Wärmepumpen-Kaskade als effiziente Lösung im Kino-Gebäudekomplex

Kaskaden senken Energieverbrauch und erhöhen ­Betriebssicherheit

„Grundsätzlich arbeitet die zentrale Lüftungstechnik mit Wärmerückgewinnung, sodass hier eine sehr hohe Effizienz bezüglich der Energienutzung erreicht werden kann“, so Schrogel. „Bei höheren oder niedrigeren Außentemperaturen muss die Raumluft jedoch zusätzlich gekühlt oder erwärmt werden. Im Sommer bringen wir dafür eine Temperatur von ca. 24 °C und im Winter von ca. 21 °C in die Räume ein“, so Schrogel. Dabei sind die Anlagen so eingestellt, dass sie ca. eine halbe Stunde vor Eröffnung des IMAX-Centers bzw. in den Kinosälen vor Vorstellungsbeginn, den jeweiligen Bereich auf das gewünschte Temperaturniveau bringen. Während der Vorstellungen müssen dann nur noch die überschüssigen Wärme- oder Kältelasten abgeführt werden.

Dadurch erreicht der Anlagenbetreiber eine maximale Energieeffizienz bei gleichzeitig relativ geringen Luftumwälzungen während des Publikumsverkehrs. Die Konditionierung der Außen-/Frischluft zum Kühlen und Heizen folgt einem Energiekonzept, bei dem über die Lüftungsanlage keine Raumlasten abgefahren werden und keine überschüssige Wärme oder Kälte in das Gebäude eingebracht wird. Zur Vorkonditionierung der Zuluft kommen hier insgesamt 77 Klima-Außengeräte der Mr. Slim-Serie von Mitsubishi Electric als Kaskaden zum Einsatz. Die Außengeräte erbringen zusammen eine Heizleistung von 1,5 MW und eine Kühlleistung 1,3 MW.

Die Außengeräte verfügen über eine Wärmepumpenfunktion und ermöglichen so wahlweise die Betriebsweise Kühlen oder Heizen. Mit ihrer modulierenden Betriebsweise können die Außengeräte je nach Lüftungsanlage und Leistungsanforderungen in einer Bandbreite von 8 bis zu 162 kW Wärme- oder Kälteleistung zur Verfügung stellen. Um die Wärmeversorgung auch bei Außentemperaturen im Minusbereich sicherzustellen, sind die Wärmepumpen zusätzlich mit der Zubadan Invertertechnologie ausgestattet. Die Zubadan Technologie trägt einen wesentlichen Teil zur hohen Energieeffizienz bei. Die Außengeräte verfügen über eine optimierte Abtaufunktion und sorgen für absolute Funktionssicherheit auch bei tiefsten Außentemperaturen. Der Heizbetrieb ist bis zu einer Außentemperatur von -28 °C gewährleistet und bietet die volle Heizleistung bis zu einer Temperatur von -15 °C.

Die Kaskadierung mit bis zu acht Außengeräten bietet gegenüber einem Einzelgerät mit größerer Leistung mehrere Vorteile, z. B. können alle Einheiten einer Kaskade gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten. Das ist effizienter als ein Modul im Volllastbetrieb laufen zu lassen, während die anderen sich im Stand-by-Modus befinden. Darüber hinaus ist bei Servicearbeiten der fortlaufende Betrieb durch die anderen Außengeräte sichergestellt. Die Regelung übernehmen zwei Master-Steuereinheiten, die unter anderem für eine automatische Laufzeitoptimierung und hohe Jahresarbeitszahlen sorgen. „Ein Vorteil dieser Strategie ist, dass alle Geräte gleichmäßig genutzt werden können und in etwa die gleiche Laufzeit haben. Zudem ergibt sich durch die Redundanzfunktion ein Sicherheitsaspekt. Sollte sich ein Modul im Off-Modus befinden, gewährleisten die anderen Geräte die Versorgung“, so Schrogel.

Außengeräte mit RLT vernetzt und vollständig in GLT integriert

Die Regelung der Klima-Außengeräte ermittelt in Abhängigkeit der Leistungsaufnahme, der momentanen Heizleistung und der Außentemperatur den maximal erreichbaren Coeffecient of Performance (Peak-COP). Die reibungslose Kommunikation zwischen den Wärmepumpen der Mr. Slim-Serie und den bauseitigen Wärmetauschern der Lüftungsgeräte erfolgt über Anschlusskits vom Typ PAC-IF013B-E. Die Anschlusskits (je eins pro Außengerät) übernehmen die Funktion der Schnittstelle und stimmen die Verdichter exakt auf die Leistungsanforderung der Zentrallüftung ab. Mit den neuen Interfaceplatinen PAC-IF 013B-E können die Außengeräte der Mr. Slim-Baureihe zu sehr großen Leistungen als Kaskade zusammengeführt werden. Dadurch können in diesem außergewöhnlichen Projekt auch die großen zentralen Lüftungsanlagen mit Mr. Slim Geräten kombiniert werden.

Zur Steuerung und Überwachung sind die Anlagen in eine übergeordnete Gebäudeleittechnik (GLT) integriert. Diese kann auf die Schnittstellen der jeweiligen Mitsubishi Electric-Außengeräte und der zentralen Lüftungstechnik zugreifen und entsprechende Steuerbefehle an die Kaskaden weitergeben. Die Steuerung der Lüftungstechnik, also der Luftmenge und der Temperatur, erfolgt automatisch über CO2-Sensoren und Temperaturfühler. Mit einem Fernzugriff über das Internet ist zudem ein standortunabhängiger Zugriff für den Fachhandwerksbetrieb möglich, was sowohl den Komfort als auch die Sicherheit erhöht. Über das Internet können entsprechende Maßnahmen zur Energie- und Verbrauchsoptimierung ergriffen sowie ihre Wirkung kontrolliert werden. Auch Serviceeinsätze können besser koordiniert oder weitere Parameter und Voreinstellungen angepasst werden.