Museum Ritter Waldenbuch - Projektabschlussbericht März 2009

Museum Ritter
Waldenbuch
Regenerative Energieversorgung im
Museumsbau:
Monitoring und Betriebsoptimierung im Museum
Ritter in Waldenbuch
Abschlussbericht, März 2009
Gefördert vom Bundesministerium für
Wirtschaft und Technologie aufgrund eines
Beschlusses des Deutschen Bundestages
Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde
mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Technologie unter dem Förderkennzeichen 0329084D
gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser
Veröffentlichung liegt beim Autor.
Auftraggeber:
Auftragnehmer:
BMWi, Forschungsvorhaben 0329084D
Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau
Universität Karlsruhe (TH)
Fachgebietsleitung:
Prof. Dipl.-Ing. Andreas Wagner
Bearbeitung:
Dipl.-Ing. Thomas Knapp
Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau (fbta)
Universität Karlsruhe (TH)
Englerstr. 7
76131 Karlsruhe
Telefon: +49 721 608 2178
Telefax: +49 721 608 6092
Internet: www.fbta.uni-karlsruhe.de
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1. Projektbeschreibung
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1.1. Das Projekt im Rahmen des Förderprogramms EnOB - EnBAU . . . . . . . . .
5
1.2. Projektbeteiligte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3. Architektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2. Museumsbetrieb aus: Energetische Konzepte im Museumsbau, Studienarbeit M. Thomann
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2.1. Thermische Behaglichkeit für Besucher und Personal . . . . . . . . . . . . .
13
2.2. Konservatorische Anforderungen an das Raumklima . . . . . . . . . . . . .
13
2.3. Einflussfaktoren auf das Raumklima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3. Energiekonzept
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3.1. Wärme- und Kälteerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3.2. Wärmeabgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
3.3. Kälteabgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3.4. Lüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3.5. Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
3.6. Strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
4. Monitoring
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4.1. Messkonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.2. Datenerfassung und -weiterverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.3. Datenqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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5. Ergebnisse des Monitorings
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5.1. Gesamtenergiekennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
5.2. Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
5.3. Kälte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
5.4. Lüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.5. Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.6. Hilfsenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.7. Fördertechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.8. Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.9. Raumklima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6. Wissenstransfer
151
7. Fazit und Ausblick
152
7.1. Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.2. Mögliche weitere Optimierungsmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
i
Inhaltsverzeichnis
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7.3. Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
A. Basisdaten des Gebäudes
164
B. Projektbeteiligte
165
ii
Inhaltsverzeichnis
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Kurzfassung
Das Museum Ritter mit dem angeschlossenen Besucherzentrum der Schokoladenfabrik
Ritter wurde im September 2005 fertiggestellt. Der Wunsch des Bauherrn war, auch bedingt durch sein Engagement im Bereich der erneuerbaren Energien, eine weitgehend
regenerative Energieversorgung für das neue Gebäude. Daher wurde für das Museum
ein konsequent auf Sparsamkeit und effiziente Verwendung der Energie ausgelegtes
Energiekonzept entwickelt.
Konzept
Die Anforderungen an das Raumklima in den Ausstellungsräumen sind aus konservatorischen Gründen sehr hoch. Die Temperatur und die relative Luftfeuchte dürfen nur in
einer sehr geringen Bandbreite schwanken (20 – 22° C, 50 – 55 %). Dadurch ist sowohl
im Sommer (Entfeuchtung) als auch im Winter (Befeuchtung) eine Luftbehandlung notwendig. Dies erfordert einen hohen Energieaufwand, der im Rahmen dieses Projektes
reduziert werden sollte.
Die Wärme- und Kälteerzeugung wurde zur Ausnutzung sämtlicher im Gebäude auftretender Energieströme eng verzahnt. Die Wärme wird primär durch eine aus vier Holzpelletkesseln bestehende Kesselanlage bereitgestellt. Diese haben zusammen eine Leistung von 128 kW. Ein Großteil der im Gebäude benötigten Heizwärme wird allerdings
von der als Wärmepumpe betriebenen Absorptionskältemaschine erzeugt. Diese wird
mit der Wärme aus den Holzkesseln angetrieben und nutzt als Wärmequelle das Erdreich über die als Energiepfähle ausgeführte Gründung des Gebäudes. Auf diese Weise können aus einem Teil Wärme aus den Kesseln ca. 1,3 Teile Wärme auf niedrigem
Temperaturniveau (36/30° C) bereitgestellt werden.
Die Kälte für die Lüftungsanlagen wird hauptsächlich durch die Absorptionskältemaschine mit 50 kW Kälteleistung erzeugt. Diese wird durch eine fast 200 m2 große thermische Solaranlage, die mit Vakuumröhren-Kollektoren ausgestattet ist, angetrieben.
Zur Spitzenlastabdeckung dient eine konventionelle Kompressionskältema-schine mit
ebenfalls 50 kW Leistung. Die Rückkühlung der beiden Maschinen erfolgt über einen
Nasskühlturm der mit Regenwasser betrieben wird.
Neben der Kühlung über die Lüftungsanlagen wurde in fast allen Räumen zusätzlich eine Flächenkühlung vorgesehen. Die Kühlflächen werden direkt aus den Energiepfählen
mit Kälte versorgt. Die Regeneration des so im Sommer erwärmten Erdreichs erfolgt im
Winter über die Nutzung als Wärmequelle für die Wärmepumpe. Die Kühlflächen dienen im Winter als Heizflächen, sämtliche Flächen können einzeln von Kühlen auf Heizen
umgeschaltet werden.
1
Inhaltsverzeichnis
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Alle Lüftungsanlagen wurden mit einer sehr effizienten Wärmerückgewinnung und regelbaren, hocheffizienten Ventilatoren ausgestattet. Wo möglich wurde zur Reduzierung der Kühllast eine indirekt adiabate Kühlung eingebaut. Die Anlage für die Ausstellungsräume musste als Vollklimaanlage mit den Funktionen Heizen, Kühlen, Be- und
Entfeuchten ausgeführt werden. Die Befeuchtung erfolgt über einen Kontaktbefeuchter um die Verdampfungsenthalpie über das Heizregister einbringen zu können. Die
Entfeuchtung erfolgt durch Abkühlen der Luft unter ihren Taupunkt. Für die notwendige
Wiederaufheizung kann Abwärme aus der Kälteerzeugung verwendet werden, da die
Heizregister auf niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt wurden.
Erkenntnisse
Der in der Planungsphase berechnete Primärenergiebedarf von ca. 100 kWh/m2 a konnte in den beiden Messjahren nicht eingehalten werden. Der gemessene Primärenergieverbrauch lag vielmehr mit etwa 380 kWh/m2 a in 2007 und 340 kWh/m2 a in 2008 3,5 bis
4-fach über dem Bedarf. Dabei waren vor allem die Verbräuche für Beleuchtung und
Belüftung um ein vielfaches höher als geplant.
Die Auswertung der Messdaten für die im Gebäude eingesetzte solare Kühlung zeigte
für 2007 sehr schlechte Werte für den COP (Coefficient of Performance, Leistungszahl).
Dadurch waren auch der Primärenergiefaktor und die spezifischen CO2 -Emissionen der
Absorptionskältemaschine sehr hoch. Beide Faktoren überschritten sogar die Werte einer guten Kompressionskältemaschine, eine Primärenergieeinsparung oder eine Reduktion der CO2 -Emission war so nicht möglich. Durch das Monitoring konnten die Ursachen für die schlechte Leistung gefunden werden. Die Beseitigung der Mängel wurde
überwacht und das Ergebniss kontrolliert.
Bei den Ergebnissen für die thermische Solaranlage zeigt sich, dass die verwendete
Technik einen hohen Standard erreicht hat. Sowohl Wirkungsgrad als auch spezifischer
Ertrag liegen auf hohem Niveau. Dabei muss besonders berücksichtigt werden, dass
die Ausrichtung der Solarkollektoren aus architektonischen Gründen nicht optimal gewählt wurde.
Im der Gesamtbetrachtung der Anlage zeigte sich, dass das komplexe Energiekonzept
und die strengen Temperatur- und Feuchteanforderungen eine optimale Regelung der
einzelnen Anlagenkompenenten erfordert. Die im Gebäude implementierte Mess- und
Regelungsanlage erfüllt diese Anforderung nur unzulänglich, so dass es zu erheblichen
Energie-Mehrverbräuchen kommt.
2
Inhaltsverzeichnis
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Heizung
Der Heizwärmeverbrauch sowohl des Museums als auch des Besucherzentrums ist mit
etwa 100 kWh/m2 a dreimal so hoch wie geplant. Die Ursachen hierfür sind nur schwer
einzugrenzen, da das Gebäude entsprechend der Planung gedämmt wurde und auch
keine ausgewöhnlichen Undichtigkeiten festzustellen sind. Die hohen Heizgrenztemperaturen und ein nicht unerheblicher Wärmeverbrauch im Sommer lassen jedoch auch
hier auf eine unzureichende Regelung der Heizung schließen. Es muss davon ausgegangen werden, dass das Gebäude vor allem in der Übergangszeit gleichzeitig beheizt
und gekühlt wird. Zusätzlich benötigen die durchgängig laufenden Lüftungsanlagen
ebenfalls mehr Wärme als geplant.
Kühlung
Auch für den Kälteverbrauch kann eine mehrfache Überschreitung der Planwerte festgestellt werden. Neben den Regelungsproblemen sind hierfür besonders die hohen
internen Lasten durch die Beleuchtung verantwortlich. Im Ausstellungsbereich war eine
Beleuchtungsstärke von 300 Lux vertikal im Energiekonzept berücksichtigt worden. Dies
war der aus konservatorischen Gründen empfohlene Maximalwert. Durch die räumlich
nicht getrennten Landschaftszimmer, in denen durch die großzügige Verglasung ein
sehr hohes Tageslichtangebot vorhanden ist, kann diese niedrige Beleuchtungsstärke
in den Ausstellungsräumen nicht eingehalten werden. Daher werden die Ausstellungsräume in der Regel mit einer Beleuchtungstärke von ca. 1.000 Lux vertikal beleuchtet.
Zusätzlich wird der Kälteverbrauch durch die durchgängig betriebenen Lüftungsanlagen erhöht, da die Außenluft in den Sommermonaten auch nachts oft entfeuchtet
werden muss.
Lüftung
Wie bereits erwähnt, werden die Lüftungsanlagen für das Museum und den SchokoLaden durchgehend betrieben. Als Grund werden die einzuhaltenden konstanten Raumkonditionen genannt. Da allerdings nachts sowohl in den Ausstellungsräumen als auch
im SchokoLaden nur sehr geringe Lasten auftreten, könnte die Temperatur durch die
vorhanden statischen Heiz- und Kühlflächen konstant gehalten werden. Weil in dieser
Zeit auch keine relevanten Feuchtequellen oder -senken vorhanden sind, würde die
relative Raumfeuchte ebenfalls konstant bleiben.
Darüber hinaus wurden im ersten Quartal 2007 neue Ventilatoren und Motoren in die
Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume eingebaut. Ziel war, die Luftmenge der Anlage zu erhöhen um so ein besseres Regelverhalten und Leistungsreserven im Sommerfall
3
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
zu erhalten. Allerdings wurden die Volumenstromregeler offenbar nicht nachreguliert,
so dass die Luftmenge kaum erhöht wurde.
Datenerfassung
Nach erheblichen Schwierigkeiten die sowohl beim Export der Daten aus der TrendDatenbank der GLT-Software als auch bei der Übertragung der Daten per ISDN an das
fbta auftraten, konnte mit der zuletzt gefundenen Konfiguration eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht werden. Da aber sowohl für den Export als auch für die Datenübertragung keine Standard-Lösungen gewählt werden konnten, diese wären zum Beispiel ein
OPC-Server für den Export und eine ssh-Verbindung für die Übertragung, ist dies leider
nicht auf andere Monitoring-Projekte übertragbar.
Für die Datenauswertung wurde zunächst hauptsächlich das Tabellenkalkulationsprogramm Excel verwendet. Dies lässt eine flexible Auswertung und viele Darstellungsformen der ausgewerteten Daten zu. Dafür ist aber eine hoher Zeitaufwand notwendig,
da die Vorgänge nur schlecht automatisiert werden können. Später kam die am fbta
auch im Rahmen dieses Projekts entwickelte eigene Auswertungssoftware zum Einsatz.
Diese ist speziell auf die Anforderungen des Gebäudemonitorings zugeschnitten und
lässt, neben umfangreichen Darstellungsoptionen, auch eine Qualitätsüberprüfung der
erfassten Daten zu.
4
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
1. Projektbeschreibung
Das Museum Ritter wurde von 2004 bis 2005 für die private Sammlung von Marli HoppeRitter, der Enkelin des Firmengründers der Alfred Ritter Schokoladenfabrik, direkt neben
der Fabrik Ritter Sport in Waldenbuch gebaut. Durch die hohen Anforderungen an das
Raumklima und die Beleuchtung ist in einem Museum in der Regel ein sehr großer Energieaufwand zur Erfüllung dieser Anforderungen notwendig. Daher ist für die Planung
und den Betrieb eines Museumsgebäudes die ökonomische Effizienz und die ökologische Verträglichkeit des Haustechnikkonzeptes von wesentlicher Bedeutung. Beim Museum Ritter sollte die Energieversorgung für Heizung und Klimatisierung fast ausschließlich aus regenerativen Quellen wie Solarenergie, Biomasse und Geothermie gewonnen
werden. Nach der Fertigstellung des Objekts im Herbst 2005 wurde es vom Fachgebiet
Bauphysik und Technischer Ausbau der Universität Karlsruhe (TH) als Monitoring-Projekt
im Rahmen des Förderprogramms EnOB vorgeschlagen.
Das fbta hatte im Rahmen von SolarBau bzw. EnSan bereits das Monitoring im Projekt
DB Hamm (DBHAMM03), einem Neubau für die DB Netz AG in Hamm/Westfalen, im
Projekt KfW Ostarkade (KFWOA06), einem Neubau für die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) in Frankfurt, und im Projekt KfW Haupthaus, einer Bestandsanierung für die
KfW, durchgeführt. Weitere Erfahrungen wurden im Projekt „enerkenn“ gesammelt, bei
dem zehn bestehende Gebäude der DB Netz AG energetisch untersucht wurden. Außerdem war das fbta seit 1997 in dem Begleitforschungsprojekt des Förderprogramms
SolarBau:-MONITOR tätig.
1.1. Das Projekt im Rahmen des Förderprogramms EnOB - EnBAU
Mit einem Primärenergieverbrauch von 472 Millionen Tonnen Steinkohleeinheiten (SKE)
in 2007 (BUA07), entsprechend einer durchschnittlichen Leistung von 5.333 Watt pro
Kopf, lag Deutschland 2007 unter den ersten 20 Ländern mit dem höchsten pro Kopf
Verbrauch an Primärenergie. Der Energieverbrauch verursachte 2005 CO2 -Emissionen
von insgesamt 873 Millionen Tonnen (BUA07). Um das von der Bundesregierung gesteckte Klimaschutzziel erreichen zu können, sind Anstrengungen in allen Bereichen
notwendig. Neben den Energiesparmaßnahmen im Wohnungsbereich, die vor allem
im Bereich Heizwärme ergriffen werden, muss auch bei Büro- und Sondergebäuden
der Energieverbrauch deutlich gesenkt werden.
In diesem Gebäudesektor wird ein wesentlicher Teil der Energie nicht mehr für die Beheizung des Gebäudes sondern für die Bereiche Lüftung, Beleuchtung, Klimatisierung
und Hilfsenergie benötigt. Besonders in einem Museum mit seinen hohen Anforderungen an die visuelle Darstellung der Ausstellungsstücke bei gleichzeitigen hohen klimatischen Anforderungen aus konservatorischen Gründen, dominieren diese Energieverbrauchssektoren. Ziel des Förderprogramms “Energieoptimiertes Bauen - EnOB” ist die
5
1.2
Projektbeteiligte
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
Halbierung des Primärenergieverbrauchs gegenüber den Vorgaben der aktuellen Energieeinsparverordnung. Neben Bürogebäuden wird das Spektrum der geförderten Gebäude auch auf anderer Nutzungstypen erweitert. Zielsetzung ist dabei:
• Unterschreitung des Primärenergie-Grenzwertes der EnEV 2006 um mindestens 50 %
• Hohe architektonische Qualität
• Ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit
• Beispielcharakter der umgesetzten Lösung mit großem Potential zur Weiterverwertung
Das Museum Ritter wurde auf Grund seines einmaligen Energiekonzepts, das neue Wege im energieeffizienten Museumsbau zeigen soll, in die Förderung aufgenommen. Die
Aufnahme erfolgte in Phase 2 des Projekts, d.h. der Mehraufwand für die Planung, die
Mehrkosten der Gebäudetechnik und das Risiko für die Nicht-Standard-Lösung wurden
voll vom Bauherren übernommen.
1.2. Projektbeteiligte
Das Projekt wurde von Marli Hoppe-Ritter, der Enkelin des Firmengründers Alfred Eugen
Ritter, initiiert, als Bauherr fungierte die Ritter Schönbuch Vermögensverwaltung. Für den
Entwurf des Gebäudes zeichnet der Berliner Architekt Max Dudler verantwortlich. Die
Vertretung des Bauherren zur Umsetzung des Projekts übernahm als Projektsteuerer das
Büro unit aus Darmstadt. Dem Architekten und Projektsteuerer standen folgende Fachplaner zur Seite:
• Heizung, Lüftung, Kälte, Regelung: ip5 ingenieurpartnerschaft, Karlsruhe
• Elektro und Sanitär: Krebser und Freyler Planungsbüro GmbH, Teningen
• Statik: KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft mbH & Co. KG, Frankfurt a.M.
Die Bauleistungen wurden in Einzelvergabe an die ausführenden Firmen vergeben:
• Rohbau: Bilfinger Berger, Frankfurt a.M.
• Fassade, Stahlbau, Lichtdecken: Stahlleichtbau Franz Hesedenz GmbH, Saarlouis
• Fassade, Naturstein: Hofmann GmbH + Co.KG, Werbach-Gamburg
• TGA: J. Wolfferts GmbH, Mannheim
• Elektro: Erich Spiegel GmbH, Stuttgart
• MSR: Honeywell GmbH, Schönaich
Für den Betrieb des Gebäudes waren zunächst externe Dienstleister vorgesehen. Nach
den ersten Monaten stellte sich jedoch heraus, dass die Betriebsführung besser durch
6
1.3
Architektur
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
Abbildung 1: Ansicht des Gebäudes in der Dämmerung von Westen, Foto: Victor S.
Brigola
die Betriebstechnik des Schokoladenwerkes, das in direkter Nachbarschaft liegt, zu gewährleisten ist. Seitdem wird das Museum von Mitarbeitern der Alfred Ritter GmbH betreut. Mit diesen wurden die Ergebnisse des Monitorings regelmäßig besprochen und
Optimierungsmöglichkeiten gesucht.
1.3. Architektur
In einer bewussten Analogie basiert der Grundriss des Gebäudes auf geometrisch klaren Formen. Die quadratische Grundfläche von 44 x 44 m teilt sich in zwei Flügel auf,
die einzeln jeweils ein Trapez darstellen und durch eine Passage verbunden sind. Durch
die Lage am Ortsrand schafft die Passage gleichzeitig eine Verbindung zwischen dem
Aichtal und der sich anschließenden Schokoladenfabrik bzw. der Stadt Waldenbuch.
1.3.1. Raumprogramm
Im größeren Flügel befinden sich die Sammlung, Wechselausstellungen, ein Museumsshop und ein Café. Der Flügel ist im wesentlichen zweigeschossig, wird aber durch eingeschobene Zwischengeschosse für Technik und Museumsverwaltung erweitert. Die
7
1.3
Architektur
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
Abbildung 2: Grundriss Erdgeschoss
Haupt-Geschosshöhe beträgt ca. 6,3 m wobei etwa 1,3 m für die abgehängte Lichtdecke benötigt werden. Das Erdgeschoss (siehe Abbildung 2) beherbergt neben dem
Foyer des Museums und einem großen Ausstellungsraum das Museumscafe mit Gastraum, Küche und Nebenräumen. Über den Sozialräumen des Cafés wurde ein Zwischengeschoss für die Heizungs- und Kältezentrale eingeschoben.
Über eine großzügige Treppe gelangt der Museumsbesucher in das Obergeschoss (siehe Abbildung 4). Hier befinden sich drei weitere Ausstellungsräume, ein grafisches Kabinett sowie ein Raum für Videoinstallationen. Hinter dem großen Aufzug, der sowohl
den Besuchern zur Verfügung steht als auch bei Ausstellungsumbauten für den Transport der Kunstgegenstände genutzt wird, befindet sich das Stuhllager des Museums.
Über dem Stuhllager und dem Videoraum wurde ein weiteres Zwischengeschoss für
die Lüftungszentrale eingeschoben (siehe Abbildung 5).
Im Grundriss des Obergeschoss (Abbildung 4) erkennt man außerdem den zweigeschossig eingeschobenen Verwaltungsbereich des Museums an der oberen rechten
8
1.3
Architektur
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
Abbildung 3: Blick in die Ausstellungsräume im Obergeschoss, Foto: Victor S. Brigola
9
1.3
Architektur
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
Abbildung 4: Grundriss Obergeschoss
Ecke des unteren Gebäudeteils. In beide Büroräume wurde eine Empore eingezogen,
die intern durch eine Treppe erschlossen wird. Zwischen Treppenhaus und Büros befinden sich noch Nebenräume wie Teeküche, EDV-Raum und Lager.
Der kleinere Gebäudetrakt bietet Raum für das Besucherzentrum der Schokoladenfirma Ritter Sport, das aus einem Laden, Ausstellungsflächen und einer Schokoladenwerkstatt für Kinder besteht. Dieser Teil bildet die Zone Besucherzentrum. Im 2. OG befindet
sich ein Verwaltungsteil mit 400 m² Fläche, im Folgenden als Zone Verwaltung bezeichnet. Dieser Gebäudeteil ist durchgängig dreigeschossig ausgebildet. Im Erdgeschoss
befindet sich der Werksverkauf der Firma Ritter Sport (SchokoLaden) mit angeschlossenem Lager und Sozialräumen. Darüber im Obergeschoss wird in der Schokoladenausstellung Wissenswertes über die Schokoladenproduktion gezeigt. Da eine Werksbesichtigung auf Grund der hygienischen Vorschriften nicht möglich ist, wird dem Besucher
in einem zentral angeordneten Filmraum eine virtuelle Werksführung angeboten. Im
10
1.3
Architektur
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
Abbildung 5: Schnitt durch das Museum
Bruttogeschossfläche (BGF)
Nettogeschossfläche (NGF)
Hauptnutzfläche (HNF)
Hauptnutzfläche Museum
Hauptnutzfläche Schokoteil
Umbautes Raumvolumen
A/V-Verhältnis
3.910 m2
3.232 m2
2.215 m2
1.063 m2
1.152 m2
13.098 m3
0,54 1/m
Tabelle 1: Flächen und Volumen
Anschluss an die Ausstellung befindet sich die sogenannte Schokowerkstatt. Hier wird
Kindern und Jugendlichen die Möglichkeit geboten, Schokolade unter Anleitung selbst
herzustellen.
Im zweiten Obergeschoss des Besucherzentrums wurde auf ca. 400 m2 Fläche zusätzlicher Platz für die Verwaltung der Schokoladenfabrik geschaffen. Das Geschoss wird
durch ein Treppenhaus mit Aufzug separat erschlossen. Tabelle 1 stellt die Flächen aus
der Planungsphase dar. Diese weichen leicht von den tatsächlich realisierten Flächen
ab.
1.3.2. Gebäudehülle
Als Fassade wurde eine vorgehängte Kalksteinfassade gewählt. Der Fensterflächenanteil des Gesamtgebäudes, inklusive Dachfenster, beträgt 30 Prozent. Allerdings sind die
Fensterflächen sehr ungleich auf die Räume verteilt. Während die Ausstellungsräume
im Museum fensterlos sind und nur im Obergeschoss über die Decke mit Tageslicht versorgt werden, bestehen die Außenwände der beiden Landschaftszimmer bis auf die
Brüstung nur aus Fenstern. Auch die Fensterflächenanteile der einzelnen Fassaden sind
sehr verschieden und schwanken zwischen 17 % für die Ostfassade bis hin zu fast 50 %
für die Nordfassade. Die Wände wurden mit 14 cm Mineralwolle gedämmt und haben
11
1.3
Architektur
1
PROJEKTBESCHREIBUNG
Abbildung 6: Lageplan (bestehende Gebäude schwarz, Museum weiß)
einen U-Wert von 0,23 W/m2 K. Die Bodenplatte wurde oberseitig gedämmt und hat
einen U-Wert von 0,38 W/m2 K, das Dach besitzt 16 cm Mineralwolldämmung und damit einen U-Wert von 0,21 W/m2 K. Bei den Fenstern wurde während der Planungsphase der Einsatz einer Dreischeiben-Verglasung angedacht. Auf Grund der sehr großen
Fenster die zum Teil bis zu 4 m hoch sind, wären die Kosten jedoch zu hoch geworden
und hätten durch die Energiekosteneinsparung nicht kompensiert werden können. Für
die Fenster kam daher eine Standard-Zweischeiben-Verglasung mit einem U-Wert von
1,3 W/m2 K zum Einsatz. Zur Reduzierung der solaren Gewinne und somit der Kühllast
wurde ein hochselektives Sonnenschutzglas mit einem g-Wert von 0,34 verwendet.
In die drei am meisten der Sonne ausgesetzten Fassaden wurde ein außenliegender
Sonnenschutz integriert. Er wurde als Stoffbehang mit einer Lichtdurchlässigkeit von 0,15
ausgeführt. Durch die extrem hohen Fenster und die Führung der Stoffbahnen an nur
wenigen Punkten kommt es aber immer wieder zu großen Problemen mit der Windanfälligkeit des Behangs. Dadurch ist die Verschattungsanlage nur eingeschränkt nutzbar.
12
2
MUSEUMSBETRIEB AUS: ENERGETISCHE KONZEPTE IM MUSEUMSBAU, STUDIENARBEIT M.
THOMANN
2. Museumsbetrieb aus: Energetische Konzepte im Museumsbau, Studienarbeit M.
Thomann
Die Anforderungen an das Raumklima in einem Museum sind einerseits geprägt durch
die Komfortanforderungen für Besucher und Angestellte , andererseits durch die konservatorischen Anforderungen für die ausgestellten Kunstwerke.
2.1. Thermische Behaglichkeit für Besucher und Personal
Für die thermische Behaglichkeit von Besuchern und Personal sind die üblichen Komfortwerte für Raumtemperatur, Feuchte und Luftbewegung maßgebend. Für das Personal stellt das Museum einen Arbeitsraum dar, daher sind auch die Anforderungen nach
Arbeitsstättenrichtlinie einzuhalten. Die operative Raumtemperatur, zusammengesetzt
aus Raumlufttemperatur und Oberflächentemperaturen der umgebenden Bauteile,
sollte zwischen 20 und 25 °C liegen. Dabei werden durch die geringe körperliche Aktivität von Besuchern und Personal Temperaturen am unteren Rand des Bereiches eher
als unbehaglich empfunden. Die Luftfeuchte kann dagegen zwischen 30 und 70 % relativer Feuchte schwanken, ohne als besonders unangenehm empfunden zu werden.
Gleichzeitig ist sicherzustellen, dass die Luftgeschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich
der Personen nicht höher als maximal 0,15, besser 0,1 m/s sind.
2.2. Konservatorische Anforderungen an das Raumklima
Für die Erhaltung der Kunstwerke sind völlig anderer Raumklimabedingungen erforderlich. Die Raumlufttemperatur sollte z.B. möglichst niedrig sein, was natürlich im Gegensatz zu den Komfortwünschen von Besuchern und Personal steht. Deshalb muss in den
Ausstellungsräumen ein Kompromiss zwischen Komfort und Konservierung gefunden
werden. In Depots, in denen die Exponate nur aufbewahrt werden, kann dagegen
das aus konservatorischen Gesichtspunkten optimale Raumklima eingestellt werden.
Bei hygroskopischen Materialien, z.B. Papier oder Holz, ist eine möglichst konstante
Raumluftfeuchte sicherzustellen, da diese sehr empfindlich auf Feuchteschwankungen
reagieren. Bei zu hoher Feuchte besteht die Gefahr von Schimmelbildung, bei zu niedriger Feuchte können die Materialien austrocknen und verspröden. Werden sie im Verbund mit nicht-hygroskopischen Materialien, z.B. Glas oder Ölfarbe verwendet, können
durch Feuchteschwankungen Formänderungen, Risse und Schichtablösungen auftreten. Die hygroskopischen Materialien quellen bzw. schrumpfen bei Aufnahme oder Abgabe von Feuchtigkeit, die nicht-hygroskopischen Materialen jedoch nicht oder kaum.
Daher müssen vor allem schnelle Änderungen der Raumfeuchte vermieden werden.
Bei langsamen, z.B. jahreszeitlichen Schwankungen besteht eine geringere Gefahr von
13
2.3
2 MUSEUMSBETRIEB AUS: ENERGETISCHE KONZEPTE IM MUSEUMSBAU, STUDIENARBEIT M.
Einflussfaktoren auf das Raumklima
THOMANN
Beschädigungen, da sich die Materialfeuchte in diesem Fall langsam anpassen kann
und die Spannungen im Material klein bleiben. Kurzfristige Änderungen bergen jedoch
ein Gefährdungspotential, selbst wenn es sich nur um die kleinen Schwankungen durch
die Regelabweichungen der Klimaanlage handelt, also das leichte Pendeln um den
Sollwert.
Die Raumtemperatur hat für sich betrachtet keine so große schädigende Auswirkung
wie die Luftfeuchte. Da die relative Luftfeuchtigkeit jedoch eng mit der Lufttemperatur zusammenhängt, müssen auch Schwankungen der Raumlufttemperatur in engen
Grenzen gehalten werden, da sie ansonsten Schwankungen der Luftfeuchte induzieren.
Historische Untersuchungen von Richtwerten für Raumlufttemperatur und Luftfeuchte
in Museum zeigen eine große Bandbreite von Empfehlungen. So wurde zu Beginn des
letzten Jahrhunderts noch eine maximale Temperatur von 13 °C und eine relative Luftfeuchte von 68 % empfohlen. Am anderen Ende der Skala wurden auch durchaus 24 °C
bei 45 % zugelassen. Inzwischen ist man dazu übergegangen, abhängig von Jahreszeit
und Materialgruppe der ausgestellen Exponante, Toleranzbänder für die Raumkonditionen anzugeben. Besonderen Wert wird dabei auf die Luftfeuchtigkeit gelegt und es
werden maximale Änderungsgeschwindigkeiten für Temperatur und Feuchte angegeben.
2.3. Einflussfaktoren auf das Raumklima
Durch eine gute Isolierung der Außenhülle kann das Raumklima gegen Einflüsse durch
das Außenklima geschützt werden. Schwere massive Wände mit absorptionsfähigen
Innenschichten können sowohl Temperatur- als auch Feuchteschwankungen dämpfen. Sehr großen Einfluss auf das Innenklima haben dagegen Fensterflächen. Sie sollten daher minimiert werden und ebenfalls gut isoliert und von Außen zu verschatten
sein. Der Außenluftwechsel wird auf das hygienisch notwendige Maß beschränkt, um
Wärme- und Feuchtelasten zu minimieren. Dabei ist besonderer Wert auf die Luftdichtigkeit des Gebäudes zu legen, da schon relativ kleine unkonditionierte Luftwechsel zu
hohen Feuchtelasten führen können.
Auch die Besucher des Museums stellen eine nicht zu unterschätzende Wärme- und
Feuchtebelastung dar. So gibt eine gehende Person eine Leistung von 150 W und 72 g
Wasser pro Stunde ab. Je nach Besucherzahl kann sich dies zu einer erheblichen Belastung summieren.
Das Licht, für die Präsentation der Kunstwerke unabdingbar, stellt ein weiteres Schädigungspotential für die Exponate dar. Daher werden sie in der Regel mit vertikalen
Beleuchtungsstärken zwischen 100 bis 250 Lux beleuchtet. Für sehr empfindliche Objekte kann die empfohlene Beleuchtungsstärke aber auch nur 50 Lux betragen. Weiterhin
14
3
Bereich
Ausstellung
Depot 1
Depot 2
SchokoLaden
Büros
Temperatur
20 - 22 °C
18 - 20 °C
18 - 20 °C
18 - 22 °C
20 - 26 °C
ENERGIEKONZEPT
relative Feuchte
50 - 55 %
40 - 45 %
50 - 55 %
keine Anforderung
keine Anforderung
Tabelle 2: Anforderungen an Raumtemperatur und -feuchte
ist eine gleichmäßige, diffuse Beleuchtung anzustreben und harte Schatten und Lichtreflexionen sind zu vermeiden. Die Nutzung von Tageslicht bietet sich auf Grund der hohen Farbwiedergabe und seiner guten Lichtausbeute an. Durch die hohe Effizienz des
Tageslichts können die thermischen Lasten gegenüber von Kunstlicht reduziert werden.
Lichtdecken haben sich in Museen sehr gut bewährt, da sie einen gleichmäßigen, diffusen Lichteinfall liefern und gleichzeitig keine Wandfläche als Ausstellungsfläche verloren
geht. Allerdings ist der Aufwand für die Konstruktion und die Steuerung ist, insbesondere
bei kombinierten Tages- und Kunstlichtdecken, sehr hoch.
3. Energiekonzept
Der Neubau des Museum Ritter sollte als Gebäude entstehen, das bei höchsten Anforderungen an das Raumklima möglichst wenig Energie verbraucht, bzw. den Energiebedarf weitgehend aus regenerativen Quellen deckt. Der Bauherr, die Ritter Schönbuch
Vermögensverwaltung GmbH, hat selbst großes Interesse an einem verantwortlichen
Umgang mit den natürlichen Ressourcen. Dies zeigt sich neben dem Umgang mit der
Energieversorgung für das Werk Ritter Sport, wo z.B. ein Blockheizkraftwerk mit 1 MW
elektrischer Leistung für die Wärmeversorgung eingesetzt wird, auch im Engagement
von Herrn Ritter in der thermischen Solarenergie und der Nutzung von Biomasse bei
den Firmen Paradigma und Ritter Solar.
Vorgabe für das Energiekonzept war der Anforderungskatalog aus dem Wettbewerb.
Dieser definiert die einzuhaltenden Werte für Raumtemperatur und -feuchte für die
einzelnen Gebäudebereiche. Herauszustreichen sind hier das enge Temperatur- und
Feuchteband in den Austtellungsräumen des Museumsteils und die ganzjährig niedrigen Temperaturen im SchokoLaden und Schokolager. Für die übrigen Gebäudeteile,
das Café, die Schokoausstellung mit Schokowerkstatt und die Büroräume für die Museumsverwaltung und im Schokoteil waren geringere Anforderungen einzuhalten (siehe
Tabelle 2).
Die Architektur sah für die eigentliche Ausstellung fensterlose Räume mit Lichtdecken
vor. Bauherrenwunsch war aber auch eine Verbindung zur reizvollen Landschaft die
15
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
durch die Landschaftszimmer realisiert wurde. Diese bieten durch großzügige Fensterflächen einen Ausblick auf die Umgebung und sind in die Ausstellung eingebunden.
Hierdurch stellte sich als besondere Anforderung der Umgang mit den erheblichen solaren Lasten dieser Räume. Gleichzeitig musste die Haustechnik weitgehend unsichtbar
in das Raumkonzept integriert werden.
Um auch für die Beleuchtung der Ausstellungsräume möglichst natürliche Ressourcen
nutzen zu können, wurden die Lichtdecken in den Ausstellungsräumen im Obergeschoss als Tageslichtdecken ausgeführt. Die Konstruktion muss komplexe Anforderungen an Beleuchtungsstärke, Blendschutz und Wärmeschutz erfüllen. Letztlich wurde ein
System aus einem Sonnenschutzglas und darunter liegenden hochverspiegelten Lamellen gewählt. Das Tageslicht wird bei Bedarf durch hocheffiziente Leuchtstoffröhren
ergänzt.
• Primärverglasung: U-Wert 1,1 W/m2 K, g-Wert 0,25, Tvis 0,50, Selektivität 1,85
• Diffusorebene: VSG-Glas aus 2 x 6 mm Glas und 0,76 mm Folie, Transmissionsgrad
0,62
• Leuchtmittel: T5 dimmbar, Lichtfarben 940 und 965, insgesamt ca. 800 Leuchten
für 540 m2 Lichtdecke
Ziel bei der Konzeption der Versorgungstechnik war es, den Primärenergiebedarf und
die CO2 -Emissionen gegenüber üblichen Konzepten auf einen Bruchteil zu reduzieren.
Hierzu wurden ressourcenschonende Technologien, die Nutzung von Abwärme, eine
saisonale Speicherung von Energie und eine optimierte Betriebsführung umgesetzt. Im
Mittelpunkt steht die Nutzung von regenerativen Energien wie Solarenergie, Biomasse
und Erdwärme bzw. -kälte. Wichtigste Komponente dabei ist eine Absorptionskältemaschine, die im Sommer zur Erzeugung von Kälte dient und im Winter als Wärmepumpe
betrieben wird. Die Wärmeabgabe erfolgt so weit wie möglich durch Flächenheizungen, die im Sommer gleichzeitig zur Flächenkühlung eingesetzt werden können. Der
Energiefluss ist schematisch in Abbildung 7 auf der nächsten Seite dargestellt.
3.1. Wärme- und Kälteerzeugung
Auf Grund ihrer engen Verzahnung ist eine getrennte Betrachtung von Wärme- und Kälteerzeugung kaum möglich. Die Wärmeerzeugung erfolgt durch vier Holzpelletkessel
mit einer Leistung von je 32 kW Nennleistung, einer Solaranlage mit 193,5 m² Aperturfläche und ca. 100 kWpeak Leistung sowie einer als Wärmepumpe genutzten Absorptionskältemaschine mit 110 kW Heizleistung. Der Großteil der Heizwärme sollte laut Planung
von der Wärmepumpe auf einem niedrigen Temperaturniveau von 36/30° C bereitgestellt werden. Bei Bedarf kann der Niedertemperaturbereich auch direkt aus Pufferspeichern nachgeheizt werden.
16
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 7: Schematische Darstellung des Energiebereitstellung und -nutzung (IP503)
17
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 8: Auszug aus dem Hydraulikschema, Kesselkasskade (IP503)
Holzpelletkessel Da der Bauherr selbst über die Firma Paradigma Holzpelletkessel für
Ein- und Mehrfamilienhäuser herstellt und vertreibt, war es sein Wunsch, diese auch
im Museum Ritter einzusetzen. Um die notwendige Leistung von mindestens 110 kW zu
erreichen, wurden daher vier Kessel in eine Kaskade geschaltet (s. Abbildung 8).
Die Pelletkessel werden über ein Saugsystem aus einem Sacksilo mit ca. 10 Tonnen Lagerkapazität, entsprechend etwa 15 Kubikmeter, mit Brennstoff versorgt. Das Silo befindet sich wie die Kessel in einem Zwischengeschoss über dem Sanitärbereich des Museums im Erdgeschoss. Die Befüllung erfolgt über drei Einblasleitungen, die hinter der
Natursteinfassade nach unten geführt wurden.
Solaranlage
Die Kesselanlage erzeugt Heizwasser mit bis zu 90° C zum Antrieb der
Absorptionskältemaschine, das im ersten der drei Pufferspeicher vorgehalten wird. Bei
ausreichender Sonneneinstrahlung werden diese vorrangig von der Solaranlage gespeist. Diese befindet sich auf dem Dach über dem Schokoteil des Gebäudes (siehe
Abbildung 10). Durch die Architektur wurde ein sehr flacher Anstellwinkel mit nur 7° Neigung vorgegeben. Da die Solaranlage fast ausschließlich im Sommer bei steil stehender
Sonnne genutzt werden soll, sind die dadurch entstehenden Ertragseinbußen mit ca.
10 % gegenüber der für diesen Anwendungsfall optimalen Neigung relativ gering.
Der Solarkreis ist, entgegen der üblichen Bauweise, nicht durch einen Wärmetauscher
von der übrigen Hydraulik getrennt. Da hierdurch dem Wärmeträger Wasser kein Frostschutz zugesetzt werden kann, wird das Einfrieren der Kollektoren durch eine aktive
Beheizung mit Warmwasser aus den Pufferspeichern verhindert. Auf Grund der sehr guten Isolierung der Vakuumröhren-Kollektoren sind die Verluste hierdurch nur sehr gering.
Die Technik wird von Paradigma auch für Kleinanlagen vertrieben.
Um eine Überhitzung der Solaranlage im Sommer bei zu geringer Abnahme durch die
Verbraucher zu vermeiden, wird die Anlage bei Überschreiten von bestimmten Tem-
18
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 9: Erstes Feuer im Holzpelletkessel
Abbildung 10: Thermische Solaranlage auf dem Dach des Museumsgebäudes
19
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 11: Absorptionskältemaschine EAW Wegracal SE 50
peraturen im Pufferspeicher über den Kühlturm notgekühlt. Dadurch wird verhindert,
dass die Anlage in Stillstand geht, d.h. dass sich Dampf in den Kollektoren bildet. Eine
Wiederinbetriebnahme der Anlage wäre dann erst nach Abkühlung und Kondensation des Dampfes möglich. In der Regel ist dies erst in der Nacht der Fall, so dass bei
einem Stillstand in den Morgenstunden kein weiterer Ertrag am selben Tag möglich ist.
Absorptionskältemaschine/-wärmepumpe
Die Absorptionskältemaschine der Firma
EAW Energieanlagen GmbH mit einer Nenn-Kälteleistung von 54 kW wird im Winter als
Wärmepumpe betrieben. Die Wärme wird dabei aus den Energiepfählen unter dem
Gebäude entnommen. Dadurch wird das im Sommer aufgeheizte Erdreich entladen.
Der Antrieb erfolgt wie im Sommer durch die Wärme aus den Pufferspeichern, die im
Heizfall fast ausschließlich von den Pelletkesseln bereitgestellt wird. Die Rückkühlung
wird nun als Heizwasser für die Niedertemperaturheizung genutzt. Das Temperaturniveau der Heiz- oder Antriebsseite bleibt wie im Sommer auf 90/75 °C, das der Kälteseite
wird leicht erhöht auf 10/16 °C und die Rückkühlseite wird ebenfalls leicht angehoben
auf 36/30 °C. Auf diese Weise bleibt der Betriebspunkt der Maschine im Wesentlichen
gleich, wobei vor allem die Volumenströme konstant bleiben, so dass keine Anpassung
der Pumpenbetriebspunkte notwendig ist. Das Umschalten zwischen Heiz- und Kühlbetrieb kann innerhalb von Minuten erfolgen.
20
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
Wärmeverteilung Die Wärmeverteilung erfolgt für den Hochtemperaturbereich auf einem Niveau von 70/50 °C mittels zwei Heizkreisen. Heizkreis 1 versorgt die Heizkörper im
Museum, diese dienen vor allem zur Vermeidung von Kaltluftabfall an den sehr hohen
Fenstern des Museums. Der zweite Heizkreis bedient den Schokoteil. Auch hier sind Heizkörper, zum größten Teil in Form von Unterflurkonvektoren, unter den meist raumhohen
Fenstern angeordnet um den thermischen Komfort sicherzustellen. Die Warmwasserbereitung für das Cafe im Museumsteil wird direkt aus dem Pufferspeicher gespeist, die für
die Schokowerkstatt im Schokoteil schließt an den Heizkreis 2 an.
Auch die Verteilung im Niedertemperaturbereich mit einer Temperatur von 36/30 °C
wurde grundsätzlich in zwei Teilen aufgebaut. In jedem Gebäudeteil gibt es einen kombinierten Heizungs- und Kälteverteiler der die Umschaltung der einzelnen Räume bzw.
Bereiche zwischen Heizen und Kühlen ermöglicht. Die beiden Unterverteiler werden
aus dem Hauptverteiler mit jeweils einer Pumpe ungemischt gespeist. Die Vorlauftemperatur wird zentral durch die Solltemperatur in der hydraulischen Weiche bestimmt.
Kälteerzeugung
Die Kältebereitstellung erfolgt in erster Linie durch die schon oben
erwähnte Absorptionskältemaschine. Die Nenn-Kälteleistung von 54 kW wird bei einer
Kaltwassertemperatur von 9/15 °C, einer Antriebstemperatur von 86/72 °C und einer
Rückkühltemperatur von 27/32 °C erreicht. Bei einer Absorptionskältemaschine hängt
die erzielbare Kälteleistung sehr stark von diesen drei Temperaturpaaren ab. Besonders
die Rückkühltemperatur hat einen großen Einfluss, daher wurde bei der Planung auf
eine großzügige Auslegung des Rückkühlers geachtet, so daß niedrige Rückkühltemperaturen für die überwiegende Zeit des Jahres sichergestellt sind.
Als Kältemittel kommt in der verwendeten Maschine Wasser zum Einsatz, als Lösungsmittel Lithiumbromid. Die Maschine besteht aus zwei großen Behältern die beide unter
Unterdruck gehalten werden. Der Druck im Verdampfer beträgt etwa 10 mbar, im Kondensator ca. 50 mbar, d.h. 1/100 bzw. 1/20 des Umgebungsdrucks. Das bedeutet, dass
das Kältemittel Wasser im Verdampfer schon bei etwa 4 °C verdampft und bei ca. 40 °C
im Kondensator kondensiert.
Der im Austreiber aus dem Lösungsmittel entwichene warme Wasserdampf strömt nach
oben in den Kondensator (s. Abbildung 12) wo er vom Kühlwasser (KüW) abgekühlt und
kondensiert wird. Durch eine Kältemittelpumpe wird das Wasser nun zum Verdampfer
(VS) gefördert, wo es bei niedrigerer Temperatur wieder verdampft und dem Kaltwasser (KW) Wärme entzieht. Der Niederdruck-Wasserdampf strömt nun in den Absorber
(AB) und wird vom konzentrierten Lösungsmittel Lithiumbromid aufgenommen. Die dabei freiwerdende Kondensationswärme wird vom gleichen Kühlwasser aufgenommen,
das danach durch den Kondensator strömt. Die nun verdünnte, kalte LösungsmittelWasser-Mischung wird über einen Wärmetauscher in den Austreiber gepumpt (3). Im
Wärmetauscher (WT1), auch Temperaturwechsler genannt, wird es durch die vom Aus-
21
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 12: Schematische Darstellung einer Absorptionskältemaschine (Quelle:
Wikipedia)
treiber (AT) kommende konzentrierte Lösung vorerwärmt. Im Austreiber wird die verdünnte oder auch reiche Lösung (reich an Kältemittel Wasser) nun durch das Heizwasser wieder aufkonzentriert, in dem das Wasser in Form von Wasserdampf ausgetrieben
wird. Der Wasserdampf strömt in den Kondensator und der Kreislauf beginnt von Neuem, die konzentrierte Lösung (1) wird über den Wärmetauscher zurück in den Absorber
gepumpt.
Die eingesetzte Absorptionskältemaschine kann als Niedertemperatur-Kältemaschine
bezeichnet werden. Neben einer relativen niedrigen minimal notwendigen Heizwasser-Vorlauftemperatur von 80 °C zeichnet sie sich insbesondere durch eine hohe Spreizung von 15 K über den Austreiber aus. Dadurch ist nicht nur ein geringer Volumenstrom auf der Heizseite möglich, auch der Einsatz zusammen mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) ist problemloser möglich als bei üblichen Absorbern. Diese benötigen wesentlich höhere Temperaturen im Austreiber (ca. 88 °C aufwärts) und fahren mit kleine-
22
3.1
Wärme- und Kälteerzeugung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 13: Änderung der Rückkühlung für die Kältemaschinen im Museum
ren Spreizungen von nur 5 K. Diese hohe Mitteltemperatur führt in Zusammenhang mit
BHKWs oft zu einer Überhitzung des BHKWs.
Das in der Maschine erzeugte Kaltwasser wird zunächst in zwei in Reihe geschaltete Pufferspeicher mit jeweils 2.000 Liter Inhalt gespeichert. Von dort versorgt es die Kühlregister
der Lüftungsanlagen mit Kälte. Bei Bedarf besteht auch die Möglichkeit, die Flächenkühlung über den Kältespeicher zu betreiben. Hierzu wird das Temperaturniveau über
eine Beimischschaltung angehoben.
Das Rückkühlwasser gelangt über die hydraulische Weiche zum Kühlturm (siehe Abbildung 14). Es wird zum Teil auch für die Nachheizung einzelner Räume und der Luft
nach der Entfeuchtung verwendet. Der Kühlturm wurde als offener Kühlturm ausgeführt. Durch die offene Bauweise sind Rückkühltemperaturen unter der Außenlufttemperatur möglich. So kann das Kühlwasser auch bei einer Außentemperatur von 34 °C
und 50 % Luftfeuchte durch die teilweise Verdampfung des Kühlwassers auf ca. 25 °C
abgekühlt werden. Die Nachspeisung des verdampften Wassers erfolgt aus einer Regenwasserzisterne mit etwa 40 m³ Fassungsvermögen. Eine Wasseraufbereitung ist durch
die Verwendung von Regenwasser nicht notwendig.
Schon vor dem Monitoring wurde durch die Betriebsüberwachung festgestellt, dass die
notwendige Rückkühltemperatur von 27 °C für die Absorptionskältemaschine nicht erreicht wurde. Die Überprüfung ergab, dass am Kühlturm zum Teil deutlich niedrigere
Temperaturen erreicht werden konnten, diese aber durch Vermischung in der hydrauli-
23
3.2
Wärmeabgabe
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 14: Kühlturm mit Wärmetauscher und Sprühpumpe
schen Weiche auf ca. 28 bis 29 °C anstiegen. Daher wurde die Hydraulik so umgebaut,
dass das gekühlte Wasser aus dem Kühlturm an der hydraulischen Weiche vorbei direkt
zu den Kältemaschinen gelangen kann (siehe Abbildung 13).
Als Kältequelle für die Flächenkühlung dienen die beiden Energiepfahlfelder. Das Erdreich um die Pfähle wird im Winter durch die Nutzung als Wärmequelle für die Wärmepumpe abgekühlt. Zur Regeneration und zur Kühlung des Gebäudes werden im
Sommer sämtliche im Gebäude vorhandenen Fußboden- bzw. Deckenheizungen als
Kühlflächen genutzt. Das Wasser verlässt die Energiepfähle mit ca. 16 bis 18 °C und
wird in den Flächenregistern auf 20 bis 21 °C aufgeheizt. Die Verteilung des Kaltwassers
erfolgt, analog zur Niedertemperaturheizung, zunächst über einen Hauptverteiler der
dann die beiden Unterverteiler in den Gebäudeteilen versorgt.
3.2. Wärmeabgabe
Die Wärme wird in erster Linie mittels Flächenheizungen in die Räume eingebracht.
Hierdurch kann die Niedertemperaturwärme aus der Wärmepumpe optimal genutzt
werden. Diese wurde unter Ausnutzung von Umweltwärme mit hohem Wirkungsgrad
erzeugt.
In den Ausstellungsräumen des Museums kam eine spezielle Kapillarrohr-Fußbodenheizung zum Einsatz. Dabei wurde auf den zur Luftverteilung notwendigen Hohlraum-
24
3.2
Wärmeabgabe
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 15: Kapillarrohr-Fussbodenheizung im Erdgeschoss des Museums
boden zunächst eine ca. 13 mm starke Dämmung aufgebracht. Diese dient zum Höhenausgleich, zur Dämmung und zur Verteilung der beim Trocknen des Estrichs auftretenden Kräfte. Auf die Dämmung wurden die Kapillarrohr-Matten mit einem Spezialkleber befestigt und danach der ca. 12 mm starke, dünnflüssige Estrich eingebracht
(siehe Abbildung 15). Durch die sehr geringe Masse, vor allem im Vergleich mit herkömmlichem Estrich, der mindestens 50 mm stark sein muss, ist die Trägheit sehr gering
und somit die Regelbarkeit der Flächenheizung deutlich besser. Durch die oberflächennahe Wärme- bzw. Kälteabgabe ist die Leistung höher. Auf den Estrich kam noch ein
etwa 13 mm starkes Parkett. Die Leistung beträgt im Heizfall ca. 45 W/m2 , bei insgesamt
573 m² Fläche ergibt dies eine Heizleistung von 26 kW, die über die Fußbodenheizung
in die Museumsräume eingebracht wird. Die Fußbodenheizung kann damit knapp die
Hälfte der benötigten Heizlast decken und so die meiste Zeit die Beheizung der Räume
gewährleisten. Vor allem in den Museumsräumen mit Fenstern, dem Foyer und den
Landschaftszimmern sind aber zusätzliche Heizkörper notwendig geworden, um die
Heizlast in Spitzenzeiten zu decken. Hier wurden im Randbereich in die Lüftungsöffnungen Netzrohre eingebaut. Diese werden mit einer Spreizung von 70/50 °C betrieben,
verhindern einen Kaltluftabfall an den Fenstern und können die fehlende Heizlast einbringen.
Die Räume des Cafés und im EG und 1. OG des Schokoteils wurden fast ausschließlich
25
3.3
Kälteabgabe
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 16: Netzrohrheizung in der Schokoausstellung
mit einer konventionellen Fußbodenheizung ausgestattet. Wo nötig, wird auch hier mit
Unterflurkonvektoren nachgeheizt.
Im 2. OG des Schokoteils konnte auf Grund der gewünschten Flexibilität der Raumaufteilung keine Fußbodenheizung gebaut werden, da durch die freizuhaltenden Flächen
für Wände und Elektroinstallation keine genügend große zusammenhängende Fläche
zur Verfügung stand. Daher wurde hier eine Kapillarrohr-Deckenheizung eingesetzt. Diese besteht aus vorgefertigten Gipskartonplatten mit eingelegten Kapillarrohren. Zusätzlich wurden zur Verhinderung eines Kaltluftabfalls an den raumhohen Fenstern Unterflurkonvektoren eingebaut.
3.3. Kälteabgabe
Die Kälteabgabe im Gebäude erfolgt, analog zur Wärmeabgabe, zum größten Teil mit
einer geringen Temperaturdifferenz, um Umweltkälte aus dem Erdreich nutzen zu können. Hierzu können sämtliche Flächen, die im Heizfall als Fußbodenheizung verwendet
werden, im Kühlfall als Kühlflächen betrieben werden. Die Räume werden dazu an den
zentralen Verteilern einzeln von Heizen auf Kühlen und umgekehrt geschaltet. So ist es
möglich, einen Teil der Räume zu heizen während andere Räume noch gekühlt werden. Auf diese Weise werden unterschiedliche externe und interne Lasten der Räume
berücksichtigt.
26
3.4
Lüftung
3
ENERGIEKONZEPT
Sämtliche Kühlflächen werden über die Energiepfahlfelder mit Kaltwasser auf einem Niveau von 18/21 °C betrieben, die Leistungsregelung erfolgt durch eine Volumenstromregelung. Die Leistung im Kühlfall beträgt maximal ca. 20 W/m2 . Mit dieser relativ geringen Leistung werden die Grundlast abgefahren und die Speichermassen des Gebäudes entladen.
Die Spitzenlast wird über die Lüftung aufgefangen. Die Einblastemperaturen betragen
je nach Last ca. 15 bis 18 °C. Zur Regelung der Raumtemperatur muss die Luftmenge
variiert werden, da die Zulufttemperatur am zentralen Kühlregister der jeweils größten
Last angepasst wird. Dadurch kann es teilweise zu einer Unterkühlung von Räumen
kommen, da die Luftmenge nicht beliebig reduziert werden kann. Diese Räume müssen dann über die statischen Heizflächen nachgeheizt werden. Um die Nachheizung
zu vermeiden, hätte für jeden Raum eine eigene Luftbehandlung oder eine ZweikanalAnlage mit einer Mischbox in jedem Raum vorgesehen werden müssen.
3.4. Lüftung
Das Gebäude besitzt drei Hauptlüftungsanlagen und mehrere kleinere Anlagen zur
Entlüftung der WCs und der Küche des Cafés. Sämtliche Lüftungsanlagen wurden aus
energetischen Gründen mit großzügigen Kanalquerschnitten und somit geringen Strömungsgeschwindigkeiten - maximal 4 m/s - ausgelegt. Auch bei der Auswahl der Volumenstromregler wurden auf möglichst geringe Druckverluste geachtet.
3.4.1. Lüftungsanlage Museum, Ausstellungsräume
Die Ausstellungsräume werden über eine Vollklimaanlage mit einem Nenn-Volumenstrom
von 12.100 m3 /h be- und entlüftet. Der maximale Luftwechsel beträgt in allen Räumen
das 2,5-fache des Raumvolumens. Dieser relativ niedrige Luftwechsel war durch die
Verwendung einer effizienten Quelllüftung und die Absaugung der Abluft durch die
Lichtdecke möglich. In der Lichtdecke entsteht durch die natürliche und künstliche Beleuchtung die Hauptkühllast der Räume. Durch die Absaugung der Luft durch die Decke wird diese Last direkt am Ort des Entstehens abgeführt und gelangt somit nicht in
den eigentlichen Ausstellungsraum. Die Nenn-Ablufttemperatur beträgt 26 °C. Bei der
Verwendung einer Mischlüftung wäre diese hohe Temperatur nicht möglich gewesen,
da bei einer Mischlüftung die Ablufttemperatur der Soll-Raumtemperatur entsprechen
muss.
Bei einer Quelllüftung wird die Temperaturschichtung im Raum nicht durch Vermischung
der Luft gestört. So kann sich ein Temperaturprofil über die Raumhöhe ausbilden. Die
Soll-Temperatur von maximal 22 °C muss in einer Höhe von 1 bis 2 m eingehalten werden. Oberhalb dieser Ebene kann die Temperatur weiter ansteigen und erreicht auf
27
3.4
Lüftung
3
ENERGIEKONZEPT
Höhe des unteren Abschlusses der Lichtdecke ca. 24 °C. In der Lichtdecke selbst erhöht
sich die Temperatur durch die dort auftretenden Lasten nochmals um etwa 2 K. Insgesamt kann so eine Temperaturdifferenz von insgesamt mindestens 8 K über die gesamte
Raumhöhe erreicht werden. Der notwendige Luftwechsel kann damit gegenüber einer
Mischlüftung um 30 bis 50 % reduziert werden.
Die Luft wird in den Ausstellungsräumen, den Landschaftszimmern und im Foyer in den
Hohlraumboden eingeblasen und strömt von dort durch entlang der Wände angeordnete Lüftungsgitter in den Raum. Durch die offenen Schattenfugen der Lichtdecken
und abgehängten Decken gelangt sie in den Deckenzwischenraum, wo sie über Lüftungsgitter abgesaugt wird.
Die Regelung der Volumenströme erfolgt raumweise über Volumenstromboxen. Diese regeln den Luftstrom selbsttätig auf den von der Regelung vorgegebenen Sollwert
und melden den Istwert an die Regelung zurück. So kann die Anlage sehr gut einund nachreguliert und im laufenden Betrieb jederzeit überwacht werden. Die Räume
werden, solange keine Kühllastanforderung besteht, mit einem Grundluftwechsel zur
Deckung des notwendigen Außenluftbedarfs versorgt. Da die Zulufttemperatur nicht
raumweise beeinflusst werden kann, erfolgt die Anpassung an die auftretende Kühllast
durch die Erhöhung des Volumenstroms.
Geplant und zunächst ausgeführt war eine Schlechtpunktregelung der Volumenstromboxen. Hierzu wurde die Anlage so geregelt, dass immer ein Volumenstromregler auf
Zu- und Abluftseite vollständig geöffnet war. D.h. die Reglung stellt fest, welcher Volumenstromregler am weitesten geöffnet ist und reduziert die Ventilatordrehzahl so weit,
bis dieser Regler vollständig geöffnet wird. Aufgrund von ständigen Störungen der Anlage wurde diese Regelung inzwischen jedoch durch eine einfachere zentrale Druckdifferenzregelung ersetzt.
Das Zentral-Lüftungsgerät (siehe Abbildung 17) der Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume wurde als Vollklimaanlage mit den Luftbehandlungsfunktionen Heizen, Kühlen,
Be- und Entfeuchten ausgeführt. Das Gerät verfügt über ein Wärme-/Feuchterad, das
einen Wärmerückgewinnungsgrad von 73 % aufweist. Der Feuchterückgewinnungsgrad
beträgt ca. 50 %. In der Planung war vorgesehen, dass die Feuchterückgewinnung
nicht nur im Winter – wie üblich – sondern auch im Sommer stattfinden soll. Dabei sollte die feuchte, warme Außenluft durch das Rad nicht nur über die Abluft vorgekühlt,
sondern auch entfeuchtet werden. Im Betrieb stellte sich jedoch heraus, dass die Angaben des Herstellers nicht eingehalten werden und keine Entfeuchtung im Sommer
stattfindet.
Die Funktion Heizen wird durch die Wärmerückgewinnung und ein Heizregister sichergestellt. Das Heizregister muss wegen seiner Frostschutzfunktion vor allen anderen Einbauten (Kühlregister, Befeuchter) im Zuluftstrang eingebaut werden. Die Außenluft wird
so weit aufgeheizt, dass sie nach der Befeuchtung die gewünschte Zulufttemperatur
28
3.4
Lüftung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 17: Zentrallüftungsgerät für das Museum
erreicht.
Ein Kontaktbefeuchter dient zur Einstellung der notwendigen Zuluftfeuchte. Auf Grund
energetischer Überlegungen wurde auf einen elektrischen Dampfbefeuchter verzichtet, da hier die Verdampfungsenthalpie durch elektrische Energie gedeckt wird. Dies
hat, insbesondere bei hohen Anforderungen an ein konstantes Raumklima, wie sie
im Museum vorliegen, einen hohen Strom- bzw. Primärenergieverbrauch zur Folge. Bei
Kaltdampf- und Kontaktbefeuchtern wird die Verdampfungsenthalpie aus der zu befeuchtenden Luft entnommen. Diese wird hierdurch abgekühlt und muss daher vor
dem Befeuchter auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die deutlich über der SollZulufttemperatur liegt. Die Verdampfungsenthalpie wird so mit einem sehr viel geringeren Primärenergieaufwand gedeckt. Idealerweise wird statt einem Kontaktbefeuchter – dessen hygienisch einwandfreier Betrieb sehr aufwändig ist – ein Kaltdampfbefeuchter verwendet. Dabei wird das Wasser unter hohem Druck in Düsen vernebelt.
Die feinen Kaltdampf-Tröpfchen verdunsten dann im Zuluftstrom. Dazu ist jedoch eine Mindestlänge der Befeuchterkammer notwendig, um eine ausreichende Verdunstungsstrecke zu gewährleisten. Dies konnte bei dieser Anlage aus Platzgründen nicht
realisiert werden.
Die Funktion Kühlen erfolgt durch die Kälterückgewinnung und ein Kühlregister. Die Entfeuchtung der Luft erfolgt ebenfalls mit Hilfe des Kühlregisters. Die allgemein übliche
29
3.4
Lüftung
3
Abbildung 18: Lüftungsschema
30
ENERGIEKONZEPT
3.4
Lüftung
3
ENERGIEKONZEPT
Technik zur Entfeuchtung ist das Abkühlen der feuchten Luft unter den Taupunkt, so
dass die enthaltende Feuchtigkeit auskondensiert. Da hierzu die Luft weit unter die
komfortable Einblastemperatur abgekühlt wird, muss sie nach der Entfeuchtung wieder aufgeheizt werden. Hierzu dient das zweite Heizregister – das Nachheizregister –
das hinter dem Kühlregister angeordnet ist.
Die Ventilatoren wurden als direktgetriebene Axialventilatoren ausgeführt. Die Motoren
werden über Frequenzumformer mit Strom versorgt, so dass eine stufenlose Leistungsregelung möglich ist. Neben der etwas höheren Effizienz der direktgetriebenen Ventilatoren bieten sie auch den Vorteil, dass keine Keilriemen verwendet werden. Der Abrieb
der Keilriemen hätte im Zuluftteil einen weiteren Filter hinter dem Ventilator notwendig
gemacht, um eine Verschmutzung der Kanäle zu vermeiden.
3.4.2. Lüftungsanlage Café
Die Räume des Cafés werden über eine Teilklimaanlage mit den Funktionen Heizen
und Kühlen belüftet. Der Nennvolumenstrom beträgt 5.000 m3 /h, was ca. einem 10fachen Luftwechsel entspricht. Die Luft wird über in die Möbel integrierte Auslässe in
Bodennähe eingebracht, so dass auch im Cafe als Durchströmungstyp eine Quelllüftung vorliegt. Die Luftmenge wird abhängig von der Abluftqualität bzw. –temperatur
geregelt.
Das Zentral-Lüftungsgerät enthält neben den notwendigen Filtern und dem Heiz- und
Kühlregister eine Wärmerückgewinnung mit einem Wirkungsgrad von ca. 60 %. Die Ventilatoren sind ebenfalls als direktgetriebenen Axialventilatoren mit Frequenzumformern
ausgeführt worden.
3.4.3. Lüftungsanlage Schokoteil
Die Lüftungsanlage im Schokoteil versorgt die Bereiche SchokoLaden, Schokoausstellung mit Filmraum sowie die Schokoladenwerkstatt mit Zu- und Abluft. Die Anlage wurde als Teilklimaanlage mit den Funktionen Heizen und Kühlen ausgeführt. Der Nennvolumenstrom beträgt 7.000 m3 /h wobei die Bereiche wie folgt versorgt werden:
• SchokoLaden: 2.600 m3 /h
• Schokoausstellung: 1.800 m3 /h
• Filmraum: 1.400 m3 /h
• Schokowerkstatt: 900 m3 /h
• Schokolager: 1.000 m3 /h
31
3.5
Beleuchtung
3
Bereich
Foyer
Ausstellungsräume
Landschaftszimmer
Inst. Leistung
5.916 W
39.837 W
4.176 W
Fläche
m2
114
538 m2
96 m2
ENERGIEKONZEPT
spez. Leistung
52 W/m2
74 W/m2
43 W/m2
Tabelle 3: Installierte elektrische Leistung für die Beleuchtung im Museum
Bei der Auslegung wurde eine gewisse Gleichzeitigkeit angesetzt, daher ist die Summe
der einzelnen Bereiche größer als der Nennvolumenstrom des Lüftungsgeräts. Die Bereiche werden über Volumenstromregler abhängig von der Luftqualität bzw. –temperatur
geregelt.
Die Luft wird im Lüftungszentralgerät über ein Heiz- und ein Kühlregister sowie einen
Rotationswärmetauscher aufbereitet. Im Sommer wird sie über eine indirekt adiabate Kühlung mit dem Wärmetauscher vorgekühlt, so dass der größte Teil der Kühlarbeit
durch das Verdunsten von Wasser aufgebracht wird. Auch hier wurden direkt getriebenen Ventilatoren verwendet, die über Frequenzumformer stufenlos geregelt werden
können.
3.4.4. Lüftungsanlage Büros Schokoteil
Im Herbst 2007 wurde für das 2. OG des Schokoteils eine Lüftungsanlage nachgerüstet.
Diese wurde in der abgehängten Decke des Stockwerks eingebaut. Dies war möglich,
da der Luftraum oberhalb der abgehängten Decke etwa 1,8 m hoch ist. Die Lüftungsanlage versorgt die Büroräume und die im Sommer 2008 eröffnete zweite Schokowerkstatt.
3.5. Beleuchtung
Besonders die Beleuchtung der Ausstellungsräume stellt sehr hohe Anforderungen an
die Lichtqualität, -quantität und -regelung. Aber auch in den anderen Teile des Gebäudes wurden hochwertige Beleuchtungslösungen eingesetzt um den Strombedarf
und somit den Primärenergieeinsatz so gering wie möglich zu halten.
3.5.1. Museum
Im Museum sind die wichtigsten Beleuchtungsbereiche das Foyer, die Ausstellungsräume, die Landschaftszimmer und das Cafe. Jeder Bereich besitzt unterschiedliche Anforderungen, für die jeweils eine angepasste Lösung gefunden werden musste. Eine
Übersicht über die installierte Leistung der Beleuchtung findet sich in Tabelle 3.
32
3.5
Beleuchtung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 19: Blick in die Passage mit Museumsfoyer, Foto: Victor S. Brigola
Foyer Das Foyer des Museums hat eine mittlere Raumtiefe von ca. 7 m. Durch die
große Raumhöhe von 4,38 m und die vollständig verglaste Front zur Passage ist eine
Versorgung mit Tageslicht prinzipiell gut möglich. Allerdings ist das Tageslichtangebot
in der Passage nur eingeschränkt, so dass das Foyer im Wesentlichen durch Kunstlicht
beleuchtet wird. Die Beleuchtung erfolgt durch 17 in die abgehängte Decke eingebaute, quadratische Großfeldleuchten. Jede dieser Leuchten ist mit 6 Leuchtstoffröhren bestückt, die jeweils eine elektrische Anschlussleistung von 58 W haben. Insgesamt
ist damit eine Leistung von 5.916 W installiert. Auf die Fläche des Foyers bezogen ergibt
sich eine spezifische Leistung der Beleuchtung von 52 W/m2 .
Verglichen mit einer effizienten Bürobeleuchtung (10 bis 15 W/m2 ), ist dies ein sehr hoher Wert. Allerdings muss dabei der Leuchtenwirkungsgrad der eingesetzten Leuchten
und der Raumwirkungsgrad durch die große Deckenhöhe berücksichtigt werden. Die
verwendeten Leuchten besitzen aus architektonischen Gründen eine Diffusorscheibe
zur Vergleichmäßigung der Leuchtdichte. Die einzelnen Leuchtstoffröhren sind so von
unten nicht erkennbar. Diese Scheibe hat einen Transmissionsgrad von etwa 60 % und
absorbiert somit 40 % des ursprünglich vorhandenen Lichtstroms.
Die Steuerung der Beleuchtung erfolgt durch Zeitprogramme. Die Leuchten sind dimmbar, eine tageslichtabhängige Regelung ist allerdings nicht vorgesehen worden.
Ausstellungsräume Größtes Augenmerk bei der Planung der Beleuchtung im Museum
lag auf den Ausstellungsräumen. Als zentrale Nutzung des Gebäudes bilden sie den
33
3.5
Beleuchtung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 20: Blick in die kombinierte Tages- und Kunstlichtdecke im Obergeschoss,
Foto: Victor S. Brigola
Rahmen für die Präsentation der Ausstellungsstücke. Gleichzeitig muss die Beleuchtung
hier auch den Belangen der Konservatoren, d.h. der Erhaltung der Kunstgegenstände, gerecht werden. Die Nutzung von Tageslicht in Ausstellungsräumen bietet zwei entscheidende Vorteile: Tageslicht hat gegenüber künstlichem Licht eine wesentlich höhere Lichtausbeute, d.h. eine geringere thermische Last bei gleicher Beleuchtungsstärke.
Da das Tageslicht sämtliche Spektralfarben enthält, werden Farben natürlich wiedergegeben, d.h. die Farbwiedergabe ist hervorragend.
Demgegenüber stehen die Nachteile, dass das Tageslichtangebot sehr hohen Schwankungen unterworfen ist und dass direktes Sonnenlicht vermieden werden muss. Dies
erfordert einen Blendschutz, der ein Durchschlagen von direktem Sonnenlicht sicher
ausschließt und eine ausgefeilte Technik, die die Lichtmenge schnell und genau regelt.
In Summe kann eine erhebliche Menge an elektrischer Energie eingespart werden:
direkt durch weniger Verbrauch für die künstliche Beleuchtung und indirekt durch weniger Kühlleistung. Durch die Reduzierung der Kühllast wird der Energieverbrauch für
die Kälteerzeugung verringert und - je nach System - auch der Stromverbrauch für die
Luftförderung.
Die kombinierte Tages- und Kunstlichtdecke in den oberen Ausstellungsräumen des Museum Ritter besteht aus zwei Glasebenen (siehe Abbildung 20). Die äußere Ebene bildet den oberen Abschluss und dient als Wetter-, Wärme- und Sonnenschutz. Sie besteht aus einer Sonnenschutzverglasung mit einem g-Wert von 0,34 und einen U-Wert
von 1,3 W/m2 K bei einem Lichttransmissionsgrad von 50 %. Die innere Ebene bildet den
34
3.5
Beleuchtung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 21: Blick in die Kunstlichtdecke im Erdgeschoss, Foto: Victor S. Brigola
unteren Abschluss und dient als Diffusorebene für das Licht, so dass eine gleichmäßige Leuchtdichte über die gesamte Lichtdecke erreicht wird. Im Zwischenraum, der ca.
1,8 m hoch ist, befinden sich die Sonnenschutzlamellen und die Leuchtmittel des Kunstlichts. Die Lamellen dienen zur Regulierung der Tageslichtmenge, als Blendschutz um
das direkte Licht auszublenden und als zusätzlicher Sonnenschutz. Als Leuchtmittel wurden T5-Leuchtstoffröhren mit zwei verschiedenen Lichtfarben (940 und 965) und einer
hohen Farbwiedergabe verwendet. Die installierte Leistung beträgt zwischen 70 und
80 W/m2 .
Der Ausstellungsraum im Erdgeschoss kann nicht über die Decke mit Tageslicht versorgt werden. Da auch keine Fenster vorgesehen wurden, die Wandfläche dient als
Präsentationsfläche für Exponate, wird der Raum ausschließlich künstlich beleuchtet.
Die hier eingebaute Lichtdecke sollte die selbe Anmutung haben, wie die im Obergeschoss verwendete kombinierte Tages- und Kunstlichtdecke. Dementsprechend ist
sie weitestgehend gleich aufgebaut, bis auf die obere Schicht aus äußerer Verglasung
und Lamellen (siehe Abbildung 21).
Zusätzlich zur Lichtdecke können die Räume durch Strahler beleuchtet werden. Diese
dienen, je nach Ausstellung, zur Akzentuierung der Exponate. Die Strahler werden dazu
in Stromschienen angebracht, die in die Tragprofile der Diffusorebene der Lichtdecke
integriert sind.
Landschaftszimmer Die Landschaftszimmer werden in gleicher Weise wie das Foyer
durch Großfeldleuchten beleuchtet. Die installierte Leistung beträgt 52 W/m2 im Land-
35
3.5
Beleuchtung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 22: Kunstlichtdecke im Erdgeschoss, Foto: Victor S. Brigola
Abbildung 23: Schnitt durch die Lichtdecken
36
3.5
Beleuchtung
3
ENERGIEKONZEPT
schaftszimmer I und 37 W/m2 im Landschaftszimmer II. Die Regelung erfolgt wie im Foyer
rein zeitgesteuert ohne Tageslichtabhängigkeit, wobei die EIB-Aktoren dimmbar ausgeführt wurden.
Café
Das Café besitzt durch seine großzügige Verglasung ein sehr großes Tageslicht-
angebot. Um eine angenehme Atmosphäre zu schaffen, wurde die Beleuchtung im
Gastraum als abgehängte Pendelleuchten ausgeführt. Dazu wurden 12 Kugelleuchten eingebaut. Der Thekenbereich im hinteren Teil des Cafés wird zusätzlich durch eine Großfeldleuchte, wie sie auch im Foyer und in den Landschaftszimmern eingesetzt
wurde, mit Kunstlicht versorgt. Die installierte Leistung beträgt hier nur 500 W, was einer
spezifischen Leistung von knapp 7 W/m2 entspricht.
3.5.2. Schokoteil
Die Räume im Schokoteil besitzen sehr unterschiedliche Anforderungen an die Beleuchtung. Der SchokoLaden wird ausschließlich künstlich beleuchtet. Die Beleuchtungsaufgabe besteht hier in der Präsentation der Waren. In der Schokoausstellung
muss die Beleuchtung neben der Grundbeleuchtung Effekte auf die Ausstellungsstücke
setzen. Schokowerkstatt und Büroräume im 2. OG besitzen die normalen Anforderungen an eine Arbeitsplatzbeleuchtung.
SchokoLaden Die Beleuchtung des Verkaufsraums erfolgt in der Fläche größtenteils
durch 30 abgependelte, direkt beleuchtende Langfeldleuchten mit jeweils einer Leuchtstoffröhre mit 58 W Leistung (siehe Abbildung 24). Zusätzlich gibt es entlang der Wände, eingebaut in die Verkaufsregale, insgesamt 50 Leuchtstoffröhren mit ebenfalls 58 W
Leistung, welche die Wände, Decke und zum Teil die Regale selbst beleuchten. Im
Eingangsbereich und über den Kassen gibt es zusätzliche Leuchten. Insgesamt beträgt
die installierte Leistung 6.000 W bzw. 24,5 W/m2 . Damit liegt die spezifische Leistung zwar
deutlich über einer guten Büroraumbeleuchtung, aber unter Berücksichtigung der anspruchsvollen Beleuchtungsaufgabe immer noch auf moderatem Niveau. Dies resultiert auf der ausschließlichen Verwendung von energieeffizienten Leuchtstoffröhren. In
üblichen Verkaufsräumen kommen in der Regel wesentlich ineffizientere Leuchtmittel
zum Einsatz.
Die Steuerung des Lichts erfolgt manuell über EIB-Taster. Eine tageslichtabhängige Regelung ist auf Grund des fehlenden Tageslichts nicht möglich.
Schokoausstellung Im Gegensatz zum SchokoLaden und den Ausstellungsräumen im
Museum verfügt die Schokoausstellung, außer im Filmraum, über Fenster und kann somit durch Tageslicht beleuchtet werden. Als Kunstlicht wurden insgesamt 28 quadra-
37
3.5
Beleuchtung
3
ENERGIEKONZEPT
Abbildung 24: SchokoLaden
tische Deckenanbauleuchten mit jeweils zwei Kompakt-Leuchtstoffröhren mit je 24 W
Leistung installiert. Somit ergibt sich eine installierte Gesamtleistung von ca. 1.350 W bzw.
6 W/m2 . Der Filmraum braucht nur eine sehr geringe Beleuchtungsstärke, da das Licht
ausschließlich zum Betreten und Verlassen des Raums benötigt wird. Die Beleuchtung
erfolgt über 12 Deckenanbauleuchten des gleichen Typs wie in der Schokoausstellung.
Die installierte Leistung beträgt damit 575 W bzw. 5,5 W/m2 . Die Ansteuerung wurde für
beide Räume dimmbar ausgeführt. In der Schokoausstellung werden die Exponate zusätzlich durch Effektbeleuchtung akzentuiert.
Die Schokowerkstatt wird durch verschiedene Leuchtentypen Pendelleuchten, Halogenstrahler und Deckenfeldleuchten, beleuchtet. Insgesamt wurden Leuchtmittel mit
einer Leistung von 1.050 W oder 13,5 W/m2 installiert.
Büroräume im 2. OG In den Büroräumen des 2. Obergeschosses dienen 22 quadratische Deckenaufbauleuchten mit jeweils 48 W Leistung als Grundbeleuchtung in den
Bewegungszonen. Somit ergibt sich, auf die Gesamtfläche der Büros bezogen, eine
spezifische Leistung von knapp 4 W/m2 für die Grundbeleuchtung. Die Arbeitsplatzbeleuchtung erfolgt duch 22 Stehleuchten mit je 220 W Leistung. Diese können sowohl
direkt an der Leuchte, als auch über Taster an den Türen bedient werden. Die gesamte
installierte Leistung beträgt 5.900 W oder 21 W/m2 .
38
3.6
Strom
4
MONITORING
3.5.3. Verkehrsflächen
Flure und Treppenhäuser werden zumeist durch quadratische Deckenaufbauleuchten
beleuchtet. Die spezifische Installierte Leistung beträgt zwischen 6 und im Extremfall
30 W/m2 . Die Beleuchtung in den Treppenhäusern wird durch Bewegungsmelder gesteuert.
3.5.4. Nebenräume
Neben- und Technikräume werden ausschließlich mit effizienten Leuchtstoffröhren beleuchtet. Die installierte Leistung beträgt zwischen 2 und 7 W/m2 , die Regelung erfolgt
manuell über Lichtschalter.
3.6. Strom
Die nicht für die thermische Solaranlage oder andere technische Einrichtungen wie
Lüftungsöffnungen oder Rauchabzügen benötigte Dachfläche des Gebäudes wurde
mit einer Photovoltaikanlage belegt. Die Gesamtfläche der Anlage beträgt ca. 300 m2
und die maximale elektrische Leistung etwa 32 kW. Die PV-Module sind, ähnlich wie die
thermische Solaranlage, mittels auf der Dachhaut aufgestellten Grundplatten und einer darauf befestigten Unterkonstruktion aufgeständert. Sie sind fast exakt nach Süden
orientiert wurden mit einem geringen Neigungswinkel von unter 10° aufgestellt. Dieser
geringe Winkel wurde aus architektonischen Gründen festgelegt um eine Sichtbarkeit
der Module zu vermeiden. Der Minderertrag, der hierdurch entsteht, wurde bewusst in
Kauf genommen.
4. Monitoring
Das Wort Monitoring bezeichnet das systematische Erfassen und Beobachten eines Vorgangs mittels technischen Hilfsmitteln. Im Zusammenhang mit Gebäuden ist damit die
Aufzeichnung und Auswerten von Messdaten wie Temperatur, Feuchte, Volumenströme etc. gemeint. Die Ergebnisse der Auswertung dienen zur Bewertung und ggf. Optimierung des Gebäudebetriebs.
Monitoring im Sinne des Forschungsprogramms EnOB gliedert sich in die Phasen Intensivmonitoring und Langzeitmonitoring. Das Intensivmonitoring wird in der Regel über
einen Zeitraum von zwei Jahren bzw. zwei Heiz- und Kühlperioden durchgeführt. Dabei
erfolgt neben der Ermittlung der Energiekennwerten auch eine Detailanalyse zur Betriebsoptimierung. Das anschließende Langzeitmonitoring umfasst die Haupt-Energieströme
des Gebäudes und wird vom Fraunhofer ISE (siehe www.enob.info) durchgeführt.
39
4.1
Messkonzept
4
MONITORING
Abbildung 25: PV-Anlage, Foto: Victor S. Brigola
Ziel des Monitorings ist auch die Erstellung einer Energiebilanz nach DIN 18599 auf Basis
von Messwerten. Dazu ist eine Erfassung der Energieströme nach Nutzenergie erforderlich. Dies führt aber in den meisten Fällen zu einer nicht mehr darstellbaren Anzahl von
Messstellen, daher sind im EnOB-Monitoring-Leitfaden (LMDEMO06) Vorschläge für eine
möglichst genaue Erfassung bei gleichzeitiger Reduzierung der Messstellen dargestellt.
Durch das aufwändige Energiekonzept im Museum Ritter wurden besondere Anforderungen an die Energieerfassung gestellt. Für Wärme- und Kältebereitstellung sind jeweils
zwei Erzeuger vorhanden (Solaranlage/Pelletkessel, Erdreich/Kälteerzeuger) die zum
Teil auch noch doppelt genutzt werden. Die Abgabe der Nutzenergie erfolgt ebenfalls auf jeweils zwei Temperaturniveaus. Zusätzlich wird Energie, die üblicherweise in
die Umwelt abgeführt wird (Rückkühlung der Kältemaschinen) hier als Nutzenergie im
Gebäude verwendet.
4.1. Messkonzept
Die Haustechnik im Museum Ritter wird über eine Gebäudeautomation (GA) mit angeschlossener Gebäudeleittechnik (GLT) geregelt. Die Gebäudeautomation umfasst
über 1.000 Datenpunkte in beiden Gebäudeteilen. Dabei handelt es sich neben Messwerten wie Temperatur, Feuchte, Luftqualität und Volumenströmen auch um Betriebsdaten wie Störmeldungen, Freigaben von Pumpen, Ventilatoren und anderen Anlagenteilen, Betriebsmeldungen und Stellgrößen. Diese Daten werden von insgesamt 11 Reg-
40
4.1
Messkonzept
4
MONITORING
lern erfasst und verarbeitet. Eine Speicherung der Daten erfolgt dabei nicht. Hierzu müssen die Datenpunkte mit der GLT verknüpft werden, wo sie dann sowohl dargestellt als
auch aufgezeichnet werden können.
Da die Gebäudeautomation zur Echtzeit-Regelung der Haustechnik dient, werden in
der Regel keine Energieströme erfasst, da dies zur Regelung nicht notwendig ist. Für
energetische Bilanzierungen bzw. für Abrechnungszwecke wurden vom Bauherrn auf
eigene Kosten jedoch schon 12 Wärmemengenzähler eingebaut und 11 weitere später nachgerüstet. Die nachgerüsteten Wärmemengenzähler wurden jedoch nicht automatisch erfasst, sondern mussten von Hand abgelesen werden.
Um die Energieströme gemäß den EnOB-Anforderungen erfassen zu können, mussten
weitere 12 Wärmemengenzähler und 31 Stromzähler zusätzlich eingebaut und die 11
vom Bauherren nachgerüsteten Wärmemengenzähler auf die Gebäudeautomation
aufgeschaltet werden.
Abbildung 26 zeigt das Schema der Zählung der Wärmeversorgung für das Gebäude. Das Gebäude wurde in vier Zonen eingeteilt: Ausstellung, Café, Besucherzentrum
(SchokoLaden, Schokoausstellung, Schokowerkstatt) im EG und 1. OG des Schokoteils
und Verwaltungsteil im 2. OG des Schokoteils. Da die Wärme auf zwei Temperaturniveaus abgegeben wird, sind zur korrekten Aufteilung des Wärmeverbrauchs 11 Zähler
notwendig, zwei Zähler erfassen zusätzlich den Wärmeverbrauch der Warmwassererzeuger.
In Abbildung 27 ist das Schema der Kältezählung dargestellt. Auch hier gibt es zwei
Temperaturniveaus und vier Zonen. Da die Hochtemperaturkälte aus den Erdpfählen
laut Konzept jedoch kaum zum Primärenergieverbrauch beiträgt, wurde aus Kostengründen auf eine Aufteilung verzichtet. Der Hochtemperatur-Kälteverbrauch der Zonen kann jedoch aus den vorhandenen Abgabeflächen, deren Leistungsfähigkeit, der
Öffnungszeit und dem Öffnungsgrad der jeweiligen Zonenventile abgeschätzt werden.
Für die Erfassung des Stromverbrauchs der Beleuchtung waren ebenfalls viele Zähler
notwendig, da eine Trennung nach Zonen und Art der Energiedienstleistung in der Planung nicht vorgesehen war. Neben der Beleuchtung werden die großen Lüftungsanlagen, die Kälteerzeugung inklusive Kühlturm, die Fördertechnik, die Wasseraufbereitung
sowie der Gesamtverbrauch der Technik in Museum und Schokoteil gezählt. Insgesamt
wurden 30 Stromzähler mit LON-Bus Schnittstelle eingebaut und über einen eigenen
LON-Ring auf die Regelung aufgeschaltet. Zusätzlich zu diesen Zählern werden die bereits vorhandenen Zähler von Hand monatlich vom Betreiber aufgezeichnet. Die Schemata der Elektroverteilung in Museums- und Schokoteil mit eingezeichneten Zählern
können Abbildung 28 und Abbildung 29 entnommen werden.
Die Flächen der Messbereiche wurden nach DIN 18599 ermittelt und können Tabelle
4 entnommen werden. Dabei wird die gesamte Nutzfläche als Energiebezugsfläche
angesetzt.
41
42
Abbildung 26: Schema der Wärmezählung
Strom
!
HT-Museum
AUS
HT-Cafe
EIN
WMZ_17_M
!
!
WWB-Cafe
AUS
EIN
WMZ_14_M
AUS
!
HT-Museum
EIN
WMZ_16_M
!
AUS
AKM
EIN
WMZ_AKM_NT
WMZ_AKM_K
WMZ_18_S
EIN
EIN
WMZ_15_S
AUS
HT-Schoko
AUS
!
HT-Schoko
!
WWB-Schoko
!
!
!
!
!
AUS
HT-Büros
EIN
WMZ_23_S
AUS
NT-Speicher
EIN
WMZ_AKM_NT
WMZ_SP_NT
WMZ_04_M
!
WMZ_EP_S_E
EIN
WMZ_19_M
AUS
KKM
EIN
WMZ_05_M
NT-Museum
AUS
NT-Museum
!
!
!
WMZ_25_M
EIN
AUS
NT-Cafe
EIN
WMZ_24_M
AUS
RLT-Museum
!
!
!
WMZ_27_M
AUS
RLT-Cafe
EIN
!
WMZ_20_S
NT-Schoko
AUS
NT-Büros
EIN
WMZ_22_S
AUS
!
AUS
RLT-Schoko
EIN
WMZ_29_S
!
Schema Wärmezählung
Museum Ritter
!
NT-Schoko
EIN
4
Kälte
Raumh. + WW
WMZ_PEL_E
AUS
AUS
EIN
HT-Speicher
HP-Kessel
EIN
WMZ_13_M
!
AUS
AUS
WMZ_EP_M_E
EIN
EP Schoko
EIN
EP Museum
Messkonzept
NUTZENERGIEVERBRAUCH
Verbraucher
Niedertemperatur
-Wärme (36° C)
Hochtemperatur
-Wärme (90° C)
Energiepfähle
(18° C)
Solarstrahlung
Abwärme
Außenluft
Grundwasser
Erdboden
Umweltenergie / Abwärme
Strom
Fernkälte
Fernwärme
Holz
Öl
Gas
ENDENERGIEZUFUHR
4.1
MONITORING
43
Strom
Kälte
Raumh. + WW
NUTZENERGIEVERBRAUCH
Verbraucher
HochtemperaturKälte (18/21° C)
NiedertemperaturKälte (8/14° C)
Solarstrahlung
Abwärme
Außenluft
Grundwasser
Erdboden
Umweltenergie / Abwärme
Strom
Fernkälte
Fernwärme
Holz
Öl
Gas
ENDENERGIEZUFUHR
!
WMZ_PEL_E
AUS
EIN
HT-Schoko
AUS
EIN
HT-Museum
AUS
WMZ_EP_S_K
EIN
EP-Schoko
EIN
!
WMZ_AKM_HT_E
AUS
AUS
!
!
!
!
HT-Wärme-Sp.
EIN
WMZ_13_M
EP-Museum
WMZ_EP_M_K
!
EIN
WMZ_AKM_K_E
AUS
AKM
!
!
AUS
RLT Museum
EIN
WMZ_26_M
AUS
NT-Speicher
EIN
WMZ_AKM_NT_E
!
EIN
AUS
RLT Cafe
EIN
WMZ_28_M
WMZ_05_M
AUS
KKM
!
!
!
AUS
RLT Schoko
EIN
WMZ_21_S
AUS
KKM Schoko
EIN
WMZ_04_M
!
Messkonzept
4
Abbildung 27: Schema der Kältezählung
Schema Kältezählung
Museum Ritter
4.1
MONITORING
Unterzähler
2.Ebene
!
!
!
P1 WZ(50)
P4 WZ(40)
Tecnik Museum
P01 WZ(50)
Unterzähler
1.Ebene
NSHVT
Hauptzähler
!
!
44
EIN
!
!
!
!
!
!
AUS
Reserve
EIN
AUS
Ab/ Zuluft Café
Ab/ Zuluft Museum
EIN
SZ_10_M
SZ_09_M
SZ_08_M
SZ_07_M
AUS
KKM
P52 SZ_01_M
AUS
AbKM
EIN
P51 SZ_06_M
AUS
Beleuchtung
Landschaftszim.
EIN
P51 SZ_18_M
AUS
Warmwasser
Aufbereitung
EIN
P51 SZ_31_M
P5 WZ(20)
Cafe
!
EIN
AUS
Reserve
P6 WZ(40)
Ausstellung
!
!
AUS
Reserve
EIN
AUS
Aufzug Museum
EIN
P51 SZ_28_M
AUS
Bel.Büros
EIN
P51 SZ_25_M
AUS
!
!
ABB Bel.Foyer
EIN
P51 SZ_19_M
P7 WZ(20)
SIB/ Aussen
!
EIN
AUS
EIN
AUS
Reserve
Reserve
Reserve
EIN
AUS
Elektro
SIB
EIN
SZ_13_M
!
!
!
!
!
AUS
Museum Ritter
Elektrozählr Museum
AUS
Streuung
Lichtdecke
EIN
SZ_17_M
AUS
Strahler OG.
EIN
SZ_16_M
AUS
Lichtdecke OG.
EIN
SZ_15_M
AUS
Strahler EG.
EIN
SZ_14_M
AUS
Lichtdecke EG.
EIN
Reserve
…
…
4.1
Messkonzept
4
MONITORING
Abbildung 28: Schema der Stromverteilung mit Stromzählern im Museum
Unterzähler
2.Ebene
Unterzähler
1.Ebene
NSHVT
Hauptzähler
P4 WZ(20)
Laden EG.
!
!
P1 WZ(50)
EIN
!
45
AUS
+Bel. NR
Steckdosen
EIN
AUS
(Stecdose Müllraum)
Bel.Laden
EIN
P51 SZ_21_S
AUS
Bel.WC
Steckdose
EIN
AUS
Lüftschleier
P5 WZ(20)
Ausstellung 1.OG
!
!
AUS
Beleuchtung
Erlebnissraum
EIN
P51 SZ_29_M
AUS
!
Steckdosen,etc.
EIN
AUS
Bel. Ausstellung
+ Filmraum
EIN
P51 SZ_22_S
AUS
Steckdosen,etc.
EIN
P6 WZ(20)
Laden EG.
!
!
!
AUS
Steckdosen etc.
EIN
AUS
Bel.Flur
EIN
AUS
Beleuchtung
Besprechung
EIN
P51 SZ_24_S
AUS
Bel. Büros
EIN
P51 SZ_23_S
AUS
Steckdosen,etc.
EIN
P7 WZ(50)
Ausstellung 1.OG
!
AUS
!
!
!
!
!
EIN
AUS
Reserve
…
…
Museum Ritter
Elektrozähler Schokoteil
Reserve F58
Reserve F58
Reserve F58
EIN
AUS
KKM-Dach
EIN
P53 SZ_32_S
AUS
Aufzug 2
Ausstellung
EIN
P52 SZ_27_S
AUS
Aufzug 1
Ausstellung
EIN
P51 SZ_26_S
AUS
Zuluft Schoko
EIN
SZ_12_S
AUS
Ablüft Schoko
EIN
SZ_11_S
4.1
Messkonzept
4
MONITORING
Abbildung 29: Schema der Stromverteilung mit Stromzählern im Schokoteil
4.2
Datenerfassung und -weiterverarbeitung
Zone
4
MONITORING
Fläche
Schokoteil - Besucherzentrum
Schokoteil - Verwaltung
Schokoteil gesamt
Museum - Ausstellung
Museum - Cafe
Museum gesamt
Museum Ritter gesamt
1.049,3 m2
492,2 m2
1.541,5 m2
1.564,1 m2
108,3 m2
1672,4 m2
3.213,9 m2
Tabelle 4: Flächen der Messbereiche
4.2. Datenerfassung und -weiterverarbeitung
Sämtliche Messwerte und Zählerstände werden von den Reglern abgefragt und an
den Gebäudeleitrechner weitergeleitet. Auf diesem können die Werte in entsprechenden Anlagenschaubildern dargestellt werden. Eine Aufzeichnung von Messwerten erfolgt nicht standardmäßig, sondern muss für jeden Datenpunkt explizit eingestellt werden. Dies geschieht in der im Museum Ritter eingesetzten Software der Firma Honeywell über eine sogenannte Trenddatensammlung. Die aufgezeichneten Daten können
dann über Trends betrachtet werden (siehe Abbildung 30). Der Export der Daten aus
der Trenddatensammlung ist in der GLT-Software nicht ohne Weiteres vorgesehen. Daher wurden die Daten der bereits vorhandenen Zähler und Sensoren zu Beginn des Projekts von Hand aus der Trendgrafik kopiert. Die in der Grafik angezeigten Werte können
dann in eine Excel-Datei eingefügt werden.
Da diese Vorgehensweise auf Dauer natürlich nicht praktikabel war - insbesondere bei
500 aufzuzeichnenden Messwerten - musste eine andere Lösung gefunden werden.
Hierzu wurde von Oktober 2006 bis September 2007 ein Zusatzmodul für Excel verwendet. Mit diesem konnten in der Excel-Tabelle festgelegte Datenpunkte für maximal 1000
Zeitschritte ab dem Zeitpunkt, zu dem die Datei aufgerufen wurde ausgelesen und in
einer neuen Excel-Tabelle abgelegt werden. Die hiermit erzeugten Dateien wurden
dann, wie später beschrieben, an das fbta gesendet und dort weiterverarbeitet.
Nachteil dieser Methode zur Datenauslesung aus der Trenddatensammlung war aber,
dass kein Zeitstempel in den Excel-Tabellen abgelegt wurde. Daher musste der Zeitstempel beim Einlesen in die Monitoring-Datenbank am fbta rekonstruiert werden, was
zu großen Schwierigkeiten mit der Synchronizität der Daten führte. Nach längerem
Nachhaken beim Hersteller wurde dann doch eine Methode gefunden, die Daten
direkt aus der Trenddatensammlung, die in einer Microsoft Access Datei gespeichert
wird, zu exportieren. Hierzu wurde ab Oktober 2007 Microsoft Access verwendet, das
mit einer SQL-Abfrage die Daten in 10-Minuten-Zeitschritten in Text-Dateien schreibt. Da
hierbei auch die Zeitstempel mit exportiert werden, war nun eine Synchronisierung der
Daten möglich.
46
4.2
Datenerfassung und -weiterverarbeitung
4
MONITORING
Abbildung 30: Bildschirmfoto eines Trends auf der Honeywell-GLT
Die Daten wurden jeweils nachts zwischen 2 und 3 Uhr exportiert und auf dem GLTRechner gespeichert. Zur automatischen Datenübertragung wurde eine ISDN-Karte mit
entsprechendem Telefonanschluss verwendet, da der Rechner aus Sicherheitsgründen
keinen Zugang zum Internet besaß. Zu Beginn des Projekts wurde versucht, die Dateien
mit Werkzeugen, die im Betriebssystem bereits vorhanden sind, zu übertragen. Diese
Vorgehensweise erwies sich jedoch aus unbekannten Gründen als sehr unzuverlässig,
so dass nach Alternativen gesucht werden musste. Als beste Lösung erwies sich eine
proprietäre Software, die einen Datenserver - ähnlich dem üblichen ftp-Protokoll - auf
dem GLT-Rechner zu Verfügung stellt. Das Gegenstück läuft am fbta auf einem virtuellen Windows-Rechner. Das Programm wählt sich jeweils zwischen 4 und 5 Uhr morgens
auf den GLT-Rechner ein und überträgt die Daten auf den eigentlichen Datenbankserver. Die Technik wurde im Herbst 2007 eingerichtet und läuft seitdem weitgehend
störungsfrei.
Zur Fernwartung wurde auf dem GLT-Rechner zusätzlich ein VNC-Server installiert (virtual
networking computing). Damit ist es möglich den GLT-Rechner über einen VNC-Viewer
am fbta zu bedienen. Da auf dem Rechner am fbta ebenfalls ein VNC-Server läuft und
dieser Rechner über das Internet erreichbar ist, ist damit ein Zugriff von jedem Ort der
Welt möglich. Natürlich ist der Zugang mit entsprechenden Passwörtern abgesichert,
so dass kein unberechtigter Zugang erfolgen kann. Diese Fernwartungsmöglichkeit hat
im Projekt zu einer erheblichen Reduzierung der Fahrten geführt, da auch Störungen
beim Datenexport und der Datenübertragung so behoben werden konnten.
47
4.2
Datenerfassung und -weiterverarbeitung
4
MONITORING
Museum Ritter, Waldenbuch
Fragt ab
WMZ
Stromzähler
Zeichnet auf
Regelung
GLT
Temperatur
Export aus Datenbank
Text-Dateien
Feuchte, etc.
Übertragung per ISDN
fbta, Universität Karlsruhe
Text-Dateien
Import in Datenbank
Darstellung
Datenbank am fbta
Abbildung 31: Erfassung und Übertragung der Daten
Nachdem die Datendateien auf den Datenbankserver übertragen wurden, werden
sie von einem automatisch ablaufenden Script aufbereitet und in die Datenbank eingelesen. Die verwendete Datenbank ist frei verfügbar und entspricht weit verbreiteten
Standards. Die Daten werden in einer weitgehend normalisierten Form abgelegt, d.h.
dass keine Information doppelt abgelegt wird. So wird zum Beispiel in der eigentlichen
Datentabelle kein Zeitstempel abgespeichert, sondern lediglich ein Verweis auf den
in einer separaten Tabelle abgelegten Zeitstempel. Dadurch muss der Zeitstempel nur
einmal gespeichert werden und kann für viele Datenpunkte verwendet werden. Gleiches gilt für Einheiten, Status- oder Fehlermeldungen.
Die beschriebene Datenbank wird seit Oktober 2007 verwendet. Davor kam ein wesentlich einfacheres Datenmodell zum Einsatz, welches für jeden Zeitpunkt und Datenpunkt jeweils einen Eintrag in eine Tabelle abspeicherte. Das hatte zwar den Vorteil,
dass ein Auslesen “von Hand” mittels einer SQL-Abfrage einfach möglich war. Allerdings
war der Speicherbedarf dieser Datenbank um ein Vielfaches größer und die Abfragezeiten waren wesentlich länger.
Im Sommer 2007 wurde am fbta mit der Entwicklung einer eigenen Auswertungs-Software für das Monitoring begonnen. Ziel war, die bis dahin verwendeten AuswertungsWerkzeuge mit webbasierten Diagrammen durch eine flexiblere, leichter auf neue Projekte anpassbare Software zu ersetzen. Gleichzeitig soll der Funktionsumfang deutlich
erweitert werden. Auf Grund des Umfangs der Entwicklungsarbeit konnte die Software
während der Projektlaufzeit des Museum Ritter nicht vollständig fertig gestellt werden,
so dass viele Auswertungen für dieses Projekts noch mit Microsoft Excel erstellt wurden.
48
4.3
Datenqualität
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
4.3. Datenqualität
Ein großes Problem war die Sicherstellung der Datenqualität. Nicht nur durch technische Defekte an Zählern, Sensoren und der Aufzeichnungs- und Übertragungstechnik
kam es zu Datenausfällen, ein wesentlich größeres Problem waren Eingriffe in die Messtechnik durch den Betreiber. So wurde zum Beispiel im Winter 2007/2008 der Wärmemengenzähler für die Hochtemperatur-Wärme des Schokoteils ausgebaut, ohne das
fbta zu informieren. Ebenso wurde das Betriebssystem des Mess-Rechners im Frühjahr
2007 neu installiert und der Datenexport nicht mehr vollständig in Betrieb genommen.
Dadurch kam es zu einem Datenverlust von ca. drei Wochen von Ende Februar bis
Mitte März 2007. In Tabelle 6, 9 und 10 werden die Mess-Zeiträume der Wärme- und
Stromzähler und der Wetterdaten sowie längere, über den bereits erwähnten Zeitraum
hinausgehende Datenausfälle aufgeführt.
5. Ergebnisse des Monitorings
Die gewonnenen Messwerte dienen zur Bildung von verschiedenen Kennwerten zur
Einordnung des Gebäudes. Weiterhin können aus den Verbrauchsdaten allein und in
Zusammenhang mit anderen Messwerten Rückschlüsse auf Fehlfunktionen gezogen
und Optimierungsmöglichkeiten der haustechnischen Anlagen erkannt werden. Die
Auswertung der Temperatur- und Feuchtewerte erlaubt eine Kontrolle der geforderten
Raumkonditionen.
5.1. Gesamtenergiekennwerte
Für die Gebäude im Förderprogramm EnOB war zum Zeitpunkt der Antragstellung ein
Jahres-Primärenergiekennwert von 100 kWh/m2 gefordert. Dabei werden sämtliche gebäudespezifischen Energieströme für Heizen, Kühlen, Belüften und Beleuchten berücksichtigt. Dieser Kennwert erwies sich im Förderprogramm zwar als geeignet für Büround Verwaltungsgebäude, kann aber nicht auf Gebäude mit Sondernutzungen wie
ein Museum übertragen werden. Nicht nur die hohen Anforderungen an das Raumklima und die Beleuchtung, auch die Nutzungszeiten und die Nutzungsdichte (Besucher)
entsprechen nicht den üblichen Randbedingungen einer Büronutzung.
Die Ausstellung ist ganzjährig von Dienstag bis Sonntag jeweils von 11 bis 18 Uhr für den
Besucherverkehr geöffnet. Die Beleuchtung wird jedoch ca. eine Stunde vor Öffnung
angeschaltet, die Lüftungsanlage wird durchgängig 24 Stunden am Tag betrieben.
Montags ist die Ausstellung geschlossen, allerdings wird zum Teil in den Morgenstunden das Licht zu Reinigungszwecken eingeschaltet. Die Ausstellung ist insgesamt an
49
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
Werte
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Nr.
Beschreibung
WMZ_AKM_HT_E
Heizung AbKM
10/06
WMZ_AKM_K_E
Kälte AbKM
10/06
s. oben
WMZ_AKM_NT_E
Rückkühlung AbKM
10/06
s. oben
WMZ_AKM_RK_E
hydraulische Weiche zu Kühlturm
10/06
s. oben
WMZ_EP_M_E
Wärme Energiepfahlfeld Museum
10/06
s. oben
WMZ_EP_M_K
Kälte Energiepfahlfeld Museum
10/06
s. oben
WMZ_EP_S_E
Wärme Energiepfahlfeld Schoko
10/06
s. oben
WMZ_EP_S_K
Kälte Energiepfahlfeld Schoko
10/06
s. oben
WMZ_HW_NT_E
hydraulische Weiche
10/06
s. oben
WMZ_KT_E
Kühlturm
10/06
s. oben
WMZ_PEL_E
Pelletkessel
10/06
s. oben
WMZ_SP_NT_E
Nachheizung hydraulische Weiche
10/06
s. oben
WMZ_04_M
Rückkühlung KKM Museum
12/06
s. oben
WMZ_05_M
Kälte KM Museum
12/06
s. oben
WMZ_13_M
Solaranlage
12/06
s. oben
WMZ_15_S
Warmwasserbereitung Schokoteil
07/07
s. oben
WMZ_14_M
Warmwasserbereitung Museum
07/07
s. oben
WMZ_16_M
Hochtemperaturheizung Museum
12/06
s. oben
WMZ_17_M
Hochtemperaturheizung Cafe
07/07
10/07-02/08
WMZ_18_S
Hochtemperaturheizung Schokoteil
12/06
02-03/07 3 Wo.
WMZ_19_M
Niedertemperaturheizung Museum
12/06
02-03/07 3 Wo.
WMZ_20_S
Niedertemperaturheizung Schokoteil
12/06
02-03/07 3 Wo.
12/06
02-03/07 3 Wo.
12/06
02-03/07 3 Wo.
12/06
02-03/07 3 Wo.
WMZ_21_S
WMZ_22_S
WMZ_23_S
ab
Kühlregister Lüftungsanlage
Schokoteil
Niedertemperaturheizung Büros
Schokoteil
Hochtemperaturheizung Büros
Schokoteil
Ausfälle
02-03/07 3 Wo.
02/08 5 Tage
WMZ_24_M
Niedertemperaturheizung Cafe
12/06
WMZ_25_M
Heizregister Lüftungsanlage Museum
12/06
02-03/07 3 Wo.
WMZ_26_M
Kühlregister Lüftungsanlage Museum
12/06
02-03/07 3 Wo.
WMZ_27_M
Heizregister Lüftungsanlage Cafe
12/06
02-03/07 3 Wo.
WMZ_28_M
Kühlregister Lüftungsanlage Cafe
12/06
02-03/07 3 Wo.
12/06
02-03/07 3 Wo.
WMZ_29_S
Heizregister Lüftungsanlage
Schokoteil
Bemerkungen
durch Umbau Hydraulik
außer Betrieb
Zähler in 12/07
ausgebaut
seit 09/07 außer Betrieb
keine verwertb. Daten
WMZ_30_S
Wärmemenge RLT 2.OG Schoko
keine Werte
WMZ_31_S
Kältemenge RLT 2.OG Schoko
keine Werte
WMZ_32_S
Kältemenge Umluftkühler
keine Werte
Schokoladen
WMZ_33_M
Wärmemenge RLT Büros Museum
keine Werte
WMZ_34_M
Kältemenge RLT Büros Museum
keine Werte
Tabelle 6: Datenqualität Wärmemengenzähler
50
5.1
Gesamtenergiekennwerte
Nummer
SZ_01_M
Beschreibung
Kompressionskältemaschine
Museum
5
Werte ab
12/06
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Ausfälle
Bemerkungen
02-03/07 3 Wo.
02-03/07 3 Wo.
SZ_04A_M
Ventilator Kühlturm Stufe 1
12/06
SZ_04B_M
Ventilator Kühlturm Stufe 2
12/06
SZ_05_M
Sprühpumpe Kühlturm
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_06_M
Absorptionskältemaschine
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 07/07
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_07_M
SZ_08_M
SZ_09_M
SZ_10_M
SZ_11_S
SZ_12_S
Abluftventilator Lüftungsanlage
Museum
Zuluftventilator Lüftungsanlage
Museum
Abluftventilator Lüftungsanlage
Cafe
Zuluftventilator Lüftungsanlage Cafe
Abluftventilator Lüftungsanlage
Schokoteil
Zuluftventilator Lüftungsanlage
Schokoteil
12/06
05-07/07
02-03/07 3 Wo.
05-07/07
02-03/07 3 Wo.
05-07/07
12/06
02-03/07 3 Wo.
12/06
02-03/07 3 Wo.
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
unregelmäßig 05-07/07
SZ_13_M
Lichtdecke Museum Erdgeschoss
12/06
02-03/07 3 Wo.
SZ_14_M
Strahler Museum Erdgeschoss
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_15_M
Lichtdecke Museum Obergeschoss
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_16_M
SZ_17_M
Strahler Museum Obergeschoss
Steuerung Lichtdecke
12/06
12/06
02-03/07 3 Wo.
07-12/07
02-03/07 3 Wo.
05-07/07
SZ_18_M
Beleuchtung Landschaftszimmer
12/06
s. oben
SZ_19_M
Beleuchtung Foyer
12/06
s. oben
SZ_20_M
Beleuchtung Cafe
12/06
s. oben
SZ_21_S
Beleuchtung Schokoladen
12/06
02-03/07 3 Wo.
SZ_22_S
Beleuchtung SchokoAustellung und
-Werkstatt
12/06
kein Verbrauch im Herbst
07 da keine Strahler
installiert
Interpolation der Werte
möglich, da konst.
Verbrauch
relativ konstanter
Verbrauch
relativ konstanter
Verbrauch
relativ konstanter
Verbrauch
konstanter Verbrauch
keine Werte
SZ_23_S
Beleuchtung Büros 2. OG Schokoteil
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_24_S
Beleuchtung Flur 2. OG Schokoteil
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_25_M
Beleuchtung Büros Museum
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_26_S
Aufzug Schokoausstellung
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
51
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
Nummer
Beschreibung
SZ_27_S
Aufzug Schokoteil
12/06
SZ_28_M
Aufzug Museum
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_29_M
Technik Museum
12/06
02-03/07 3 Wo.
unregelmäßig 05-07/07
SZ_30_S
Technik Schokoteil
12/06
02-03/07 3 Wo.
SZ_31_M
Wasseraufbereitung
12/06
02-03/07 3 Wo.
01/07
05-11/07
SZ_32_S
Werte ab
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Kompressionskältemaschine
Schokoteil
Ausfälle
Bemerkungen
02-03/07 3 Wo.
05-07/07
konstanter Verbrauch
unregelmäßig 05-07/07
kein Verbrauch 10-11/07
unregelmäßig 05-07/07
Tabelle 9: Datenqualität Stromzähler
Nummer
Beschreibung
Werte ab
Ausfälle
Bemerkung
T_AT_C05
Aussentemperatur Dach
10/06
02-03/07 3 Wo.
T_KT_SUMPF
Temperatur Kühlturmsumpf
10/06
11/06 2 Wo.
wird im Winter bei
02-03/07 3 Wo.
entleertem Sumpf zur
12/06 2 Wo.
Kontrolle der
Außentemperatur
verwendet
X_L_MUSEUM_AU
rel. Feuchte Aussenluft RLT Museum
10/06
Globalstrahlung
0808
11/06 2 Wo.
02-03/07 3 Wo.
GGS_01_M
Datenverlust durch
Ausfall der
Datenaufzeichnung für
diesen Datenpunkt vor
08/08
Tabelle 10: Datenqualität Wetterdaten
52
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
ca. 2.100 Stunden im Jahr geöffnet, dies ist vergleichbar mit der Stundenanzahl einer
Büronutzung.
Das an die Ausstellung angeschlossene Café ist täglich von 9 bis 20 Uhr geöffnet. Die
Messdaten bestätigen dies im Wesentlichen, wobei sich vor und nach der eigentlichen
Öffnungszeit noch ein Küchenbetrieb abzeichnet der um 6 Uhr beginnt und bis 23 Uhr
anhält. Die Lüftungsanlage läuft während den Öffnungszeiten. Im Sommer 2008 wurde
sie ganz ausgeschaltet, da die große Schiebetür des Cafés eine mechanische Belüftung erübrigt. Für das Café ergibt sich eine Jahresbetriebszeit von knapp 4.000 Stunden.
Der Schokoladen ist von Montag bis Freitag jeweils von 8 bis 18 Uhr 30 geöffnet, an
Samstagen von 9 bis 18 Uhr. Auch an den meisten Sonn- und Feiertagen findet ein
Verkauf von 11 bis 18 Uhr statt. Diese auf der Internet-Seite von Ritter-Sport angegebenen Öffnungszeiten lassen sich aus den Zählerdaten für die Beleuchtung sehr gut
nachvollziehen. An Werktagen wird die Beleuchtung eine Stunde vor Öffnung des Ladens eingeschaltet, nach Ladenschluss wird an allen Öffnungstagen bis etwa 21 Uhr
30 geputzt. Insgesamt ergibt sich somit eine Jahres-Betriebszeit für die Beleuchtung von
ca. 4.900 Stunden pro Jahr. Die Lüftungsanlage wird durchgehend betrieben. Für die
Schokoausstellung gelten, bis auf wenige Ausnahmen, die selben Öffnungszeiten.
Die Büros im 2. OG des Schokoteils werden Montags bis Freitags von 7 bis 18 Uhr genutzt.
Um einen Vergleich verschiedener Energieträger zu ermöglichen, wird im Rahmen des
Förderprogramms EnOB der Primärenergiekennwert verwendet. Die Primärenergie berücksichtigt den zur Bereitstellung der Endenergie im Vorfeld notwendigen Energieaufwand. Dabei werden nur die nicht erneuerbaren Anteile des Energieaufwands in die
Berechnungen mit einbezogen. Zur Umrechnung der Endenergie, die direkt an den
entsprechenden Energiezählern abgelesen werden kann, dienen Primärenergiefaktoren. Diese Faktoren werden für die im Museum verwendeten Energieträger Holz und
Strom durch die DIN 18599 (18599T107) zu 0,2 für Holz und 2,7 für Strom festgelegt.
Grundlage für die Berechnung von Energiekennwerten ist die Festlegung einer geeigneten Energiebezugsfläche. Die Kennwerte können nur dann direkt verglichen werden,
wenn für alle Gebäude der gleiche Flächenansatz benutzt wird. Daher wird in den Projekten des Förderprogramms EnBau die Bezugsfläche nach DIN 18599 verwendet, diese
entspricht der Nettogeschossfläche nach DIN 277 (27705). Für die Auswertungen wurden die in Tabelle 4 dargestellten Flächen als Energiebezugsflächen verwendet.
Der im Energiekonzept des verantwortlichen Planungsbüros ip5 ermittelte Energiekennwert beträgt bei einer Beleuchtungsstärke im Museum von 300 lx vertikal insgesamt etwa 163 kWh/m2 a, wobei von einer Tageslichtautonomie von 69 % ausgegangen wurde.
Der Energiebedarf teilt sich dabei wie in Abbildung 32 dargestellt auf.
Durch Änderungen in der Planungsphase und vor allem auch eine nicht der Planung
entsprechende Betriebsweise der Lichtdecke, diese wird im Obergeschoss in der Regel
53
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
Museumsneubau Ritter Sport: Simulationsrechnung und PEB Haustechnik
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
ip5 ingenieurpartnerschaft
Abbildung 32: Primärenergiebedarf, Quelle: ip5, 2004
mit voller Leistung - entsprechend einer Beleuchtungsstärke von 1000 lx vertikal - betrieben, weicht der tatsächliche Energiebedarf von diesen projektierten Werten ab. Schon
in der Konzeptphase wurde auf den großen Einfluss der eingestellten Beleuchtungsstärke für den Energiebedarf hingewiesen (s. Abbildung 33).
Im Rahmen des Förderprogramms EnBau wurde der Energiebedarf des Gebäudes auch
nach DIN 18599 berechnet (EKENOB07). Dabei wurde allerdings die gleiche installierte
Lichtleistung von 45 W/m2 wie in den Berechnungen der Konzeptphase angesetzt. Tatsächlich ist in den Ausstellungräumen aber eine Leistung von 75 W/m2 installiert, um die
gewünschte Beleuchtungsstärke von 1000 lx vertikal erreichen zu können. Zudem wurden die Berechnungen mit einem Berechnungsprogramm durchgeführt, in welchem
die Beleuchtung von Räumen mit Oberlichtern noch nicht implementiert war. Weiterhin zeigte sich bei der Bearbeitung des Museum Ritters mit den Methoden der DIN
18599, dass die Berechnungsvorschriften in Teil 4 bei großen Abweichungen von den
Standardwerten, hier z.B. Beleuchtungstärken von über 700 lx, keine guten Ergebnisse
die Beleuchtungsstärken 150lx und 100lx wurden in dieser Bilanz die Veränderungen der
mehr Für
liefern.
Sektoren Heizen, Kälte und Lufttransport lediglich plausibel geschätzt!
Für den Vergleich mit den Ergebnissen aus dem Konzept musste der Primärenergiefaktor für Strom in der Berechnung von ip5 angepasst werden. Zur Zeit der Konzepterstellung wurde im Allgemeinen ein Primärenergiefaktor von 3,0 für Strom verwendet. In der
DIN 18599 wird nur der nicht erneuerbare Anteil der Energieträger berücksichtigt, was
beim Strom zu einer Reduktion auf einen Faktor
von 2,7 führt. Nach der Anpassung zeiSeite 14
gen die Ergebnisse eine gute Übereinstimmung in den Bereichen Heizung und Warmwasser. Für Kühlung, und Lüftung ergibt die Berechnung nach DIN 18599 ca. doppelt so
hohe Werte, bei der Beleuchtung ist das Ergebnis um 10 % höher.
54
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Für die Beleuchtungsstärken 150lx und 100lx wurden in dieser Bilanz die Veränderungen der
Abbildung 33: Primärenergiebedarf für unterschiedliche Beleuchtungsstärken, Quelle:
Sektoren Heizen, Kälte und Lufttransport lediglich plausibel geschätzt!
ip5, 2004
Setzt man in die Berechnung von ip5 die tatsächlich installierte Leistung von 75 W/m2
und eine Tageslichtautonomie der oberen Ausstellungsräume von 30 % statt der angesetzten 69 % ein, ergibt sich ein Primärenergiebedarf
für die Beleuchtung von
Seite 14
179,4 kWh/m2 a. Durch die höheren internen Lasten erhöht sich auch der Bedarf für Kühlung und und Lüftung. Die Anpassung dieser Bereiche würde jedoch eine Nachführung
der thermischen Simulation erfordern.
Zusätzlich zu den in den Berechnungen berücksichtigten Energieströmen wurde beim
Monitoring auch der Stromverbrauch für die Fördertechnik aufgezeichnet. Da er bei
der Energiebetrachtung im Förderprogramm EnOB jedoch keinen Eingang findet, wird
er im Folgenden separat ausgewiesen.
Die im Projektantrag genannten Primärenergiekennwerte von 120 bis 140 kWh/m2 a können nicht eingehalten werden. Ursache dafür sind, neben den weiter unten erläuterten Defiziten der haustechnischen Anlagen, die gegenüber den Annahmen aus dem
Konzept geänderten Randbedingungen. Für die Verkaufsräume wurde z.B. von 2.000
Volllaststunden und einer installierten Leistung von 20 W/m2 für die Beleuchtung ausgegangen. Tatsächlich wird der Schokoladen jedoch 4.900 Stunden im Jahr betrieben
und die installierte Lampenleistung beträgt ca. 35 W/m2 und somit 175 % mehr als angenommen. Allein durch die Berücksichtigung der geänderten Randbedingungen für
die Beleuchtung erhält man nach der Berechnungsmethode des Energiekonzeptseinen Primärenergiekennwert von ca. 220 kWh/m2 a.
Im Forschungsbericht “Verbrauchswerte 2005” (VK0507) werden für Ausstellungsge-
55
5.1
Gesamtenergiekennwerte
Heizung
Strom
Summe
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Endenergieverbrauch
Primärenergieverbrauch
Primärenergieverbrauch
kWh/m2
kWh/m2
159 kWh/m2 NGF a
208 kWh/m2 NGF a
367 kWh/m2 NGF a
120
BGF a
2
64 kWh/m BGF a
184 kWh/m2 BGF a
132
BGF a
2
173 kWh/m BGF a
305 kWh/m2 BGF a
Tabelle 11: Energiekennwerte für Ausstellungsgebäude aus
bäude die in Tabelle 11 dargstellten Werte genannt. Dabei wurde für die Umrechnung
des Endenergieverbrauchs für die Beheizung in Primärenergieverbrauch der Faktor 1,1
und für den Stromverbrauch der Faktor 2,7 angesetzt. Da als Bezugsfläche in der Publikation die Bruttogeschossfläche (BGF) verwendet wird, sind die Werte nicht direkt mit
den hier ermittelten Verbrauchskennwerten vergleichbar. Deshalb wurden die Werte
auf die Nettogeschossfläche (NGF) umgerechnet. Hierzu wurde davon ausgegangen,
dass die NGF 83 % der BGF beträgt, wie es im Museum Ritter der Fall ist.
5.1.1. Spezifischer Endenergieverbrauch
Der Gesamt-Endenergieverbrauch eines Gebäudes kann in der Regel leicht aus den
Energiekostenabrechnungen abgelesen werden. Allerdings sind in diesen Werten auch
die nutzerabhängigen Verbräuche enthalten die hier nicht berücksichtigt werden sollen. Im Museum Ritter liegt außerdem der Sonderfall vor, dass der Strom aus der benachbarten Schokoladenfabrik bezogen wird, so dass kein Strom-Hauptzähler für die
Kostenabrechnung vorhanden ist. Der Stromverbrauch muss daher aus der Summe von
acht Unterzählern gebildet werden. Diese erfassen jedoch auch den gesamten Stromverbrauch und sind damit einem Hauptzähler gleichzusetzen. Der Gesamt-Endenergieverbrauch des Gebäudes ist in Abbildung 34 auf der nächsten Seite dargestellt.
Während die Ermittlung der Teil-Energieströme für die Bereiche Lüftung und Beleuchtung relativ leicht über die Strom-Unterzähler erfolgen kann, gestaltet sich die Aufteilung der Wärme- und Kälteströme auf Grund der komplexen Energieversorgung sehr
aufwändig. Wie aus dem Energieflussdiagramm in Abbildung 35 zu erkennen ist, sind
die Energieströme sehr verwoben und laufen durch mehrere Energiewandler und Speicher ehe sie als Nutzenergie verwendet werden.
Zur Bestimmung des Endenergieverbrauchs aus den an den Unterzählern abgelesenen
Nutzenergieverbräuchen werden daher folgende Formeln angewendet:
Qh,f,HT
= Qh,b,HT
= Qh,b,HT
!
"
1
1
× fHP ×
×
+ fSol
(1 − ηs )
ηHP
× fh,f,HT
56
(1)
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Spezifischer Endenergieverbrauch
2
[kWh/m a]
500
450
400
Holz
365
347
350
Stromgutschrift
300
250
Strom
200
150
spez.
Endenergie
100
50
0
-50
2007
2008
Abbildung 34: Gesamt-Endenergieverbrauch für 2007 und 2008 (teilweise geschätzt)
Abbildung 35: Energieflussdiagramm Wärme und Kälte
57
5.1
Gesamtenergiekennwerte
Qh,f,N T
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
= Qh,b,N T × (1 − ηHW )
(2)
× (fKKM × ηh,KKM + fh,AKM × ηh,AKM + fs × fh,f,HT )
= Qh,b,N T × fh,f,N T
mit
Qh,f,HT , Endenergieverbrauch Hochtemperatur-Heizung
Qh,b,HT , Nutzenergieverbrauch Hochtemperatur-Heizung
Qh,f,N T , Endenergieverbrauch Niedertemperatur-Heizung
Qh,b,N T , Nutzenergieverbrauch Hochtemperatur-Heizung
ηs , Speicherverluste des Pufferspeichers
fHP , Anteil Wärme aus Holzpellets
ηHP , Nutzungsgrad der Holzpelletkessel
fSol , Anteil Wärme aus Solarenergie
ηHW , Speicherverluste der Hydraulischen Weiche
fh,KKM , Anteil Abwärme der Kompressionskältemaschine
ηh,KKM , Nutzungsgrad bezogen auf Abwärme der Kompressionskältemaschine
fh,AKM , Anteil Abärme der Absorptionskältemaschine
ηh,AKM , Nutzungsgrad bezogen auf Abwärme der Absorptionskältemaschine
fs , Anteil Nachheizung aus Pufferspeicher
fh,f,HT , Endenergiefaktor für Hochtemperatur-Wärme
fh,f,N T , Endenergiefaktor für Niedertemperatur-Wärme
Die Speicherverluste des Pufferspeichers konnten aus der Bilanz von eingespeister Wärme und entnommener Wärme gebildet werden (s. Kapitel 5.2.3). Aus dieser Bilanz ergeben sich auch die Anteile der Wärmelieferung aus den Holzpellet-Kesseln und der
Solaranlage. Der Nutzungsgrad der Holzpelletkessel konnte aus dem Verbrauch von
Holzpellets, welcher über die Lieferscheine bekannt war, und der Wärmelieferung der
Holzpellet-Kessel gebildet werden (s. Kapitel 5.2.2). Aus diesen Werten ergibt sich nach
Formel 1 der Endenergiefaktor für die Hochtemperatur-Wärme.
Für die Bestimmung des Endenergiefaktors der Niedertemperatur-Wärme musste die
Abwärme aus den beiden Kälteerzeugern und die Nachheizung aus dem Hochtemperatur-Pufferspeicher berücksichtigt werden. Für die Kompressionskältemaschine kann
der Endenergiefaktor auf Null gesetzt werden, da die Maschine nur als Kältemaschine betrieben wird und somit die Abwärme als reines Abfallprodukt anzusehen ist. Der
58
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
Faktor
Endenergiefaktor HT-Wärme, fh,f,HT
Endenergiefatkor NT-Wärme, fh,f,N T
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
2007
1,19
0,87
2008
1,22
0,86
Tabelle 12: Endenergiefaktoren der Wärmeerzeugung
Faktor
Endenergiefaktor NT-Kälte Museum, fc,f,N T,M
Endenergiefaktor NT-Kälte Schokoteil, fc,f,N T,S
Endenergiefaktor HT-Kälte, fc,f,HT
2007
1,75
0,81
0,03
2008
1,65
0,03
Tabelle 13: Endenergiefaktoren der Kälteerzeugung
Endenergieverbrauch der Kompressionskältemaschine wird komplett der Kälteerzeugung zugeschlagen. Bei der Absorptionskältemaschine musste ein Teil des Endenergieverbrauchs berücksichtigt werden, da die Maschine im Winter auch als Wärmepumpe
betrieben wird und dann die erzeugte Kälte nicht mehr die ausschließliche Nutzenergie
darstellt.
Zusammen genommen ergeben sich für die oben beschriebenen Faktoren die der
Tabelle 12 zu entnehmenden Werte.
Der Nutzenergieverbrauch für die Beheizung der Zonen konnte aus den insgesamt 13
Wärmezählern für die verschiedenen Wärmeabgabesysteme (Heizkörper, Fussbodenheizung, Lüftungsanlagen) bestimmt werden (siehe hierzu Kapitel 5.2 auf Seite 63).
Der Endenergieverbrauch der einzelnen Zonen für den Bereich Kälte wurde auf ähnliche Weise ermittelt, die Werte sind in Tabelle 13 dargestellt. Dabei wurden die Speicherverluste des Kältespeichers abgeschätzt, da die Bilanz aus der durch die beiden
Kälteerzeuger bereitgestellten Kälte und dem Verbrauch durch die Lüftungsanlagen
kein sinnvolles Ergebnis brachte. Grund hierür ist wahrscheinlich eine Fehlströmung in
der Hydraulik, die dazu führte, dass Kälte in die Enegiepfahlfelder abgegeben wurde
(siehe hierzu auch Kapitel 5.3). In diesem Kapitel sind auch die Ergebnisse für die Kälteerzeuger und die Kälteabgabe erläutert.
Der Endenergieverbrauch nach Zonen ergibt sich damit für 2007 zu 1.002 MWh. Damit
bleiben 200 MWh Endenergie - oder knapp 17 % - die nicht zugeordnet werden können (s. Abbildung 36). Dies entspricht einer Dauerleistung von ca. 20 kW, die für nutzerspezifische Geräte wie Küchengeräte, Computer, Kopierer und Putzgeräte verbraucht
werden.
Abbildung 37 zeigt den spezifischen Endenergieverbrauchs der Zonen. Auffällig ist hier
besonders der sehr große Verbrauch der Zonen Museum und Café. Während im Museum der Verbrauch für Kälte und Beleuchtung dominiert, verbraucht das Café besonders viel Energie für Wärme und Lüftung. Die Ursachen für die hohen Verbräuche
werden in den jeweiligen Unterkapiteln zu den Energiedienstleistungen näher erläutert.
59
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[MWh]
1400
Holz
Strom
Lüftung
Hilfsenergie
1200
1000
800
Kälte
Fördertechnik
Wärme
Beleuchtung
600
Holz
Strom
400
200
0
EE Zonen 2007
EE Hauptzähler 2007
Abbildung 36: Vergleich Endenergieverbrauch Zonen- und Gesamtzähler
2
[kWh/m a]
600
500
Hilfsenergie
Lüftung
400
Kälte
300
Fördertechnik
Wärme
200
Beleuchtung
100
0
Museum
Cafe
Besucherzentrum
Verwaltung
Abbildung 37: Endenergieverbrauch 2007 nach Gebäudezonen
60
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
Faktor
Primärenergiefaktor HT-Wärme, fh,p,HT
Primärenergiefatkor NT-Wärme, fh,p,N T
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
2007
0,21
0,29
2008
0,22
0,23
Tabelle 14: Primärenergiefaktoren der Wärmeerzeugung
Faktor
Primärenergiefaktor NT-Kälte Museum, fc,p,N T,M
Primärenergiefaktor NT-Kälte Schokoteil, fc,p,N T,S
Primärenergiefaktor HT-Kälte, fc,p,HT
2007
1,02
2,19
0,07
2008
0,61
0,09
Tabelle 15: Primärenergiefaktoren der Kälteerzeugung
5.1.2. Spezifischer Primärenergieverbrauch
Zum Vergleich mit anderen Gebäuden aus dem EnOB-Programm muss der spezifische
Primärenergieverbrauch berechnet werden. Bei den meisten Gebäuden lässt sich dieser sehr leicht über die Primärenergiefaktoren aus dem Endenergieverbrauch errechnen. Da im Museum Ritter die Kälte jedoch sowohl aus dem Endenergieträger Strom als
auch aus Wärme gewonnen wird, muss auch hier der Endenergiefaktor für jede Nutzenergieart individuell berechnet werden. Die Vorgehensweise hierzu entspricht der im
Kapitel 5.1.1 beschriebenen. Die Ergebnisse können aus den Tabellen 14 und 15 entnommen werden.
Durch die Erzeugung der Wärme aus dem Energieträger Holz ist der Primärenergiefaktor deutlich kleiner als eins. Da der Faktor hier auf die Nutzenergie bezogen wird, wird
der Basis-Faktor für Holz von 0,2 durch den Nutzungsgrad des Kessels und die Verluste im
Pufferspeicher vergrößert. Die Nutzung von Solarenergie verringert den Primärenergiefaktor der Wärmeerzeugung, da für die Wärme aus der thermischen Solaranlage der
Faktor 0 angesetzt wurde. Der Hilfsenergiebedarf für die Pumpen der Pelletkessel und
der Solaranlage wird gesondert ausgewiesen. Der Primärenergiefakor für die Niedertemperaturwärme wurde vor allem im Jahr 2007 durch die schlechte Performance der
Absorptionskältemaschine und ihren hohen Stromverbrauch verschlechtert. Das Konzept sah vor, dass durch die als Wärmepumpe betriebene Absorptionskältemaschine
Primärenergie eingespart wird, was in 2007 nicht erreicht werden konnte.
Der Primärenergiefaktor für die Kälte setzt sich zusammen aus dem Primärenergiefaktor der Kompressionskältemaschine und der Absorptionskältemaschine sowie den Speicherverlusten des Kältespeichers. Für 2007 betrug der Primärenergiefaktor für die Kompressionskältemaschine im Museum 0,76 inklusive der Hilfsenergie für die Pumpen im
Kühl- und Rückkühlkreis. Dieser gute Wert begründet sich durch den hohen mittleren
COP der Maschine von 3,8. Allerdings wird die Maschine auf der Rückkühlseite mit einer relativ niedrigen Temperatur von 27 bis 28 °C betrieben. Die Auslegungstemperatur
ist hier 30 °C, die Leistungssteigerung der Maschine durch die niedrigere Rückkühltem-
61
5.1
Gesamtenergiekennwerte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Primärenergie
[kWh/m2a]
400
383,6
343,5
350
300
Lüftung
250
Wärme
200
155,5
150
Warmwasser
128,9
Kälte
100
Beleuchtung
50
0
DIN 18599
Konzept
Messwerte
2007
Messwerte
2008
Abbildung 38: Primärenergieverbrauch 2007 und 2008 im Vergleich zu den Prognosen
peratur beträgt etwa 4 % pro Kelvin Absenkung. Somit würde der COP der Maschine
bei der Auslegungs-Rückkühltemperatur ca. 3,3 bis 3,5 betragen. Dies liegt im Bereich
der Leistungsangaben durch den Hersteller.
Die Absorptionskältemaschine erreichte 2007 einen Primärenergiefaktor von 1,28 inklusive Hilfsenergie für die Rückkühlung und hat damit eine ungünstigere Primärenergiebilanz als die Kompressionskältemaschine im gleichen Zeitraum. Neben dem NichtErreichen des thermischen COP ist hierfür vor allem der hohe Strombedarf der eingesetzten Absorptionkältemaschine verantwortlich. Der Primärenergiefaktor ohne Berücksichtigung des Eigenstromverbrauchs der Maschine betrug 2007 0,76 und liegt damit,
trotzt des schlechten thermischen COPs von 0,32, im Bereich der Kompressionskältemaschine.
Abbildung 38 zeigt den Primärenergiebedarf für das gesamte Gebäude in 2007 verglichen mit den Vorgaben aus der Planung bzw. den Berechnungen nach DIN 18599. Einzig der Bereich Warmwasser unterschreitet die berechneten Werte. Der Verbrauch für
die Beleuchtung liegt ca. 50 % über den Vorgaben, der Wärmeverbrauch überschreitet die projektierten Werte um mehr als das Doppelte. Besonders aber die Prognosen
für die Belüftung und Kühlung des Gebäudes werden sogar um eine Größenordnung
überschritten. Die Ursachen hierfür werden in den entsprechenden Kapiteln behandelt.
62
5.2
Wärme
Bezeichnung
Tage in Periode
Gradtagzahl
Gt19,12
Heizgradtage
G19,12
Heiztage 12
Gradtagzahl
Gt20,15
Heizgradtage
G20,15
Heiztage 15
Mittlere Außentemperatur
Mittlere
Luftfeuchte
5
Einheit
[d]
[Kd]
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Außentemperatur
Museum Ritter
2007
2008
365
366
2.944
3.184
dwd Stuttgart
2007
365
2.834
2008
366
3.171
[Kd]
1.488
1.637
1.392
1.596
[d]
[Kd]
208
3.397
221
3.551
206
3.322
225
3.612
[Kd]
2.162
2.326
2.077
2.317
[d]
[°C]
247
10,3
245
10,0
249
10,3
259
9,7
74,7
72,9
[%]
Tabelle 16: Klimadaten aus der Außentemperaturmessung im Museum Ritter im Vergleich zu den Werten des dwd für Stuttgart
5.2. Wärme
5.2.1. Heiztage, Heizgradtage, Gradtagzahl
Um den Heizwärmeverbrauch eines Gebäudes über mehrere Jahre vergleichen zu
können, müssen die gemessenen Werte klimabereinigt werden. Hierzu dienen üblicherweise die Gradtagzahl Gt nach VDI 2067 oder die Heizgradtage G nach VDI 3807.
Die Gradtagzahl bildet die Summe der Differenzen zwischen der Soll-Innentemperatur
und dem Tagesmittelwert der Außentemperatur für alle Tage, an denen die Tagesmitteltemperatur unter der Heizgrenze liegt. Die Heizgradtage ziehen dagegen die Heizgrenztemperatur zu Differenzbildung heran. Als Soll-Innentemperatur wurde bisher 20 °C
eingesetzt, als Heizgrenze 15 °C. Die DIN 4108 verwendet als Soll-Innentemperatur 19 °C
und lässt verschiedenen Heizgrenztemperaturen zu. Als Vergleichswerte werden hier
die Ergebnisse für eine Heizgrenze von 12 °C dargestellt. Die Werte für die Jahre 2007
und 2008 können der Tabelle 16 entnommen werden. Dabei wurde das Jahr 2008 von
Oktober bis Dezember mit den Werten aus 2007 ergänzt.
5.2.2. Wärmebereitstellung
Die Wärme für die Beheizung des Museum und den Antrieb der Absorptionskältemaschine wird durch die thermische Solaranlage und vier Holzpelletkessel bereitgestellt.
63
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
100%
80%
60%
Solaranlage
Pelletkessel
40%
20%
0%
2007
Sommer 2007
2008
Sommer 2008
Abbildung 39: Anteil der Solarwärme an der Wärmebereitstellung
Im Folgenden werden die Ergebnisse des Monitorings für die beiden Wärmeerzeuger
erläutert.
Thermische Solaranlage Die thermische Solaranlage dient in erster Linie zur Versorgung der Absorptionskältemaschine mit Wärme. Geplant war, dass ca. 80 % der für
den Antrieb der Absorptionskältemaschine notwendigen Wärme von der Solaranlage gedeckt werden. Abbildung 39 zeigt den Anteil der Solarwärme an der gesamten
Wärmeerzeugung jeweils für ein gesamtes Jahr und auf die Sommermonate bezogen.
Für 2008 sind die Werte bis Ende September berücksichtigt, die Monate Oktober bis
Dezember wurden mit den Daten von 2007 ergänzt. Allerdings sollte der Einsatz der
Absorptionskältemaschine als Wärmepumpe im Herbst/Winter 2008 dazu führen, dass
weniger Wärme durch die Holzpelletkessel produziert werden muss. 2007 war dies aufgrund der schlechten Performance der Absorptionskältemaschine nicht möglich. Somit
würde der Anteil der Solarwärme in 2008 noch leicht ansteigen.
Die Solaranlage erreichte mit einem Ertrag von 463 kWh/m2 im Zeitraum von April 2007
bis März 2008 einen sehr guten Jahresertrag. Der Wirkungsgrad der Solaranlage wurde
exemplarisch mit Daten aus dem August 2008 mit dem zu erwarteten Wirkungsgrad aus
den technischen Unterlagen verglichen (s. Abbildung 40). Die Werte zeigen eine hervorragende Übereinstimmung, so dass für diesen Anlagenteil von einem störungsfreien,
der Planung entsprechendem Betrieb ausgegangen werden kann.
64
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
1,0
0,9
0,8
Wirkungsgrad
0,7
gemessener Wirkungsgrad
0,6
berrechneter Wirkungsgrad
0,5
Logarithmisch (gemessener
Wirkungsgrad)
0,4
0,3
Logarithmisch (berrechneter
Wirkungsgrad)
0,2
0,1
0,0
0
50
100
150
200
250
300
Tagesmittelwert der Einstrahlung [W/m2]
Abbildung 40: Gemessener und berechneter Wirkungsgrad der Solaranlage im August
2008
Holzpelletkessel Die vier als Kaskade geschalteten Holzpelletkessel bereiteten im Betrieb immer wieder größere Schwierigkeiten. Eine Ursache war die sehr große thermische Belastung durch die hohe Vorlauftemperatur von 90 °C, die für den Antrieb der
Absorptionskältemaschine notwendig war. Die eingesetzten Kessel waren für den Einsatz in Ein- oder Mehrfamilienhäusern ausgelegt, in denen in der Regel maximal eine
Vorlauftemperatur von 70 °C benötigt wird. Auch die extrem lange Laufzeit der Kessel
von über 4.500 Volllaststunden in 2007, üblich sind 1.600 Stunden in einem Wohnhaus,
vergrößerte die thermische Belastung der Kessel erheblich.
Erschwerend kam hinzu, dass die Kessel sehr häufig takteten. Ursächlich hierfür war
die lange Zeispanne von etwa 30 Minuten, die die Kessel benötigen, um vom Bereitsschaftbetrieb auf Volllast hochzufahren. Durch diese Totzeit kam es im Regler zu einem
Schwingverhalten, was dazu führte, dass die Kessel quasi ständig ein- und wieder ausgeschaltet wurden. Dieses Problem konnte durch das Abschalten eines der vier Kessel
weitgehend gelöst werden. Die drei verbleibenden Kessel konnten nun in einen Regelbetrieb gelangen, in dem die Leistung durch Modulation der Brennerleistung angepasst wurde.
Im Frühjahr 2008 wurden die vier Kessel mit je 32 kW Leistung durch drei neue Kessel
mit je 56 kW Leistung ersetzt. Damit stehen nun insgesamt 168 kW Kesselleistung zur Verfügung, rund 40 kW mehr als zuvor. Um die Leistungsregulierung zu vereinfachen und
zusätzlichen Speicher für die Solaranlage zur Verfügung zu stellen, wurden zusätzlich
zwei in Reihe geschaltete Pufferspeicher mit je 1.000 l Volumen eingebaut. Die Wärme
der Holzpelletkessel wird auf diese Speicher gefahren, wobei die Soll-Temperatur im un-
65
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[MWh]
[°C]
75
25
65
20
55
45
15
35
10
25
15
5
5
0
-5
-15
-5
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Wärmeerzeugung 2007
Außentemperatur 2007
Jul
Aug Sep
Okt
Nov Dez
Wärmeerzeugung 2008
Außentemperatur 2008
Abbildung 41: Wärmeerzeugung durch Holzpelletkessel und Monatsmittelwerte der Außentemperatur
teren Teil des ersten der beiden Speicher gemessen wird. Somit ist gewährleistet, dass
jeweils etwa 1.000 l Speichervolumen für das Starten und Ausbrennen der Holzpelletkessel zur Verfügung steht.
Die Messdaten für das Jahr 2007 ergeben einen Jahresnutzungsgrad der Endenergie
von 86,3 %. Dies ist ein für Holzpelletfeuerungen akzeptabler Wert, wobei ein Nutzungsgrad von 90 % oder mehr erstrebenswert wäre. Für 2008 deutet sich ein schlechterer
Wert im Bereich von 83 % an. Eine Ursache ist der zusätzliche Wärmeverlust durch die
beiden neuen Pufferspeicher.
Abbildung 41 zeigt die monatliche Wärmeerzeugung durch die Holzpelletkessel für die
Jahre 2007 und 2008 zusammen mit den Monatsmittelwerten der Außentemperatur.
Auffällig sind die deutlichen Mehrverbräuche im Januar bis März und Mai 2007 sowie
im Juni 2008.
Der Mehrverbrauch in 2007 im Vergleich zu 2008 rührt, wie in Abbildung 42 zu erkennen,
aus dem Betrieb der Absorptionskältemaschine. Hieraus wird auch deutlich, dass der
Wärmepumpenbetrieb in diesem Zeitraum keinen energetischen Vorteil gegenüber
der direkten Beheizung mit den Holzpelletkesseln gebracht hat. Der Mehrverbrauch
in 2008 wurde durch eine Fehlbedienung der Regelung verursacht. Die Anlage wurde nicht rechtzeitig auf Sommerbetrieb umgestellt, so dass die Regelung Wärme aus
dem Pufferspeicher in der hydraulischen Weiche bereitstellte, die dann aber über den
Kühlturm abgefahren wurde. Im Juli 2008 erfolgte dann die Umstellung, was in der Ab-
66
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[MWh]
70
60
50
40
30
20
10
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Holzpelletkessel
Jun
Jul
Heizung AbKM
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Nachheizung NT
Abbildung 42: Wärmeerzeugung und Verbrauch für Absorptionskältemaschine und
Niedertemperatur-Heizung 2007
bildung 43 sehr gut zu erkennen ist.
Absorptionskältemaschine als Wärmepumpe
In der Heizperiode wird die Absorptions-
kältemaschine, wie in Kapitel 3.1 beschrieben, als Wärmepumpe betrieben. Ziel war es
dabei, eine Arbeitszahl von 1,7 zu erreichen und somit den Primärenergiefaktor für die
Niedertemperaturwärme von 0,2 auf 0,11 quasi zu halbieren. Allerdings ist dabei der
Stromverbrauch der Maschine nicht berücksichtigt, dieser verschlechtert den theoretisch möglichen Primärenergiefaktor auf 0,18. Die erzielbare Primärenergieeinsparung
ist somit auch im Idealfall nur sehr gering. Der Zusammenhang zwischen thermischem
COP einer Absorptionskältemaschine und dem erreichbaren Primärenergiefaktor für
zwei verschiedene, jeweils konstante elektrische Leistungen, kann aus Abbildung 44
entnommen werden. Die Antriebswärme wird dabei von einer Holzpellet-Feuerung mit
einem Primärenergiefaktor von 0,2 bereit gestellt. Die Grafik zeigt sehr deutlich, wie
wichtig die Berücksichtigung des Stromverbrauchs einer Absorptionskältemaschine bei
ihrer primärenergetischen Bewertung ist.
Allerdings dient der Wärmepumpenbetrieb auch zur Regeneration des im Sommer
durch die Flächenkühlung erwärmten Erdreichs, so dass in der Gesamtbetrachtung
durchaus eine Primärenergieeinsparung erzielt werden kann. Da die Absorptionskältemaschine im Herbst 2007 bzw. Winter 2007/2008 nicht oder nur mit einem sehr schlechten COP betrieben wurde, können als repräsentative Messwerte nur die Ergebnisse aus
dem Winter 2006/2007 herangezogen werden. Der COP der Maschine lag in den Mo-
67
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[MWh]
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Holzpelletkessel
Jun
Jul
Aug
Heizung AbKM
Sep
Okt
Nov
Dez
Nachheizung HW
Abbildung 43: Wärmeerzeugung und Verbrauch für Absorptionskältemaschine und
Niedertemperatur-Heizung 2008
0,35
Primärenergiefaktor [-]
0,30
0,25
0,20
3 kW elektr.
0,15
0,3 kW elektr.
0,10
0,05
0,00
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
thermischer COP der AbKM
Abbildung 44: Theoretisch erreichbarer Primärenergiefaktor für die Wärmebereitstellung mit der Absorptionskältemaschine in Abhängigkeit des COP
68
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
naten Dezember 2006 bis Februar 2007, in denen im Wesentlichen Wärme zu Heizzwecken von der Absorptionkältemaschine bereit gestellt wurde, bei 0,39. Der theoretisch
erreichbare Primärenergiefaktor lag damit bei 0,23 und somit über der direkten Holzfeuerung.
Überträgt man den im Sommer 2008 erreichten COP von knapp 0,6 auf den Betrieb
als Wärmepumpe, so kann damit eine Arbeitszahl von 1,6 und ein Gesamt-Primärenergiefaktor für Wärme und Strom von 0,2 erreicht werden. Eine Verbesserung des Primärenergiefaktors gegenüber der direkten Holzfeuerung ist mit diesem COP somit nicht zu
erreichen.
5.2.3. Wärmespeicherung
Die von den beiden Hochtemperatur-Wärmeerzeugern, der Solaranlage und den Holzpelletkesseln erzeugte Wärme wird zunächst in die drei Pufferspeichern geleitet. Von
dort wird sie auf die verschiedenen Verbraucher im Gebäude verteilt. Die Pufferspeicher dienen dabei hauptsächlich zur Speicherung der Solarwärme. Jedoch benötigen
auch die Holzpelletkessel auf Grund ihrer Zündungs- und Nachbrandzeit einen Wärmespeicher, da sie Lastwechseln nicht beliebig schnell folgen können.
Die Wärme aus der Absorptionskältemaschine, sowohl die Abwärme im Sommer als
auch die Niedertemperatur-Heizwärme im Winter, wird in eine hydraulische Weiche geleitet. Diese entkoppelt neben der Wärmespeicherung auch die Volumenströme auf
der Erzeuger- und Verbraucherseite.
Die Speicher verursachen Wärmeverluste. Vor allem die drei Pufferspeicher haben auf
Grund der hohen mittleren Temperaturdifferenz hohe Wärmeverluste, so dass besonders hier große Energieverluste zu erwarten sind. Erschwerend kommt hinzu, dass alle
Behälter - drei für den Pufferspeicher und einer für die hydraulische Weiche - durch
die beengten Platzverhältnisse in der Technikzentrale nicht optimal gedämmt werden
konnten (s. Abbildung 45).
Für die Pufferspeicher konnten die Speicherverluste aus der Bilanz der ein- und ausgehenden Wärmeströme von August bis Dezember 2007 ermittelt werden. Die mittleren
Speicherverluste betrugen in diesem Zeitraum 3,9 %. Die Wärmebilanzen für den Pufferspeicher von August 2007 bis August 2008 sind in Abbildung 46 und 47 dargestellt. Im
Dezember 2007 wurde der Wärmemengenzähler für die Hochtemperatur-Heizung des
Schokoteils vom Betreiber ausgebaut, so dass danach keine vollständige Bilanzbildung
mehr möglich war.
Für die hydraulische Weiche war eine vollständige Bilanzbildung nicht möglich. Die Wärmemenge, die über den Kühlturm abgeführt wird seit dem Umbau der Hydraulik (siehe
Kapitel 3.1) nicht mehr erfasst. Daher mussten die Speicherverluste für diesen Speicher
69
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 45: Technikzentrale im Museumsteil
70
Wärmemenge [MWh]
60
50
40
Eingang
30
Ausgang
20
10
0
Aug.07
Sep.07
Okt.07
Nov.07
Dez.07
Abbildung 46: Bilanz der ein- und ausgehenden Wärmeströme für den Pufferspeicher
2007
70
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
70
Wärmemenge [MWh]
60
50
40
Eingang
30
Ausgang
20
10
0
Jan.08
Feb.08 Mär.08
Apr.08
Mai.08
Jun.08
Jul.08
Aug.08
Abbildung 47: Bilanz der ein- und ausgehenden Wärmeströme für den Pufferspeicher
2008
abgeschätzt werden. Die Verluste können, durch die geringe mittlere Temperaturdifferenz im Vergleich zum Pufferspeicher, nicht über den Verlusten des Pufferspeichers
liegen. Als obere Grenze wurde daher von 5 % Speicherverlusten ausgegangen.
5.2.4. Wärmeabgabe
Wie in Kapitel 4.1 beschrieben, musste die korrekte Aufteilung des Wärmeverbrauchs
auf die vier Gebäudezonen über insgesamt 11 Wärmemengenzähler vollzogen werden. Zum Teil wurden dabei bereits vorhandene Zähler, die bis dahin von Hand abgelesen wurden, verwendet und auf die GLT aufgeschaltet. Da hierbei unerwartete
technische Schwierigkeiten auftraten, stehen die Verbräuche für einige Zähler erst ab
Juli 2007 zur Verfügung. Zudem trat im Februar und März durch die Neu-Installation des
Gebäudeleitrechners ein längerer Datenausfall auf. Daher wurden in 2007 für verschiedene Zähler Abschätzungen vorgenommen:
• Der Verbrauch der Hochtemperatur-Heizung für alle vier Zonen (Museum, Café,
Besucherzentrum, Verwaltung) in den ersten Monaten des Jahres 2007 wurde aus
dem Verbrauch der Zonen von Oktober bis Dezember und den Heizgradtagen
berechnet.
• Für das Museum wurde von Januar bis Mai 2007 so verfahren.
• Für das Café wurde von Januar bis April 2007 so verfahren.
71
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[MWh]
*!!
)!!
(!!
'!!
Erdwärme/Kälte
&!!
Holzpelletkessel
%!!
=>?+,-./
Solaranlage
$!!
+6-.@6AA/-
#!!
B>?+,-./
9:;<132
"!!
!
+,-.//-0/12132
+,-./4/-5-6178
C-D@,-./EF,G
</
BHG0I/GG/<J/AA
/G
KHG6-63G62/
Abbildung 48: Bilanz für Wärmeerzeugung und -verbrauch für 2007
• Für den Schokoteil (Besucherzentrum und Verwaltung) wurde von Januar bis Juli
2007 so verfahren.
• Für den Verwaltungsteil wurde von Januar bis April so verfahren.
• Der Verbrauch der beiden Warmwasserbereiter wurde von Januar bis Juli aus dem
gewichteten Mittelwert der Monate August bis Dezember gebildet.
• Der Verbrauch der Niedertemperaturheizung im Café wurde auf Grund fehlender
Daten vernachlässigt und dem Museum zugeschlagen.
Trotz dieser Abschätzungen zeigt der Vergleich des Endenergieverbrauchs, der aus den
Gesamtzählern gebildet wurde, und dem aus den Zonenzählern eine gute Übereinstimmung (s. Abbildung 36).
Bildet man die Bilanz von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch im Gebäude, zeigt
sich, dass eine sehr große Differenz in der Bilanz bleibt (siehe Abbildung 48 und 49).
Diese Lücke resultiert aus dem Einsatz der Absorptionskältemaschine, die einen großen
Teil der erzeugten Wärme in Kälte für die Kühlung des Gebäudes umsetzt. Daher wird
ein großer Teil der von Solaranlage und Pelletkessel erzeugten Wärme letztendlich über
den Kühlturm an die Umgebung abgegeben.
Der eigentliche Wärmeverbrauch des Gebäudes teilt sich auf in Hochtemperatur-Wärme für die Heizkörper, in Niedertemperatur-Wärme für die Flächenheizungen und in die
Wärme zur Nachheizung der Zuluft sowie die Warmwasserbereitung. Dabei fällt auf,
72
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[MWh]
800
700
600
Erdwärme/Kälte
Lüftung
500
Holzpelletkessel
400
Solaranlage
300
HT-Wärme
Warmwasser
NT-Wärme
200
100
0
Wärmeerzeugung
Wärmeverbrauch
Erdwärme/Kält
e
Holzpelletkess
el
Solaranlage
Abbildung 49: Bilanz für Wärmeerzeugung und -verbrauch für 2008
dass der Wärmeverbrauch für die Warmwasserbereitung über dem für die Luftnacherhitzung liegt. Erklärt werden kann dies durch die hohen internen Lasten die sowohl im
Museum als auch im Besucherzentrum, hier vor allem im SchokoLaden, vorhanden sind.
Durch die hocheffiziente Wärmerückgewinnung kann die Wärme aus diesen Lasten auf
die Zuluft übertragen werden, so dass kaum noch nachgeheizt werden muss. Der Wärmeverbrauch der Lüftungsanlage des Museum ist, natürlich auch bedingt durch die
milden Winter im Messzeitraum, in den Wintermonaten kaum höher als im Hochsommer, wenn für die Luftentfeuchtung nachgeheizt werden muss.
Der Warmwasserverbrauch ist besonders im Café mit 120 kWh/m2 , aber auch im Besucherzentrum mit 15 kWh/m2 , äußert hoch. Im Besucherzentrum wird das Warmwasser
fast ausschließlich für die Schokowerkstatt benötigt. Hier fällt sehr viel mit Schokolade
verunreinigtes Geschirr an das, zur vollständigen Entfernung der Schokoladenreste mit
viel warmem Wasser gereinigt werden muss. Auch im Café wird durch die hohen Besucherzahlen viel warmes Wasser benötigt.
Aus Abbildung 50 ist zu entnehmen, dass das Museum, Café und Besucherzentrum mit
jeweils ca. 92 bis 153 kWh/m2 im Jahr einen hohen Wärmeverbrauch haben. Lediglich
der Verwaltungsteil weist mit 18 kWh/m2 einen sehr niedrigen Wert auf.
Im Cafè ist der Wärmeverbrauch von ca. 153 kWh/m2 a in 2007 auf die Betriebweise des
Cafés und seine Geometrie zurückzuführen. Die Wände des Gastraums bestehen im
Wesentlichen aus Fensterfläche. Zudem wurde eine raumhohe Schiebetür eingebaut,
73
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[kWh/m2a]
180
160
152,5
140
120
109,9
92,2
100
Cafe
Verwaltung
80
Besucherzentrum
60
Museum
40
20
18,2
0
2007
Abbildung 50: Spezifischer Wärme-Endenergieverbrauch der Zonen in 2007
deren Metallprofile nur unzureichend thermisch getrennt sind und deren Fugen große
Undichtigkeiten aufweisen. Dazu wird die raumhohe Fassade durch die ca. 4 m breite
Schiebetür auch aufgrund des hohen Besucherzuspruchs vom Frühjahr bis weit in den
Herbst hinein geöffnet. Heizung und Kühlung werden auch bei geöffneter Schiebetür
weiterbetrieben, um für die Angestellten und die Besucher im Gebäude ein angenehmes Raumklima zu schaffen.
Die hohen Verbräuche im Museum und im Besucherzentrum können zunächst nicht
auf einfache Weise nachvollzogen werden. Das Gebäude besitzt einen hohen Dämmstandard und die Lüftungsanlagen beider Zonen sind mit einer hocheffizienten Wärmerückgewinnung ausgestattet. Mögliche Ursachen werden daher in den folgenden
Abschnitten zu jeder Zone dargestellt.
Museum Der Wärmeverbrauch teilte sich in der Zone Museum wie aus den Abbildungen 51 und 52 ersichtlich auf. Auffällig sind der hohe Verbrauch für die NiedertemperaturHeizung Anfang 2007 und der Wärmeverbrauch im Sommer. Der Heizwärmeverbrauch
der Lüftungsanlage im Sommer bedingt sich aus der Nacherhitzung der Zuluft nach
der Entfeuchtung und stellt keine Fehlfunktion dar. Der Verbrauch für die statischen
Heizflächen im Sommer ist allerdings auf eine Fehlfunktion der Regelung zurückzuführen. Während die Zuluft fast ständig mit 13 °C eingeblasen wird werden die Räume
trotzdem über die statische Heizung beheizt.
Falls dies nur in einzelnen Räumen geschehen würde, könnte dies durch unterschiedliche Lasten in den Räumen erklärt werden. Da die Zuluftemperatur zur zentral für alle
74
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Wärmeverbrauch 2007
[MWh]
30
25
20
15
10
5
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
NT-Heizung Museum
Jun
Jul
Aug
RLT Museum
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Museum
Abbildung 51: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Museum auf die Heizkreise
Wärmeverbrauch 2008
[MWh]
30
25
20
15
10
5
0
Jan
Feb
Mär
Apr
NT-Heizung Museum
Mai
Jun
Jul
RLT Museum
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Museum
Abbildung 52: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Museum auf die Heizkreise
75
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
(!!"
!"#$%&$'('")*+,-./+0,
'!!"
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*+),-./-0"
123/456*+),-./-07"
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1)2$34$56$'"4)',-780,
Abbildung 53: Tagesverbräuche 09/07 bis 08/08 für die Hochtemperaturheizung des
Museums über der Außentemperatur
Räume eingestellt werden kann, muss sie der höchsten Kühllast folgen. Räume die eine geringere Kühllast haben, müssen dann über die statische Heizung nachgeheizt
werden. Da aber die Auswertung der Vorlauftemperaturen der Flächenheizung bzw.
-kühlung zeigt, dass in allen Räumen nachgeheizt wird, liegt hier eindeutig eine Fehlfunktion der Regelung vor. Die Verbesserung der Situation in 2008 ist im Wesentlichen
auf die geänderte Betriebsweise der Hydraulischen Weiche, aus der die Wärme für die
Flächenheizung entnommen wird, zurückzuführen. Der obere Bereich der Weiche wird
im Sommer nicht mehr auf Temperatur gehalten, sondern die Weiche wird ausschließlich für die Rückkühlung der Kältemaschinen verwendet. Dadurch ist die Temperatur
die zur Beheizung der Flächen zur Verfügung steht deutlich niedriger als im Jahr 2007
und somit kann auch nicht mehr so viel Wärme an die Räume abgegeben werden.
Aus dem Anstieg des Verbrauchs für die Hochtemperaturheizung ist jedoch auch in
2008 ersichtlich, dass die Regelung versucht, die Räume nachzuheizen.
Ohne diesen zusätzlichen Wärmeverbrauch in den Sommermonaten Mai bis August
würde der spezifische Endenergieverbrauch für die Beheizung der Zone um ca.
15 kWh/m2 a niedriger liegen. Da die Fehlfunktion auch in der Übergangszeit auftritt,
dürfte die erzielbare Einsparung noch wesentlich höher liegen. Trägt man die Tagesverbräuche der Hochtemperatur-Heizung über der Außentemperatur auf, wird die Fehlfunktion auch durch die sehr hohe Heizgrenztemperatur erkennbar (s. Abbildung 53).
Café
Da der Zähler für die Niedertemperatur-Flächenheizung im Café über den ge-
samten Messzeitraum defekt war, musste der Wärmeverbrauch der Flächenheizung mit
76
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Wärmeverbrauch 2007
[MWh]
6
5
4
3
2
1
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
NT-Heizung Cafe
Jun
Jul
RLT Cafe
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Cafe
Abbildung 54: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Cafe auf die Heizkreise 2007
Hilfe der Ventilstellung und der Vorlauftemperatur abgeschätzt werden. Dabei wurde
davon ausgegangen, dass bei einer Vorlauftemperatur von mehr als 25 °C eine Wärmeabgabe stattfand. Über die Differenz der Vorlauftemperatur zur Auslegungstemperatur und der Ventilstellung wurde ein Faktor für die aktuelle Leistungsstufe ermittelt. Die
Bewertung der Auslegungsleistung mit diesem Faktor ergab letztlich eine Abschätzung
für die Heizleistung. Nach Anwendung auf die Stundenmittelwerte konnten aus der
Summe die Monatsverbräuche gebildet werden. Für Tage, an denen aufgrund von Datenausfällen keine Werte vorlagen, wurden mit der Tages-Mitteltemperatur des Deutschen Wetterdienstes an der Station Stuttgart-Echterdingen Schätzwerte berechnet.
Damit ergibt sich für den Heizwärmeverbrauch das in Abbildungen 54 und 55 dargestellte Ergebnis.
Der Heizwärmeverbrauch im Januar bis März 2007 ist wesentlich höher als im Vergleichszeitraum des darauffolgenden Jahres. Dabei ist vor allem der Energieverbrauch für die
Erwärmung der Zuluft viel größer als im Folgejahr. Aus den Messdaten kann kein eindeutiger Hinweis auf die Ursache dieses Mehrverbrauchs gezogen werden. Sowohl Zuluftund Ablufttemperatur und auch die Lüfterstufen der beiden Ventilatoren sind in beiden
Jahren auf vergleichbarem Niveau. Lediglich die Stellung des Dreiwegeventils des Heizregisters lässt den Mehrverbrauch erkennen. Daraus ist allerdings kein Rückschluss auf
die Ursache möglich. Da der Luftvolumenstrom in dieser Lüftungsanlage nicht direkt
gemessen wurde, kann der Grund allenfalls in einem erhöhten Luftwechsel in dieser
Zeit vermutet werden.
77
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Wärmeverbrauch 2008
[MWh]
6
5
4
3
2
1
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
NT-Heizung Cafe
Jun
Jul
RLT Cafe
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Cafe
Abbildung 55: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Cafe auf die Heizkreise 2008
Besucherzentrum Für den Hochtemperatur-Wärmeverbrauch im Besucherzentrum stehen nur für die Monate Juni bis November 2007 Messdaten zur Verfügung. Davor war
der Wärmemengenzähler noch nicht aufgeschaltet und im Dezember 2007 wurde er
ausgebaut, so dass seitdem der gleiche Zählerstand übertragen wird. Daher mussten
die restlichen Monate über die Heizgradtage abgeschätzt werden. Die Aufteilung auf
die Heizkreise kann den Abbildungen 56 und 57 entnommen werden.
Der Verbrauch von Niedertemperatur-Wärme ist im Januar bis März 2008 wesentlich höher als im gleichen Vorjahreszeitraum. Der April ist nicht vergleichbar, da dieser Monat
in 2007 außergewöhnlich warm war (siehe auch Abbildung 41). Die Ursache für diesen
Mehrverbrauch kann aus den Messdaten nicht erklärt werden. Tatsächlich wurde die
Zufluft in 2007 sogar mit einer niedrigeren Temperatur eingeblasen als in 2008. Der Verbrauch sollte daher 2008 niedriger sein als 2007. Für beide Jahre kann aber festgehalten werden, dass das Potential der Wärmerückgewinnung nicht ausgenutzt wird. Die
Wärmerückgewinnung könnte die Zuluft deutlich mehr vorwärmen und so den Heizwärmeverbrauch der statischen Heizflächen reduzieren.
Verwaltung Der Verwaltungsbereich im 2. OG des Schokoteils hat mit einem Endenergieverbrauch von 18 kWh/m2 mit Abstand den geringsten Verbrauch der vier Zonen.
Ein wesentlicher Unterschied zu den anderen drei Zonen ist das Fehlen einer mechanischen Belüftung im Betrachtungszeitraum. Einschränkend muss erwähnt werden, dass
78
5.2
Wärme
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Wärmeverbrauch 2007
[MWh]
25
20
15
10
5
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
NT-Heizung Besucherz.
Jun
Jul
Aug
RLT Schoko
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Besucherz.
Abbildung 56: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Besucherzentrum auf die Heizkreise
2007
Wärmeverbrauch 2008
[MWh]
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
NT-Heizung Besucherzentrum
Jun
Jul
RLT Schoko
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Besucherzentrum
Abbildung 57: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Besucherzentrum auf die Heizkreise
2008
79
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Wärmeverbrauch 2007
[MWh]
4
3
2
1
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
NT-Heizung Verwaltung
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Verwaltung
Abbildung 58: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Verwaltungsteil auf die Heizkreise
die Nutzer der Büroräume laut Information des Betreibers zum Teil zusätzliche elektrische
Heizlüfter benutzen. Die Raumtemperaturen von ca. 23 °C werden offensichtlich immer
noch als nicht ausreichend empfunden.
Tatsächlich wurde im Herbst 2007 eine Lüftungsanlage eingebaut, da die Nutzer des
Verwaltungsbereichs über Diskomfort klagten und zudem ein Teil des Stockwerks zu
einer zweiten Schokoladenwerkstatt umgebaut wurde. Die monatlichen Verbräuche
zeigen einen erheblichen Anstieg im Winter 2007/2008 gegenüber dem Vorjahr (siehe
Abbildungen 58 und 59). Da für die neue Lüftungsanlage zwar ein Wärmemengenzähler installiert, aber nicht auf die GLT aufgeschaltet wurde, kann die Vermutung, dass
der Mehrverbrauch auf den Einbau der mechanischen Lüftung zurückzuführen ist, leider nicht verifiziert werden. Da aber ansonsten keine Veränderungen vorgenommen
wurden, ist dies die einzige verbleibende Erklärung.
5.3. Kälte
5.3.1. Kälteerzeugung
Ziel der Planung war eine ausschließliche bzw. weitgehende regenerative Kälteversorgung des Gebäudes. Die Absorptionskältemaschine sollte den Großteil der benötigten Kälte liefern und im Wesentlichen durch die thermische Solaranlage angetrieben
werden. Dieses Ziel konnte nach den Ergebnissen des Monitoring in keiner Weise realisiert werden. Neben dem deutlich höheren Kältebedarf des Gebäudes - bedingt un-
80
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Wärmeverbrauch 2008
[MWh]
4
3
2
1
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
NT-Heizung Verwaltung
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
HT-Heizung Verwaltung
Abbildung 59: Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Verwaltungsteil auf die Heizkreise
ter anderem durch das hohe Beleuchtungsniveau des Museums - ist dies auch mit
erheblichen Leistungsdefiziten der eingesetzten Absorptionskältemaschine zu begründen. Diese wurden durch das Monitoring erkannt und konnten, zumindest für den thermischen Teil der Maschine, beseitigt werden.
Abbildung 60 stellt die von den beiden Kälteerzeugern im Museum bereitgestellte Kältemenge in den Sommermonaten der beiden Jahre im Messzeitraum dar. Neben der
Verringerung der Gesamt-Kältemenge um ca. 60 % ist auch die Erhöhung der Kältebereitstellung durch die Absorptionskältemaschine um fast 30 % auffällig. Die Hintergründe
für diese Veränderungen werden in den folgenden Abschnitten erläutert.
Absorptionskältemaschine
Die Leistung der Kältemaschine entsprach schon kurz nach
der Inbetriebnahme nicht den Erwartungen. Zum Teil waren dafür Mängel und Fehleinstellungen in der Peripherie verantwortlich. So wurde zum Beispiel versucht, die Kaltwasser-Austrittstemperatur auf den Sollwert von 8 bzw. 9 °C zu regeln. Da der Wert nicht
erreicht wurde, senkte die Regelung die Kaltwasser-Eintrittstemperatur immer weiter ab.
Dadurch sank aber gleichzeitig die Kälteleistung der Maschine, da diese - im Gegensatz zu einer Kompressionskältemaschine - stark von der Kaltwasser-Mitteltemperatur
abhängig ist. Resultat war, dass die Maschine sich auf einem sehr niedrigen Leistungsniveau einpendelte. Die Spreizung über die Kaltwasserseite betrug dann nur noch 1 bis
2 K.
Dieses Problem konnte auf einfache Weise gelöst werden. Statt zur versuchen einen be-
81
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Kältemenge
[MWh]
300
250
200
AbKM
KKM
150
EP
100
50
0
Apr 07 - Sep 07
Apr 08 - Sep 08
Abbildung 60: Kältemengen in den Sommermonaten April bis September 2007 und
2008
stimmten Sollwert auf der Kaltwasser-Austrittsseite zu erreichen, wird nun die KaltwasserEintrittstemperatur geregelt. Da der Volumenstrom im Kaltwasserkreis der Maschine konstant ist, kann nun bei entsprechender Leistung die Austrittstemperatur erreicht werden.
Die Gefahr, dass die Maschine in einen Betriebspunkt mit geringer Spreizung und kleiner
Leistung fährt, besteht damit nicht mehr. Ebenso wird ein mögliches Schwingverhalten
der Regelung durch eine bei der Austrittstemperaturregelung vorhandene Totzeit vermieden. Das gleiche Phänomen trat nach der Inbetriebnahme auch bei der Vorlauftemperaturregelung der Pelletkessel auf und wurde auf die gleiche Weise behoben.
Die Maschine konnte auch nach Behebung der wesentlichen Mängel in der Peripherie
die geplante Leistung nicht erreichen. Dazu zeigte sich in August bis September 2005
auch sehr schnell, dass die installierte Kälteleistung von 50 kW nicht für die Versorgung
des Gebäudes ausreichte. Daher wurde im Frühjahr 2006 die ohnehin geplante, aber
auf Wunsch des Bauherrn zunächst nicht realisierte Kompressionskältemaschine nachgerüstet.
Messergebnisse 2007
Nach den Optimierungen nach der Inbetriebnahme und im
Jahre 2006 lief die Absorptionskältemaschine ohne erkennbare Störungen bis zum Herbst
2007. Die Auswertung der Zählerstände der drei Wärmemengenzähler, je einer im Heiz-,
Kühl- und Kaltwasserkreis, ergab jedoch für den Beginn des Jahres 2007 einen schlechten und ab Mitte 2007 einen sehr schlechten COP (siehe Abbildung 61). Der mittlere
Jahres-COP der Maschine betrug nur 0,32, wobei beide Betriebsweisen der Maschine,
82
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
2007
[MWh]
COP [-]
60
0,6
50
0,5
0,42
0,40
0,42
0,42
40
30
0,4
0,37
0,32
0,32
0,32
0,3
0,23
20
0,2
0,13
10
0,1
0,04
0,03
0
0,0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Wärmeverbrauch
Jun
Jul
Aug
Sep
Kälteerzeugung
Okt
Nov
Dez
therm. COP
Abbildung 61: Thermischer COP der Absorptionskältemaschine 2007
als Kältemaschine und als Wärmepumpe, berücksichtigt sind.
Neben der thermischen Antriebsleistung benötigt die Kältemaschine allerdings auch
elektrische Energie. Im Fall der im Museum eingesetzten Maschine der Firma EAW dient
diese – neben dem Betrieb der Regelung – zum Antrieb von drei Pumpen: zwei Lösungsmittelpumpen und einer Kältemittelpumpe. Die elektrische Anschlussleistung der
Maschine beträgt laut Datenblatt 3,4 kW. Die Messergebnisse weisen eine elektrische
Dauerleistung der Maschine von 3,0 kW aus, unabhängig von der Kälteleistung. Bezieht
man den elektrischen Energieverbrauch in den COP der Maschine mit ein, ergibt sich
das in Abbildung 62 dargestellte Bild. Der maximale elektrische COP der Absorptionskältemaschine beträgt laut Datenblatt ca. 17. In 2007 erreichte die Maschine einen
mittleren monatlichen elektrischen COP von maximal 7,8 und damit weniger als die
Hälfte des möglichen COPs. In den Monaten Juli bis Dezember sank er kontinuierlich
stark ab und lag ab September sogar unter dem COP einer guten Kompressionskältemaschine.
Im Jahresmittel wurde 2007 ein Wert von 4,8 für den elektrischen COP erreicht. Er lag
damit durchaus in einem Bereich, der auch von sehr gut betriebenen und durch einen
Naßkühlturm gekühlten Kompressionskältemaschinen erreicht werden kann. Die Ergebnisse sind somit als sehr unbefriedigend zu bezeichnen. Der Gesamt-COP, der aus der
Summe des Wärme- und Stromverbrauchs und der erzeugten Kälte gebildet wird, lag
2007 bei 0,30 und damit weit entfernt von dem projektierten Wert von 0,67.
Der schlechte COP und der hohe Stromverbrauch wirkt sich auch auf den Primärenergiefaktor der Kälteerzeugung mit der Absorptionskältemaschine aus. Besonders der
83
5.3
Kälte
5
COP [-] 2007
therm./gesamt
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
elektr.
0,6
12
0,5
10
8
0,4
7,4
0,3
5,6
0,2
7,2
7,8
6
6,2
4,9
4,9
5,4
4
3,2
Gesamt-COP
elektr. COP
2
0,1
1,5
0,2
0,4
0,0
therm. COP
0
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 62: Elektrischer und Gesamt-COP der Absorptionskältemaschine 2007
Stromverbrauch erhöht den Primärenergiefaktor erheblich. Abbildung 63 zeigt den Primärenergiefaktor unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren. Während er bei rein
thermischer Betrachtungsweise mit 0,66 noch unter dem einer üblichen Kompressionskältemaschine (ca. 0,9) lag, erhöhte er sich bei Einbeziehung des Stromverbrauchs um
fast das Doppelte auf 1,22. Im Vergleich dazu ist im Diagramm noch der Fall dargestellt,
dass die elektrische Leistungsaufnahme der Absorptionskältemaschine nur 1/10 betragen würde. Es gibt marktgängige Maschinen, die diesen Wert erreichen. Damit würde
sich der Primärenergiefaktor nur leicht von 0,66 auf 0,72 erhöhen. Er läge dann, trotz
des sehr schlechten thermischen COPs, immer noch unter dem einer Kompressionskältemaschine.
Analog zum Primärenergiefaktor entwickelt sich auch der CO2 -Faktor der Absorptionskältemaschine (siehe Abbildung 64). Während die eingesetzte Wärme nur sehr geringe nicht-erneuerbare CO2 -Emissionen verursacht, da sie mit Solarenergie und Holzpellets produziert wird, induziert der verbrauchte Strom sehr hohe CO2 -Emissionen. Der
Gesamt-CO2 -Faktor pro kWh erzeugter Kälte betrug 2007 164 g/kWh. Eine gute Kompressionskältemaschine erreicht ca. 209 g/kWh. Bei reduziertem Stromverbrauch läge
der Faktor der Absorptionskältemaschine bei 48 g/kWh und damit bei weniger als ein
Drittel des tatsächlich gemessenen Wertes.
Auch die Kälteleistung der Absorptionskältemaschine entsprach nicht den Erwartungen. Abbildung 65 zeigt zwei Dauerlinien der mittleren stündlichen Kälteleistung der
Maschine. Dabei wurden nur Stunden im Jahr berücksichtigt, in denen die Maschine
die ganze Zeit im Betrieb war. Aus der oberen Linie ist erkennbar, dass die Maschine
nur in ca. 500 von insgesamt 4.000 Voll-Betriebsstunden eine Leistung von über 30 kW
84
5.3
Kälte
5
[kWhPE/kWhKälte]
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Primärenergiekennzahl
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
PE-Kennzahl 1/10
Strom
PE-Kennzahl Strom
0,4
PE-Kennzahl Wärme
0,2
0,0
thermisch
elektrisch
Gesamt
Strom 1/10
Abbildung 63: Primärenergiefaktoren der Absorptionkältemaschine 2007
CO2-Faktoren
[g/kWhKälte]
180
160
140
120
100
Faktor Strom
80
Faktor Wärme
60
Faktor Strom 1/10
40
20
0
thermisch
elektrisch
Gesamt
Strom 1/10
Abbildung 64: CO2 -Faktoren der Absorptionkältemaschine 2007
85
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 65: Dauerlinien der mittleren stündlichen Kälteleistung der Absorptionskältemaschine 2007
hatte. Die untere Linie zeigt die mittlere Leistung in den Stunden, in denen auch die
Kompressionskältemaschine für mindestens 30 Minuten in Betrieb war. Der Leistungsabfall gegenüber dem Alleinbetrieb der Absorptionskältemaschine ist erheblich. Die
Ursachen hierfür werden im folgenden Abschnitt behandelt.
Optimierungsmaßnahmen Frühjahr 2008 Nach den schlechten Ergebnissen für den
Betrieb der Absorptionskältemaschine im Jahr 2007 wurde die Maschine Ende 2007 zunächst außer Betrieb genommen. Dies war möglich, da die Wärmeversorgung durch
die Holzpelletkessel auch ohne die Wärmepumpe sichergestellt war. Der Mangel wurde
beim Hersteller der Maschine angemeldet. Dieser reagierte allerdings erst mit dem notwendigen Engagement, nachdem die Ergebnisse für 2007 auf dem Symposium “Solares Kühlen in der Praxis” des Zentrums für angewandte Forschung an Fachhochschulen
(zafh) (SKMR08) veröffentlicht wurden.
Zunächst wurde Anfang Mai 2008 eine Wartung und Optimierung der Absorptionskältemaschine durch den Hersteller durchgeführt. Im Anschluss daran erfolgte eine
Messreihe mit verschiedenen Randbedingungen, um das Kennfeld der Maschine möglichst gut nachzuprüfen. Die Solldaten wurden bereits 2006 vom Hersteller bereitgestellt.
In (SKMR08) wird dargelegt, dass diese Daten bis Anfang 2008 erheblich von den in
den technischen Unterlagen veröffentlichten Daten abwichen. Inzwischen wurde das
Kennfeld in diesen Unterlagen korrigiert, so dass nun diese Daten herangezogen werden können (siehe Abbildung 66).
Vor der eigentlichen Messreihe wurden sämtliche Randbedingungen kontrolliert und
86
!
!
!
5.3
!
Kälte
!
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
!
LS6!
LS6! W#&&D#51#*!
W#&&D#51#*!
70
!
0,9
86°C
86°C
50
80°C
!
80°C
!
0,7
40 !
30
0,8
COP (-)
Kälteleistung (kW)
60
75°C
!
!
0,5
20 !
10
!
0,4
!
0 !
5!
!
75°C
0,6
0,3
7
9
11
13
5
15
Temperatur Kaltw asser Austritt (°C)
7
9
11
13
15
Temperatur Kaltwasser Austritt (°C)
!
!
W#&&D#51!DZ*!1'#!CM!:=!3&50-#!+#'!WZ%5R0((#*#'&/*'//(/#E4#*0/,*!6[!\A!,&1!F#'YR0((#*#'&/*'//(/#E4#*0/,*#&!!
[C!\A]!87!\A]!8J\A!
>3=!>&#*-'#0&50-#&+0,!=#(/#&D#51!?E+F!G!H+#*#(!"9*!I7J!G!K8JLI!=#(/#5D#51!
"#5#D9&!7LJKM8!8MNIL6!G!"#5#D0O!7LJKM8!8MNIC6!
Abbildung
66: Kennfeld der EAW Absorptionskältemaschine
>NP0'5!'&D9Q#0RN#&#*-'#0&50-#&+0,S1#!N!F9E#40-#!RRRS#0RN#&#*-'#0&50-#&+0,S1#!
!
T&1#*,&-#&!+#1'&-/!1,*$%!1#&!/#$%&S!U9*/($%*'//!V9*+#%05/#&!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.#'/#!J!V9&!K!!
ggf. korrigiert. Der Volumenstrom im Kaltwasserkreis, der laut Datenblatt 7,7 m3 /h betragen sollte, lag vor der Messung bei 9,7 m3 /h. Im Heiz- und Kühlkreis waren die Volumenströme korrekt einreguliert. Zusätzlich musste noch die Kühlwasser-Eintrittstemperatur
richtig eingestellt werden. Sie sollte im Nennbetriebspunkt 27 °C betragen, war aber
vor der Messung um etwa 1 K zu hoch. Diese Abweichung ist relativ gering und würde
bei einer Kompressionskältemaschine weder Leistung noch COP wesentlich beeinflussen. Bei einer Absorptionskältemaschine entspricht selbst diese kleine Abweichung jedoch einem Leistungverlust von über 10 %. Durch die Erhöhung der Pumpendrehzahl
der Kühlturmpumpe konnte die Rückkühltemperatur auf den Sollwert abgesenkt werden.
Als dauerhafte Lösung zur Sicherstellung der benötigten Rückkühltemperatur wurde
dem Betreiber eine Anpassung der Regelung vorgeschlagen. Die Drehzahlregelung
der Kühlturmpumpe erfolgte nach der Sollwertabweichung des unteren Temperaturfühlers der hydraulischen Weiche. Da dieser unterhalb des Anschlussstutzens liegt, entspricht der Messwert nicht den tatsächlichen Gegebenheiten im Speicher, der Fühler
mißt in der Regel eine zu niedrige Temperatur. Abhilfe kann hier relativ leicht geschaffen werden, indem die Drehzahlregelung nicht mehr auf den unteren, sondern auf den
mittleren Speichertemperaturfühler erfolgt.
Im Anschluss an diese vorbereitenden Maßnahmen wurden 5 Messungen von je 45 Minuten Dauer durchgeführt. Dabei wurden sämtliche Temperaturen und Volumenströme ständig kontrolliert und protokolliert. Bei der Auswertung der Messungen konnten
zusätzlich die von der Gebäudeleittechnik aufgezeichneten Daten herangezogen werden. Insgesamt standen für die Temperaturen jeweils drei unabhängige Messwerte zur
Verfügung: Temperaturfühler der Reglung, Temperaturfühler der Wärmemengenzähler
und Temperaturfühler der Regelung der Absorptionskältemaschine. Abbildung 67 zeigt
die Werte des dritten Messzyklus.
Wie daraus zu erkennen ist, wird zwar die Kälteleistung in etwa erreicht, der COP liegt
87
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[°C]
COP [-]
90
0,9
82,8 °C
80
73,1 kW
70
60
0,51
50
40
25,5 °C
20
Leistung
Reihe1Kälte
0,6
Leistung
Reihe2Heizung
13,0 °C
0
TVorlauf/Heizung
Reihe3
0,4
TRücklauf/Kälte
Reihe4
0,3
0,2
10
13:04
0,7
0,5
37,3 kW
30
0,8
0,1
TVorlauf/Kühlung
Reihe5
COP
0,0
13:12
13:19
13:26
13:33
13:40
13:48
13:55
Abbildung 67: Ergebnisse des 3. Messzyklus der Absorptionskältemaschine im Mai 2008
Messung
1
2
3
4
5
Soll-Leistung
39,0 kW
30,0 kW
37,0 kW
54,0 kW
54,0 kW
Ist-Leistung
38,8 kW
34,1 kW
37,2 kW
48,0 kW
48,2 kW
+/0%
+14 %
0%
-11 %
-11%
Soll-COP
0,70
0,70
0,70
0,75
0,75
Ist-COP
0,54
0,49
0,51
0,58
0,57
+/-23 %
-30 %
-27 %
-23 %
-24 %
Tabelle 17: Ergebnisse der Leistungsmessung Absorptionskältemaschine Mai 2008
mit etwa 0,5 jedoch deutlich unter dem Sollwert. Die Zusammenfassung der fünf Messzyklen kann Tabelle 17 entnommen werden. Auch bei den übrigen an diesem Tag
durchgeführten Messungen wird die Kälteleistung in etwa erreicht, aber der COP weicht
deutlich nach unten ab. Im Betrieb bedeutet die COP-Minderleistung einen erheblichen Mehrverbrauch an Wärme und Strom. Der Primärenergiefaktor erhöht sich von
0,26 auf 0,38 (+46 %) und die CO2 -Emission von 39 auf 63 g/kWh (+62 %) pro erzeugter
kWh Kälte.
Zusätzlich zu diesen Leistungsmessungen, bei denen die Absorptionskältemaschine jeweils als einziger Kälteerzeuger betrieben wurde, erfolgte an diesem Tag noch ein Messzyklus mit eingeschalteter Kompressionskältemaschine. Wiederum wurden zunächst die
Randbedingungen kontrolliert, wobei sich herausstellte, dass sich der Volumenstrom
auf der Kaltwasserseite der Absorptionskältemaschine erheblich ändert. Die Kompressionskältemaschine besitzt eine eigene Umwälzpumpe und entnimmt das zu kühlende
Medium über eine gemeinsame Leitung aus dem Kältespeicher. Der Volumenstrom im
88
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
2008
[MWh]
COP [-]
70
0,7
0,59
60
0,54
50
0,6
0,54
0,58
0,53
0,56
0,42
40
0,5
0,4
0,42
30
0,3
20
0,2
10
0,1
0
0,0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Wärmeverbrauch
Jun
Jul
Aug
Sep
Kälteerzeugung
Okt
Nov
Dez
therm. COP
Abbildung 68: Thermischer COP der Absorptionskältemaschine 2008
Kaltwasserkreis der Kompressionskältemaschine betrug fast 10 m3 /h und war damit wesentlich höher als der Soll-Volumenstrom von 7,7 m3 /h. Dadurch sank der Volumenstrom
im Kaltwasserkreis der Absorptionskältemaschine gleichzeitig um über 4 m3 /h auf nur
noch 3,5 m3 /h ab.
Die Absorptionskältemaschine konnte mit diesem geringen Volumenstrom die Kälteleistung nicht mehr an den Kaltwasserkreis abgeben, so dass ihre Kälteleistung auf etwa
30 kW absackte. Nachdem der Volumenstrom im Kaltwasserkreis der Absorptionskältemaschine durch Erhöhung des Pumpendrucks wieder angehoben wurde, stieg die
Kälteleistung fast augenblicklich wieder auf den im Alleinbetrieb erreichten Wert.
Als dauerhafte Lösung für dieses Problem wurde dem Betreiber - neben der Einregulierung der Kompressionskältemaschine - vorgeschlagen, den Pumpendruck der Kaltwasserpumpe über die Regelung an den jeweiligen Betriebszustand anzupassen. Da
die Pumpe über LON-Bus auf die Regelung aufgeschaltet ist, kann dies ohne größeren
Aufwand realisiert werden.
Messergebnisse 2008
Die Auswertung der Wärmemengenzähler ab April 2008 zeigt
sehr deutlich die Verbesserung durch die oben beschriebenen Optimierungsmaßnahmen. Während der thermische COP der Absorptionskältemaschine im April und Mai
noch im Schnitt bei 0,42 liegt und damit auf dem Niveau zu Beginn der Jahres 2007,
steigt er ab Juni sprunghaft auf über 0,5 an und erreicht im August sogar fast 0,6 (siehe
Abbildung 68). Als Mittelwert über den gesamten Monat ist dies ein sehr gutes Ergebnis,
da hierin auch An- und Abfahrsituationen und alle Teillastfälle enthalten sind.
89
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 69: Dauerlinien der mittleren stündlichen Kälteleistung der Absorptionskältemaschine bis Oktober 2008
Da auch die Kälteleistung der Absorptionskältemaschine nun im Schnitt deutlich höher
ist, sie liegt nun fast immer über 30 kW, verbessert sich auch der elektrische und damit
ebenso der Gesamt-COP (s. Abbildung 72). Aus den beiden Dauerlinien (siehe Abbildung 69 und 70) ist auch die Wirkung der Optimierungsmaßnahmen zu erkennen. Über
den gesamten Zeitraum betrachtet fällt die Dauerlinie relativ langsam ab, die Kälteleistung beträgt in über 500 Stunden unter 30 kW. Berücksichtigt man nur die Zeit nach
der Optimierung, ist das Ende der Linie recht scharf begrenzt. Es gibt nur noch ca. 200
von insgesamt knapp 1.500 Vollbetriebsstunden, in denen eine mittlere Kälteleistung
von 30 kW unterschritten wird.
Der Einfluss des Parallelbetriebs der Kompressionskältemaschine ist aus den Dauerlinien
nicht eindeutig klärbar. Die maximal erreichte Leistung der Absorptionskältemaschine
ist bei gleichzeitigem Betrieb der beiden Kälteerzeuger deutlich niedriger als bei monovalentem Betrieb. Daher wurde für einen Tag im Juli 2008 der Verlauf der Kälteleistung
der Absorptionskältemaschine genauer betrachtet (s. Abbildung 71). Aus dem Verlauf
der Kälteleistung kann der immer noch vorhandene Einfluss der Kompressionskältemaschine gut abgelesen werden. Sobald die Kältemaschine in Betrieb geht (rote Linie),
sinkt die Kälteleistung der Absorptionskältemaschine kontinuierlich ab. Und dies, obwohl sich die Ein- und Austrittstemperatur auf der Kälteseite längere Zeit nicht ändert.
Wie oben schon angedeutet, hat sich der elektrische COP und damit auch der GesamtCOP der Absorptionskältemaschine durch den besseren thermischen COP und die größere Kältemenge erheblich verbessert. Der elektrische COP erreichte im August 2008
einen Wert von 11,3 und lag damit mehr als doppelt so hoch wie im April bzw. im Jahres-
90
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 70: Dauerlinien der mittleren stündlichen Kälteleistung der Absorptionskältemaschine Juni bis Oktober 2008
Tagesverlauf der Kälteleistung der Arbsorptionskältenmaschine
von 11.07.2008 bis 12.07.2008
1,00
42,5
0,95
0,90
40,0
0,85
37,5
0,80
35,0
0,75
32,5
0,70
30,0
27,5
0,60
25,0
0,55
0,50
22,5
0,45
20,0
0,40
17,5
0,35
15,0
0,30
[ kW, °C, °C ]
Betrieb KKM
0,65
12,5
0,25
10,0
0,20
7,5
0,15
5,0
0,10
2,5
0,05
0,00
00
01
02
03
04
05
Betrieb KKM
06
07
08
09
10
11
11 Fr
Jul 08
Leistung AKM
12
13
14
15
Temp. Vorl. Kälte AKM
16
17
18
19
20
21
22
23
0,0
Temp. Rückl. Kälte AKM
Tue Jan 13 17:59:38 CET 2009 geb_admin an MuRiB
Abbildung 71: Tagesverlauf Kälteleistung Absorptionskältemaschine und Betriebmeldung Kompressionskältemaschine
91
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
COP [-] 2008
therm./gesamt
elektr.
0,7
14
0,6
12
11,3
10,6
0,5
0,3
8,5
8,6
0,4
10
9,0
8,2
4,8
8
6
5,9
0,2
4
0,1
2
0,0
0
therm. COP
Gesamt-COP
elektr. COP
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 72: Thermischer, elektrischer und Gesamt-COP der Absorptionskältemaschine 2008
mittel 2007. Der Mittelwert für den elektrischen COP der Monate Juni bis August betrug
10,2, der Gesamt-COP 0,54.
Ebenso wie bei der Auswertung für das Jahr 2007 ist das entscheidende Kriterium für
die Beurteilung der Kälteerzeugung mit der Absorptionskältemaschine der erreichte Primärenergiefaktor. Abbildung 73 zeigt die Primärenergiefaktoren für 2008. Im Vergleich
zu 2007 konnte der Gesamt-Primärenergiefaktor von 1,22 auf 0,71 gesenkt werden. Betrachtet man nur die Monate Juni bis August, lag er sogar nur bei 0,65. Damit lässt sich
eine deutliche Einsparung an nicht erneuerbarer Primärenergie erzielen und auch die
CO2 -Emissionen reduzieren sich auf die Hälfte der Emissionen einer Kompressionskältemaschine (siehe Abbildung 74). Allerdings liegen die Werte noch immer weit entfernt
von den ursprünglich projektierten Zielvorgaben. Dabei wurde von einem Solarenergieanteil von 80 % ausgegangen und der Stromverbrauch der Absorptionskältemaschine
wurde vernachlässigt. Mit diesen Vorgaben und dem idealen COP von 0,75 würde der
Primärenergiefaktor bei ca. 0,05 liegen.
Bei den Ausführungen zum Wärmepumpenbetrieb der Maschine wurde gezeigt, dass
selbst bei optimaler Leistung der eingesetzten Absorptionskältemaschine auf Grund
des hohen elektrischen Energieverbrauchs kaum eine Einsparung von nicht erneuerbarer Primärenergie zu erzielen ist. Wird die Maschine als Kältemaschine betrieben, stellen
sich die Randbedingungen jedoch etwas anders dar. Zum Einen wird der Primärenergiefaktor der Maschine nicht gegen eine ebenfalls regenerative Technik verglichen,
wie es bei der Wärmeerzeugung mit den Holzpelletkesseln der Fall ist. Zum Anderen
vermindert sich der Primärenergiefaktor der eingesetzten Wärme durch den Einsatz
92
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Primärenergiekennzahlen
[kWhPE/kWhKälte]
1,4
1,2
PE-Kennzahl 1/10
Strom
PE-Kennzahl Strom
1,0
0,8
PE-Kennzahl Wärme
0,6
Ergebnisse 2007
0,4
0,2
0,0
thermisch
elektrisch
Gesamt
Strom 1/10
Abbildung 73: Primärenergiefaktoren der Absorptionkältemaschine 2008
CO2-Faktoren
[g/kWhKälte]
100
90
80
70
Faktor Strom 1/10
60
Faktor Strom
50
Faktor Wärme
40
30
20
10
0
thermisch
elektrisch
Gesamt
Strom 1/10
Abbildung 74: CO2 -Faktoren der Absorptionkältemaschine 2008
93
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Primärenergiefaktor [kWhPE/kWhKälte]
1,2
1,0
Anteil Solarwärme
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0,8
0,6
0,4
0,2
Pelektr 3 kW
0,0
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
thermischer COP
Abbildung 75: Theoretische Primärenergiefaktoren bei 3 kW elektrischer Leistungsaufnahme
von Solarenergie. Beides führt zu einer deutlichen Einsparung von Primärenergie und
zur Reduzierung der CO2 -Emissionen.
In Abbildung 75 wird das Potential der Absorptionskältemaschine für verschiedene Solarwärmeanteile und thermische COPs dargestellt. Dabei wurde eine leistungsbezogene Betrachtung gewählt, d.h. die Maschine wird immer ohne Verzögerung mit der jeweils vollen möglichen Leistung betrieben. Mit der EAW Maschine lassen sich besonders
bei hohen solaren Deckungsraten Primärenergieeinsparungen erzielen. Es gibt jedoch
auch einen Bereich, wenn der Solarwärmeanteil unter 30 % und der thermische COP
unter 0,4 fällt, indem der Primärenergiefaktor höher liegt als der einer Kompressionskältemaschine.
Abbildung 76 zeigt den Fall einer Absorptionskältemaschine mit niedrigem Stromverbrauch. Hier ergibt sich in allen Fällen ein Vorteil gegenüber einer Kompressionskältemaschine. Die Überlegungen ergeben auch ein klares Bild bezüglich des Einsatzes von
Erdgas als Backup-Energieträger für die Wärmeerzeugung. Damit lassen sich nur bei
optimalem Betrieb der Absorptionskältemaschine Primärenergieeinsparungen realisieren. Für die EAW Maschine lassen sich nur oberhalb der Punkte 60 % solare Deckung,
COP 0,7 und 80 %/0,4 Einsparungen erreichen, bei reduziertem Stromverbrauch oberhalb von 80 %/0,3 und 50 %/0,7. Bei der Kombination einer Absorptionskältemaschine
mit einem Gaskessel ist also nur ein im wesentlichen vom Solarwärmeangebot geführter Betrieb der Kältemaschine energetisch sinnvoll.
94
Kälte
Primärenergiefaktor [kWhPE/kWhKälte]
5.3
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
1,2
1,0
Anteil Solarwärme
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0,8
0,6
0,4
0,2
Pelektr 0,3 kW
0,0
0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30
thermischer COP
Abbildung 76: Theoretische Primärenergiefaktoren bei 0,3 kW elektrischer Leistungsaufnahme
Kompressionskältemaschine Museum Die im Frühjahr 2006 nachträglich eingebaute
Kompressionskältemaschine sollte nur zur Deckung der Spitzenlast und als Ersatzmaschine dienen. Auf Grund der schlechten Performance der Absorptionskältemaschine wurde jedoch in der ersten Sommerperiode im Messzeitraum 2007 der größte Teil
der benötigten Kälte von der Kompressionskältemaschine erzeugt (s. auch Abbildung
60). Nach der Optimierung der Absorptionskältemaschine ist der Betrieb der Kompressionskältemaschine nur noch bei extremen Wetterlagen notwendig. Dadurch sank die
Kälteerzeugung durch die Kompressionskältemaschine in 2008 auf einen Bruchteil im
Vergleich zu 2007.
In den Abbildungen 77 und 78 ist der mittlere monatliche COP der Maschine für die
Jahre 2007 und 2008 dargestellt. Der Jahres-COP der Kompressionkältemaschine lag in
beiden Jahren bei 3,5. Da hierin auch der Stromverbrauch der beiden, in der Maschine
integrierten, Umwälzpumpen für Kälte- und Kühlkreis enthalten sind, entspricht der Wert
sehr gut den Angaben des Herstellers. Dabei ist aber auch zu beachten, dass die Maschine mit relativ niedrigen Rückkühltemperaturen betrieben wird, was das Erreichen
eines guten COPs erheblich erleichtert.
Kompressionskältemaschine Schokoteil Über den COP der nachträglich im Schokoteil installierten Kompressionskältemaschine kann keine direkte Aussage getroffen werden. Es wurde zwar ein Stromzähler für die Anlage vorgesehen, dieser lieferte aber nur
bis Mitte Mai 2007 Werte. Da der Wärmemengenzähler des einzigen Verbrauchers, das
Kühlregister der Lüftungsanlage im Schokoteil, erst ab Ende Juli 2007 für ca. 2 Mona-
95
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
KKM 2007
[MWh]
[COP]
40
4,0
3,5
3,5
35
3,5
3,8
3,7
3,6
3,5
3,4
30
3,5
3,3
3,1
3,0
25
2,5
2,0
20
2,0
15
1,5
10
1,0
0,6
5
0,5
0
0,0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Strom
Aug
Kälte
Sep
Okt
Nov
Dez
COP
Abbildung 77: COP der Kompressionskältemaschine 2007
KKM 2008
[MWh]
[COP]
7,0
20
18
6,0
16
5,0
14
12
10
4,0
3,5
3,5
3,6
3,0
2,9
8
6
2,0
1,8
4
1,0
2
0
0,0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Strom
Aug
Kälte
Sep
Okt
Nov
Dez
COP
Abbildung 78: COP der Kompressionskältemaschine 2008
96
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Kälteverbrauch RLT Schoko Juli - September 2007
Kälteverbrauch
[MWh]
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
20
21
22
23
24
25
26
Zulufttemperatur [°C]
tägl. Kälteverbrauch
Trend
Abbildung 79: Zusammenhang zwischen Zulufttemperatur vor dem Kühlregister und
Kälteverbrauch
te Daten lieferte, kann der COP nicht direkt ermittelt werden. Die Analyse der vorliegenden Messdaten zeigte jedoch, dass ein guter Zusammenhang zwischen der Zulufttemperatur vor dem Kühlregister und dem Kälteverbrauch des Kühlregisters besteht (s.
Abbildung 79). Mit dieser Interpolation konnten die Kälteverbräuche für die Zeit, in der
Zählerstände des Stromzählern vorlagen abgeschätzt werden.
Diese indirekte Berechnung des COPs ergibt einen mittleren Wert von 2,9. Damit ist die
Kompressionskältemaschine im Schokoteil deutlich ineffizienter als die Spitzenlastmaschine des Museumsteils. Der Wert liegt aber immer noch in der Bandbreite einer guten
Kältemaschine dieser Bauart.
Energiepfahlfelder Aus den beiden Energiepfahlfeldern konnte im Jahr 2007 eine Gesamtkältemenge von 91 MWh und im Jahr 2008 (bis November) 89 MWh bezogen werden. Der monatliche Verlauf ist beispielhaft für 2007 in Abbildung 80 dargestellt. Auffällig
ist hierbei die starke Abnahme der Kältemenge aus dem Energiepfahlfeld unter dem
Schokoteil. Während bis Juni monatlich etwa 5 bis 7 MWh Kälte aus dem Feld gewonnen werden konnte, sind es ab Juli nur noch 1 bis 2 MWh. In 2008 tritt dieses Phänomen nicht mehr auf, der Kälteentzug aus diesem Feld betrug hier von April bis Oktober
durchgehend über 5 MWh pro Monat.
Eine Analyse der Messfühler, die Daten aus dem Energiepfahlfeld liefern ergab, dass
die Vorlauftemperatur aus dem Energiepahlfeld Ende Juni von durchschnittlich 18 bis
97
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Kälte Energiepfähle 2007
[MWh]
14
12
10
8
Schoko
Museum
6
4
2
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 80: Monatliche Kälteerzeugung aus den Energiepfahlfeldern
18,5 °C auf um die 14 °C abfällt. Da sämtliche Pumpen und Ventile vor und nach diesem Temperaturabfall auf gleiche Weise betrieben wurden, ist dies nur mit einem defekten Rückschlagventil in der Verbindungsleitung zwischen dem Energiepfahlfeld und
der Kältemaschine zu erklären. Diese Leitung dient im Winter zur Entnahme von Wärme
aus dem Energiepfahlfeld um dieses als Wärmequelle für die dann als Wärmepumpe
betriebenen Absorptionskältemaschine zu nutzen. Durch diesen Defekt wurde aus dem
Rücklauf der Niedertemperatur-Kälteverteilung Wasser durch das Energiepfahlfeld gezogen und dem Feld konnte kaum mehr Kälteleistung entzogen werden. Abbildung
81 zeigt den Verlauf der Ausstrittstemperatur aus dem Energiepfahlfeld und der Rücklauftemperatur der Niedertemperatur-Kälte. Der Zusammenhang ist besonders ab Mitte Juli durch den Anstieg der Rücklauftemperatur und den gleichzeitigen Anstieg der
Energiepfahltemperatur deutlich nachzuweisen.
Für die beiden Energiepfahlfelder wurde im Rahmen der Planung ein Gutachten erstellt, in dem Soll-Erträge für die beiden Felder berechnet wurden. Abbildung 82 zeigt
den Vergleich von Soll- und Ist-Ertrag für die Monate Mai bis August 2007. Sehr deutlich
ist auch hier wieder der Abfall des Ertrags des Energiepfahlfeldes unter dem Schokoteil
zu erkennen. Ohne diesen Defekt lagen die Erträge im Bereich der Vorhersage.
Für die Berechnung des COPs der Kälteerzeugung der Energiepfahlfelder muss die
bereitgestellte Kältemenge mit dem von den beiden Umwälzpumpen verbrauchten
Strom ins Verhältnis gesetzt werden. Der Stromverbrauch der Pumpen wird zwar nicht
durch Zähler erfasst, kann aber über Laufzeit und Leistung der Pumpen abgeschätzt
98
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Vorlauftemperatur des Energiepfahlfeld und der Absorptionskältemaschine im Juni bis Juli 2007
von 01.06.2007 bis 01.08.2007
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
[ °C ]
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
11 06 01 20 15 10 05 00 19 14 09 04 23 18 13 08 03 22 17 12 07 02 21 16 11 06 01 20 15 10 05 00 19 14 09 04 23 18 13 08 03 22 17 12 07 02 21 16 11 06 01 20 15 10 05 00 19 14 09 04 23 18 13 08 03 22 17 12 07 02 21 16 11 06 01 20
3 So
5 Di
7 Do
9 Sa
11 Mo
13 Mi
15 Fr
17 So
19 Di
21 Do
23 Sa
25 Mo
27 Mi
29 Fr
1 So
3 Di
5 Do
7 Sa
9 Mo
11 Mi
13 Fr
15 So
17 Di
19 Do
21 Sa
23 Mo
25 Mi
27 Fr
29 So
Jun 07
Jul 07
T_EP_S_V (Stundenmittel)
T_AKM_K_V (Stundenmittel)
Tue Jan 27 17:09:14 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 81: Austrittstemperatur aus Energiepfahlfeld Schokoteil und Rücklauftemperatur Niedertemperatur-Kälte im Juni und Juli 2007
T_EP_S_V: Vorlauftemperatur Energiepfahlfeld Schoko, T_AKM_K_V: Vorlauftemperatur Kälte AbKM
[MWh]
Kälteeerzeugung Energiepfahlfelder Mai bis August 2007
Soll-Ist-Vergleich
20
18
EP Schoko IST
16
14
EP Schoko SOLL
12
EP Museum IST
10
EP Museum SOLL
8
Summe IST
6
4
Summe SOLL
2
0
Mai
Juni
Juli
August
Abbildung 82: Soll/Ist-Vergleich Kälteertrag Energiepfahlfelder Mai bis August 2007
99
5.3
Kälte
5
Jahr
2007
2008
Kälteerzeugung
91 MWh
89 MWh
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stromverbrauch
2.252 kWh
2.606 kWh
COP
40
34
Tabelle 18: COP der Kälteerzeugung mit den Energiepfahlfeldern
werden. In Tabelle 18 sind Kälteerzeugung, Stromverbrauch und daraus resultierender
COP für beide Messjahre aufgeführt. Die erreichten Werte von 34 bzw. 40 liegen im
Bereich des für diese Art der Kälteerzeugung Üblichen.
Der Anteil der aus dem Erdreich gewonnenen Kälte an der Gesamt-Kälteversorgung
des Museums beträgt nur etwas über 10 %. Das ursprüngliche Ziel, das Gebäude im
Wesentlichen über die Energiepfähle zu kühlen, wurde somit in keiner Weise erreicht.
Für den langfristigen Betrieb der Energiepfahlfelder ist eine ausgeglichene Energiebilanz für das genutzte Erdreich unabdingbar. Die im Sommer eingebrachte Wärme kann
auf natürliche Weise durch einen Grundwasserstrom abgeführt werden. Ist ein solcher
nicht vorhanden, wie es hier der Fall ist, muss das Erdreich aktiv regeneriert werden.
Hierzu dient die Nutzung der winterliche Nutzung der Kältemaschine als Wärmepumpe. Im Winter 2007/2008 wurde die Maschine nicht betrieben, die Auswirkung davon
lässt sich gut anhand der Vorlauftemperaturen aus dem Energiepfahlfeld unter dem
Museum nachweisen (siehe Abbildung 83). Während die Temperatur im Sommer 2007
von etwas unter 18°C im März auf 18,8°C im September ansteigt, springt sie im Sommer
2008 schon im April auf diesen Wert. Entsprechend ist die Kälteentnahme im Sommer
2008 auch insgesamt niedriger. Die Werte des Energiepfahlfeldes unter dem Schokoteil
sind nicht repräsentativ, da dieses Feld, wie oben beschrieben, im Sommer 2007 aktiv
gekühlt wurde. Dadurch konnte es im Sommer 2008 auch wesentlich mehr Wärme aufnehmen und die Minderleistung des Energiepfahlfeldes unter dem Museum dadurch
ausgleichen.
5.3.2. Kältespeicherung
Die von den beiden Kälteerzeugern im Museum bereitgestellte Kälte wird in einem
Kältespeicher gepuffert. Der Kältespeicher besteht aus zwei in Reihe geschalteten Behältern mit je 2000 Liter Inhalt, so dass insgesamt 4 m3 Speichervolumen zur Verfügung
steht. Damit können, bei einer Spreizung von 6 K, im Idealfall 28 kWh Kälte gespeichert
werden was einer Pufferdauer von etwa 30 Minuten für die Absorptionskältemaschine
als Erzeuger und ca. 20 Minuten für die Lüftungsanlage für das Museum als Verbraucher bedeutet. Der Speicher entkoppelt gleichzeitig Erzeuger- und Verbraucherkreis
hydraulisch.
Die tatsächlich an den Kältespeicher gelieferte Kältemenge lässt sich aus der Differenz der von den Kälteerzeugern bereitgestellten Kälte und der Kälteabgabe an die
100
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 83: Vorlauftemperatur aus den Energiepfahlfeldern
Energiepfahlfelder bestimmen. Die Kälteabgabe an die Energiepfahlfelder ist gleichbedeutend mit dem Wärmepumpenbetrieb der Absorptionskältemaschine. In diesem
Fall wird dem Erdreich Wärme entzogen, was einer Kälteabgabe an das Erdreich entspricht. Die Entnahme aus dem Kältespeicher ist die Summe des Kälteverbrauchs der
beiden Lüftungsanlagen im Museum. Hinzu kommt der Kälteverbrauch der beiden in
den Büros des Museums nachgerüsteten Umluftkühlern, dieser wird jedoch nicht durch
Zähler erfasst. Außerdem ist es möglich, Kälte aus dem Kältespeicher für die Fussbodenkühlung zu nutzen. Dies war aber weder in 2007 noch in 2008 der Fall.
Für 2007 ergibt die oben beschriebene Bilanzbildung einen Speicherverlust von knapp
26 % was auf Grund der relativ geringen Temperaturdifferenz zu Umgebung und der
recht guten Dämmung des Kältespeichers von 32 mm viel zu hoch erscheint. Hier liegt
der Verdacht nahe, dass es in der komplizierten Hydraulik zu einer Fehlströmung kam,
so dass Kälte verloren ging. Dafür spricht auch die Auswertung der Wärmeströme der
Energiepfahlfelder in Kapitel 5.3.1. Die Bilanz für die Monate Mai bis August 2008 ergibt einen Wert von 7,4 %. Dieser Speicherverlust ist zwar immer noch sehr hoch - zum
Vergleich: der gemessene Speicherverlust der Wärme-Pufferspeicher lag bei 4 % bei
wesentlich höherer Temperaturdifferenz - aber doch in einem sinnvollen Wertebereich.
5.3.3. Kälteverbrauch
Die Kälteabgabe erfolgt in drei der vier Zonen auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus (siehe auch Kapitel 3.3). Wie in Kapitel 4.1 beschrieben, wurde jedoch aus
101
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 84: Kälteeintrag und -entnahme aus dem Kältespeicher 2007
Kältemenge 2008
[MWh]
45
40
35
30
25
Eingang
Ausgang
20
15
10
5
0
Jan Feb Mär Apr Mai Jun
Jul
Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 85: Kälteeintrag und -entnahme aus dem Kältespeicher 2008
102
5.3
Kälte
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Kälteverbrauch
[MWh]
250
200
150
Museum HT
Museum NT
100
50
0
2007
2008
Abbildung 86: Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Kälteverbrauch im Museum
2007 und 2008
Kostengründen auf eine Zählung der Hochtemperatur-Kälte aus den Energiepfahlfeldern in den Zonen verzichtet. Die Aufteilung der Hochtemperatur-Kälte erfolgt nach
Fläche, Auslegungsleistung und Ventilstellung der Kühlflächen. Die in den Lüftungsanlagen verbrauchte Kälte wird komplett gezählt. Durch die Umbaumaßnahmen während
der Projektlaufzeit konnten jedoch auch hier nicht alle Verbraucher vollständig erfasst
werden.
Museum Das Konzept sah vor, das Museum im Wesentlichen über die Fussbodenkühlung mit Hochtemperaturkälte aus den Energiepfählen zu klimatisieren. Lediglich für
die Spitzenlastkühlung und die Konditionierung der Außenluft sollte NiedertemperaturKälte aus der Kältemaschine benötigt werden. Durch die hohen internen Lasten aus
dem Kunstlicht, sie sind etwa 3-mal so hoch wie geplant (siehe Kapitel 3.5.2), konnte
das Prinzip im Betrieb jedoch nicht realisiert werden. Abbildung 86 zeigt den Anteil des
Kälteverbrauchs aus den beiden Kältequellen. Der Anteil an Niedertemperatur-Kälte
liegt bei 80 bis 85 % und dominiert damit den Kälteverbrauch.
Dabei fällt die Reduzierung des Niedertemperatur-Kälteverbrauchs um über 25 % auf,
während der Hochtemperatur-Kälteverbrauch exakt auf gleichem Niveau lag. Zur näheren Untersuchung der Ursachen werden in Abbildung 87 die monatlichen Verbräuche der Niedertemperatur-Kälte im Museum dargestellt. Die Verbräuche waren bis Juni
in 2007 zum Teil doppelt so hoch wie in 2008. Der April 2007 war zwar wesentlich wärmer
als in 2008, dies erklärt jedoch nicht den gesamten Mehrverbrauch. Mai und Juli 2007
103
5.3
Kälte
5
[MWh]
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Niedertemperatur Kälteverbrauch
35
30
25
20
Museum NT 2007
Museum NT 2008
15
10
5
0
Jan Feb Mär Apr
Mai Jun
Jul
Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 87: Monatlicher Niedertemperatur-Kälteverbrauch im Museum 2007 und
2008
waren weder temperatur- noch enthalpiebezogen wärmer als 2008, der Verbrauch lag
trotzdem, vor allem im Mai, sehr viel höher.
Da die Flächenkühlung nur einen kleinen Teil der gesamten Kühllast abdeckt, kann
die Ursache auch auf der Erzeugerseite liegen. Tatsächlich zeigt die Auswertung der
Messdaten, dass durch die Energiepfahlfelder im Mai 2008 deutlich weniger Kälte zur
Verfügung gestellt wurde. Weshalb die Energiepfahlfelder im Frühjahr 2008 nicht durchgängig betrieben wurden ist unklar, vermutlich wurden sie durch den Betreiber manuell
außer Betrieb genommen.
Café
Die Aufteilung des Kälteverbrauchs im Café zeigt ein völlig anders Bild (siehe
Abbildung 88). 2007 dominiert ebenfalls die Niedertemperatur-Kälte, die über die Lüftungsanlage eingebracht wurde. 2008 ist der Verbrauch auf ca. ein Drittel reduziert,
gleichzeitig steigt der Hochtemperatur-Kälteverbrauch um fast das Vierfache an. Der
Grund für die Reduzierung des Kälteverbrauchs für die Lüftungsanlage lag in der geänderten Betriebsweise. Da die große Schiebetür des Cafés von Frühjahr bis Herbst tagsüber meist vollständig geöffnet ist, wurde die Lüftungsanlage 2008 im Gegensatz zu
2007 in dieser Zeit ausgeschaltet. Daher wurde dann natürlich auch keine Kälte für die
Zuluftkühlung benötigt. Der Anstieg des Hochtemperatur-Kälteverbrauchs ist mit den,
durch das Ausschalten der Lüftungsanlage verursachten, höheren Temperaturen im
Café zu erklären. Die Raumtemperatur lag 2008 im Monatsmittel etwa 1,5 K höher als
2007.
104
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Kälteverbrauch
[MWh]
10
9
8
7
6
5
Café HT
Café NT
4
3
2
1
0
2007
2008
Abbildung 88: Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Kälteverbrauch im Café 2007
und 2008
Besucherzentrum
Das Besucherzentrum wird seit Sommer 2006 durch eine eigene Kom-
pressionskältemaschine mit Kälte versorgt. Bis Herbst 2007 war der einzige Abnehmer
von Niedertemperatur-Kälte die Lüftungsanlage für das Besucherzentrum. Seit Herbst
2007 gibt es eine zweite Lüftungsanlage im 2. OG, die den Verwaltungsteil bzw. die
im Sommer 2008 neu eröffnete zweite Schokoladenwerkstatt versorgt. Im Frühjahr 2007
wurde die provisorische Kältemaschine für den Schokoteil durch eine permanente Lösung ersetzt.
Beim Einbau der neuen Lüftungsanlage wurden zwar Wärmemengenzähler vorgesehen und realisiert, allerdings erfolgte keine Aufschaltung der Messwerte bis zum Projektende. Auch eine Handablesung der Zähler fand nie statt. Zusätzlich wurde auch der
Zähler für das Kühlregister der bestehenden Lüftungsaufnahme außer Betrieb gesetzt.
Daher sind die Informationen über den Kälteverbrauch des Besucherzentrums leider
nur sehr lückenhaft und können nicht ausgewertet werden.
5.4. Lüftung
Lüftungsanlagen können zu einem erheblichen Teil zum Energieverbrauch eines Gebäudes beitragen. Besonders in älteren Gebäuden wird durch Lüftungsanlagen mit
hohem Druckverlust und ungeregelten Ventilatoren viel Strom für die Luftförderung aufgewendet. Der Stromverbrauch für Lüftungsanlagen lässt sich, neben dem über die
Fläche gebildeten spezifischen Energiekennwert, durch den Energieeinsatz pro beweg-
105
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
tem Kubikmeter Luft beurteilen. Mit diesem Kennwert kann der Energieverbrauch einer
Lüftungsanlage unabhängig von der Laufzeit beurteilt werden. Für Museen liegen keine Vergleichswerte für den flächenspezifischen Stromverbrauch der Lüftungsanlagen
vor. Energieeffiziente Bürogebäude mit Zu- und Abluftanlagen erreichen einen Wert
von ca. 10 kWh/m2 NGF Endenergie bzw. 27 kWh/m2 Primärenergie. Der volumenstrombezogene Kennwert einer Vollklimaanlage sollte laut Leitfaden Elektrische Energie im
Hochbau (LEE00) 0,5 W/(m3 h) nicht überschreiten.
5.4.1. Lüftungsanlage Museum
Der Stromverbrauch der Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume des Museums wird in
Abbildung 89 monatsweise für die Jahre 2007 und 2008 dargestellt. Der Stromverbrauch
ist abhängig von der Außentemperatur, da die Kühllast im Museum durch Erhöhung
des Luft-Volumenstroms abgefahren wird. Dabei fallen vor allem die Monate April und
Juli 2007 ins Auge. Während der hohe Stromverbrauch im April 2007 zum Teil durch die
extrem warme Witterung in diesem Monat zu erklären ist, die Monatsmitteltemperatur
lag über 4 K höher als im April 2008, kann der hohe Verbrauch im Juli 2007 nicht ohne
Weiteres erklärt werden. Eine nähere Analyse der Zählerstände zeigte jedoch, dass im
Zeitraum von Mitte Mai bis Mitte Juli 2007 Datenausfälle vorlagen, so dass als Ursache
eine falsche Zuordnung der Verbräuche in Frage kommt.
Zur Korrektur wurden die Verbräuche der Monate Mai bis Juli durch Bewertung mit der
Dauer des Monats und der mittleren Aussentemperatur neu verteilt. Damit ergibt sich
das in Abbildung 90 dargestellt Bild.
Der spezifische Stromverbrauch der Lüftungsanlage beträgt in beiden Messjahren ca.
50 kWhEE /m2 a und damit das 5 bis 10-fache im Vergleich zu einem guten Bürogebäude. Neben der langen Laufzeit der Anlage, sie wird durchgängig betrieben, muss auch
die Effizienz der Lüftungsanlage als Ursache untersucht werden. Wie in Abbildung 90 zu
erkennen, gibt es von März 2007 zu April 2007 einen deutlichen Sprung im Stromverbrauch der Lüftungsanlage, der nicht nur durch die warmen Temperaturen im April
erklärbar ist. Abbildung 91 zeigt den Verlauf des Monats-Mittelwertes des spezifischen
Energieverbrauchs für die gesamte Lüftungsanlage für beide Messjahre.
Bei der Berechnung der Effizienz wurden die Messwerte der Volumenstromboxen zur Bestimmung des Gesamtvolumenstroms der Anlage verwendet. Für den Stromverbrauch
wurden die oben beschriebenen korrigierten Werte herangezogen. Der starke Anstieg
des Stromverbrauchs von März auf April 2007 lässt sich im spezifischen Stromverbrauch
nachvollziehen. Lag der spezifische Verbrauch in den Monaten Januar bis März 2007
im Mittel noch bei 0,52 Wh/m3 , so steigt er ab April auf Werte von über 1 Wh/m3 .
Die Ursache für den stark steigenden Stromverbrauch liegt vermutlich am im März 2007
erfolgten Einbau von neuen, größeren Ventilatoren mit entsprechend leistungsstärkeren
106
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stromverbrauch der Lüftungsanlage Museum
[kWh]
12000
Zuluftventilator
Abluftventilator
10000
8000
6000
4000
2000
Ja
n
Fe 07
b
M 07
är
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
0
Ju 7
l0
Au 7
g
Se 07
p
O 07
kt
N 07
ov
D 07
ez
Ja 07
n
Fe 08
b
M 08
är
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
0
Ju 8
l0
Au 8
g
Se 08
p
O 08
kt
N 08
ov
08
0
Abbildung 89: Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Museum, Originaldaten
Stromverbrauch der Lüftungsanlage Museum
[kWh]
9000
Zuluftventilator
Abluftventilator
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
Ja
n
Fe 07
b
M 07
är
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
0
Ju 7
l0
Au 7
g
Se 07
p
O 07
kt
N 07
ov
D 07
ez
Ja 07
n
Fe 08
b
M 08
är
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
0
Ju 8
l0
Au 8
g
Se 0 8
p
O 08
kt
N 08
ov
08
0
Abbildung 90: Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Museum, korrigierte
Daten
107
5.4
Lüftung
5
spez. Verbrauch
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
mittl. Volumenstrom
3
[m3/h]
[W/m ]
1,8
10000
1,6
9000
8000
1,4
7000
1,2
6000
1,0
5000
0,8
4000
3000
0,4
2000
Ja
n
Fe 07
b
M 07
är
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
0
Ju 7
l0
Au 7
g
Se 07
p
O 07
kt
N 07
ov
D 07
ez
Ja 07
n
Fe 08
b
M 08
är
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
0
Ju 8
l0
Au 8
g
Se 08
p
O 08
kt
N 08
ov
08
0,6
spez. Verbrauch Summe
Summe Zuluft
Summe Abluft
Abbildung 91: Spezifischer Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Museum
Motoren. Ursprünglich waren Motoren mit einer Leistung von 4 bzw. 5,5 kW verwendet
worden. Bei einem Nenn-Volumenstrom von insgesamt 24.000 m3 /h für Zu- und Abluftluft hätte die Effizienz einen Wert von 0,4 Wh/m3 erreicht. Der Anfang 2007 gemessene
Wert liegt somit im Bereich der ursprünglichen Planung. Durch den Einbau der neuen
Ventilatoren sollte die Luftmenge im Museum erhöht werden. Dies kann aber aus den
vorliegenden Messdaten nicht nachvollzogen werden. Die Werte im Winter 2007/2008
liegen sogar unter denen im Jahr zuvor (siehe Abbildung 91).
Sämtliche Räume des Museums wurden mit einer Einzelraumregelung für die Funktionen Heizen, Kühlen und Lüften ausgestattet. Der Luftvolumenstrom wird über Volumenstromboxen mit variablem Soll-Volumenstrom geregelt. Die Auswertung der Klappenstellungen in den Volumenstromboxen für den Messzeitraum legt nahe, dass die SollVolumenströme der Volumenstromboxen nicht an die größeren Ventilatoren angepasst
wurden. Während die mittlere Klappenstellung aller Boxen im Januar bis März 2007
noch bei 65 bis 75 % Öffnungswinkel lag, beträgt sie im Jahr darauf nur noch 45 bis
50 %. Dies bedeutet, dass die Ventilatoren gegen halb geschlossene Regelelemente
arbeiten.
Wertet man die Verteilung der über den Messzeitraum gemittelten Klappenstellungen
für den Zu- und Abluftstrang aus, zeigt sich, dass die meisten Klappen zu 40 bis 50 % geschlossen sind. Nur wenige Klappen sind mehr als 60 % geöffnet (siehe Abbildung 92).
Durch eine Nachregulierung dieser Stränge ließe sich erhebliche Menge Strom einsparen.
108
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Mittlere Klappenstellung
[%]
100
90
80
70
Abluft
60
50
Zuluft
40
30
20
10
et
Ka
b
in
m
or
au
G
ra
f.
Au
Vi
de
ot
1
2
D
ep
LZ
2
ng
llu
te
ss
llu
ng
1
r
te
ss
1
LZ
Fo
ye
Au
llu
te
Au
ss
D
ep
ot
ng
2
3
0
Abbildung 92: Verteilung der zeitlich gemittelten Stellung der Klappen im Zu- und Abluftstrang
Die Anpassung des Volumenstroms in den Sommermonaten zur Abdeckung der erhöhten Kühllasten erfolgt über die Abweichung der Raumtemperatur vom Sollwert. Steigt
die Raumtemperatur über 21 °C, wird der Volumenstrom für diesen Raum angehoben.
Abbildung 93 zeigt das Verhältnis des Tagesmittelwerts des Zuluft-Volumenstroms zum
Mindestvolumenstrom für die Ausstellungsräume über die Sommermonate 2008. Darin
ist die Anhebung des Volumenstroms in den Sommermonaten vor allem für die stark mit
externen Lasten beaufschlagten Räume zu erkennen.
Besonders auffällig ist dabei der hohe Volumenstrom im Landschaftszimmer 2 in den
Sommermonaten. Abbildung 94 links zeigt das Regelverhalten des Landschaftszimmers
2 im Vergleich zum dem im Videoraum. Im Landschaftszimmer 2 ist eine große Hysterese
im Regelalgorithmus zu erkennen, die dazu führt, dass der Volumenstrom im Sommer
ständig auf Maximalwert gehalten wird. In den übrigen Räumen wird der Volumenstrom
proportional zur Abweichung der Raumtemperatur zur Solltemperatur angehoben.
Abbildung 95 zeigt die Abhängigkeit des täglichen Wärmeverbrauchs des Heizregisters
der Lüftungsanlage von der Außentemperatur. Durch den relativ geringen Verbrauch
und die große Auflösung der Wärmemengenzähler von 10 kWh ergibt sich nur ein grobes Bild. Das typische Profil einer Vollklimaanlage bleibt jedoch erkennbar. Dabei wird
nicht nur im Winter Energie für die Aufheizung der kalten Aussenluft, sondern auch im
Sommer für die Wiederaufheizung der Luft nach der Befeuchtung verbraucht. Die hohen internen Lasten in den Ausstellungräumen und damit der geringe Heizwärmebedarf zeigen sich hier durch die Verschiebung des Energieverbrauchs in Richtung Sommermonate.
109
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Zuluft März bis August 2008
Verhältnis
[Wert/min.Wert]
5,5
Foyer
5,0
Depot 1
4,5
Depot 2
4,0
Ausstellung 1
3,5
Ausstellung 2
3,0
Ausstellung 3
Grafisches Kab.
Ausstellung 4
2,5
2,0
1,5
LZ 1
är
A
26 pr
.
A
10 pr
.
M
24 ai
.
M
07 ai
.
Ju
21 n
.
Ju
05 n
.
Ju
19 l
.
02 Jul
.
A
16 ug
.
A
30 ug
.
Au
g
Videoraum
12
.
M
.
29
.
M
är
LZ 2
15
01
.
M
är
1,0
Abbildung 93: Zuluft-Volumenstromverlauf für die Ausstellungsräume von März bis August 2008
Volumenstrom über Raumtemperatur März bis August 2008
[m!/h]
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
[°C]
0
15
16
17
18
19
20
Landschaftszimmer 2
21
22
23
24
25
Videoraum
Abbildung 94: Volumenstrom über Raumtemperatur im Landschaftzimmer 2 und im Videoraum
110
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Täglicher Wärmeverbrauch der Lüftungsanlage zur Außentemperatur
(Tageswerte)
von 01.01.2007 bis 31.12.2008
0,500
0,475
0,450
0,425
0,400
0,375
0,350
0,325
[ MWh ]
0,300
0,275
0,250
0,225
0,200
0,175
0,150
0,125
0,100
0,075
0,050
0,025
0,000
-10,0
-7,5
-5,0
-2,5
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
[ °C ]
WMZ_25_M (Verbrauch)
Tue Jan 20 11:59:57 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 95: Verteilung des täglichen Energieverbrauchs der Heizregister der Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume
Entsprechend ergeben sich für die Verteilung des Energieverbrauchs für die Kühlung in
Abhängigkeit von der Außentemperatur (siehe Abbildung 96) tägliche Verbrauchwerte, die weit in Richtung kühle Außentemperaturen hin verschoben ist. Das Museum muss
selbst bei Tagesmitteltemperaturen von nur 2,5 °C gekühlt werden. In Bürogebäuden
mit normalen internen Lasten und Lüftungsanlagen, die nicht entfeuchten, beginnt die
Kühl-Kennlinie im Bereich von 15 bis 20 °C Außentemperatur.
Der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung konnte auf Grund von Datenausfällen
nur für die Monate September und Oktober 2008 berechnet werden. In den Wärmetauscher tritt eine Mischluft aus Außen- und Fortluft ein. Da nach der Mischkammer kein
Temperaturfühler vorgesehen wurde, kann die Temperatur der Mischluft nur unter der
Annahme abgeschätzt werden, dass die der Abluft entzogene Wärmemenge gleich
der der Außenluft zugeführten ist. Die übrigen drei Temperaturen - Ein- und Austrittstemperatur auf der der Abluftseite und die Austrittstemperatur aus dem Wärmetauscher
auf der Zuluftseite - sowie die Massenströme durch den Wärmetauscher sind bekannt.
Unter diesen Annahmen beträgt der mittlere Wärmerückgewinnungsgrad bei Außentemperaturen von unter 14 °C 48 % und liegt damit weit unter dem in den technischen
Unterlagen angegebenen Wirkungsgrad von über 70 %.
Die Auswertung des zusätzlichen Energiebedarfs für die Befeuchtung der Zuluft war
nicht möglich, da hierzu ein weiterer Temperaturfühler direkt hinter dem Heizregister
notwendig gewesen wäre. Die Zulufttemperatur wird in der Anlage durch einen Temperaturfühler nach der Befeuchtung geregelt. Die Regelstrecke beinhaltet sowohl das
Heizregister als auch den Befeuchter, so dass der Zwischenzustand nicht feststellbar ist.
111
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Täglicher Kälteverbrauch der Lüftungsanlage zur Außentemperatur
(Tageswerte)
von 01.01.2007 bis 31.12.2008
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
[ MWh ]
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
-10,0
-7,5
-5,0
-2,5
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
[ °C ]
WMZ_26_M (Verbrauch)
Tue Jan 20 12:09:09 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 96: Verteilung des täglichen Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume
Für den Energiebedarf der Entfeuchtung der Luft im Sommer gilt Ähnliches. Da der
Eintrittszustand der Luft in die Luftaufbereitung durch die Nachrüstung der Umluftklappe nicht gemessen wurde, kann lediglich eine indirekte Abschätzung vorgenommen
werden. Hinter der Wärmerückgewinnung werden Temperatur und Feuchte gemessen.
Allerdings steht der Temperaturmesswert erst seit Mitte Juli 2008 zur Verfügung und der
Feuchtemesswert wurde nicht aufgezeichnet. Da jedoch alle drei Temperaturen der
Mischkammer ab Mitte Juli vorlagen, konnte daraus das jeweilige Mischungsverhältnis
berechnet werden und damit wiederum die absolute Feuchte der Luft nach der Mischkammer. Zusammen mit der absoluten Feuchte der Zuluft läßt sich daraus die Menge
des durch das Kühlregister kondensierten Wassers errechnen und damit auch die zur
Kondensation benötigten Energie. Im Vergleich zu der vom Kältemengenzähler erfassten Gesamt-Kühlenergie ergab sich für die Monate Juli und August 2008 ein Anteil von
21 bis 22 %, der für die Entfeuchtung benötigt wurde.
5.4.2. Lüftungsanlage Cafe
Der Stromverbrauch für die Lüftungsanlage des Cafés ist in Abbildung 97 dargestellt.
Dabei wurden die Monate April bis Juli 2007, wie im vorherigen Kapitel beschrieben,
korrigiert. Der Verbrauch ist in den Sommermonaten näherungsweise konstant, nur in
den kalten Monaten von Dezember bis Februar ist eine leichte Abnahme des Verbrauchs festzustellen. Auffälligster Unterschied beim Vergleich der beiden Messjahre ist
der Verbrauch im Hochsommer ab Juni 2008. Die Anlage wurde im Sommer 2007 auch
112
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stromverbrauch der Lüftungsanlage Café
[kWh]
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
Ja
n
Fe 07
b
M 07
är
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
0
Ju 7
l0
Au 7
g
Se 07
p
O 07
kt
N 07
ov
D 07
ez
0
Ja 7
n
Fe 08
b
M 08
är
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
0
Ju 8
l0
Au 8
g
Se 08
p
O 08
kt
N 08
ov
08
0
Abluftventilator
Zuluftventilator
Abbildung 97: Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Café
bei geöffneter Schiebetür zur Terrasse durchgängig betrieben, obwohl dies nicht sinnvoll ist. Im Sommer 2007 erfolgte ein personeller Wechsel in der Betriebsführung. Vom
neuen Verantwortlichen wurde die Anlage im Sommer 2008 ausgeschaltet. Trotzdem
sind keine Beschwerden durch den Nutzer erfolgt.
Abbildungen 98 und 99 zeigen den Stromverbrauch als Carpet-Plot für die Monate
Oktober 2007 und September 2008. Im Oktober 2007 wurde die Anlage in der Regel
zwischen 9 und 10 Uhr in Betrieb genommen und zwischen 19 und 22 Uhr abgeschaltet.
Dabei ist keine Regelmäßigkeit im Abschaltzeitpunkt zu erkennen, die auf bestimmte
Tage hinweisen würde, an denen nach Schließung des Cafés geputzt wird. Gleiches
gilt auch für den September 2008, wobei die Lüftungsanlage in der ersten Hälfte des
Monats wie oben beschrieben komplett außer Betrieb war.
Aus den Carpet-Plots in den beiden Abbildungen ist auch zu entnehmen, dass die Lüftungsanlage auf einer Stufe betrieben wird. Die Planung sah zwar eine Regelung in
Abhängigkeit von Temperatur und Luftqualität vor, dies wird aber von der Betriebsführung nicht umgesetzt. Wie in Abbildung 100 zu erkennen ist, laufen beide Ventilatoren
fast immer auf voller Stufe. Die Lüfterstufe wird offenbar nur durch das Zeitprogramm
festgelegt, bzw. der Schwellwert des Luftqualitätsfühlers ist sehr niedrig eingestellt.
Die Abhängigkeit des täglichen Energieverbrauchs des Heiz- und Kühlregisters der Lüftungsanlage von der Außentemperatur zeigen Abbildungen 101 und 102. Im Gegensatz zur Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume, die als Vollklimaanlage betrieben
wird, verbraucht das Heizregister in der Lüftungsanlage für das Café keine Energie in
113
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 98: Tägliche Laufzeit der Lüftungsanlage im Café im Oktober 2007
Stromverbrauch des Zuluftventilators der Lüftungsanlage Café
von 01.09.2008 bis 30.09.2008
24
0,500
23
0,475
22
21
0,450
20
0,425
19
0,400
18
0,375
17
0,350
16
15
0,325
14
0,300
Farbschlüssel [kWh]
Stunde
5.4
13
12
11
10
0,275
0,250
0,225
9
0,200
8
0,175
7
0,150
6
0,125
5
0,100
4
3
0,075
2
0,050
1
0,025
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Sep 08
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
0,000
Tue Jan 20 13:25:13 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 99: Tägliche Laufzeit der Lüftungsanlage im Café im September 2008
114
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Raumklima Café
von 01.10.2007 bis 08.10.2007
26
600
25
575
24
550
23
525
22
500
21
475
20
450
19
425
18
400
17
375
16
350
15
325
14
13
300
12
275
11
250
10
225
9
200
8
175
7
150
6
125
5
100
4
75
3
50
2
25
0
[ °C ]
[ %, ppm ]
625
1
16 19
1 Mo
22
01
04
07
10 13
2 Di
16
19
22
01
04
07
10 13
3 Mi
16
19
22
01
04
07
10 13
4 Do
16
19
22
01
04
07
10 13
5 Fr
16
19
22
01
04
07
10 13
6 Sa
16
19
22
01
04
07
10 13
7 So
16
19
22
01
04 07
8 Mo
10
0
Okt 07
Ventilatorstufe
CO2-Gehalt Abluft
Ablufttemperatur
Tue Jan 20 13:41:25 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 100: Ablufttemperatur, CO2 -Gehalt und Ventilatorstufe im Café
den Sommermonaten. Die Heizgrenze liegt mit 20 °C Tagesmitteltemperatur jedoch
sehr hoch. Auch die Kühlgrenztemperatur ist mit ca. 14 °C recht weit nach unten verschoben.
Betrachtet man die Kühlkennlinien der Jahre 2007 und 2008 getrennt (siehe Abbildung
103), lässt sich wiederum die angepasste Betriebsweise im Sommer 2008 nachvollziehen. Neben einem deutlichen niedrigeren Maximalverbrauch liegt die Kühlgrenztemperatur 2008 mit ca. 16 °C um 2 bis 3 K höher als in 2007.
5.4.3. Lüftungsanlage Schokoteil
Die Lüftungsanlage im Schokoteil war für die Versorgung der Bereiche SchokoLaden
mit Lager, Schokoausstellung inklusive Filmraum und Schokowerkstatt geplant. Durch
den starken Besucherzuspruch und höhere interne Lasten durch die Beleuchtung wurde jedoch schon im ersten Sommer 2006, noch vor dem Beginn des Monitorings, die
Notwendigkeit einer Nachrüstung erkannt. Zunächst wurde im Sommer 2006 die Kälteversorgung der Lüftungsanlage umgebaut. Dabei wurde ein eigener Kaltwassersatz für
die Lüftungsanlage auf dem Dach des Schokoteils installiert.
Im Frühjahr 2007 wurde die provisorische Kälteversorgung durch eine permanente Lösung ersetzt. Diese besteht aus einer Kältemaschine, die in der Lüftungszentrale des
Schokoteils eingebaut wurde. Sie versorgt die Lüftungsanlagen und weitere Kälteabnehmer im Schokoteil. Zusätzlich kann sie als Notversorgung für das Museum eingesetzt
werden. Im Sommer 2007 erfolgte der Einbau einer weiteren Lüftungsanlage für die Bü-
115
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Täglicher Wärmeverbrauch der Lüftungsanlage zur Außentemperatur
(Tageswerte)
von 01.01.2007 bis 31.12.2008
0,100
0,095
0,090
0,085
0,080
0,075
0,070
0,065
[ MWh ]
0,060
0,055
0,050
0,045
0,040
0,035
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0,000
-10,0
-7,5
-5,0
-2,5
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
[ °C ]
WMZ_27_M (Verbrauch)
Tue Jan 20 15:38:21 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 101: Täglicher Energieverbrauch des Heizregisters der Lüftungsanlage Café
für 2007 und 2008 in Abhängigkiet vom Tagesmittelwert der Außentemperatur
Täglicher Kälteverbrauch der Lüftungsanlage zur Außentemperatur
(Tageswerte)
von 01.01.2007 bis 31.12.2008
0,20
0,19
0,18
0,17
0,16
0,15
0,14
0,13
[ MWh ]
0,12
0,11
0,10
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0,00
-10,0
-7,5
-5,0
-2,5
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
[ °C ]
WMZ_28_M (Verbrauch)
Tue Jan 20 18:53:59 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 102: Täglicher Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage Café
für 2007 und 2008 in Abhängigkeit vom Tagesmittelwert der Außentemperatur
116
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
[MWh]
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
[°C]
0
-10
-5
0
5
10
2007
15
20
25
30
2008
Abbildung 103: Täglicher Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage Café
getrennt nach Jahren
roräume im 2. OG und eine zweite Schokowerkstatt, ebenfalls im 2. OG, die im Sommer
2008 eingeweiht wurde. Des Weiteren wurde die Lüftung im Schokolager weitgehend
stillgelegt.
Auf Grund der vielen Umbaumaßnahmen gestaltet sich die Auswertung und die Vergleichbarkeit der Messdaten sehr schwierig. Die Auswertung des Stromverbrauchs der
Lüftungsanlage (siehe Abbildung 104) zeigt einen großen Sprung des Verbrauchs von
Juni zu Juli 2007. Der Stromverbrauch erhöht sich auf über das Doppelte. Der Grund
hierfür ist auch hier der Einbau von neuen, größeren Ventilatoren. Dies lässt sich auch,
um einen Monat zeitversetzt, aus den Daten der Volumenstrommessboxen nachvollziehen (siehe Abbildung 105). Der Gesamt-Zuluft-Volumenstrom steigt ab August 2007
stark an. Im Herbst, Winter und Frühjahr 2007/2008 wurde der Volumenstrom gedrosselt,
um dann im Sommer 2008 wieder deutlich anzusteigen.
Wie schon bei der Auswertung der Daten für die Lüftungsanlage des Museum ist auch
hier durch den Einbau der größeren Ventilatoren ein starker Abfall der Effizienz der Luftförderung festzustellen. Während der spezifische Verbrauch im Frühjahr 2007 noch bei
0,3 bis 0,6 Wh/m3 lag, steigt er ab Sommer 2007 auf Werte von 1,4 bis 1,7 Wh/m3 an.
Die Lüftungsanlage wurde im Messzeitraum permanent betrieben, Abschaltzeiten konnten nicht festgestellt werden. Der Volumenstrom der Anlage wird jedoch in Abhängigkeit von der Ablufttempertatur geregelt. Der Jahresverlauf von mittlerer monatlicher
Aussentemperatur und Lüfterstufe des Zuluft-Ventilators ist in Abbildung 106 dargestellt.
Abbildung 107 zeigt die Aufteilung des Zuluftvolumenstroms auf die einzelnen Räume.
117
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stromverbrauch der Lüftungsanlage Schokoteil
[kWh]
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
Ja
n
Fe 07
b
M 07
är
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
0
Ju 7
l0
Au 7
g
Se 07
p
O 07
kt
N 07
ov
D 07
ez
0
Ja 7
n
Fe 08
b
M 08
är
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
0
Ju 8
l0
Au 8
g
Se 08
p
O 08
kt
N 08
ov
08
0
Abluftventilator
Zuluftventilator
Abbildung 104: Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Schokoteil
[m3]
Lüftungsanlage Schokoteil
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Ja
n
Fe 07
b
M 07
är
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
0
Ju 7
l0
Au 7
g
Se 07
p
O 07
kt
N 07
ov
D 07
ez
Ja 07
n
Fe 08
b
M 08
är
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
0
Ju 8
l0
Au 8
g
Se 08
p
O 08
kt
N 08
ov
08
5.4
Zuluft
Abluft
Abbildung 105: Gesamt-Volumenstrom der Lüftungsanlage im Schokoteil
118
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Lüfterstufe zur Außentemperatur 2007
20
von 01.01.2007 bis 31.12.2007
95
19
90
18
17
85
16
80
15
75
14
70
13
65
12
55
9
50
[ °C ]
60
10
8
[%]
11
45
7
40
6
35
5
4
30
3
25
2
20
1
15
0
10
-1
-2
5
- 3 00
0
23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 23
1 Mo 11 Do 21 So 31 Mi 10 Sa 20 Di 2 Fr 12 Mo 22 Do 1 So 11 Mi 21 Sa 1 Di 11 Fr 21 Mo 31 Do 10 So 20 Mi 30 Sa 10 Di 20 Fr 30 Mo 9 Do 19 So 29 Mi 8 Sa 18 Di 28 Fr 8 Mo 18 Do 28 So 7 Mi 17 Sa 27 Di 7 Fr 17 Mo 27 Do
Jan 07
Feb 07
Mrz 07
Apr 07
Mai 07
Jun 07
Jul 07
Aug 07
Sep 07
Okt 07
Nov 07
Dez 07
T_AT_C05(Monatsmittel)
V_L_SCHOKO_ZU_ST(Monatsmittel)
Fri Feb 27 15:58:09 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 106: Außentemperatur und Lüfterstufe des Zuluftventilators der Lüftungsanlage im Schokoteil
Darin lassen sich die verschiedenen Umbaumaßnahmen nachvollziehen. Zunächst wurde das Schokolager im Juli 2007 mit Umluftkühlern ausgestattet. Als Folge entfällt die
Kühlung über die zentrale Lüftungsanlage. Gleichzeitig wurden neue Venitlatoren eingebaut, was zur Erhöhung des Gesamt-Volumenstroms führte. Die frei werdende Kapazität aus dem Schokolager wurde vor allem zur Erhöhung des Volumenstroms im SchokoLaden verwendet, um die dort auftretenden thermischen Lasten besser abführen zu
können.
Wie bei den beiden zuvor betrachteten Lüftungsanlagen kann auch für die Anlage
im Schokoteil der tägliche Energieverbrauch des Heiz- und Kühlregisters in Abhängigkeit von der Außentemperatur dargestellt werden. Abbildung 108 zeigt den Energieverbrauch des Heizregisters und Abbildung 109 den des Kühlregisters der Lüftungsanlage
im Schokoteil. Aus der Darstellung für das Heizregister lässt sich eine Kennlinie erkennen,
die Heizgrenztemperatur liegt bei ca. 12 °C und damit im Vergleich mit den anderen
Anlagen eher niedrig. Das Diagramm für das Kühlregister lässt keine Rückschlüsse auf
eine Kennlinie zu, da nur in sehr begrenztem Umfang Daten zur Verfügung standen.
Die zur Vorkühlung der Außenluft im Sommer vorgesehene indirekte adiabate Kühlung
wurde durch den Betrieber Ende April 2007 außer Betrieb genommen. Während im
Aprill 2007 noch ein deutlicher Effekt der Abluftbefeuchtung in den Temperaturwerten
zu erkennen war (siehe Abbildung 110), ist im April - trotz Freigabe durch die Regelung
- keine Abkühlung mehr festzustellen (siehe Abbildung 111). Laut Betreiber wurde die
Wasserzuleitung zum Befeuchter abgesperrt.
119
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Zuluftstrom Schokoteil
3
[m ]
10000
9000
8000
7000
Erlebnisraum
6000
Schokoausst
5000
Schokoladen
4000
Filmvorführung
Schokolager
3000
2000
1000
Ja
n
Fe 07
b
M 07
är
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
Ju 07
Au l 07
g
Se 07
p
O 07
kt
N 07
ov
D 07
ez
Ja 07
n
Fe 08
b
M 08
är
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
Ju 08
Au l 08
g
Se 08
p
O 08
kt
N 08
ov
08
0
Abbildung 107: Aufteilung des Zuluft-Volumenstroms im Schokoteil
Täglicher Wärmeverbrauch der Lüftungsanlage zur Außemtemperatur
(Tageswerte)
von 01.01.2007 bis 31.12.2008
0,0100
0,0095
0,0090
0,0085
0,0080
0,0075
0,0070
0,0065
[ MWh ]
0,0060
0,0055
0,0050
0,0045
0,0040
0,0035
0,0030
0,0025
0,0020
0,0015
0,0010
0,0005
0,0000
-10,0
-7,5
-5,0
-2,5
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
[ °C ]
WMZ_29_S (Verbrauch)
Tue Jan 20 19:58:32 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 108: Täglicher Energieverbrauch des Heizregisters der Lüftungsanlage im
Schokoteil in Abhängigkeit vom Tagesmittelwert der Außentemperatur
120
5.4
Lüftung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Täglicher Kälteverbrauch der Lüftungsanlage zur Außemtemperatur
(Tageswerte)
von 01.01.2007 bis 31.12.2008
0,325
0,300
0,275
0,250
0,225
[ MWh ]
0,200
0,175
0,150
0,125
0,100
0,075
0,050
0,025
0,000
-10,0
-7,5
-5,0
-2,5
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
27,5
[ °C ]
WMZ_21_S (Verbrauch)
Tue Jan 20 20:08:31 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 109: Täglicher Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage im
Schokoteil in Abhängigkeit vom Tagesmittelwert der Außentemperatur
Kühlung der Außenluft 21. bis 24.April 2007
von 20.04.2007 bis 25.04.2007
100
29
28
95
27
90
26
25
85
24
80
23
22
75
21
70
20
19
65
18
60
16
55
15
50
14
45
13
12
40
11
35
10
9
30
8
25
7
6
20
5
15
4
3
10
2
5
1
0
[ 0/1, % ]
[ °C ]
17
00
02
04
06
08
10
12
21 Sa
14
16
18
20
22
00
02
04
06
08
10
12
22 So
14
16
18
20
22
00
02
04
06
08
10 12
23 Mo
14
16
18
20
22
00
02
04
06
08
10
12
24 Di
14
16
18
20
22
0
Apr 07
Zulufttemperatur nach WRG
Ablufttemperatur
Ablufttemperatur nach Bef.
Außentemperatur
Freigabe Befeuchtung
Stellbefehl Wärmerückgewinnung
Sun Jan 25 21:56:17 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 110: Abkühlung der Luft durch die indirekte adiabate Kühlung
121
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Abbildung 111: Indirekte adiabate Kühlung außer Betrieb
Bei eingeschaltetem Abluftbefeuchter wird die Abluft um ca. 3 K abgekühlt. Dies entspricht bei einem Volumenstrom von etwa 5.000 m3 /h einer Kühlleistung von 5,1 kW.
Die Abluft hat nach der Befeuchtung eine Temperatur von ca. 17 °C. Die Außenluft
wurde damit im in Abbildung 110 dargestellten Zeitraum (April 2007) von maximal 26
°C auf 20 °C abgekühlt, was einer Kühlleistung von 10,2 kW entspricht. Ohne die Befeuchtung der Abluft wird im Mai 2007 (Abbildung 111) eine Kühlleistung von 6,8 kW
durch die Kälterückgewinnung auf die Zuluft übertragen. Die Zuluft ist in diesem Fall
nach der Wärmerückgewinnung etwa 2,5 K wärmer als mit eingeschalteter Abluftbefeuchtung. Dies ist die Temperaturdifferenz, die dann zusätzlich durch das Kühlregister
erbracht werden muss und die einer Kälteleistung von 4,3 kW entspricht. Bei einer SollZulufttemperatur von 18 °C und einer Außentemperatur von 26 °C könnte somit durch
die indirekte adiabate Kühlung mehr als die Hälfte der Kühlleistung eingespart werden.
5.5. Beleuchtung
Für Verwaltungsgebäude gibt es umfangreiche Vorgaben und Messwerte für den Stromverbrauch der künstlichen Beleuchtung. So macht z.B. der LEE Vorgaben für Ziel- und
Grenzwerte. Auch im Energieausweis (DIN V 18599) werden Vorgaben für den Strombedarf ausgewiesen. Dabei ergibt sich ein spezifischer Endenergiebedarf für die Beleuchtung zwischen 10 bis 20 kWh/m2 a. Da im Museum Ritter jedoch zumeist höhere
Anforderungen an die Beleuchtung hinsichtlich der Beleuchtungsstärke vorliegen, erhält man nach DIN V 18599 einen Wert von etwa 40 kWh/m2 a.
122
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Gerade die Beleuchtungsstärke in einem Ausstellungsraum steht im Spannungsfeld verschiedener Anforderungen. Einerseits ist das Licht wichtig zur Präsentation der Ausstellungsstücke, andererseits müssen die Exponate vor der Schädigung durch das Licht
so weit wie möglich geschützt werden. Daher werden Ausstellungsräume in der Regel mit einer vertikalen Beleuchtungstärke von nur 150 bis 250 Lux beleuchtet. Im Vergleich dazu beträgt die horizontale Mindest-Beleuchtungsstärke für einen Büroarbeitsplatz 500 Lux. Besonders empfindliche Exponate werden sogar nur mit 50 bis 80 Lux
beleuchtet. Da an die Ausstellungsräume im Museum Ritter direkt Landschaftzimmer
anschliessen, in denen durch ihre großzügigen Fensteröffnungen hohe Beleuchtungsstärken vorherrschen, wurden die Lichtdecken für die Ausstellungsräume so ausgelegt,
dass eine horizontale Beleuchtungsstärke von 1000 Lux möglich ist.
Zur Bereitstellung der oben beschriebenen Beleuchtungsstärken von 1000 Lux horizontal im Museum wäre bei Verwendung von effizienten Rasterleuchten und der gegebenen Raumgeometrie eine installierte Leistung der künstlichen Beleuchtung von ca.
40 W/m2 erforderlich. Bei einer aus konservatorischen Gesichtspunkten sinnvollen Beleuchtungstärke von ca. 200 Lux horizontal wären nur etwa 8 W/m2 notwendig. Für die
Ausstellungsräume im Museum würde dies eine elektrische Leistung von 2,7 bis 13,6 kW
im Obergeschoss und 1,6 bis 8,0 kW im Erdgeschoss erfordern. Letztendlich wird die gesamte Leistung in Wärme umgesetzt und muss durch die Kühlung abgeführt werden.
5.5.1. Museum
Da, wie oben beschrieben, die Beleuchtung im Museum eine entscheidende Rolle für
den Energieverbrauch spielt, wurden insgesamt 7 Stromzähler zur detaillierten Erfassung
des Stromverbrauchs installiert. Jeweils zwei Zähler erfassen den Verbrauch der Lichtdecke und zusätzlicher Strahler, die über in den Lichtdecken integrierten Stromleisten eingebracht werden können, getrennt für das Erdgeschoss und das Obergeschoss. Dabei
wurden die vier Ausstellungsräume im Obergeschoss zusammengefasst. Die Beleuchtung im Foyer und in den beiden Landschaftszimmern wird mit zwei weiteren Zählern
gemessen. Ein Zähler misst den Stromverbrauch der Steuerung für die Lichtdecken, da
durch die aufwändige Tages- und Kunstlichtdecke im Obergeschoss ein relevanter Verbrauch für die Steuerung zu erwarten war.
Tages-/Kunstlichtdecke im Obergeschoss Wie in Kapitel 5.1.1 bereits angedeutet, wird
für die Beleuchtung der Ausstellungsräume viel mehr Energie verbraucht als vorgesehen. Abbildungen 112 und 113 zeigen den monatlichen spezifischen Stromverbrauch
für die Lichtdecke im Obergeschoss. In Summe wurden 174 bzw. 192 kWh/m2 Strom bezogen auf die Ausstellungsfläche in 2007 bzw. 2008 verbraucht. Bei einer Betriebszeit
von ca. 2.100 Stunden pro Jahr bedeutet dies eine mittlere Leistungsaufnahme von 82
123
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Spezifischer Stromverbrauch 2007
2
[kWh/m ]
25
20
15
Steuerung
Strahler OG
Lichtdecke OG
10
5
0
Jan Feb Mär Apr Mai Jun
Jul
Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 112: Monatlicher spezifischer Stromverbrauch für die Lichtdecke im OG des
Museums 2007
bzw. 91 W/m2 . Die Gesamtleistung liegt bei etwa 30 kW und somit doppelt so hoch wie
für die Beleuchtungsstärke von 1.000 Lux rechnerisch notwendig (siehe oben).
Der große Unterschied resultiert aus den speziellen Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung in einem Museum. Dadurch verbietet sich der Einsatz von direkt
strahlenden Rasterleuchten, da diese keine gleichmäßig leuchtende Fläche erzeugen.
Sie sind auch aus architektonischen Gründen nicht einsetzbar. Die für die Vergleichmäßigung notwendige Diffusorschicht und der Abstand der Leuchtmittel von dieser
Schicht verursachen den beschriebenen Wirkungsgradverlust. Dabei werden drei Faktoren wirksam: Der Verlust durch den Transmissionsgrad der Diffusorscheibe, die Abschattung durch die Rahmenkonstruktion der Diffusorschicht und der zusätzliche Abstand der Leuchtmittel von der Diffusorschicht.
Die Auswertung des Leistungsverlaufs der Lichtdecke im Obergeschoss bestätigt den
aus den Verbräuchen ermittelten Wert. Abbildungen 114 und 115 zeigen den Verlauf
der elektrischen Leistungsaufnahme für eine Woche im Januar und im August 2008.
Die Maximalleistung beträgt in beiden Wochen ca. 27 kW. Im Unterschied zum Verlauf
im Januar ist jedoch im August die Tageslichtnutzung durch eine geringere Leistungsaufnahme zu erkennen. Dabei lässt sich im Diagramm für den August auch sehr gut
zwischen Tagen mit hoher Einstrahlung und Tagen mit geringer Einstrahlung unterscheiden. Durch die Nutzung von Tageslicht werden an einem sonnigen Tag im August ca.
30 % Strom eingespart.
Die Abhängigkeit des täglichen Stromverbrauchs vom Tagesmittelwert der Einstrahlung
124
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Spezifischer Stromverbrauch 2008
[kWh/m2]
25
20
Steuerung
Strahler OG
Lichtdecke OG
Summe OG 07
15
10
5
0
Jan Feb Mär Apr Mai Jun
Jul
Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 113: Monatlicher spezifischer Stromverbrauch für die Lichtdecke im OG des
Museums 2008
Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Obergeschoss 07. bis 13. Januar 2008
von 05.01.2008 bis 14.01.2008
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
[ kW ]
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
00
03
06
09
12
7 Mo
15
18
21
00
03
06
09
12
8 Di
15
18
21
00
03
06
09
12
9 Mi
15
18
21
00
03
06
09
12 15
10 Do
Jan 08
18
21
00
03
06
09
12 15
11 Fr
18
21
00
03
06
09
12 15
12 Sa
18
21
00
03
06
09
12 15
13 So
18
21
SZ_15_M (10Min-Leistung)
Sun Jan 25 22:25:47 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 114: Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Obergeschoss im Januar 2008
125
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Leistung
[kW]
Einstrahlung
[W/m2]
20
2000
18
1800
16
1600
14
1400
12
1200
10
1000
8
800
6
600
4
400
2
200
0
0
Mo 11.08.
Di 12.08.
Mi 13.08.
Do 14.08.
Lichtdecke OG
Fr 15.08.
Sa 16.08.
So 17.08.
Mo 18.08.
Einstrahlung
Abbildung 115: Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Obergeschoss im Juni
2008
ist in Abbildung 116 dargestellt. Die Werte variieren zwischen 100 kWh/d an sonnigen
Tagen bis hin zu ca. 270 kWh/d an Tagen mit wenig Einstrahlung. Eine direkte Korrelation mit dem Kälteverbrauch der Lüftungsanlage lässt sich nicht herstellen, da dieser
zusätzlich von der Außentemperatur abhängt und die Einstrahlung nicht mit der Außentemperatur korrespondiert.
Kunstlichtdecke im Erdgeschoss Wie für das Obergeschoss dargestellt, verbraucht
auch die Lichtdecke im Erdgeschoss wesentlich mehr Strom als im Energiekonzept geplant. Abbildungen 117 und 118 zeigen den monatlichen spezifischen Stromverbrauch
der Lichtdecke. Im Frühjahr 2007 wurde der Ausstellungsraum zusätzlich durch Strahler
beleuchtet. Nach einem Ausstellungsumbau im Juni 2007 verbrauchte die Lichtdecke
zwischen 5 und 15 kWh/m2 Strom pro Monat. Bei einer durchschnittlichen Betriebszeit
von 175 Stunden im Monat bedeutet dies eine mittlere Leistungsaufnahme von etwa
30 bis 85 W/m2 . Der Maximalwert liegt damit im gleichen Bereich wie im Obergeschoss.
Die Leistungsaufnahme im Erdgeschoss ist, bei gleicher Beleuchtungstärke, konstant,
da im Erdgeschoss keine Tageslichtnutzung erfolgen kann. Wie schon aus den Monatsverbräuchen erkennbar, ändert sich die Leistungsaufnahme Ende April 2008 von knapp
15 kW, entsprechend 75 W/m2 , auf 4 kW, entsprechend 20 W/m2 (siehe Abbildung 119).
Der Zeitpunkt korrespondiert mit einem Ausstellungsumbau und ist somit durch eine ge-
126
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stromverbrauch Lichtdecke Obergeschoss
[kWh/d]
350
Stromverbrauch LD OG
300
Linearisierung
250
200
150
100
50
0
0
50
100
150
200
250
300
mittlere tägliche Einstrahlung [W/m2]
Abbildung 116: Täglicher Stromverbrauch über mittlerer Einstrahlung
Spezifischer Stromverbrauch 2007
2
[kWh/m ]
35
30
25
Steuerung
Strahler EG
Lichtdecke EG
20
15
10
5
0
Jan
Feb Mär Apr
Mai
Jun
Jul
Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 117: Monatlicher spezifischer Stromverbrauch 2007 für die Lichtdecke im EG
des Museums
127
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Spezifischer Stromverbrauch 2008
2
[kWh/m ]
35
30
25
Steuerung
Strahler EG
Lichtdecke EG
Summe EG 07
20
15
10
5
0
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 118: Monatlicher spezifischer Stromverbrauch 2008 für die Lichtdecke im EG
des Museums
änderte Beleuchtungsstärke im Austellungsraum im Erdgeschoss erklärbar.
Foyer und Landschaftszimmer Die Beleuchtung im Foyer des Museum wird tageslichtunabhängig betrieben. Sie wird täglich von 11 Uhr, Montags von 6 Uhr, bis 23 Uhr eingeschaltet. Auch Montags, obwohl das Museum an diesem Tag geschlossen ist und
die Beleuchtung in den Ausstellungsräumen dann nur in den Morgenstunden für die
Reinigung benutzt wird. Abbildung 120 zeigt die monatlichen Verbräuche für 2008, sie
betragen zwischen 9 und 12 kWh/m2 . Der spezifische Jahresverbrauch war in beiden
Messjahren ca. 120 kWh/m2 a und damit etwa 6-mal höher als eine effiziente Bürbeleuchtung mit Tageslichtnutzung.
Abbildung 121 zeigt einen typischen Wochenverlauf der Leistung. Die maximale Leistung der Beleuchtung beträgt 3,8 kW und bleibt während der Öffnungszeiten des Museums von 11 bis 18 Uhr konstant. Außerhalb der Öffnungszeiten sinkt die Leistung auf
ca. 1 kW. Als spezifische Leistung auf die Fläche des Foyers bezogen bedeutet dies eine
Leistung von 33 W/m2 bzw. 9 W/m2 .
Der Stromverbrauch für die Beleuchtung der Landschaftszimmer zeigt eine gewisse jahreszeitliche Abhängigkeit, allerdings in anderer Weise wie zunächst zu erwarten wäre.
In den Wintermonaten beträgt der spezifische Verbrauch ca. 7 bis 8 kWh/m2 , in den
Sommermonaten steigt er auf maximal 12 bis 13 kWh/m2 . Abbildung 122 zeigt die monatlichen Verbräuche 2008. Insgesamt betrug der spezifische Jahresverbrauch in 2007
128
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Erdgeschoss April 2008
von 31.03.2008 bis 01.05.2008
19
18
17
16
15
14
13
[ kW ]
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00
1 Di
2 Mi
3 Do
4 Fr
5 Sa
6 So
7 Mo
8 Di
9 Mi
10 Do
11 Fr
12 Sa
13 So
14 Mo
15 Di
16 Mi
17 Do
18 Fr
19 Sa
20 So
21 Mo
22 Di
23 Mi
24 Do
25 Fr
26 Sa
27 So
28 Mo
29 Di
30 Mi
Apr 08
SZ_13_M (10Min-Leistung)
Sun Jan 25 22:42:57 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 119: Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Erdgeschoss, Frühjahr
2008
Normierte Beleuchtung Foyer 2008
[kWh/m2]
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Abbildung 120: Monatlicher spezifischer Beleuchtungsstromverbrauch im Foyer
129
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Leistung der Beleuchtung im Foyer vom 08. bis 15. Juni 2008
von 07.06.2008 bis 16.06.2008
4,00
3,75
3,50
3,25
3,00
2,75
2,50
[ kW ]
2,25
2,00
1,75
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00
8 So
9 Mo
10 Di
11 Mi
12 Do
13 Fr
14 Sa
15 So
Jun 08
SZ_19_M (Stunden-Leistung)
Tue Jan 27 11:39:26 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 121: Wochenverlauf der Leistung der Beleuchtung im Foyer
ca. 130 kWh/m2 a und in 2008 ca. 108 kWh/m2 a. Ursache für die Reduzierung war ein
geringerer Verbrauch in den Monaten Januar bis April 2008 als im Vergleichszeitraum
des Jahres 2007.
Die Beleuchtung in den Landschaftszimmern wird täglich von 7 bis 18 Uhr betrieben,
montags erst ab 10 Uhr. Ihre spezifische Leistung beträgt maximal 46 W/m2 . Abbildung
123 zeigt den Wochenverlauf der elektrischen Leistungsaufnahme für eine Sommerwoche. Die Leistung betrug jeweils konstant ca. 4,4 kW. Im Unterschied dazu wurde die
Beleuchtung in den Monaten Januar bis April bis 15 Uhr mit einer geringeren Leistung
von etwa 2 kW betrieben. Ende April, im Rahmen eines Ausstellungswechsels, wurde
die Beleuchtung dann auf ein durchgängig konstantes Niveau umgestellt.
5.5.2. Café
Auch im Cafè wird die Beleuchtung ungeregelt betrieben. Der spezifische Verbrauch
liegt bei 8 kWh/m2 a. Betrieben wird die Beleuchtung von 6 bis 22 Uhr, wobei vor und
nach den Öffnungszeiten (9 bis 20 Uhr) des Cafés ein Teil der Beleuchtung ausgeschaltet wird. Die spezifische Leistungsaufnahme betrug maximal 17,5 W/m2 und liegt damit,
bei Berücksichtigung der große Raumhöhe, auf niedrigem Niveau.
130
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Normierte Beleuchtung Landschaftszimmer 2008
2
[kWh/m ]
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Abbildung 122: Monatlicher spezifischer Beleuchtungsstromverbrauch in den Landschaftszimmern
Leistung der Beleuchtung im Landschaftszimmer vom 08. bis 15. Juni 2008
von 07.06.2008 bis 16.06.2008
4,50
4,25
4,00
3,75
3,50
3,25
3,00
[ kW ]
2,75
2,50
2,25
2,00
1,75
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00
8 So
9 Mo
10 Di
11 Mi
12 Do
13 Fr
14 Sa
15 So
Jun 08
SZ_18_M (Stunden-Leistung)
Tue Jan 27 11:47:55 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 123: Wochenverlauf der Leistung der Beleuchtung in den Landschaftzimmern
131
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Normierte Beleuchtung Schoko-Laden 2007
2
[kWh/m ]
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Abbildung 124: Monatlicher spezifischer Stromverbrauch 2007 für die Beleuchtung des
Schokoladen
5.5.3. Schokoladen
Die Beleuchtungsaufgabe im SchokoLaden ist anspruchsvoll, da die Ware so gut wie
möglich präsentiert werden soll. Der Raum verfügt über keinerlei Tageslicht, deshalb
muss die kompelette Beleuchtung durch das Kunstlicht geleistet werden. Daher sind
die Monatsverbräuche der Beleuchtung nicht von der Jahreszeit abhängig, wie aus
Abbildung 124 zu erkennen ist. Der auf 30 Tage normierte Monatsverbrauch liegt immer
zwischen 9 und 11 kWh/m2 , der geringere Verbrauch im Dezember erklärt sich durch
die Feiertage, an denen der Laden geschlossen bleibt.
Der spezifische Jahresverbrauch beträgt 113 bis 120 kWh/m2 a und liegt damit auf sehr
hohem Niveau. Besonders dann, wenn man berücksichtigt, dass die Bezugsfläche auch
den Eingangsbereich mit einbezieht, welcher mit deutlich weniger Beleuchtung ausgestattet ist. Die spezifische Leistung beträgt maximal 24,1 W/m2 . Da dieser Wert durchaus
in einem mit einer normalen Büroanwendung vergleichbaren Bereich liegt, ist der hohe
Stromverbrauch nur durch die lange Laufzeit der Beleuchtung zu begründen. Abbildung 125 zeigt einen typischen Wochenverlauf der Leistungsaufnahme aus dem August 2008. Die Beleuchtung wird von 7 bis 21 Uhr betrieben, die jährliche Öffnungszeit
des SchokoLadens liegen bei 350 Tagen, was eine jährliche Betriebszeit von 4.900 Stunden ergibt. Dies deckt sich sehr gut mit der aus der spezifischen Leistung und dem
spezifischen Jahresverbrauch errechneten Betriebszeit von 5.000 Stunden.
132
5.5
Beleuchtung
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Leistung der Beleuchtung im Schoko-Laden vom 11. bis 18. August 2008
von 10.08.2008 bis 19.08.2008
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
[ kW ]
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00
11 Mo
12 Di
13 Mi
14 Do
15 Fr
16 Sa
17 So
18 Mo
Aug 08
SZ_21_S (Stunden-Leistung)
Tue Jan 27 11:58:35 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 125: Wochenverlauf der Leistung der Beleuchtung im Schokoladen
5.5.4. Schokoausstellung
Für die Schokoausstellung liegen nur wenige monatliche Beleuchtungsstromverbräuche vor. Der zugehörige Stromzähler wurde zwar eingebaut, konnte aber nicht auf
die Gebäudeleittechnik aufgeschaltet werden. Lediglich für die letzten Monate im
Messzeitraum liegen von Hand abgelesene Monatswerte vor. Der Verbrauch steigt von
455 kWh im August 2008 auf 918 kWh im Oktober 2008. Da der maximal mögliche monatliche Verbrauch für die Beleuchtung der Schokoausstellung und des Filmraums, berechnet aus den monatlichen Öffnungsstunden und der installierten Leistung, bei etwa
600 kWh liegt, müssen durch den Zähler noch weitere Verbraucher erfasst werden. Tatsächlich ist aus den Bestandsunterlagen zu entnehmen, dass mit dem Stromzähler auch
der Stromverbrauch der Exponate und des Beamers im Filmraum gezählt wird.
Vor allem der Stromverbrauch des Beamers ist nicht zu vernachlässigen und beeinflusst
die Messung erheblich. Die elektrische Anschlussleistung des Beamers beträgt 460 W. Er
wird während der Öffnungszeiten durchgehend betrieben, so dass sich ein monatlicher
Verbrauch von knapp 190 kWh ergibt. Die nun verbleibende Differenz zum maximal
möglichen Verbrauch, ca. 130 kWh pro Monat, ist der Beleuchtung der Exponate zuzuschreiben. Die Anschlussleistung dieser Beleuchtung würde demnach bei etwa 300 W
liegen.
Der Anstieg des Stromverbrauchs von August bis Oktober könnte damit erklärt werden,
dass das Licht nur bei Bedarf angeschaltet wird.
133
5.6
Hilfsenergie
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
07
O
kt
ob
e
r
N
07
ov
em
be
r
D
07
ez
em
be
r
07
Se
pt
em
be
us
t
r
07
7
Au
g
7
Ju
li
0
i0
Ju
n
ai
07
7
M
il
0
07
z
är
M
ar
ru
r
Fe
b
ua
Ja
n
Ap
r
07
0,0
07
spez. Stromverbrauch [kWh/m2]
2,0
Abbildung 126: Stromverbrauch für die Beleuchtung der Büros im 2. OG des Schokoteils
2007
5.5.5. Büros
Der spezifische Jahresverbrauch für die Beleuchtung der Büros im 2. OG des Schokoteils
ist relativ konstant und beträgt 10,4 bzw. 12,2 kWh/m2 a. Die Werte liegen damit in einem für eine energieeffiziente Beleuchtung mit tageslichtabhänger Regelung üblichen
Bereicht. Auffällig ist aber der Unterschied zwischen den beiden Messjahren bzgl. des
Jahresverlaufs. Während in 2007 noch eine deutliche Minderung des Stromverbrauchs
in den Sommermonaten zu beobachten war, tritt diese in 2008 nicht mehr auf (siehe
Abbildungen 126 und 127).
Die tageslichtabhängige Regelung kann anhand des Leistungsverlaufs nachvollzogen
werden. Abbildung 128 zeigt die mittlere stündliche Leistung für den Monat August
2008 und Abbildung 129 für den November 2008. Tagsüber wird im November etwa
doppelt so viel elektrische Leistung für die Beleuchtung benötigt wie im August. Aus
den Diagrammen ist auch der Grund für den sommerlichen Mehrverbrauch im Jahr
2008 gegenüber 2007 zu erkennen. Die Beleuchtung wird täglich, auch an den Wochenenden, von 18 bis 23 Uhr eingeschaltet. Ein Grund hierfür konnte vom Betreiber
nicht genannt werden. Offensichtlich liegt hier eine Fehlfunktion vor.
5.6. Hilfsenergie
Für die Verteilung der Wärme und Kälte und ihre optimale Nutzung sind sehr viele Pumpen notwendig. Insgesamt wurden im Museum und Schokoteil 34 Umwälzpumpen mit
134
5.6
Hilfsenergie
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
spez. Stromverbrauch [kWh/m2]
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
08
be
r
08
D
ov
em
N
ez
em
be
r
08
er
08
ob
kt
Se
O
pt
em
st
be
r
08
li
08
Ju
Au
gu
08
Ju
Ap
M
ai
ni
08
08
ril
z
är
M
Fe
b
Ja
08
08
ar
ru
nu
ar
08
0,0
Abbildung 127: Stromverbrauch für die Beleuchtung der Büros im 2. OG des Schokoteils
2008
Stündliche Leistung der Beleuchtung im 2.OG des Schokoteils im August 2008
von 01.08.2008 bis 31.08.2008
24
1,80
23
1,75
1,70
22
1,65
21
1,60
1,55
20
1,50
19
1,45
1,40
18
1,35
17
1,30
1,25
16
1,20
15
1,15
1,10
Farbschlüssel [kW]
Stunde
14
13
12
11
10
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
9
0,70
0,65
8
0,60
7
0,55
0,50
6
0,45
5
0,40
0,35
4
0,30
3
0,25
0,20
2
0,15
1
0
1,05
0,10
0,05
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Aug 08
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
0,00
Mon Feb 09 03:10:17 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 128: Mittlere stündliche Leistung der Beleuchtung im 2. OG des Schokoteils
August 2008
135
5.6
Hilfsenergie
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stündliche Leistung der Beleuchtung im 2.OG des Schokoteils im November 2008
von 01.11.2008 bis 30.11.2008
24
1,80
23
1,75
1,70
22
1,65
21
1,60
1,55
20
1,50
19
1,45
1,40
18
1,35
17
1,30
1,25
16
1,20
15
1,15
1,10
Farbschlüssel [kW]
Stunde
14
13
12
11
10
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
9
0,70
0,65
8
0,60
7
0,55
0,50
6
0,45
5
0,40
0,35
4
0,30
3
0,25
0,20
2
0,15
1
0
1,05
0,10
0,05
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Nov 08
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
0,00
Tue Jan 27 12:23:24 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 129: Mittlere stündliche Leistung der Beleuchtung im 2. OG des Schokoteils
November 2008
einer Leistung von bis zu 1,65 kW installiert. Auf Grund der großen Anzahl war eine Einzelerfassung der Pumpen mit Stromzählern nicht möglich. Jedoch wurden Betriebszeit
und Stellbefehl der meisten Pumpen durch die Gebäudeleittechnik aufgezeichnet. Zusammen mit der elektrischen Nennleistung der Pumpen konnte damit eine Abschätzung des Stromverbrauch vorgenommen werden.
Abbildung 130 zeigt den so abgeschätzten Pumpenstromverbrauch für die verschiedenen Teile der haustechnischen Anlagen für das Jahr 2008. Dabei wurden folgende
Teile unterschieden:
• Primäranlagen Heizung: Kesselpumpen und Pumpen zur Nachheizung des Niedertemperatur-Heizungsbereichs
• Primäranlagen Kälte: Pumpen zur Versorgung der Absorptionskältemaschine, für
die Rückkühlung und die Energiepfähle
• Heizung Museum: Verteilerpumpen für die Beheizung des Museums
• Heizung Schokoteil: Verteilerpumpen für die Beheizung des Schokoteils
• Kälte Museum: Pumpen für die Kühlregister im Museum
• Kälte Schokoteil: Pumpe für das Kühlregister im Schokoteil
• Solaranlage: Umwälzpumpe der thermischen Solaranlage
• Warmwasserbereitung: Pumpen für die Beheizung des Warmwasserspeichers im
Museum
136
5.6
Hilfsenergie
[kWh]
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stromverbrauch Pumpen 2008
4500
4000
3500
Solaranlage
WWB Museum
3000
Kälte Museum
2500
Kälte Schoko
Primär Heizung
2000
Primär Kälte
1500
Heizung Schoko
1000
Heizung Museum
500
0
Jan Feb Mär Apr Mai Jun
Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Abbildung 130: Pumpenstromverbrauch 2008
Der Verbrauch wird von zwei Bereichen dominiert: Die Verteilerpumpen für die Heizung und die Pumpen der Kälteerzeugung. Auffällig ist dabei besonders der Verbrauch
der Heizungsverteilung in den Sommermonaten. Obwohl der Verbrauch deutlich abnimmt, bleibt er mit ca. 1.000 kWh pro Monat doch erheblich zu hoch. Da beide Gebäudeteile im Sommer nicht beheizt werden müssen, sollte der Verbrauch bzw. die
Laufzeit der Pumpe fast auf Null absinken. Für den hohen Verbrauch im Sommer sind
die Hochtemperatur-Heizungs-Pumpe für den Schokoteil und die NiedertemperaturHeizungs-Pumpe für den Museumsteil verantwortlich. In beiden Fällen dürfte die Ursache nicht in einem tatsächlichen Wärmebedarf der Gebäudeteile liegen, sondern
durch ein Regelungsproblem induziert sein.
Bei der Kälteerzeugung dominieren wiederum die beiden Pumpen auf der Rückkühlseite der Absorptionskältemaschine. Da die Pumpen nur einen sehr kurzen Leitungsweg
und den inneren Widerstand der Kältemaschine selbst überwinden müssen, ist der hohe Verbrauch nicht ohne weiteres erklärbar. Ein Hinweis liefert die Tatsache, dass in
dem Kreis eine Doppelpumpe eingebaut wurde. Daher ist davon auszugehen, dass
die Leitungen zu klein dimensioniert wurden und somit einen sehr hohen Druckverlust
verursachen.
Auf die Gesamt-Energiebezugsfläche des Gebäudes bezogen ergibt sich ein Pumpenstromverbrauch von 12,5 kWhEE /m2 a bzw. 33,8 kWhPE /m2 a. Trotz der Unsicherheit durch
die Abschätzung über Pumpenlaufzeit, Stellbefehl und maximale Leistung ist dieser
Wert außerordentlich hoch. Eine Optimierung sollte hier dringend durchgeführt werden.
137
5.7
Fördertechnik
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
S t r om v e r b r a uc h d e r W a s s e r a uf be r e i t un g f ü r d i e L ü f t u n g s a n l a g e N o v e m b e r 2 0 0 7 b i s N o v e m b e r 2 0 0 8
von 31.10.2007 bis 02.11.2008
22,5
2,0
20,0
1,9
17,5
1,8
15,0
1,7
1,6
12,5
1,5
10,0
1,4
7,5
1,3
1,2
2,5
1,1
0,0
1,0
-2,5
0,9
-5,0
0,8
[ 0/1, 0/1, 0/1 ]
[ kWh ]
5,0
0,7
-7,5
0,6
-10,0
0,5
-12,5
0,4
-15,0
0,3
-17,5
0,2
-20,0
0,1
-22,5
13 15 17 19 21 23 01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21 23 01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21 23 01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21 23 01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21 23 01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21 23 01 03 05 07 09 11
10 Sa 20 Di 30 Fr 10 Mo 20 Do 30 So 9 Mi 19 Sa 29 Di 8 Fr 18 Mo 28 Do 9 So 19 Mi 29 Sa 8 Di 18 Fr 28 Mo 8 Do 18 So 28 Mi 7 Sa 17 Di 27 Fr 7 Mo 17 Do 27 So 6 Mi 16 Sa 26 Di 5 Fr 15 Mo 25 Do 5 So 15 Mi 25 Sa
Nov 07
Dez 07
Jan 08
Feb 08
Mrz 08
Apr 08
Mai 08
Jun 08
Jul 08
Aug 08
Sep 08
Okt 08
SZ_31_M (Tages-Verbrauch)
D_L_MUSEUM_B_SB03 (Tagesmittel)
D_L_MUSEUM_B_SB02 (Tagesmittel)
0,0
D_L_MUSEUM_B_SB01 (Tagesmittel)
Tue Jan 27 13:37:17 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 131: Tageswerte Stromverbrauch Wasseraufbereitung
SZ_31: Stromverbrauch Wasseraufbereitung, D_L_MUSEUM_B_SB01 bis
03: Freigabe Befeuchter
Die Wasseraufbereitung für die Befeuchter in den Lüftungsanlagen benötigte im Schnitt
in den Wintermonaten ca. 2 kWh elektrische Energie pro Tag, in den Sommermonaten
etwa 0,5 kWh. Allerdings gibt es etliche Tage mit höherem Verbrauch. Diese konzentrieren sich auf vier Abschnitte: Ende November 2007, Anfang April 2008, erste Julihälfte
2008 und August/September 2008 (siehe Abbildung 131). Die Auswertung der ebenfalls
aufgezeichneten Ventilstellungen des Kontaktbefeuchters in der Lüftungsanlage für
das Museum ergibt eine gewissen Zusammenhang zwischen dem höheren Verbrauch
und dem Betrieb des Befeuchters. Die Ursache für den um den Faktor 10 höheren Verbrauch in den genannten Zeitabschnitten lässt sich hierdurch jedoch nicht vollständig
erklären, da auch außerhalb dieser Zeiten Situationen mit einer hohen Befeuchterlaufzeit auftraten, ohne dass dies den Stromverbrauch so deutlich erhöht hätte.
5.7. Fördertechnik
Museum und Schokoteil werden durch insgesamt drei Aufzüge erschlossen. Im Museum wurde ein großer Lastenaufzug eingebaut, der mit seiner Höhe von über 4 m auch
den Transport großer Kunstwerke erlaubt. Er wird gleichzeitig für die Beförderung der
Besucher in das Obergeschoss des Museums genutzt. Im Schokoteil sind zwei Aufzüge
vorhanden, einer verbindet die beiden Geschosse des Besucherzentrums, der andere
erschliesst die Büros im 2. Obergeschoss des Gebäudeteils. Alle drei Aufzüge wurden
als Hydraulikaufzüge ausgeführt.
138
5.7
Fördertechnik
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Stromverbrauch des Aufzuges im Museum
von 31.12.2006 bis 02.01.2009
1.250
1.200
1.150
1.100
1.050
1.000
950
900
850
800
[ kWh ]
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
06 19 08 21 10 23 12 01 14 03 16 05 18 07 20 09 22 11 00 13 02 15 04 17 06 19 08 21 10 23 12 01 14 03 16 05 18 07 20 09 22 11 00 13 02 15 04 17 06 19 08 21 10 23 12 01 14 03 16 05 18 07 20 09 22 11 00 13 02 15 04 17 06 19 08 21
19 Fr 7 Mi 26 Mo 17 Sa 5 Do 24 Di 13 So 1 Fr 20 Mi 9 Mo 28 Sa 16 Do 4 Di 23 So 12 Fr 31 Mi 19 Mo 8 Sa 27 Do 15 Di 3 So 22 Fr 12 Mi 31 Mo 19 Sa 8 Do 27 Di 15 So 4 Fr 23 Mi 11 Mo 30 Sa 18 Do 7 Di 26 So 14 Fr 3 Mi 22 Mo
Jan 07
Feb 07
Mrz 07
Apr 07
Mai 07
Jun 07
Jul 07
Aug 07
Sep 07
Okt 07
Nov 07
Dez 07
Jan 08
Feb 08
Mrz 08
Apr 08
Mai 08
Jun 08
Jul 08
Aug 08
Sep 08
Okt 08
Nov 08
Dez 08
SZ_28_M(Monats-Verbrauch)
Tue Jan 27 14:09:06 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 132: Monatlicher Stromverbrauch Aufzug Museum
5.7.1. Aufzug Museum
Abbildung 132 zeigt den Stromverbrauch des großen Aufzugs im Museum. Der monatliche Stromverbrauch schwankt zwischen 550 und 1.250 kWh pro Monat, wobei bei den
drei Extremwerten davon ausgegangen werden muss, dass Messfehler vorliegen. Eine
Analyse der Tageswerte zeigt, dass erst ab Mitte Juli 2007 verlässliche Werte vorliegen.
Ab August 2007 pendelt sich der monatliche Verbrauch zwischen 750 und 1.000 kWh
ein und bleibt damit in einer relativ schmalen Bandbreite. Der Jahresverbrauch von
November 2008 bis Oktober 2008 beträgt 10,2 MWh bzw. 6,5 kWhEE /m2 a oder
17,6 kWhPE /m2 a jeweils bezogen auf die Fläche des Ausstellungsbereichs. Damit liegt
allein der Stromverbrauch für die Fördertechnik im Bereich des gesamten Beleuchtungsstroms für ein effizientes Bürogebäude.
Ursächlich hierfür ist die Verwendung eines Hydraulikaufzuges. Dieser muss im Gegensatz zu einem Seilaufzug, der durch das Gegengewicht im Wesentlichen die Reibung
der Drehscheibe und der Führung der Aufzugskabine überwinden muss, das gesamte
Gewicht der Aufzugskabine anheben.
5.7.2. Aufzug Schokoausstellung
Für diesen Aufzug gelten die gleichen Ausführungen wie für den Aufzug im Museum. Auch hier sind erst ab Juli 2007 verlässliche Messwerte vorhanden. Ab August
2007 schwankt der monatliche Stromverbrauch zwischen 650 und 850 kWh. Der Mit-
139
5.8
Wasser
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
telwert für die Monate Januar bis Juli 2007, gebildet aus den Zählerständen von Anfang Januar und Ende Juli, beträgt 710 kWh pro Monat und liegt damit in der selben
Größenordnung. Im Zeitraum von November 2007 bis Oktober 2008 wurden 8,8 MWh
Strom verbraucht. Dies entspricht einem spezifischen Verbrauch von 8,4 kWhEE /m2 a
bzw. 22,6 kWhPE /m2 a. Auch hier ist der hohe Verbrauch in der Technik des Aufzugs begründet.
Die Verbräuche von Seilaufzügen, die in zwei anderen Monitoring-Projekten des fbta
ermittelt wurden, liegen zwischen 3 und 7 kWhPE /m2 a (KFWOA06). Ihr Verbrauch ist
damit nur 1/3 bis 1/8 so hoch wie der hier gemessene Wert.
5.7.3. Aufzug Büros
Hier liegt der monatliche Stromverbrauch im Schnitt bei etwa 22 kWh. Bezogen auf die
Fläche des Verwaltungsteils von 492 m2 ist der spezifische Verbrauch mit 0,6 kWhEE /m2 a
bzw. 1,6 kWhPE /m2 a sehr niedrig. Dies liegt aber vermutlich nicht an einer effizienteren
Aufzugstechnik sondern in der Tatsache begründet, dass der Aufzug so langsam ist,
dass er kaum benutzt wird.
5.8. Wasser
Der Wasserverbrauch wird durch insgesamt 8 Wasserzähler erfasst. Diese wurden monatlich von Hand abgelesen und in Tabellenform an das fbta übermittelt. In Abbildung
133 wird der monatliche Verbrauch im Museum über zwei Jahre dargestellt. Der monatliche, aus dem Jahresverbrauch gemittelte, Gesamtverbrauch des Museumsteils liegt
etwa 100 m3 . Dabei ist eine deutliche jahreszeitliche Schwankung mit Spitzen in den
Sommer und Wintermonaten zu erkennen.
Über die Unterzähler werden nur die Wasserbräuche in WCs, Teeküchen, Putzräumen
und der Küche des Cafés vollständig erfasst. Die Zählerdaten der beiden Unterzähler
für das aufbereitete Wasser, das in den Lüftungsanlagen verbraucht wird, liegen nur
bruchstückhaft vor. Eine Auswertung der erfassten Monate zeigt, dass diese beiden
Verbraucher im Wesentlichen für den restlichen Wasserverbrauch verantwortlich sind.
Ansatzweise wird daraus auch erkennbar, dass die Lüftungsanlage im Museum durch
die Befeuchtung der Zuluft im Winter und die Lüftungsanlage im Schokoteil für die indirekte adiabate Kühlung im Sommer den Verbrauch induzieren. Der hohe Verbrauch im
Sommer 2008 kann dadurch allerdings nicht erklärt werden, da die indirekte adiabate
Kühlung in diesem Sommer nicht in Betrieb war.
Abbildung 134 zeigt den Verbrauch im Schokoteil. Dieser liegt im Schnitt der zwei betrachteten Jahre bei 86 m3 pro Monat und damit niedriger als im Museum. Die Werte
140
5.9
Raumklima
[m3]
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Wasserverbrauch
Schokoladen
Klimaanlage nach
Osmoseanlage
180
160
140
Museum
Klimaanlage nach
Osmoseanlage
120
WW Ausstellung
100
WW Cafe
80
60
KW Cafe
40
20
KW Ausstellung
N
ov
D 0
ez 6
Ja 06
n
Fe 07
b
M 0
är 7
Ap 07
r
M 07
ai
Ju 07
n
Ju 07
Au l 0
g 7
Se 0
p 7
O 07
k
N t0
ov 7
D 0
ez 7
Ja 07
n
Fe 08
b
M 0
är 8
Ap 08
r
M 08
ai
Ju 08
n
Ju 08
Au l 0
g 8
Se 0
p 8
O 08
kt
08
0
Hauptzähler
Museum
Abbildung 133: Wasserverbrauch im Museum von November 2006 bis Oktober 2008
der Unterzähler liegen hier nicht vor, so dass eine Zuordnung zu den einzelnen Bereichen nicht möglich ist. Hauptverbraucher dürften jedoch die WCs im Erdgeschoss und
die Schokoladenwerkstatt sein. Die WCs sind durch die Kunden des Schokoladens hoch
frequentiert und die Schokoladenwerkstatt benötigt viel Wasser für die Reinigung der
zur Schokoladenherstellung benutzten Geräte.
5.9. Raumklima
Die Einhaltung des Raumklimas in den Ausstellungsräumen des Museumsteils war die
wichtigste Aufgabe, die vom Energiekonzept zu erfüllen war. Die strengen Sollwerte
mit sehr engen Bandbreiten durften zu keiner Zeit des Jahres über- oder unterschritten
werden. Auch im SchokoLaden durfte die Raumtemperatur auf Grund des empfindlichen Produkts eine Temperatur von 24 °C auf keinen Fall überschreiten. In den übrigen
Räumen des Gebäudes waren die Anforderungen niedriger angesetzt.
5.9.1. Ausstellungsräume
Die Temperatur und Feuchte in den Ausstellungsräumen wird von der Museumsleitung
kontinuierlich durch mechanische Schreiber überwacht. Besonders im ersten Betriebsjahr 2006 traten oft Probleme hinsichtlich Temperatur und Feuchte auf. Abbildung 135
zeigt die Jahresdauerlinie für die Temperatur in den fünf Ausstellungsräumen und Abbildung 136 die Jahresdauerlinie der relativen Feuchte.
141
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Schokoladen Hauptzähler
[m3]
180
160
140
120
100
80
60
40
20
Fe 07
b
M 07
är
0
Ap 7
r
0
M 7
ai
07
Ju
n
0
Ju 7
l0
Au 7
g
Se 07
p
0
O 7
kt
N 07
ov
D 07
ez
0
Ja 7
n
Fe 08
b
M 08
är
0
Ap 8
r
0
M 8
ai
08
Ju
n
0
Ju 8
l0
Au 8
g
Se 08
p
0
O 8
kt
08
06
n
Ja
ez
D
N
ov
06
0
Abbildung 134: Wasserverbrauch im Schokoteil von November 2006 bis Oktober 2008
Mittlere Raumtemperatur 2007
[C°]
25
24
23
Ausstellung 1
22
Ausstellung 2
Ausstellung 3
21
Ausstellung 4
20
Grafisches
Kabinett
19
18
0
50
0
10
00
15
00
20
00
25
00
30
00
35
00
40
00
45
00
50
00
55
00
60
00
65
00
70
00
75
00
80
00
[h]
Abbildung 135: Jahresdauerlinie 2007 der Raumtemperatur in den Ausstellungsräumen
142
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Relative Luftfeuchte 2007
[%]
75
70
Ausstellung 1
65
Ausstellung 2
60
Ausstellung 3
55
Ausstellung 4
Grafisches
Kabinett
50
45
40
0
50
0
10
00
15
00
20
00
25
00
30
00
35
00
40
00
45
00
50
00
55
00
60
00
65
00
70
00
75
00
80
00
85
00
[h]
Abbildung 136: Dauerlinie der relativen Luftfeuchte in den Ausstellungsräumen 2007
Aus der Dauerlinie der Temperatur kann abgelesen werden, dass die Lufttemperatur
2007 in zwei der fünf Ausstellungsräumen für ca. 2.000 bzw. sogar 3.500 Stunden oberhalb der Maximaltemperatur von 22 °C lag. In drei weiteren Räumen war die Lufttemperatur für 1.500 bis 3.000 Stunden unterhalb der Mindesttemperatur von 20 °C. Entsprechend ist die relative Feuchte in den zu warmen Räumen zu niedrig und in den kalten
Räumen zu hoch.
Besonders auffällig ist der Ausstellungsraum 3 und das Grafische Kabinett. Die beiden
Räume liegen direkt nebeneinander und stehen über zwei raumhohe, etwa 2 m breite
Öffnungen im Luftverbund (s. Abbildung 4). Trotzdem weisen sie die größte Temperaturund Feuchtedifferenz aller fünf betrachteten Räume auf. Auf Grund der Lage und Verbindung der beiden Räume ist dies jedoch kaum möglich. Daher muss davon ausgegangen werden, dass hier ein Messfehler einer der beiden kombinierten Temperaturund Feuchtefühler vorliegt. Abbildung 137 zeigt den Verlauf der Stundenmittelwerte
der Lufttemperatur in den vier Ausstellungsräumen des Obergeschosses für den Juli
2007. Die Temperaturen in drei der vier Räume liegen eng zusammen, nur die Temperatur im Ausstellungsraum 3 weicht deutlich um etwa 2 K nach oben ab. Daher kann
davon ausgegangen werden, dass die Temperatur hier falsch gemessen wird.
Dieser Messfehler spiegelt sich auch, wenn auch nicht so deutlich, in den Messwerten
für die relative Feuchte wieder. Die Raumfeuchte im Ausstellungsraum 3 ist ca. 4 % niedriger als der Mittelwert aus den Ausstellungsräumen 2 und 4. Der Messwert im Grafischen
Kabinett weicht dagegen um etwa 5 % nach oben ab.
143
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Lufttemperatur der Ausstellungsräume im Obergeschoss Juli 2007
von 01.07.2007 bis 01.08.2007
24,00
23,75
23,50
23,25
23,00
22,75
22,50
22,25
22,00
21,75
[ °C ]
21,50
21,25
21,00
20,75
20,50
20,25
20,00
19,75
19,50
19,25
19,00
18,75
18,50
18,25
18,00
10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20
1 So
2 Mo
3 Di
4 Mi
5 Do
6 Fr
7 Sa
8 So
9 Mo
10 Di
11 Mi
12 Do
13 Fr
14 Sa
15 So 16 Mo
17 Di
18 Mi
19 Do
20 Fr
21 Sa
22 So 23 Mo
24 Di
25 Mi
26 Do
27 Fr
28 Sa
29 So 30 Mo
31 Di
Jul 07
T_FUE_MOG103__MW (Stundenmittel)
T_FUE_MOG105__MW (Stundenmittel)
T_FUE_MOG113__MW (Stundenmittel)
T_FUE_MOG114__MW (Stundenmittel)
Tue Jan 27 14:29:29 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 137: Stundenmittelwerte der Raumtemperatur in den Ausstellungsräumen
im Obergeschoss, Juli 2007
T_FUE_MOG103: Ausstellung 4, MOG105: Ausstellung 2, MOG113: Ausstellung 3, MOG114: Graf. Kabinett
Insgesamt zeigen sich die eingesetzten kombinierten Temperatur- und Feuchtefühler als
wenig zuverlässig. Sie wurden auf Wunsch der Bauherrschaft als Mini-Fühler ausgeführt,
die kaum sichtbar in der Wand eingebaut wurden. Erschwerend kommt hinzu, dass sie
im Zuge von Ausstellungsumbauten häufig mit Farbe überstrichen werden. Eine zuverlässige Regelung wird damit erschwert. Einzelne Kalibrierungsmessungen haben aber
gezeigt, dass die Fühler die Raumlufttemperatur richtig erfassen. Sie werden nicht oder
kaum durch die Temperatur der Wände beeinflusst, messen also keine operative Raumtemperatur.
2008 zeigt sich ein ähnliches, wenn auch hinsichtlich der Einhaltung der Temperaturwerte leicht verbessertes Bild. Geht man davon aus, dass die erhöhte Temperatur im
Ausstellungsraum 3 auf eine fehlerhafte Messung zurückzuführen ist, liegen die Temperaturen zumeist im Sollbereicht. Die zu niedrige Temperatur im Grafischen Kabinett
kann ebenfalls mit dem Messfehler im Ausstellungsraum 3 erklärt werden, da die Zuluft
für beide Räume gemeinsam geregelt wird. Dadurch wird der Luftvolumenstrom, trotz
Erreichen der Solltemperatur, von der Regelung erhöht und somit die Raumtemperatur
unter Solltemperatur abgesenkt.
Die relative Feuchte war im Messjahr 2008 im Mittelbereich recht stabil. Allerdings zeigt
sie an beiden Enden der Dauerlinie erhebliche Abweichungen vom Sollwert. Die Abweichung nach unten ist vom Betreiber gewollt. Seit Anfang November 2008 wurde
der Sollwert auf 30 % Luftfeuchte eingestellt. Hintergrund ist, dass offensichtlich Schä-
144
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Mittlere Raumtemperatur 2008
[C°]
25
24
Ausstellung 1
23
Ausstellung 2
22
Ausstellung 3
21
Ausstellung 4
Grafisches
Kabinett
20
19
18
0
50
0
10
00
15
00
20
00
25
00
30
00
35
00
40
00
45
00
50
00
55
00
60
00
65
00
70
00
75
00
80
00
85
00
[h]
Abbildung 138: Jahresdauerlinie der Raumtemperatur in den Ausstellungsräumen 2008
Relative Luftfeuchte 2008
[%]
75
70
Ausstellung 1
65
Ausstellung 2
60
Ausstellung 3
55
Ausstellung 4
50
Grafisches
Kabinett
45
[h]
50
0
10
00
15
00
20
00
25
00
30
00
35
00
40
00
45
00
50
00
55
00
60
00
65
00
70
00
75
00
80
00
0
40
Abbildung 139: Dauerlinie der relativen Luftfeuchte in den Ausstellungsräumen 2008
145
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Raumfeuchte der Austellungsräume und Betrieb der Kompressionskältemaschine Juni 2008
von 01.06.2008 bis 01.07.2008
80
1,00
75
0,95
0,90
70
0,85
65
0,80
0,75
60
0,70
55
0,65
0,60
0,55
45
0,50
40
[ 0/1 ]
[ °C, % ]
50
0,45
35
0,40
0,35
30
0,30
25
0,25
20
0,20
0,15
15
0,10
10
5 00
0,05
10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14 00 10 20 06 16 02 12 22 08 18 04 14
1 So
2 Mo
3 Di
4 Mi
5 Do
6 Fr
7 Sa
8 So
9 Mo
10 Di
11 Mi 12 Do
13 Fr
14 Sa 15 So 16 Mo 17 Di
18 Mi 19 Do
20 Fr
21 Sa 22 So 23 Mo 24 Di
25 Mi 26 Do
27 Fr
28 Sa 29 So 30 Mo
Jun 08
X_FUE_MEG_20__MW (Stundenmittel)
T_SP_8 (Stundenmittel)
X_FUE_MOG105__MW (Stundenmittel)
X_FUE_MOG113__MW (Stundenmittel)
X_FUE_MOG103__MW (Stundenmittel)
0,00
X_FUE_MOG114__MW (Stundenmittel)
C8_K_KKM_BM (Stundenmittel)
Tue Jan 27 15:20:52 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 140: Feuchte, Kaltwasser-Vorlauftemperatur und Betrieb der Kompressionskältemaschine im Juni 2008
X_FUE_...: rel. Feuchte Ausstellungsräume, T_SP_8: Temperatur Kältespeicher, C8_K_KKM_BM: Betrieb Kompressionskälte
den an Kunstwerken durch eine zu hohe Luftfeuchte auftraten. Zudem sind große Abweichungen zwischen den von der Regelung erfassten Feuchtewerte und den mit den
aufgestellten Schreibern gemessenen aufgetreten.
Im Gegensatz zu dieser gewollten Abweichung nach unten ist die Abweichung nach
oben nicht durch Messfehler oder geänderte Einstellungen zu erklären. Hier liegt vielmehr eine Fehlbedienung der Anlage vor. Die Kompressionskältemaschine wurde im
Sommer 2008 von Hand ein- und ausgeschaltet. Allerdings erfolgte das Einschalten
bei wechselnden Witterungsbedingungen mehrfach zu spät, so dass die KaltwasserVorlauftemperatur trotz ausreichend vorhandener installierter Kühlleistung Werte von
bis zu 20 °C erreichte. Mit dieser hohen Vorlauftemperatur konnte dann keine Entfeuchtung der Zuluft mehr erzielt werden. Wie aus Abbildung 140 zu entnehmen ist, konnte
die Feuchte bei eingeschalteter Kompressionskältemaschine gegen Ende des Monats
weitgehend im Sollbereich gehalten werden.
Die beiden Landschaftszimmer wurden bei dieser Auswertung getrennt von den übrigen Ausstellungsräumen betrachtet, da sie über Fenster verfügen und dadurch mit
wechselnden solaren Lasten beaufschlagt werden. Während diese in den Ausstellungsräumen durch die hoch reflektierenden Lamellen und die Sonnenschutzverglasung reduziert bzw. von der Lüftungsanlage direkt abgeführt werden, ist das installierte Sonnenschutzsystem in den Landschaftszimmern besonders durch seine Windanfälligkeit
weit weniger effektiv.
146
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Mittlere Raumtemperatur 2007
[C°]
30
28
26
24
22
20
00
00
85
80
00
75
00
00
70
00
65
00
60
00
Landschaftszimmer 1
55
00
50
00
45
00
40
00
35
00
30
00
25
00
20
00
15
10
0
[h]
50
0
18
Landschaftszimmer 2
Abbildung 141: Jahresdauerlinie 2007 der Raumtemperatur in den Landschaftszimmern
Darüber hinaus ist der Anteil der verglasten Fläche bezogen auf die Raumfläche sehr
viel höher als in den Ausstellungsräumen. Dort beträgt der Faktor Fensterfläche zu Raumfläche 1, wenn er auf die Brutto-Fensterfläche bezogen wird. Das Landschaftszimmer
1 hat eine Grundlfläche von 40 m2 und eine Brutto-Fensterfläche von ca. 60 m2 , was
einen Faktor von etwa 1,5 ergibt. Das Landschaftszimmer 2 hat durch seine größere
Grundfläche und eine nicht vollständig verglaste Fassade einen etwas kleineren Faktor
von 1,3.
Zudem wurden der Temperatur- und Feuchtefühler in den Landschaftszimmern nicht in
1,5 m Höhe angebracht, sondern knapp unter der Decke. Dadurch ist die gemessene
Temperatur tendenziell höher als in den Ausstellungräumen, da sich durch die Quelllüftung eine Temperaturschichtung über die Raumhöhe einstellt.
Abbildungen 141 und 142 zeigen die Jahresdauerlinien der Lufttemperatur in den beiden Landschaftszimmern für die Jahre 2007 und 2008. Auffällig ist das grundsätzlich
höhere Temperaturniveau im Landschaftszimmer 1. Es kann aber durch den hohen
Fensteranteil und die Südausrichtung der Fassade leicht erklärt werden. Daneben fällt
der Unterschied der Kurven im Landschaftszimmer 1 der beiden Messjahre auf. In 2008
konnte die Temperatur erheblich besser eingehalten werden. Hier treten nur noch 900
Überschreitungsstunden über 22 °C auf, über 23 °C sogar nur 300, während es in 2007
noch über 3.000 bzw. 1.900 Stunden waren.
Aus dem Verlauf der Raumtemperatur, Außentemperatur, Zulufttemperatur und des Zuluftvolumenstroms für den Monat Juli beider Messjahre kann keine Erklärung für dieses
147
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Mittlere Raumtemperatur 2008
[C°]
30
28
26
24
22
20
Landschaftszimmer 1
00
80
00
00
75
70
00
00
65
60
00
00
55
50
00
45
00
00
40
35
00
00
30
25
00
00
20
15
00
10
0
[h]
50
0
18
Landschaftszimmer 2
Abbildung 142: Jahresdauerlinie 2008 der Lufttemperatur in den Landschaftzimmern
Verhalten gefunden werden (s. Abbildung 144). Ende Juli 2007 steigt die Raumtemperatur sprunghaft auf 23 bis 25 °C, an obwohl sowohl Außenlufttemperatur als auch
Zulufttemperatur eher sinken. Mitte des Monats sind Außentemperatur und Zulufttemperatur wesentlich höher und trotzdem kann die Raumtemperatur weitgehend im Sollbereich gehalten werden. Im Juli 2008 ist die Zulufttemperatur zwar insgesamt niedriger,
dafür wurde aber auch der Zuluftvolumenstrom gesenkt. Dennoch bleibt die Raumtemperatur, bei ähnlich hohen Außentemperaturen, im Sollbereich. In wieweit dieses
Verhalten durch den Betrieb des Sonnenschutzes verursacht wird, lässt sich leider nicht
prüfen, da hierzu keine Messdaten vorliegen.
Ein Ansatz für eine Erklärung ist die Betrachtung des primären Kühlsystems des Raumes,
der Fußbodenkühlung. Hier zeigt sich, dass die Vorlauftemperatur der Fußbodenkühlung bzw. -heizung im ganzen Juli 2007 über 30 °C lag. Der Raum wurde somit auch in
der Zeit über den Fußboden beheizt, in der die Raumtemperatur zu hoch lag und somit eine Kühlung notwendig gewesen wäre. 2008 verläuft die Vorlauftemperatur dynamisch und an die Raumtemperatur angepasst, wobei der Raum aber auch in diesem
Zeitraum eher zuviel beheizt wird.
5.9.2. SchokoLaden
Aufgrund der empfindlichen Ware ist die Einhaltung der Raum-Solltemperatur im SchokoLaden ebenfalls von hoher Priorität. Vor allem sind die Auswirkungen von Temperatu-
148
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
R a um kl i m a L an ds cha fts zi mm e r 1 , J u li 2 00 7
von 01.07.2007 bis 01.08.2007
1.500
65,0
1.400
62,5
1.300
60,0
1.200
57,5
1.100
55,0
52,5
900
50,0
800
47,5
700
45,0
600
42,5
500
40,0
400
37,5
300
35,0
200
32,5
100
30,0
0
27,5
-100
25,0
-200
22,5
20,0
-300
17,5
-400
15,0
-500
12,5
-600
10,0
-700
-800
[ °C, °C, °C ]
[ m³/h ]
1.000
7,5
02 13 00 11 22 09 20 07 18 05 16 03 14 01 12 23 10 21 08 19 06 17 04 15 02 13 00 11 22 09 20 07 18 05 16 03 14 01 12 23 10 21 08 19 06 17 04 15 02 13 00 11 22 09 20 07 18 05 16 03 14 01 12 23 10 21
2 Mo
3 Di
4 Mi
5 Do
6 Fr
7 Sa
8 So
9 Mo
10 Di
11 Mi 12 Do 13 Fr
14 Sa 15 So 16 Mo 17 Di
18 Mi 19 Do 20 Fr
21 Sa 22 So 23 Mo 24 Di
25 Mi 26 Do 27 Fr
28 Sa 29 So 30 Mo 31 Di
Jul 07
VSR_MOG107__MW_ZU (Stundenmittel)
T_FUE_MOG107__MW (10Min-Mittel)
T_L_MUSEUM_AU (10Min-Mittel)
T_AT_C05 (10Min-Mittel)
Tue Jan 27 16:31:24 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 143: Raumtemperatur, Außentemperatur, Zulufttemperatur und Zuluftvolumenstrom im Landschaftszimmer 1, Juli 2007
VSR_MOG107__MW_ZU: Zuluftvolumenstrom, T_FUE_MOG107__MW:
Raumtemperatur, T_L_MUSEUM_AU: Außenlufttemperatur RLT Museum,
T_AT_C05: Außentemperatur
R a um kl i m a L an ds cha fts zi mm e r 1 , J u li 2 00 8
von 01.07.2008 bis 01.08.2008
1.500
65,0
1.400
62,5
1.300
60,0
1.200
57,5
55,0
1.000
52,5
900
50,0
800
47,5
700
45,0
600
42,5
500
40,0
400
37,5
300
35,0
200
32,5
100
30,0
0
27,5
-100
25,0
-200
22,5
20,0
-300
17,5
-400
15,0
-500
12,5
-600
10,0
-700
-800
[ °C, °C, °C ]
[ m³/h ]
1.100
7,5
03 14 01 12 23 10 21 08 19 06 17 04 15 02 13 00 11 22 09 20 07 18 05 16 03 14 01 12 23 10 21 08 19 06 17 04 15 02 13 00 11 22 09 20 07 18 05 16 03 14 01 12 23 10 21 08 19 06 17 04 15 02 13 00 11 22
2 Mi
3 Do
4 Fr
5 Sa
6 So
7 Mo
8 Di
9 Mi
10 Do 11 Fr
12 Sa 13 So 14 Mo 15 Di
16 Mi 17 Do 18 Fr
19 Sa 20 So 21 Mo 22 Di
23 Mi 24 Do 25 Fr
26 Sa 27 So 28 Mo 29 Di
30 Mi 31 Do
Jul 08
VSR_MOG107__MW_ZU (Stundenmittel)
T_FUE_MOG107__MW (10Min-Mittel)
T_L_MUSEUM_AU (10Min-Mittel)
T_AT_C05 (10Min-Mittel)
Tue Jan 27 16:37:23 CET 2009 geb_admin an MuRi
Abbildung 144: Raumtemperatur, Außentemperatur, Zulufttemperatur und Zuluftvolumenstrom im Landschaftszimmer 1, Juli 2008
VSR_MOG107__MW_ZU: Zuluftvolumenstrom, T_FUE_MOG107__MW:
Raumtemperatur, T_L_MUSEUM_AU: Außenlufttemperatur RLT Museum,
T_AT_C05: Außentemperatur
149
5.9
Raumklima
5
ERGEBNISSE DES MONITORINGS
Ablufttemperaturen
[C°]
25
24
23
22
21
20
19
2008
80
00
75
00
70
00
65
00
60
00
55
00
50
00
45
00
40
00
35
00
30
00
25
00
20
00
15
00
10
00
[h]
50
0
0
18
2007
Abbildung 145: Jahresdauerlinien 2007 und 2008 der Ablufttemperatur im SchokoLaden
Temperatur
20 °C
22 °C
23 °C
25 °C
Maximum
Mittelwert
Überschreitungsstunden 2007
6.751
2.109
879
8
25,2
21,3
Überschreitungsstunden 2008
6.743
1.531
243
0
24,2
21,1
Tabelle 19: Überschreitungsstunden im SchokoLaden
rüberschreitungen dort sehr unmittelbar. Im Extremfall kann es zu einer Schließung des
Ladens kommen, da die Ware sich nicht mehr in einem verkaufsfähigen Zustand befindet. Die Temperatur im SchokoLaden soll laut Raumbuch zwischen 18 und 22 °C liegen,
die eingestellte Soll-Ablufttemperatur beträgt 21 °C.
Die Überschreitungsstunden und die Maximaltemperatur für 2007 und 2008 können Tabelle 19 entnommen werden. Die Ablufttemperatur liegt meist über 20 °C und auch
oft über 22°C. Im Gegensatz zu 2007 war die Temperatur 2008 jedoch nur an relativ
wenigen Stunden im Jahr höher als 23 °C.
5.9.3. Büros
Für die Büros im 2. Obergeschoss des Schokoteils war in der ursprünglichen Planung keine Lüftungsanlage vorgesehen. Nach häufigen Beschwerden durch die Nutzer wurde
150
6
Temperatur
24 °C
25 °C
26 °C
Maximum
Überschreitungsstunden 2007
572
147
20
26,6
WISSENSTRANSFER
Überschreitungsstunden 2008
571
44
0
25,5
Tabelle 20: Überschreitungsstunden und Maximaltemperatur im Verwaltungsbereich
jedoch im Sommer 2007 eine Anlage nachgerüstet und diese im Herbst 2007 in Betrieb
genommen. In Tabelle 20 werden Überschreitungsstunden und Maximaltemperatur für
den Verwaltungsteil dargestellt. Dabei wurde ein Mittelwert aus den Messwerten der 7
in diesem Bereich vorhandenen Temperaturfühler gebildet.
Die Übersicht zeigt, dass im Verwaltungsteil auch ohne die Lüftungsanlage sehr gute
Bedingungen herrschten. Nur an 20 Stunden im Jahr wurde eine Temperatur von 26 °C
überschritten, die Maximaltemperatur betrug lediglich 26,6 °C. Auch die Einzelbetrachtung der Temperaturfühler ergibt kaum schlechtere Werte mit einer maximal gemessen
Temperatur von 28,5 °C und etwas mehr als 100 Stunden über 26 °C.
Die Nachrüstung der Lüftungsanlage war daher eher auf Grund des winterlichen Komforts notwendig. Der Großteil der Mitarbeiter befindet sich in zwei Großraumbüros mit
jeweils etwa 8 bis 10 Arbeitsplätzen. Durch die raumhohen Fenster konnte im Winter nur
unter Inkaufnahme von erheblichen Zugerscheinungen gelüftet werden.
6. Wissenstransfer
Ein Ziel des Forschungsprogramms EnOB ist die Bereitstellung der aus den Projekten
gewonnenen Erkenntnisse für weitere Anwendungen bzw. ihre Umsetzung in der Praxis. Hierzu wurde eine eigene Projektpräsentation im Internet erstellt. Diese ist unter
www.fbta.uni-karlsruhe.de/ritter erreichbar. Außerdem wurden Daten für den Internetauftritt des Forschungsprogramms unter www.enob.info aufbereitet und zur Verfügung
gestellt, ebenso für den Projektflyer.
Studenten wurden als Mitarbeiter im Projekt bei der Auswertung und grafischen Aufbereitung und bei der Datenerfassung zum Einsatz, so dass ein Wissenstransfer in die Lehre
gegeben war. In einer Studienarbeit (EKM08) wurden die Energiekonzepte verschiedener Museum beschrieben und die grundsätzlichen Anforderungen an das Raumklima
in einem Museum diskutiert (siehe auch Kapitel 2). In Vorlesungen und Vorträgen wurde das Energiekonzept des Museums dargestellt und die Ergebnisse des Monitorings
erläutert.
Neben den in Tabelle 21 genannten Veröffentlichen ist noch ein ausführlicher Artikel
speziell über das Thema solare Kühlung in einer Fachzeitschrift vorgesehen.
151
7
FAZIT UND AUSBLICK
Veröffentlichungen
Th. Knapp: Solare Kühlung im Museum Ritter Waldenbuch, Beitrag für
Tagungsband des 5. Symposiums “Solares Kühlen in der Praxis”, zafh,
Stuttgart, 14. und 15. April 2008
Th. Knapp, A. Wagner: Renewable Energy for Exhibiting Modern Art - the
Museum Ritter in Waldenbuch, Germany, Poster for EUROSUN 2008 ISES, IEA
SHC Conference, Lisbon, 7th to 10th October 2008
Th. Knapp, A. Wagner: Monitoring and optimizing the energy performance
of the Museum Ritter in Waldenbuch, Germany, proceedings of EUROSUN
2008 ISES, IEA SHC Conference, Lisbon, 7th to 10th October 2008
Th. Knapp: Solare Kühlung im Museum Ritter Waldenbuch, angenommenes
Paper für das 19. Symposium Thermische Solarenergie, OTTI, Bad
Staffelstein, 6. bis 8. Mai 2009
Th. Knapp, A. Wagner: Monitoring and optimizing the energy performance
of the Museum Ritter in Waldenbuch, Germany, accepted Paper for 4th
International Building Physics Conference, Istanbul, 15th to 18th June 2009
Vorträge
Th. Knapp: Solare Kühlung im Museum Ritter Waldenbuch, Vortrag, 5.
Symposium “Solares Kühlen in der Praxis”, zafh, Stuttgart, 14. April 2008
Th. Knapp: Museum Ritter: Energiekonzept und Monitoring, Vortrag, Sitzung
des Arbeitskreises für Maschinen und Anlagen in der Süßwarenindustrie,
Thema “Energie und Umwelt”, Waldenbuch, 24. September 2008
Th. Knapp: Monitoring Museum Ritter: Projektvorstellung und Ergebnisse,
Vortrag, EnOB-Symposium: Auf dem Weg zu Nullenergie-Gebäuden, ptj,
BMWi, Dresden, 2. Oktober 2008
Tabelle 21: Publikationen und Vorträge
7. Fazit und Ausblick
7.1. Fazit
Mit dem anspruchsvollen Energiekonzept im Museum Ritter sollte eine weitgehend regenerative Energieversorgung eines Museums, in dem die hohen Anforderungen an
das Raumklima per se einen hohen Energiebedarf induzieren, realisiert werden. Nach
zwei Jahren Monitoring muss festgehalten werden, dass das Ziel nicht erreicht werden
konnte. Der Primärenergieverbrauch des Museums liegt mit über 500 kWh/m2 a in 2007
bzw. ca. 430 kWh/m2 a in 2008 weit über den projektierten Werten. Auf das Gesamtgebäude bezogen war der Primärenergieverbrauch 2008 mit 343 kWh/m2 a, trotz einiger
Verbesserungen gegenüber 2007, immer noch mehr als doppelt so hoch wie der mit
DIN V 18599 berechnete Energieverbrauch.
Trotz dieses ungünstigen Gesamtergebnisses können auch Erfolge benannt werden.
Durch das intensive Monitoring wurde die mangelhafte Leistung der Absorptionskältemaschine detailliert dokumentiert. Die dem Bauherrn zur Verfügung gestellten Mess-
152
7.2
Mögliche weitere Optimierungsmaßnahmen
7
FAZIT UND AUSBLICK
ergebnisse ermöglichten es, dem Hersteller der Absorptionskältemaschine nachzuweisen, dass die Ursache hierfür größtenteils in der Maschine selbst zu suchen war. Dadurch
wurde erreicht, dass eine Reparatur der Maschine durch den Hersteller erfolgte. Nach
der Instandsetzung erreichte die Maschine im Sommer 2008 eine gute thermische Leistungszahl, der Betrieb der zweiten Kältemaschine konnte auf ein Minimum reduziert
werden. Während diese im Jahr 2007 noch 100 MWh Kälte produzieren musste, sank ihre Kälteproduktion 2008 auf ein Fünftel, nur noch etwa 20 MWh. Gleichzeitg wurde die
Kälteproduktion mit der Absorptionskältemaschine deutlich erhöht.
Leider wird die gute thermische Bilanz der eingesetzten Absorptionskältemaschine durch
ihren sehr hohen Eigenstromverbrauch getrübt. Auch bei optimalem thermischem Wirkungsgrad kann dadurch nur schwer eine deutliche Einsparung von nicht erneuerbarer Primärenergie erzielt werden. Neben dem Eigenstromverbrauch verschlechtert
auch der höhere Hilfsenergieverbrauch für die Rückkühlung und die Bereitstellung der
Antriebswärme die Bilanz gegenüber einer Kompressionskältemaschine zusätzlich. Da
auch der Anteil der aus Solarthermie gewonnenen Antriebswärme viel kleiner ist als
ursprünglich geplant, wird nur eine geringe Primärenergieeinsparung erreicht.
Diese Ausführungen machen deutlich, wie wichtig eine sorgfältige, energieeffiziente
Planung und Ausführung einer solaren Kühlung ist. Da viele zusätzliche Bauteile gegenüber einer Kompressionskälteerzeugung notwendig sind, muss jedes dieser Teile in
seinem Energieverbrauch optimiert werden. Im Museum Ritter kommt zur der an sich
schon komplexen solaren Kühlung noch die höchst komplexe hydraulische Verschaltung der Heiz- und Kühlanlagen hinzu. Im Bestreben, alle Energieströme im Gebäude
möglichst optimal auszunutzen und die investitionskostenintensiven Bauteile bestmöglich auszulasten, wurde eine eng verzahnte Hydraulik geplant und umgesetzt. Diese
besitzt sehr viele mögliche Betriebszustände, die von der Regelung richtig erkannt und
geregelt werden müssen. Hierbei treten immer wieder unvorhergesehene Betriebszustände auf, die teilweise zu großen Energieverlusten führen.
Durch das intensive Monitoring des Gebäudes wurden neben Möglichkeiten den Energieverbrauch zu verringern auch Verbesserungen für den eigentlichen Gebäudebetrieb gefunden. In die Lüftungsanlage für den Ausstellungsbereich wurden nachträglich größere Ventilatoren und Motoren eingebaut um die Luftmenge zu erhöhen. Dadurch sollte, neben der Schaffung von Leistungsreserven, eine bessere Regelbarkeit
der Anlage erreicht werden. Die Auswertung der Luftmengen hat jedoch gezeigt, dass
diese nicht bzw. nur unwesentlich erhöht wurden. Durch eine Nachregulierung der Volumenstromregler kann hier ohne großen Aufwand eine Optimierung erzielt werden.
7.2. Mögliche weitere Optimierungsmaßnahmen
Über die vor allem im Bereich der Kälteerzeugung erfolgte Anlagenoptimierung hinaus konnten vor allem im Museumsteil noch einige weitere mögliche Einsparpotentiale
153
7.2
Mögliche weitere Optimierungsmaßnahmen
7
FAZIT UND AUSBLICK
identifiziert werden.
7.2.1. Beleuchtung
Die Beleuchtung verursacht fast die Hälfte des Primärenergieverbrauchs im Museum.
Einsparmöglichkeiten gibt es aber dennoch kaum, da sich die Beleuchtungsstärke
durch die an die Ausstellungsräume angrenzenden Landschaftszimmer nicht reduzieren läßt. Die Einschaltzeiten der Lichtdecken wurden bereits auf das Minimum reduziert.
Lediglich in Nebenräumen, wie zum Beispiel dem Treppenhaus der Museumsverwaltung, können kleinere Einsparungen erzielt werden. Gleiches gilt für den SchokoLaden
auf Grund seiner Anforderungen als Verkaufsraum und der langen Öffnungszeiten. Optimierungspotential liegt noch in der Anpassung der Einschaltzeiten der Beleuchtung in
den Büros des Verwaltungsbereichs, da diese oft unnötigerweise bis 23 Uhr betrieben
wird.
7.2.2. Heizung
Primäranlagen Die Wärmeerzeugung wurde im Frühjahr 2008 komplett umgebaut.
Durch den Einbau eines zusätzlichen Pufferspeichers hat sich der Nutzungsgrad der
Pelletkessel leicht verschlechtert, da die neuen Speicher zusätzliche Wärmeverluste induzieren. Der Wirkungsgrad und Ertrag der Solaranlage liegt im Bereich des technisch
Möglichen. Eine leichte Erhöhung des Ertrags um etwa 10 % könnte zwar durch eine
Erhöhung des Anstellwinkels der Kollektoren erreicht werden, ist aber mit einem sehr
großen Aufwand verbunden. Die Wärmeverluste der Pufferspeicher könnten ebenfalls
nur durch aufwändige bauliche Maßnahmen reduziert werden für die zudem kaum
Platz vorhanden ist.
Auf Grund der schlechten Leistung im Sommer 2007 wurde die Absorptionskältemaschine im Winter 2007/2008 nicht als Wärmepumpe betrieben. Nach der im Frühjahr
2008 erfolgten Reparatur und den guten Betriebsergebnissen im Sommer 2008 könnte
die Maschine nun wieder als Wärmepumpe eingesetzt werden. Zwar ließe sich dadurch, wie bereits in Kapitel 5.2.2 dargestellt, keine Einsparung von Primärenergie erzielen, jedoch könnten ca. 8 Tonnen Holzpellets eingespart werden. Trotz des StromMehrverbrauchs für die Absorptionskältemaschine und die Pumpen wäre auch eine
kleine monetäre Einsparung in der Größenordnung von 1.000 C zu erzielen. Vor allem
würde jedoch das im Sommer durch die Flächenkühlung aufgeheizte Erdreich wieder
regeneriert. Dies würde die langfristige Nutzbarkeit der Energiepfähle sicherstellen. Die
Vorlauftemperatur der beiden Energiepfahlfelder war zu Ende des Sommers 2008 auf
19 °C angestiegen. Ohne eine aktive Regeneration des Erdreichs wird die erzielbare
Leistung schon in ein oder zwei Jahren das hinsichtlich des Hilfsenergieaufwands energetisch sinnvolle Maß unterschreiten.
154
7.2
Mögliche weitere Optimierungsmaßnahmen
7
FAZIT UND AUSBLICK
Verteilung und Wärmeabgabe In diesem Anlagenteil könnten durch eine Optimierung der Regelung deutliche Einsparungen realisiert werden. Wie die Auswertung des
Wärmeverbrauchs zeigt, ist die Heizgrenze im Museum mit 22 °C viel zu hoch. Die Detailauswertung der Ventilstellungen und Temperaturen der Heizflächen zeigt, dass viele
Ausstellungsräume gleichzeitig beheizt und gekühlt werden. Hintergrund ist sicherlich
das enge einzuhaltende Temperaturband. Durch eine Feinabstimmung der Regelungsalgorithmen sollte jedoch eine Verbesserung zu erzielen sein.
7.2.3. Kühlung
Die Absorptionskältemaschine wurde, wie in Kapitel 5.3.1 ausführlich beschrieben, 2008
optimiert und erreicht jetzt, zumindest in der thermischen Bilanz, gute Betriebsergebnisse. Weitere erhebliche Verbesserungen wären noch durch den Austausch der internen
Pumpen durch effizientere Bauteile möglich. Hier bleibt abzuwarten, ob der Hersteller
die Anregung aufnimmt und die Maschine in dieser Richtung weiterentwickelt.
Kleinere Optimierungspotentiale liegen noch in der Abstimmung der beiden Kältemaschine hinsichtlich Hydraulik und Regelstrategie sowie in der Optimierung der Pumpenregelung für die Rückkühlung der beiden Kältemaschinen.
Für die Energiepfahlfelder konnte hingegen ein erhebliches Optimierungspotential bestimmt werden. Die Auswertung der Vor- und Rücklauftemperaturen zeigt Fehlströmungen sowohl für das aktive, als auch für das inaktive Feld. Im Sommer 2007 wurde, wohl
durch ein defektes Ventil, Kaltwasser aus dem Kältespeicher über ein Energiepfahlfeld
gezogen. Im Sommer 2008 strömte immer wieder Rückkühlwasser durch das gerade
inaktive Feld. Hier könnten durch relativ einfach Änderungen in der Regelung große
Verbesserungen erzielt werden.
7.2.4. Lüftung
Die Lüftungsanlage für das Café wurde 2008 für den Sommerfall auf sehr einfache Art
und Weise durch den Betreiber optimiert. Sie wurde abgeschaltet, da im Sommer die
Türen des Cafés ohnehin weit geöffnet sind und so im Gastraum weitgehend Außenklima herrscht. Die ausbleibenden Beschwerden durch das Café-Personal und die Besucher zeigen, dass diese Maßnahme richtig war.
Für die Lüftungsanlage des Ausstellungsbereichs ergeben sich dagegen noch große
Einsparpotentiale. Wie in Kapitel 5.4.1 erläutert, hat sich die Effizienz der Luftförderung
durch den Einbau der neuen Ventialtoren stark verschlechtert. Durch eine Verringerung
des mittleren spezifischen Stromverbrauchs von derzeit über 1 Wh/m3 auf 0,8 Wh/m3
könnten ca. 41 MWh Primärenergie eingespart werden. Würde die Laufzeit der Lüftungsanlage besser den Öffnungszeiten angepasst, wären weitere 52 MWh Einsparung
155
7.2
Mögliche weitere Optimierungsmaßnahmen
7
FAZIT UND AUSBLICK
möglich. Insgesamt ließe sich so der Primärenergieverbrauch für die Luftförderung um
93 MWh senken. Dies entspricht einer spezifischen Einsparung von knapp 60 kWhPE /m2 a,
immerhin 15 % des gesamten Primärenergieverbrauchs des Ausstellungsbereichs. Dabei sind die durch die verringerte Laufzeit reduzierten Verbräuche von Wärme und Kälte für die Luftaufbereitung noch nicht berücksichtigt.
7.2.5. Konzeptionelle Optimierungsvorschläge
Für künftige Energiekonzepte für Museumsbauten und auch anderweitig genutzte Gebäude können folgende konzeptionelle Verbesserungsvorschläge aus den Erfahrungen mit dem Museum Ritter gezogen werden.
Beleuchtung Die Anordnung von natürlich belichteten Räumen neben Ausstellungsräumen ohne trennende Türen sollte vermieden werden. Das Lichtangebot der Ausstellungsräume muss ohne die Abtrennung immer an die tageslichtversorgten Räume
angepasst werden. Allein durch eine bessere räumliche Abtrennung der Landschaftszimmer und der Ausstellungsräume könnten im Museum Ritter über 50 % des Stromverbrauchs für das Kunstlicht eingespart werden. Generell ist die enge räumliche Integration von Räumen oder Bereichen mit einem starken Außenbezug in einem Museum auf
Grund der hohen konservatorischen Anforderungen kritisch zu hinterfragen.
Gleichzeitig sollte bei der Planung und Ausführung von kombinierten Tages- und Kunstlichtdecken auf eine strikte Entkopplung der Funktionen Sonnenschutz und Lichtregulierung geachtet werden. Die Kombination der beiden Funktionen hat die Komplexität
der Regelungsaufgabe für die Lichtdecke im Museum Ritter erhöht. Gleichzeitig wurde
die optimale mechanische Ausführung der Lamellen verhindert, da für die Sonnenschutzfunktion ein Produkt gewählt werden musste, dass nicht für diesen Anwendungsfall optimiert ist.
Heizung Die Kaskadenschaltung der vier Holzpelletkessel war regelungstechnisch nur
unbefriedigend gelöst. Um einen stabilen Betrieb der drei neuen Holzpelletkessel zur erreichen, wurde ein neuer Pufferspeicher vorgesehen. Dieser erhöht die Wärmeverluste
und verschlechtert so den Nutzungsgrad der Wärmeerzeugung. Daher muss für künftige Konzepte eine bivalente Auslegung der Wärmeerzeugung empfohlen werden. Die
Grundlast sollte von einem oder mehreren Holzpellet- oder Holzhackschnitzelkesseln
gedeckt werden. Diese können dann mit relativ konstanter Last gefahren werden. Die
Mittel- und Spitzenlast wird besser durch schnell regulierbare Wärmeerzeuger gedeckt.
Auf diese Weise können das notwendige Puffervolumen und damit die Wärmeverluste
reduziert werden. Gleichzeitig ergibt sich durch die Verwendung von kostengünstigen
Spitzenlastkesseln eine Investitionskosteneinsparung.
156
7.3
Ausblick
Kühlung
7
FAZIT UND AUSBLICK
Bei der Auswahl einer Absorptionskältemaschine ist unbedingt auf deren Strom-
verbrauch zu achten. Besonders bei einer solaren Kühlung verschlechtert ein zu hoher
Stromverbrauch des Kälteerzeugers die Primärenergiebilanz erheblich. Wird eine KraftWärme-Kältekopplung eingesetzt, ist dieser Effekt nicht so groß. Aber auch in diesem
Fall sollte eine Maschine mit geringem Strombedarf bevorzugt werden, auch wenn ihr
thermischer COP etwas schlechter ist.
Lüftung
Durch die offene Raumstruktur im Museum Ritter lässt sich die Einzelraumre-
gelung über die Regulierung des Luftvolumenstroms nur unzureichend kontrollieren.
Grundsätzlich wäre eine Kühlung der Räume durch statische Kühlflächen besser regulierbar. Allerdings erwies es sich im Museum Ritter als sehr schwierig, die erforderlichen
Flächen in den Räumen unterzubringen. Die Decken konnte nicht genutzt werden, da
sie als Lichtdecke ausgeführt wurden und die Wände kamen ebenfalls kaum in Frage,
da für die Anbringung der Exponate häufig Bohrungen notwendig sind.
Zusätzlich ist eine Abführung der in den Lichtdecken entstehenden Lasten durch eine direkte Belüftung des Deckenzwischenraums anzustreben. Da bei Tageslichtdecken
aus Gründen der Abschattung keine Abluftleuchten verwendet werden können, müsste ein Teil der Zuluft direkt in den Deckenzwischenraum eingebracht werden. Alternativ
können Umluftkühler eingesetzt werden. Auch dabei ist die Unterbringung im Deckenzwischenraum ein reglementierender Faktor.
Selbstverständlich erleichtert eine bessere Trennung von Ausstellungsräumen und natürlich belichteten Nebenräumen auch die Regelbarkeit der Lüftung erheblich. Dadurch
würden die großen Lastunterschiede und Dynamik der Lasten reduziert.
Hydraulik bzw. Regelung Die Regelung der eng verknüpften Hydraulikkreise erfolgt
auch drei Jahre nach der Inbetriebnahme nicht immer optimal. So kommt es teilweise
noch zu Betriebszuständen, bei denen Energie ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. In der Übergangszeit müssen daher Teile der Anlage durch manuelle Eingriffe
gesteuert werden um dies zu vermeiden. Daher ist bei zukünftigen Projekten das Prinzip
“keep it simple” unbedingt zu beachten. Die Komplexität einer solaren Kühlung ist an
sich bereits sehr hoch. Eine weitergehende Komplexität der Anlage birgt die Gefahr,
dass das dadurch erschließbare Einsparpotential von den Verlusten durch eine nicht
optimale Regelung bzw. Fehlfunktionen in der Regelstrategie bei weitem Überwogen
wird.
7.3. Ausblick
Die Ergebnisse des Monitoring wurden dem Besitzer vorgestellt und die hier genannten
konkreten Verbesserungsvorschläge besprochen. Eine grobe Abschätzung ergab ein
157
Literatur
Literatur
weiteres Primärenergie-Einsparpotential für den Museumsteil von ca. 30 %, ohne dass in
Anlagentechnik investiert werden müsste. Im Schokoteil wurden während der Projektlaufzeit sehr viele Umbaumaßnahmen vorgenommen - und weitere sind geplant bzw.
in Arbeit - so dass nur wenig Verbesserungsvorschläge gemacht werden können.
Durch gezielte Energieeinsparanalysen werden die oben genannten Vorschläge verifiziert und anschließend umgesetzt. Mit dem nun folgenden Langzeitmonitoring kann
der Erfolg dieser Maßnahmen weiterhin überprüft werden.
Literatur
[DBHAMM03] Abschlussbericht „DB Hamm“ Niedrigenergie-Verwaltungsgebäude in
Hamm (Westfalen) für die Deutsche Bahn AG - Geschäftsbereich Netz,
Dipl.-Ing. (FH) Thomas Gropp, Dipl.-Ing. Harry Schindler, Dipl.-Ing. Mathias
Wambsganß, Dr.-Ing. Martina Klingele, Juni 2003
[KFWOA06] Abschlussbericht “KfW Ostarkade”, Dipl.-Ing. Michael Kleber, 2006
[AGEB07] AG Energiebilanzen e.V., www.ag-energiebilanzen.de, 2007
[BUA07] Bundesumweltamt, www.umweltbundesamt.de, 2007
[IP503] ip5 ingenieurpartnerschaft, 2003
[LMDEMO06] Leitfaden für das Monitoring der Demonstrationsbauten im Förderkonzept EnBau und EnSan
[18599T107] DIN 18599, Energetische Bewertung von Gebäuden, Teil 1: Allgemeine Bilanzierungsverfahren, Begriffe, Zonierung und Bewertung der Energieträger, Beuth Verlag Berlin, 2007
[27705] DIN 277, Grundflächen und Rauminhalte von Bauwerken im Hochbau,
Beuth Verlag Berlin, 2005
[EKENOB07] Energiekennwerte Förderkonzept EnOB, S. Herkel, K. Voss, A. Wagner, BMWi
0335007C, 2007
[SKMR08] Solare Kühlung im Museum Ritter Waldenbuch, T. Knapp, 2008
[LEE00] LEE - Leitfaden Elektrische Energie im Hochbau, Institut für Wohnen und
Umwelt, Darmstadt, 2000
[EKM08] Energetische Konzepte im Museumsbau, Studienarbeit, Mirjam Thomann,
2008
[VK0507] Verbrauchskennwerte 2005, Forschungsbericht der ages GmbH, Münster,
2007
158
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1.
Ansicht des Gebäudes in der Dämmerung von Westen, Foto: Victor S. Brigola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.
Grundriss Erdgeschoss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.
Blick in die Ausstellungsräume im Obergeschoss, Foto: Victor S. Brigola . .
9
4.
Grundriss Obergeschoss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
5.
Schnitt durch das Museum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
6.
Lageplan (bestehende Gebäude schwarz, Museum weiß) . . . . . . . . . .
12
7.
Schematische Darstellung des Energiebereitstellung und -nutzung (IP503)
17
8.
Auszug aus dem Hydraulikschema, Kesselkasskade (IP503) . . . . . . . . .
18
9.
Erstes Feuer im Holzpelletkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
10. Thermische Solaranlage auf dem Dach des Museumsgebäudes . . . . . .
19
11. Absorptionskältemaschine EAW Wegracal SE 50 . . . . . . . . . . . . . . . .
20
12. Schematische Darstellung einer Absorptionskältemaschine (Quelle: Wikipedia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
13. Änderung der Rückkühlung für die Kältemaschinen im Museum . . . . . .
23
14. Kühlturm mit Wärmetauscher und Sprühpumpe . . . . . . . . . . . . . . . .
24
15. Kapillarrohr-Fussbodenheizung im Erdgeschoss des Museums . . . . . . . .
25
16. Netzrohrheizung in der Schokoausstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
17. Zentrallüftungsgerät für das Museum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
18. Lüftungsschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
19. Blick in die Passage mit Museumsfoyer, Foto: Victor S. Brigola . . . . . . . .
33
20. Blick in die kombinierte Tages- und Kunstlichtdecke im Obergeschoss, Foto: Victor S. Brigola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
21. Blick in die Kunstlichtdecke im Erdgeschoss, Foto: Victor S. Brigola . . . . .
35
22. Kunstlichtdecke im Erdgeschoss, Foto: Victor S. Brigola . . . . . . . . . . . .
36
23. Schnitt durch die Lichtdecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
24. SchokoLaden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
25. PV-Anlage, Foto: Victor S. Brigola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
26. Schema der Wärmezählung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
27. Schema der Kältezählung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
28. Schema der Stromverteilung mit Stromzählern im Museum . . . . . . . . . .
44
29. Schema der Stromverteilung mit Stromzählern im Schokoteil . . . . . . . . .
45
30. Bildschirmfoto eines Trends auf der Honeywell-GLT . . . . . . . . . . . . . . .
47
31. Erfassung und Übertragung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
32. Primärenergiebedarf, Quelle: ip5, 2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
33. Primärenergiebedarf für unterschiedliche Beleuchtungsstärken, Quelle: ip5,
2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
34. Gesamt-Endenergieverbrauch für 2007 und 2008 (teilweise geschätzt) . .
57
35. Energieflussdiagramm Wärme und Kälte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
159
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
36. Vergleich Endenergieverbrauch Zonen- und Gesamtzähler . . . . . . . . .
60
37. Endenergieverbrauch 2007 nach Gebäudezonen . . . . . . . . . . . . . . .
60
38. Primärenergieverbrauch 2007 und 2008 im Vergleich zu den Prognosen . .
62
39. Anteil der Solarwärme an der Wärmebereitstellung . . . . . . . . . . . . . .
64
40. Gemessener und berechneter Wirkungsgrad der Solaranlage im August
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
41. Wärmeerzeugung durch Holzpelletkessel und Monatsmittelwerte der Außentemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
42. Wärmeerzeugung und Verbrauch für Absorptionskältemaschine und Niedertemperatur-Heizung 2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
43. Wärmeerzeugung und Verbrauch für Absorptionskältemaschine und Niedertemperatur-Heizung 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
44. Theoretisch erreichbarer Primärenergiefaktor für die Wärmebereitstellung
mit der Absorptionskältemaschine in Abhängigkeit des COP . . . . . . . .
68
45. Technikzentrale im Museumsteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
46. Bilanz der ein- und ausgehenden Wärmeströme für den Pufferspeicher
2007
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
47. Bilanz der ein- und ausgehenden Wärmeströme für den Pufferspeicher 2008 71
48. Bilanz für Wärmeerzeugung und -verbrauch für 2007 . . . . . . . . . . . . .
72
49. Bilanz für Wärmeerzeugung und -verbrauch für 2008 . . . . . . . . . . . . .
73
50. Spezifischer Wärme-Endenergieverbrauch der Zonen in 2007 . . . . . . . .
74
51. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Museum auf die Heizkreise . . . . . .
75
52. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Museum auf die Heizkreise . . . . . .
75
53. Tagesverbräuche 09/07 bis 08/08 für die Hochtemperaturheizung des Museums über der Außentemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
54. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Cafe auf die Heizkreise 2007 . . . . .
77
55. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Cafe auf die Heizkreise 2008 . . . . .
78
56. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Besucherzentrum auf die Heizkreise
2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
57. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Besucherzentrum auf die Heizkreise
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
58. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Verwaltungsteil auf die Heizkreise . .
80
59. Aufteilung des Wärmeverbrauchs im Verwaltungsteil auf die Heizkreise . .
81
60. Kältemengen in den Sommermonaten April bis September 2007 und 2008
82
61. Thermischer COP der Absorptionskältemaschine 2007 . . . . . . . . . . . . .
83
62. Elektrischer und Gesamt-COP der Absorptionskältemaschine 2007 . . . . .
84
63. Primärenergiefaktoren der Absorptionkältemaschine 2007 . . . . . . . . . .
85
64. CO2 -Faktoren der Absorptionkältemaschine 2007 . . . . . . . . . . . . . . .
85
65. Dauerlinien der mittleren stündlichen Kälteleistung der Absorptionskältemaschine 2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
66. Kennfeld der EAW Absorptionskältemaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
160
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
67. Ergebnisse des 3. Messzyklus der Absorptionskältemaschine im Mai 2008 .
88
68. Thermischer COP der Absorptionskältemaschine 2008 . . . . . . . . . . . . .
89
69. Dauerlinien der mittleren stündlichen Kälteleistung der Absorptionskältemaschine bis Oktober 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
70. Dauerlinien der mittleren stündlichen Kälteleistung der Absorptionskältemaschine Juni bis Oktober 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
71. Tagesverlauf Kälteleistung Absorptionskältemaschine und Betriebmeldung
Kompressionskältemaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
72. Thermischer, elektrischer und Gesamt-COP der Absorptionskältemaschine
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
73. Primärenergiefaktoren der Absorptionkältemaschine 2008 . . . . . . . . . .
93
74. CO2 -Faktoren der Absorptionkältemaschine 2008 . . . . . . . . . . . . . . .
93
75. Theoretische Primärenergiefaktoren bei 3 kW elektrischer Leistungsaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
76. Theoretische Primärenergiefaktoren bei 0,3 kW elektrischer Leistungsaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
77. COP der Kompressionskältemaschine 2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
78. COP der Kompressionskältemaschine 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
79. Zusammenhang zwischen Zulufttemperatur vor dem Kühlregister und Kälteverbrauch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
80. Monatliche Kälteerzeugung aus den Energiepfahlfeldern . . . . . . . . . .
98
81. Austrittstemperatur aus Energiepfahlfeld Schokoteil und Rücklauftemperatur Niedertemperatur-Kälte im Juni und Juli 2007
T_EP_S_V: Vorlauftemperatur Energiepfahlfeld Schoko, T_AKM_K_V: Vorlauftemperatur Kälte AbKM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
82. Soll/Ist-Vergleich Kälteertrag Energiepfahlfelder Mai bis August 2007 . . . .
99
83. Vorlauftemperatur aus den Energiepfahlfeldern . . . . . . . . . . . . . . . . 101
84. Kälteeintrag und -entnahme aus dem Kältespeicher 2007 . . . . . . . . . . 102
85. Kälteeintrag und -entnahme aus dem Kältespeicher 2008 . . . . . . . . . . 102
86. Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Kälteverbrauch im Museum 2007
und 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
87. Monatlicher Niedertemperatur-Kälteverbrauch im Museum 2007 und 2008 104
88. Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Kälteverbrauch im Café 2007 und
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
89. Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Museum, Originaldaten107
90. Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Museum, korrigierte
Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
91. Spezifischer Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Museum . . . . . . . . 108
92. Verteilung der zeitlich gemittelten Stellung der Klappen im Zu- und Abluftstrang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
161
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
93. Zuluft-Volumenstromverlauf für die Ausstellungsräume von März bis August
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
94. Volumenstrom über Raumtemperatur im Landschaftzimmer 2 und im Videoraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
95. Verteilung des täglichen Energieverbrauchs der Heizregister der Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
96. Verteilung des täglichen Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage für die Ausstellungsräume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
97. Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Café . . . . . . . . . . 113
98. Tägliche Laufzeit der Lüftungsanlage im Café im Oktober 2007 . . . . . . . 114
99. Tägliche Laufzeit der Lüftungsanlage im Café im September 2008 . . . . . 114
100. Ablufttemperatur, CO2 -Gehalt und Ventilatorstufe im Café . . . . . . . . . 115
101. Täglicher Energieverbrauch des Heizregisters der Lüftungsanlage Café für
2007 und 2008 in Abhängigkiet vom Tagesmittelwert der Außentemperatur 116
102. Täglicher Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage Café für
2007 und 2008 in Abhängigkeit vom Tagesmittelwert der Außentemperatur 116
103. Täglicher Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage Café getrennt nach Jahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
104. Monatlicher Stromverbrauch der Lüftungsanlage im Schokoteil . . . . . . . 118
105. Gesamt-Volumenstrom der Lüftungsanlage im Schokoteil . . . . . . . . . . 118
106. Außentemperatur und Lüfterstufe des Zuluftventilators der Lüftungsanlage
im Schokoteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
107. Aufteilung des Zuluft-Volumenstroms im Schokoteil
. . . . . . . . . . . . . . 120
108. Täglicher Energieverbrauch des Heizregisters der Lüftungsanlage im Schokoteil in Abhängigkeit vom Tagesmittelwert der Außentemperatur . . . . . 120
109. Täglicher Energieverbrauch des Kühlregisters der Lüftungsanlage im Schokoteil in Abhängigkeit vom Tagesmittelwert der Außentemperatur . . . . . 121
110. Abkühlung der Luft durch die indirekte adiabate Kühlung . . . . . . . . . . 121
111. Indirekte adiabate Kühlung außer Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
112. Monatlicher spezifischer Stromverbrauch für die Lichtdecke im OG des
Museums 2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
113. Monatlicher spezifischer Stromverbrauch für die Lichtdecke im OG des
Museums 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
114. Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Obergeschoss im Januar 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
115. Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Obergeschoss im Juni
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
116. Täglicher Stromverbrauch über mittlerer Einstrahlung . . . . . . . . . . . . . 127
117. Monatlicher spezifischer Stromverbrauch 2007 für die Lichtdecke im EG
des Museums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
162
Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
118. Monatlicher spezifischer Stromverbrauch 2008 für die Lichtdecke im EG
des Museums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
119. Elektrische Leistungsaufnahme der Lichtdecke im Erdgeschoss, Frühjahr
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
120. Monatlicher spezifischer Beleuchtungsstromverbrauch im Foyer . . . . . . . 129
121. Wochenverlauf der Leistung der Beleuchtung im Foyer . . . . . . . . . . . . 130
122. Monatlicher spezifischer Beleuchtungsstromverbrauch in den Landschaftszimmern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
123. Wochenverlauf der Leistung der Beleuchtung in den Landschaftzimmern . 131
124. Monatlicher spezifischer Stromverbrauch 2007 für die Beleuchtung des Schokoladen
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
125. Wochenverlauf der Leistung der Beleuchtung im Schokoladen . . . . . . . 133
126. Stromverbrauch für die Beleuchtung der Büros im 2. OG des Schokoteils
2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
127. Stromverbrauch für die Beleuchtung der Büros im 2. OG des Schokoteils
2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
128. Mittlere stündliche Leistung der Beleuchtung im 2. OG des Schokoteils August 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
129. Mittlere stündliche Leistung der Beleuchtung im 2. OG des Schokoteils November 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
130. Pumpenstromverbrauch 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
131. Tageswerte Stromverbrauch Wasseraufbereitung
SZ_31: Stromverbrauch Wasseraufbereitung, D_L_MUSEUM_B_SB01 bis 03:
Freigabe Befeuchter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
132. Monatlicher Stromverbrauch Aufzug Museum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
133. Wasserverbrauch im Museum von November 2006 bis Oktober 2008 . . . . 141
134. Wasserverbrauch im Schokoteil von November 2006 bis Oktober 2008
. . 142
135. Jahresdauerlinie 2007 der Raumtemperatur in den Ausstellungsräumen . . 142
136. Dauerlinie der relativen Luftfeuchte in den Ausstellungsräumen 2007 . . . . 143
137. Stundenmittelwerte der Raumtemperatur in den Ausstellungsräumen im
Obergeschoss, Juli 2007
T_FUE_MOG103: Ausstellung 4, MOG105: Ausstellung 2, MOG113: Ausstellung 3, MOG114: Graf. Kabinett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
138. Jahresdauerlinie der Raumtemperatur in den Ausstellungsräumen 2008 . . 145
139. Dauerlinie der relativen Luftfeuchte in den Ausstellungsräumen 2008 . . . . 145
140. Feuchte, Kaltwasser-Vorlauftemperatur und Betrieb der Kompressionskältemaschine im Juni 2008
X_FUE_...: rel. Feuchte Ausstellungsräume, T_SP_8: Temperatur Kältespeicher, C8_K_KKM_BM: Betrieb Kompressionskälte . . . . . . . . . . . . . . . . 146
141. Jahresdauerlinie 2007 der Raumtemperatur in den Landschaftszimmern . 147
142. Jahresdauerlinie 2008 der Lufttemperatur in den Landschaftzimmern . . . 148
163
A
BASISDATEN DES GEBÄUDES
143. Raumtemperatur, Außentemperatur, Zulufttemperatur und Zuluftvolumenstrom im Landschaftszimmer 1, Juli 2007
VSR_MOG107__MW_ZU: Zuluftvolumenstrom, T_FUE_MOG107__MW: Raumtemperatur, T_L_MUSEUM_AU: Außenlufttemperatur RLT Museum, T_AT_C05:
Außentemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
144. Raumtemperatur, Außentemperatur, Zulufttemperatur und Zuluftvolumenstrom im Landschaftszimmer 1, Juli 2008
VSR_MOG107__MW_ZU: Zuluftvolumenstrom, T_FUE_MOG107__MW: Raumtemperatur, T_L_MUSEUM_AU: Außenlufttemperatur RLT Museum, T_AT_C05:
Außentemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
145. Jahresdauerlinien 2007 und 2008 der Ablufttemperatur im SchokoLaden . 150
A. Basisdaten des Gebäudes
Baujahr
2005
Baukosten
KG 300 (Baukonstruktion)
972 C/m2 BGF
KG 400 (Haustechnik)
384 C/m2 BGF
Flächen
Bruttogeschossfläche (BGF)
3.910 m2
Nettogeschossfläche (NGF)
3.232 m2
Energiebezugsfläche (EBF)
3.214 m2
Bruttorauminhalt (BRI)
13.098 m3
A/V-Verhältnis
0,54 1/m
Standort
Alfred-Ritter-Str. 27, 7111 Waldenbuch
Energiekennzahlen
Primärenergiebedarf Planung
125 kWh/m2 NGF
Primärenergieverbrauch 2007
384 kWh/m2 NGF
Primärenergieverbrauch 2008
344 kWh/m2 NGF
PE 2007 [kWh/m2 NGF ]
Museum
Cafè
Besucherzentrum
Verwaltung
Heizung
29,6
51,6
20,8
6,1
Lüftung
111,4
417,4
117,1
0,0
Kälte
110,8
72,8
84,5
1,8
Beleuchtung
235,8
225,5
107,6
18,2
164
B
PE 2008 [kWh/m2 NGF ]
PROJEKTBETEILIGTE
Museum
Cafè
Besucherzentrum
Verwaltung
Heizung
25,7
31,0
26,7
7,4
Lüftung
111,7
318,5
191,1
0,0
Kälte
63,9
19,3
17,7
1,2
Beleuchtung
212,5
260„1
113,9
23,4
B. Projektbeteiligte
Architektur:
Büro
Architekturbüro Max Dudler, Susanne Raupach
Postanschrift
Oranienplatz 4, 10999 Berlin
Telefon
+49 (0)30 6151073
Telefax
+49 (0)30 6151071
E-Mail
[email protected]
Internet
www.maxdudler.de
Projektleitung:
Büro
unit Gesellschaft für Projektentwicklung mbH
Postanschrift
Rheinstrasse 40-42, 64283 Darmstadt
E-Mail
[email protected]
Statik:
Büro
KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft mbH & Co. KG
Postanschrift
Oskar-Sommer-Str. 15, 60596 Frankfurt am Main
Telefon
+49 (0)69 6300080
Telefax
+49 (0)69 63000866
E-Mail
[email protected]
Internet
www.khp-ing.de
Haustechnik (Heizung, Lüftung, Kälte):
Büro
ip5 ingenieurpartnerschaft
Postanschrift
Bahnhofplatz 10, 76137 Karlsruhe
Telefon
+49 (0)721 38489090
Telefax
+49 (0)721 3848474
E-Mail
[email protected]
Internet
www.ip5.de
165
B
Haustechnik (Elektrotechnik und Sanitär):
Büro
Krebser und Freyler Planungsbüro GmbH
Postanschrift
Tscheulinstrasse 2, 79331 Teningen
Telefon
+49 (0)7641 9111-0
Telefax
+49 (0)7641 9111-40
E-Mail
[email protected]
Internet
www.krebser-freyler.de
166
PROJEKTBETEILIGTE