Insgesamt werden im „Leo“, wie das Schweinfurter Leopoldina Krankenhaus von seinen Mitarbeitenden liebevoll genannt wird, 4.353 kW Heizleistung und 1.634 kW Kälteleistung substituiert. „Das bedeutet, diese Heiz- oder Kälteleistung muss erst gar nicht zur Verfügung gestellt werden, weil sie vorher eingespart, oder vielmehr aus der Fortluft zurückgewonnen und dem System wieder zur Verfügung gestellt wird“, erklärt der Geschäftsbereichsleiter Technik, Wolfgang Köhler. Die erste im „Leo“ Schweinfurt installierte Anlage ist für SEW die größte Wärmerückgewinnungsanlage, die bisher als Einzelanlage im Krankenhaus-Bereich verbaut wurde.

Zentrale Anlagen erhöhen die Wirtschaftlichkeit

Das liegt an einer baulichen Besonderheit des innovativen Hauses, die in diesem speziellen Fall die Wärme- und Kälterückgewinnung besonders wirtschaftlich macht: Die Raumlufttechnik der in den 70er Jahren errichteten Klinik verfügt über sehr große zentrale Außen- und Fortluftanlagen. Das heißt, es mussten lediglich wenige, dafür sehr große Wärmetauscher eingebaut und zu einem Kreislaufverbundsystem zusammengeführt werden.

Die erste SEW-Anlage im Behandlungsbau wurde 2006 installiert. Mit 300.000 Kubikmetern Luft pro Stunde (dies entspricht dem Volumen von 600 Einfamilienhäusern) bläst es im Ansaugtrakt der Klimaanlage für dieses Gebäude ganz ordentlich. Die Außen- und Fortluft in diesem Funktionstrakt werden über drei Kammern angesaugt bzw. abgeleitet. Das System ist redundant ausgelegt. Auch mit nur zwei Kammern (im Regelbetrieb werden sie nicht unter Volllast gefahren) kann das Gebäude sicher versorgt werden. Für den Einbau der Wärme- bzw. Kälterückgewinnungsanlage wurde so jeweils eine Kammer stillgelegt und die erforderlichen Komponenten nach und nach in allen drei Kammern installiert. Auf diese Weise konnte die GSWT-Technologie – das Herzstück der Wärme- und Kälterückgewinnung von SEW – im laufenden Betrieb montiert werden.

Außen- und Fortluft-Wärmetauscher wurden mit einer Verrohrung zu einem Kreislaufverbundsystem zusammengeschlossen. Die Wärme-/Kälterückgewinnung erfolgt damit absolut keim- und schadstoffübertragungsfrei und ist somit Mittel der Wahl für eine sichere Belüftung.

Zusätzliche Features erhöhen die Effizienz

Da die Anlage als Kreislaufverbundsystem (KVS) ausgelegt ist, ermöglicht sie einige zusätzliche sehr effizienzsteigernde Features. Über die Wärmerückgewinnung hinaus kommt im Behandlungsbau des Leopoldina-Krankenhauses eine Freie Kühlung zum Einsatz. Durch die hohen Austauschgrade des GSWT von über 85 % kühlt sich das KVS-Fluid bis fast auf die Außenlufttemperatur ab. Die Freie Kühlung nutzt dazu das Kältepotential der Außenluft und kühlt damit in erster Linie medizinische Großgeräte wie CT oder MRT oder auch das Rechenzentrum ohne mechanische Kälteerzeugung. „Die Freie Kühlung nutzen wir allerdings nur im Winter bei Temperaturen unter 6 °C“, erklärt Köhler, „und sparen damit nicht nur Energie, sondern vermeiden Instandhaltungsaufwand und Schallemissionen, ausgehend von den sonst laufenden Kältemaschinen.“ Durch den Einsatz der GSWT-Technologie ist die Frostgefahr bei den üblichen Rückkühlwerken eliminiert.

Ferner wird im Behandlungsbau das Prinzip der indirekt adiabatischen Kühlung genutzt. Verdunstungskälte von Wasser dient hier als natürliche Kälte-Quelle ohne mechanische Kältetechnik. Je 1.000 m3/h Abluft kann so zwischen 2,7 bis 3,5 kW Kälteleistung gewonnen werden.

Mit einer integrierten Nacherwärmung speist die SEW-Anlage noch fehlende Wärme ein und konditioniert so die Luft vor. Der sonst übliche Erhitzer im Luftstrom entfällt und luftseitige Druckverluste werden eingespart.

Einsparung ermöglicht weitere Investitionen

Wärme- und Kälterückgewinnung wird, wie so viele Energieeffizienzmaßnahmen, schnell zum Selbstläufer: Weitere Investitionen können aus den beachtlichen Einsparungen vorangegangener Maßnahmen finanziert werden. So wurde 2010 das Bettenhaus des Schweinfurter Leopoldina-Krankenhauses mit einem Luftvolumenstrom von 200.000 Kubikmeter in der Stunde ebenfalls mit einem GSWT-System mit Nacherwärmung und indirekt adiabatischer Kühlung nachgerüstet.

2014 folgte dann das damals neu errichtete Gebäude C (Privatstation, Psychosomatik, Labor, Strahlentherapie, Nuklearmedizin, Untersuchungs- und Behandlungsräume) mit einem Luftvolumenstrom von 40.000 m³/h. Auch hier kommen die WRG, Nacherwärmung und indirekt adiabatische Kühlung zum Einsatz. Auf Freie Kühlung wurde in diesem „Neubau“ verzichtet, weil der Kältebedarf im Winter aktuell nicht ausreichend groß ist, so dass sich eine solche Anlage nicht amortisiert hätte. „Durch die Offenheit der SEW-Technologie könnten wir eine Freie Kühlung aber jederzeit auch später noch integrieren“, erklärt Köhler. „Das SEW-Baukastenprinzip erlaubt nicht nur eine sehr flexible und maßgeschneiderte Dimensionierung der Anlagen, sondern auch ein problemloses Nachrüsten und Erweitern nach Bedarf.“

2018 wurden die großen WRG-Systeme so für zusätzliche Funktionen erweitert. Die Hauptanlage wurde mit einem Anschluss für eine Kältemaschinen-Rückkühlung aufgerüstet. Dieser hydraulische Anschluss hat ein separates Rückkühlwerk inklusive Verrohrung eingespart.

Auch die Anlage Bettenhaus erhielt in diesem Zuge eine Freie Kühlung.

Die energetische Sanierung des Konzerthauses Berlin wurde durch die Berliner Immobilienmanagement GmbH BIM, im Berliner Programm für Nachhaltige Entwicklung (BENE) aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung, und des Landes Berlin gefördert.

Die Herausforderungen

Das Gebäude entstand zwischen 1818 und 1821 und gilt als eines der Hauptwerke von Karl Friedrich Schinkel. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde es detailgenau rekonstruiert und erhielt in den 1980er Jahren eine Lüftungstechnik. Aus Gründen des Denkmalschutzes waren damals, und sind auch heute noch, keine Öffnungen auf dem Dach oder an der Fassade zur Einbringung moderner Technologie zulässig.

Die Planer standen vor der Aufgabe, einen nachhaltigen Betrieb zu ermöglichen, ohne dabei Kompromisse bei der akustischen Qualität oder dem Komfort für Künstler und Besucher einzugehen. Demzufolge war es wichtig, eine maßgeschneiderte Lösung zu entwickeln, die den spezifischen Anforderungen des Konzerthauses gerecht wird und eine hohe Energieeffizienz gewährleistet.

Als weitere Herausforderung der Modernisierung musste die Baumaßnahme im laufenden Spielbetrieb des Konzerthauses erfolgen. Die Montagearbeiten an der Haustechnik konnten nur innerhalb der wöchentlichen Betriebspausen oder Ruhezeiten (Lärmzeitfenster) durchgeführt werden, damit der Konzertbetrieb und die Proben problemlos weiterlaufen konnten.

Die Lösung – Modernisierung im Bestand

Die ideale Lösung für die Planer war der kleinteilige und modulare Aufbau der Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher (GSWT) der SEW GmbH. Dadurch konnten die Monteure die einzelnen Schichten in die Technikzentrale bringen und erst vor Ort zusammenbauen. SEW hat die Planung mit ihrer umfangreichen Expertise und Erfahrung in der Bestandssanierung unterstützt.

Dieser patentierte Wärmetauscher ist aus einzelnen Schichten aufgebaut und ermöglicht eine flexible und genaue Dimensionierung für jedes einzelne Objekt. Alle einzelnen Schichten funktionieren separat und können im Bedarfsfall ausgetauscht werden. Dies sorgt für eine hohe Betriebssicherheit. Bei Sanierungen mit beengten Platzverhältnissen, wie in diesem Fall, können die einzelnen Module vor Ort zum fertigen Gegenstrom-Schicht-Wärmetauscher zusammengesetzt werden.

Die GSWT-Technologie ermöglicht in einem Kreislaufverbundsystem (KVS) die effiziente Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft, die für die Beheizung oder Kühlung von Räumen geeignet ist. Sie senkt die Energiekosten durch einen geringeren Energieverbrauch und minimiert den CO2-Ausstoß des Konzerthauses Berlin.

Die Umsetzung

Um die Wärmetauscher mit der GSWT-Technologie in Verbindung mit einem KVS erfolgreich zum Einsatz zu bringen, haben die Konstrukteure der SEW GmbH eng mit der IWB Ingenieurgesellschaft mbH aus Braunschweig und dem Konzerthaus Berlin zusammengearbeitet. Durch umfangreiche Analysen haben sie den spezifischen Wärme- und Kältebedarf des Konzerthauses ermittelt. So konnten sie das Kreislaufverbundsystem optimal in die bestehende Infrastruktur integrieren.

Im Konzerthaus befinden sich zwei Lüftungszentralen, eine auf der Nord- und eine auf der Südseite. Diese haben jeweils einen zentralen Abluftvolumenstrom mit 50.000 m³/h und zwei Außenluftvolumenströme mit je 25.000 m³/h. Eine zentrale Pumpen- und Armaturenbaugruppe (PAG) mit Zonenregelung steuert die gemeinsame Hydraulik im KVS für beide Anlagen. Dazu gehören drehzahlgeregelte Pumpen mit integriertem Frequenzumformer, Absperr- und Regelungseinheiten, ein Ausdehnungsgefäß und eine Steuerung mit Notfall-Handbedienebene.

Aus Platzgründen musste die Fortluftanlage auf der Nordseite in zwei einzelne Stränge geteilt werden. Somit steuert eine PAG die Hydraulik von drei Fortluft- und vier Außenluftanlagen.

Im Sommer wird die Kälte von der kühleren Abluft auf die warme Zuluft übertragen. Zur Unterstützung wird die Abluft über einen Oberflächenbefeuchter adiabatisch (d.h. ohne Austausch von Wärmeenergie) befeuchtet und gekühlt. Dadurch konnten der Kältebedarf reduziert, die maschinelle Kälteerzeugung entlastet, Druckverluste eingespart und Leistungsreserven für ansteigende Temperaturen im Sommer geschaffen werden.

Das Ergebnis

Das Konzerthaus Berlin konnte durch die Integration des KVS mit der GSWT-Technologie zur Wärme- und Kälterückgewinnung seinen Energieverbrauch deutlich reduzieren. Dies führt zu spürbaren Einsparungen bei den Energiekosten und einer Verringerung der CO2-Emissionen.

Die erzielte Lösung trägt zu einem optimalen Raumklima im Konzerthaus Berlin bei, mit Vorteilen für Musiker und Publikum. Durch eine gleichmäßige und angenehme Temperatur wird eine erstklassige Hörerfahrung, bei verbesserter akustischer Qualität der Aufführungen, erreicht. Die Lüftung mit einem KVS verhindert eine Übertragung von Keim- und Schadstoffen von der Abluft in die Zuluft und schützt die Personen, die sich im Gebäude aufhalten. Durch die Erweiterung der Anlage um die adiabatische Fortluft-Kühlung erreicht die Anlage bei 33 °C Außenluft eine Kühlung der Zuluft auf 24 °C nach dem Zuluft-Wärmetauscher.

Die Zusammenarbeit zwischen dem Konzerthaus Berlin, der IWB Ingenieurgesellschaft Braunschweig und der SEW GmbH führte zu einer maßgeschneiderten Lösung, die den spezifischen Anforderungen des Konzerthauses gerecht wird. Mit der GSWT-Technologie wurden der Energieverbrauch optimiert, die Betriebskosten gesenkt und der CO2-Fußabdruck reduziert, ohne Kompromisse bei der akustischen Qualität des Hauses einzugehen.

Alle Projektbeteiligten sind sich einig, dass innovative Technologien wie die GSWT-Technologie zur Wärme- und Kälterückgewinnung einen bedeutenden Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Kulturbranche leisten können. Das Konzerthaus Berlin ist damit ein inspirierendes Beispiel für andere Institutionen und verdeutlicht, wie Energieeffizienz und erstklassige kulturelle Erfahrungen Hand in Hand gehen können.

Als Systemanbieter hat die SEW GmbH mit einem umfangreichen Servicepaket für eine reibungsfreie Installation des Wärmerückgewinnungssystems gesorgt. Dazu gehörte die Einbringung der Wärmetauscher-Module und der Pumpen- und Armaturenbaugruppe, Endmontage, Schnittstellenklärung, Glykolfüllung des Kreislaufverbundsystems, Inbetriebnahme, Einweisung und der ERP-Nachweis.