Umwelt-Campus Birkenfeld nutzt Abwärme-Wärmepumpe

Der 1996 gegründete „residential" Umwelt-Campus Birkenfeld in Hoppstädten-Weiersbach ist ein Standort der Fachhochschule Trier und bietet interdisziplinäre Studiengängen mit einem starken, auf die Praxis ausgerichteten Bezug zur Umwelttechnik und Umweltwirtschaft. Im Zentralen Neubau, in dem sich neben der Haupteingangshalle der große Hörsaal, zwei kleinere Hörsäle, zwei Seminarräume und die Bibliothek befinden, ist das Herzstück des gesamten Gebäudekomplexes.

Auf dem Dach des Gebäudes ist eine Solarthermie-Anlage installiert, die für mehrere Aufgaben genutzt wird. Der Neubau wird über eine zentrale Gebäudetechnik versorgt, die in einer Technikzentrale unterhalb des Gebäudes untergebracht ist. Sämtliche raumlufttechnischen Anlagen werden über zwei gemeinsam genutzte Erdwärmeübertrager mit Außenluft versorgt.

Die Erdwärmeübertrager sind als 55 m lange Stahlbetonrohre mit einem Durchmesser von 1,5 m ausgebildet worden. Über drei Außenlufttürme wird die Außenluft zu den Erdwärmeübertragern geführt. Ist keine vortemperierte Außenluft gewünscht, können die Erdwärmeübertrager über eine Klappenumschaltung isotherm umgangen werden. Dann wird die Außenluft direkt über einen zweiten Außenluftturm auf kurzem Wege angesaugt.

Direkt nach den Außenluftansaugungen ist eine erste Filterstufe installiert, um die Erdwärmeübertrager und die folgenden Komponenten zu schützen. Vor dem Zuluftkanalnetz ist eine weitere, zweite Filterstufe angeordnet, welche die Zuluftqualität sicherstellt. Die Erdwärmeübertrager wurden in einer Tiefe von ca. 3 m eingebaut und sie haben eine Länge von 55 m. Damit kann im Sommer mit einer Erdtemperatur von ca. 12 bis 14 °C gerechnet werden. Im Winter liegt die Erdtemperatur bei 8 bis 10 °C. Insgesamt sind die Erdwärmeübertrager für eine Gesamtluftmenge von maximal 25 000 m³/h ausgelegt worden. Im Winter wird durch die beiden Erdwärmeübertrager die Außenluft um bis zu 5 K vorgewärmt, während sie im Sommer entsprechend vorgekühlt wird.

Zentraler Baustein der RLT-Geräte ist eine hocheffiziente Wärmerückgewinnung auf der Basis von rotierenden Wärmeübertragern (Regeneratoren), die einen Wirkungsgrad von 75 % erreichen. Das RLT-Gerät versorgt insgesamt vier Zonen für die einzelnen Bereiche des Auditorium maximum. In den Zonen erfolgt über nachgeschaltete Lufterwärmer und -Kühler mit Entfeuchtungsmöglichkeit die Zonentemperierung. Eine Luftbefeuchtung erfolgt nicht.

Auch die Restwärme der Fortluft wird trotz Wärmerückgewinnung nicht ungenutzt aus dem Gebäude transportiert. Der gemauerte Fortluftkanal (1,65 m x 1,65 m mit 25 cm Wandstärke) ist mit einer Vielzahl von mittig einbetonierten Kunststoffverbundrohren (20 mm) mit einem Abstand von 15 cm durchzogen, durch die ein Glykolgemisch als Wärmeträgermedium strömt. Damit wird über eine Kompressionswärmepumpe die noch vorhandene Energie dem Fortluftstrom und dem Betonkern entzogen, auf ein hohes thermisches Niveau gepumpt und direkt den RLT-Geräten zugeführt.

Wird dort die Energie nicht benötigt, kann über Umschaltventile die Wärme ins Erdreich um die Erdwärmeübertrager zugeführt werden. Damit wird das Erdreich thermisch regeneriert. Im Winter beträgt die thermische Leistung der Wärmepumpe rund 14 kW. Im Sommer kann die Wärmepumpe umgeschaltet werden, um als Kältemaschine mit einer Leistung von ca. 11 kW betrieben zu werden. Die elektrische Anschlussleistung der Wärmpepumpe beträgt 4,5 kW.

Zur Kälteversorgung des Campusgebäudes wurde eine Adsorptionskälteanlage aus Japan mit einer Leistung von max. 150 kW installiert. Die Kältemaschine arbeitet mit Silikagel (SiO2) als Sorptionsmittel und umweltfreundlich mit Wasser als Kältemittel. Die mittlere Kälteleistung beträgt im Jahresdurchschnitt etwa 40 kW. Die erzeugte Kälte in Form von Kaltwasser mit 5 bis 12 °C wird wesentlich für die Bauteilaktivierung zur statischen Kühlung des Baukörpers (Betonkernaktivierung) verwendet. Zusätzlich werden aber auch die Kaltwasserkühler der zentralen RLT-Geräte von der Kältemaschine versorgt.

Die Abwärme zum Betrieb der Adsorptionskälteanlage wird über die installierte Solarthermie-Anlage auf dem Dach mit 270 m² und maximal 135 kW Kollektorleistung des Zentralen Neubaus erzeugt und in einen Wärmespeicher eingespeist, der jahreszeitbedingt die Wärme verschiedenen Verbrauchern zuführen kann.

Reicht die solar erzeugte Wärme nicht vollständig aus, den Bedarf der Kälteanlage zu decken, kann über Fernwärme aus einem benachbarten Biokraftwerk, das Holzabfälle verfeuert, der Wärmebedarf vollständig CO₂-neutral gedeckt werden. Hier werden in vorbildhafter Weise zur Wärme- und Stromversorgung ausschließlich regenerative Brennstoffe wie naturbelassenes Altholz und Waldrestholz verwendet. Die Rückkühlung der Kältemaschine erfolgt konventionell über einen Kühlturm, der mit Regenwasser aus einer 40 m³ fassenden Regenwasserzisterne betrieben wird.