TGA Gebäudetechnik

TGA Ausgabe 06-2010
Referenzprojekt Ochsner

Wärmepumpen für Passivhochhaus

Abb. 2
Power Tower in Linz. Nachts wird das Hochhaus durch rund 700 in der Fassade installierte LED-Lichtbänder illuminiert. Die Leistungsaufnahme des Lichtkunstwerks wird mit maximal 1,4 kW angegeben. An der Südwestseite des Towers ­liefert eine 650-m2-Photovoltaikanlage mit 66 kWp rund 42000 kWh/a.

Die Konzernzentrale des Energieversorgungsunternehmens Energie AG Oberösterreich – der Power Tower in Linz – setzt Maßstäbe für die Energieeffizienz von Geschäftsgebäuden. In Innenstadtlage nutzt das weltweit erste Passivhochhaus über Wärmepumpen Abwärme sowie die Energie des Untergrunds und des Grundwassers zum Heizen und Kühlen.

Für das Projekt Power Tower gab es ehrgeizige Zielvorgaben: Das 19 Stockwerke und 74 m hohe Gebäude mit einer Nettogeschossfläche von 22652 m2 sollte als erstes Hochhaus weltweit den Passivhausstandard erreichen und energetisch weitgehend autark sein. Zu berücksichtigen war dabei ein großes Rechenzentrum in dem Gebäude, dessen Kühllast möglichst ohne Zusatzkühlung abgeführt werden sollte. Um den Anforderungen gerecht zu werden, wurden für das im September 2008 bezogene Gebäude neue Wege beim Energiekonzept und der Gestaltung der Gebäudehülle beschritten.

Abwärme und Geothermie

Zwei Förderbrunnen zur Grundwassernutzung liefern das Kühlwasser für den Kühlkreislauf des Rechenzentrums. Die Kühllast des Rechenzentrums beträgt sehr konstant rund 160 kW. Die mit dem Kühlwasser kontinuierlich abgeführte Abwärme wird bei Bedarf über zwei unterschiedliche Großwärmepumpen für die Gebäudeheizung – Vorwärmung der Außenluft – nutzbar gemacht. Eine Großwärmepumpe (IWWT400ER2, Ochsner) mit drehzahlgeregeltem Turboverdichter liefert eine regelbare Heizleistung zwischen 200 und 385 kW.

Sie ist mit einer weiteren Großwärmepumpe (IWWS340ER2, Ochsner) mit halb-hermetischem Schraubverdichter und einer Heizleistung von 337 kW gekoppelt. Ein Unterkühlungskreislauf mit Teilstrom-Dampf-Einspritzung (OVi, Ochsner Vapor injection Technologie), ist für eine Steigerung der Effizienz des Systems verantwortlich und kann Heizungs-Vorlauftemperaturen von bis zu 65 °C erzeugen. Je höher die benötigten Vorlauftemperaturen, desto besser arbeitet OVi. Im vorliegenden Fall sind mit 55 °C relativ hohe Temperaturen zu erzielen, bei denen OVi deutliche Effizienzvorteile bringt. Beide Wärmepumpen erreichen eine Jahresarbeitszahl größer als 5.

Die jeweils bis auf 10 m abgeteuften Förder- und Schluckbrunnen mit einem Durchmesser von 1 m liegen etwa 50 m weit auseinander, damit sich frisches und rückgeführtes Grundwasser nicht vermischen. Die Brunnenpumpen fördern jeweils bis zu 36 m3/h ins System. Im Bereich der engeren Umgebung des Baukörpers hat der Grundwasserkörper (mitteldicht bis dicht gelagerte sandige Kiese) eine Mächtigkeit von 5 bis 7 m und eine Grundwassertemperatur von ca. 11…12 °C.

Hauptlieferanten der geothermischen Energie sind 46 Erdwärmesonden mit einer Gesamtlänge von 6900 m. Dazu wurden zwei Erdsondenfelder mit Bohrungen bis auf 150 m Tiefe in den Untergrund eingebracht. Wärmeträger ist eine 20%ige Glykol-Wasser-Mischung. Sie ­gelangt mit etwa 5 °C zur Wärmepumpe, die eine Vorlauftemperatur von 40 °C zur Verfügung stellt. Zusätzlich wurden 900 Wärmesondenmeter in die 86 Fundamentpfähle des Bauwerks ein­gebaut. Die Fundamentpfähle reichen 8 m in die Tiefe und haben einen Durchmesser von je 90 cm.

Kühlung regeneriert Erdsonden

Für den niedrigen Heizwärme- und Kühlbedarf des Gebäudes ist vor allem der Fassadenaufbau entscheidend. Die eigens für das Gebäude ent­wickelte Fassade besteht zu zwei Dritteln aus Glas und zu einem Drittel aus 20 cm gedämmten opaken Elementen. Um die äußere Kühllast zu minimieren, wird auf eine besondere Art beschattet: In die vierfach verglasten Fassadenelemente sind Lamellen mit ­einer Mikroprismenstruktur integriert, die auch bei fast horizontaler Stellung die Sonnenstrahlung reflektieren. Trotz Sonnenschutz wird so eine maximale Durchsicht nach außen ermöglicht. Gleichzeitig wird der solare Wärmeeintrag um 90 % reduziert, weshalb eine herkömmliche Klimaanlage nicht erforderlich war.

Die Kühlung erfolgt über abgehängte Kühl­deckenelemente. Die aus den Büros abgeführte Wärme trägt zur Regeneration der Erdsonden bei. Zu Beginn der Kühlperiode können mit 1 kWh Elektrizität für die Umwälzpumpe bis zu 50 kWh Kälte bereitgestellt werden. Ist im Laufe der Kühlperiode wegen des Temperatur­anstiegs im Erdreich keine freie Kühlung mehr möglich, wird die Kühllast der Büros durch die Umschaltung der Wärmepumpe in das Erdreich eingebracht. 1 kWh Elektrizität führt dann rund 2 kWh Wärmelast aus den Büros ab, rund 3 kWh werden an das Erdreich abgegeben.

Wiltrud Meyer, redtext

http://www.ochsner.at

http://www.energieag.at

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Wärmepumpen für Passivhochhaus
  2. Teil: Power Tower Linz
  • Die Abwärme aus dem Rechenzentrum erwärmt die Außenluft für die Gebäudelüftung.
  • Wärme und Kälte über Wärmepumpen: Anlagenschema des Power Tower.
Energie AG Oberösterreich
Ochsner
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