme
Kälte machen“

In Grünberg sorgte der Betrieb eigener BHKW sofort für eine spürbare Entlastung der Energiekosten, löste aber noch nicht das Problem der kostenintensiven Raumkühlung, auf die die Bildungsstätte als Lehrinstitut, Begegnungs- und Veranstaltungsort jedoch angewiesen war: „Als zentrale Bildungseinrichtung des Zentralverbandes Gartenbau e.V. (ZVG) veranstalten wir regelmäßig Tagungen und Kongresse, wo leicht bis zu 120 Personen unseren großen Hörsaal belegen“, erklärt Hub. „Die Wärme, die bei solchen Veranstaltungen durch das Publikum erzeugt wird, kombiniert mit hohen Außentemperaturen, machen eine Raumklimatisierung unumgänglich“, so Hub.

Die Firma Freischlad erkannte das Problem und machte Herrn Hub eine Offerte: „Eine neuartige Kältemaschine der Berliner InvenSor GmbH könnte an die bestehenden BHKW angeschlossen werden, deren Abwärme auch im Sommer zur Erzeugung von Kälte nutzen und damit die Eigenstrom­erzeugung erhöhen“, erklärte ein Energieberater dem erstaunten Direktor. Bei der Kombination einer InvenSor-Kältemaschine mit einem BHKW werde so, im  Gegensatz zu herkömmlicher Kompressionstechnik, Strom produziert, erläuterte der Fachmann. Der Clou dieser technischen Lösung liege darin, dass gerade dann, wenn im Sommer der größte Bedarf an Kühlung vorhanden sei, die Abwärme der BHKW im Überfluss zur Verfügung stehe, da diese dann nicht zum Heizen benötigt werde. Im Herbst und Winter sei wiederum kein Bedarf für Kühlung, so dass die Wärme der BHKW in vollem Umfang zum Heizen eingesetzt werden könne. Der bei Anschaffung einer elektrisch angetriebenen Kühlung in diesem Fall erforderliche Ausbau des Netzanschlusses entfiele ebenfalls.

Einsatz der Adsorptionstechnik

Zur Erklärung: Bei den Geräten von InvenSor handelt es sich um Adsorptions-Kältemaschinen, die Abwärme von BHKW, industriellen Prozessen oder Solarthermie als Antriebsenergie nutzen und damit im Vergleich zu herkömmlicher Kühltechnik bis zu 70 % Strom einsparen. Die Geräte arbeiten dabei sehr effizient: Bereits bei 65 °C Antriebstemperatur werden fast 100 % der Kühlleistung abgerufen. Anstatt des üblichen Silicagels kommen Zeolithe zum Einsatz. Wasser dient als umweltfreundliches Kältemittel, was den Wartungsaufwand minimiert. Alle InvenSor-Kältemaschinen sind für den Anschluss ans Internet vorbereitet, so dass Unterstützung bei der Inbetriebnahme und Funktions­überwachung ganz einfach aus der Ferne möglich sind. Über die Online-Schnittstelle können darüber hinaus sogar kundenspezifische Wünsche und Anpassungen per Software-Update schnell und unkompliziert vorgenommen werden, z.B. eine Änderung der Kaltwasser-Solltemperatur oder einer bestimmten Regelungsstrategie. Durch geschickte Deckung des vorhandenen Kühlbedarfs und eine dazu passende Dimensionierung der Systemkomponenten spielen die stromerzeugenden Kältesysteme von InvenSor die im Vergleich zu herkömmlicher Technik häufig deutlich höheren Investitionskosten in der Regel in einem Zeitraum von vier bis sieben Jahren wieder ein.

Herr Hub, der schon länger über die Notwendigkeit einer umweltfreundlichen und effizienten Klimatisierung des großen Hörsaals mit 122 m² Fläche sowie vier weiterer Seminarräume mit einer Gesamtfläche von 224 m² nachgedacht hatte, ließ sich von dieser Technik überzeugen. „Gerade im Sommer, wo wir in Grünberg Spitzenlasten beim Stromverbrauch haben, erhöht die neue Kältemaschine die Effizienz unserer BHKW“, freut sich Hub. „Da brauchte ich gar nicht mehr mit spitzem Bleistift zu rechnen.“

Einfach zu installieren

Bestellung und Anlieferung der InvenSor-Kältemaschine verliefen problemlos. „Der Anschluss an die bereits installierten BHKW war eine Sache von Minuten“, so Hub. Das System in Grünberg ist auch darüber hinaus ein gutes Beispiel für effiziente Arbeit: Drei ehemalige Trinkwasser-Tanks wurden kurzerhand als Kältespeicher umfunktioniert, die vor allem nachts von der Kältemaschine beladen werden. Auch hoher Kältebedarf tagsüber ist so problemlos zu bedienen.

Bis die Raumkühlung ihren Betrieb aufnehmen konnte, vergingen dennoch ein paar Wochen, da noch Leitungen zu den verstreut liegenden Hörsälen und Seminarräumen gelegt werden mussten. Auch ein neues Belüftungssystem für den Speisesaal und den großen Hörsaal wurde bei dieser Gelegenheit nachgerüstet. Nach einigen Wochen Handwerksarbeiten war es dann im Sommer 2009 soweit: Der große Hörsaal konnte mit einer neuen Belüftung und Klimatisierung eingeweiht werden.

Eine angenehme Form der
Raumkühlung

Die neue Kältemaschine sorgt mittels so genannter Kühlsegel an der Decke des großen Hörsaals für eine „stille Kühlung“ des Raumes. Als Kühlflüssigkeit kommt dabei Wasser zum Einsatz, das je nach Temperatur und Feuchte im Raum auf die geeignete Temperatur gemischt wird. „Die Klimatisierung ist sehr komfortabel. Durch die Kühlsegel gibt es keine Zugluft, die zu Beschwerden und Erkältungen führen kann. Die Kälte fällt sanft von der Decke nach unten“, so Direktor Hub. In vier weiteren Seminarräumen wurde der Anschluss der Kühlsegel an den Decken bereits vorbereitet. Im Heizungskeller sind bereits zwei weitere Stellplätze für InvenSor-Kältemaschinen reserviert.

Auch die Belüftung des Hörsaals und Speisesaals trägt zur Kühlung bei: Die Frischluftzufuhr wird durch die Kältemaschine vorgekühlt und mittels einer intelligenten Schaltung zwischen Hörsaal und Speisesaal bedarfsgerecht verteilt. Das heißt, genau dort, wo aktuell Bedarf an Kühlung besteht, ist diese ausreichend.

„Lange galt die Kraft-Wärme-Kopplung als das Non-plus-ultra der Energieeffizienz. Wir beweisen mit unserem Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-System, dass es noch besser geht“, erklärt Hub stolz.  Die Kältemaschinen von InvenSor wurden zwischenzeitlich mit dem Kältepreis des Bundesumweltministeriums 2009 und dem Intersolar Award 2010 ausgezeichnet.