Prozessoptimierung unter Einsatz energieeffizienter Gebäudetechnik

Die Optimierung von Fertigungsprozessen steht für Industrieunternehmen fortlaufend im Fokus ihrer Arbeit. Das Unternehmen Contura MTC aus dem sauerländischen Hemer hat sich dieser Anforderung der Industrie angenommen und entwickelt von der Software bis hin zum fertigen Produkt Lösungen speziell für die Optimierung von Spritzgussverfahren. Mit dem Neubau seines eigenen Entwicklungsbetriebes hat das Unternehmen mit Blick auf die technische Gebäudeausrüstung Anforderungen definiert, die dem eigenen Leitgedanken der Effizienz Rechnung tragen. So wurde neben einer Wärmepumpen-Kaskade mit Flächentemperierung u. a. eine bedarfsorientierte Kühlung geplant und installiert.

Die Contura MTC GmbH in Menden (Sauerland) ist eine Ingenieur-Gesellschaft, die Software zur Kühlung von Spritzgussverfahren entwickelt. Diese anwendungsorientierten Lösungen ermöglichen bis zu 30 % Zeitersparnis im Fertigungsprozess. „Im Kern sind wir eine Ingenieur-Gesellschaft, die Software produziert. Hier vor Ort findet keine Fertigung statt, für unsere Produkte notwendige Komponenten werden von regionalen Dienstleistern hergestellt. Dabei betreuen wir jedoch den gesamten Prozess, damit der Kunde nicht nur die Software, sondern immer das fertige Endprodukt erhält,“ erklärt Dipl.-Ing. Thorsten Müller-Schmetz, Geschäftsführer der Contura MTC die Abläufe vor Ort.

Flächenheizung bietet optimale Voraussetzungen
Das neue Firmengebäude der Contura MTC befindet sich im Gewerbegebiet in Hemer und verfügt über moderne Büroräume, die sich auf das Erd- und das Obergeschoss verteilen. Angegliedert wurde eine Werkstatt- und Lagerhalle, in der u. a. Prototypen entwickelt und Lohnarbeiten durchgeführt werden. Die beiden Gebäudeteile sind verbunden durch einen großen Raum, in dem Konferenz- oder Seminargruppen tagen können. Bezug des zweigeschossigen, nach dem aktuellen EnEV-Standard für Gewerbeimmobilien gedämmten Gebäudes war im März 2014.
Überzeugungsarbeit für den Einsatz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe brauchte nicht geleistet zu werden, da der Bauherr für das Thema Kosteneinsparung offen war. Beim Einsatz fortschrittlicher Technologien bestand ebenfalls großes Interesse seitens der Geschäftsleitung, was die Planung und Umsetzung des neu erstellten Unternehmensgebäudes leicht machte. Das gesamte Gebäude wird mit Flächenheizungen temperiert. In den Büro- und Seminarräumen kommt eine Fußbodenheizung zum Einsatz, während die Lager- und Werkstatthalle über eine Betonkernaktivierung beheizt wird.

Luft/Wasser-Wärmepumpe statt Gas-Brennwert
Ursprünglich sah die Planung der gebäudetechnischen Ausstattung eine klassische Wärmeversorgung mit einem Gas-Brennwertkessel ohne weitere Optionen vor. Neben den hohen Kosten für die Verlegung eines Gasanschlusses allein auf dem Gelände des Gewerbebetriebes, stellte die Wärmeerzeugung mit einem fossilen Brennstoff zur Beheizung des Neubaus mit gedämmter Gebäudehülle und großen Fensterflächen für solare Wärmegewinne letztlich keine Lösung dar. „An dieser Stelle kam die Erfahrung und Kompetenz unseres planenden und ausführenden Fachhandwerkers zum Tragen, der uns auf Grundlage der vorhandenen Wärmebedarfsberechnung ein Konzept für die Wärmeerzeugung mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpen-Kaskade vorgestellt hat“, so Müller-Schmetz.
Nach der Vor-Ort-Besichtigung und einem anschließend Beratungsgespräch, waren dem Bauherrn die Vorteile des Luft/Wasser-Wärmepumpen-Systems klar. „Die Voraussetzungen für eine Wärmeerzeugung über Luft/Wasser-Wärmepumpen sind hier geradezu optimal: Die gut gedämmte Gebäudehülle sorgt für einen geringen Wärmebedarf, während die Systemtemperatur der Wärmeverteilung, also der Fußbodenheizung im Büro und der Bauteilaktivierung in der Lagerhalle, mit niedriger Vorlauftemperatur auskommt und sich deshalb besonders gut mit einer Wärmepumpenanlage als Wärmeerzeuger für den monovalenten Betrieb eignet“, erklärt Dipl.-Ing. Andreas Sedlaczek, Geschäftsführer der Sedlaczek Sanitär- und Heizungstechnik GmbH aus Arnsberg.
Zum Einsatz kommen drei Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen des Herstellers Mitsubishi Electric, die als Kaskade miteinander verschaltet sind. Die drei Außengeräte sind hinter dem Gebäude aufgestellt und produzieren dort Wärme aus der Außenluft. Damit die Außeneinheiten effizient arbeiten können, zeigen sie in ihrer Leistung ein präzises Regelverhalten. Ermöglicht wird dies durch die sogenannte Inverter-Technologie, mit der die Wärmepumpen ausgestattet sind. Durch sie kann der Verdichter im Außengerät seine Drehzahl je nach Anforderungsbedarf fast stufenlos variieren und erzeugt nur die Leis­tung, die aktuell benötigt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch den ausschließlichen Einsatz von invertergesteuerten Verdichtern niedrige Startströme von maximal 8 Ampere erreicht werden und keine Stromspitzen auftreten.

Inverter-Technologie
Im Teillastbetrieb – und dies macht aufs ganze Jahr gesehen den größten Teil der Betriebszeit aus – sind die Systemeffizienz sowie die Jahresarbeitszahl aufgrund der Vollinverter-Technologie am höchsten. Die Aufteilung der erforderlichen Gesamtleis­tung auf eine Kaskade führt zu einer hohen Betriebssicherheit sowie einer gleichmäßigen Auslastung der drei Einheiten. „Das liegt auch an der intelligenten Verschaltung der drei Wärmepumpen zu einer Kaskade. Der gewählte Umschaltpunkt trägt wesentlich zu der energiesparenden Betriebsweise bei. Dabei wird das erste Gerät zunächst nur bis zu einer Leistung von 70 % angesteuert, da die eingesetzten Aggregate ihren optimalen Betriebspunkt im Teillastbetrieb haben. Erst wenn diese Leis­tungsstufe erreicht ist, schaltet sich das zweite Gerät hinzu, erläutert Sedlaczek und ergänzt: „Zu der hohen Systemeffizienz trägt auch bei, dass die Wärmeerzeuger ohne den sonst obligatorischen Elektroheizstab auskommen.“ Dies wird über die sogenannte Zubadan-Technologie ermöglicht, mit der die Geräte eine Heizleistung von 100 % bei Außentemperaturen von bis zu -15 °C erreichen können. Eine zusätzliche Einspritzung des Kältemittels über einen Bypass in den Kompressor erfolgt ab einer Außentemperatur von 3 °C und tiefer. Dadurch wird der Arbeitsbereich der Wärmepumpe auf bis zu -25 °C erweitert und stellt so eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung.
Die Innenstation der Heizungsanlage ist in einem Technikraum im Doppelboden der Werkstatthalle untergebracht. Drei Ecodan-Innenmodule regeln dort den Übertrag der Wärme auf das Heizungswasser und speisen die beiden 750-l-Pufferspeicher. Ein „Flow-Temperature-Controller“ vom Typ „PAC IF 51 BE“ regelt den optimalen Kältemittelfluss zwischen Außen- und Innenmodulen. Zur Verteilung der Wärme und Steuerung der Temperatur im Gebäude kommen klassische Fußbodenheizkreisverteiler sowie Thermostatventile zum Einsatz.

Bedarfsorientierte Kühlung im Sommer
Für den Sommerbetrieb steht zusätzlich ein Klimaaußengerät als Power-Inverter-Einheit aus der „Mr. Slim“-Serie mit 14 kW Kälteleistung zur Verfügung. Versorgt werden damit aktuell vier Klima-Innengeräte als Deckenkassetten im Eurorastermaß. Drei befinden sich im Seminarraum, eine im Besprechungs-/Konferenzraum. Der Hintergrund für die Kühlung hängt mit einem hohen Personenaufkommen zusammen, das die Wärmelasten in diesen Räumen schnell ansteigen lässt. Zudem verfügen beide Räume über bodentiefe Fensterflächen, die nach Süden ausgerichtet sind, sodass auch hier eine hohe Sonneneinstrahlung für übermäßigen Wärmeertrag und eine schnelle Aufheizung im Sommer sorgen kann. Eine Erweiterung um Inneneinheiten in weiteren Räumlichkeiten ist möglich. Denn im Obergeschoss sind während der Bauzeit auf Anraten des Fachhandwerkers bereits Kälteleitungen verlegt worden, um ein eventuelles Nachrüsten mit Klima-Innengeräten zu erleichtern. Geplant und mittlerweile in der Umsetzung werden hier jetzt auch Deckenkassetten zur Kühlung der Mitarbeiterbüros eingesetzt. Alle Kima-Innengeräte können mit Kabelfernbedienungen vom Typ „PAR-31MAA“ gesteuert werden, die sämtliche lokalen Funktionen in einem Gerät zusammenfassen.

Fazit
Die neue Unternehmenszentrale der Contura MTC GmbH in Menden wurde unter modernsten energetischen Gesichtspunkten als Gewerbeobjekt erbaut. Gemäß der eigenen Unternehmensphilosophie, hochmoderne Technologien zu produzieren und einzusetzen, liegt der Schwerpunkt bei der gebäudetechnischen Ausstattung auch auf dem Einsatz moderner und energiesparender Systeme. Mit einer Flächentemperierung über Fußbodenheizung in den Büros und Betonkernaktivierung in der Werkstatt- und Lagerhalle bietet das Gebäude optimale Voraussetzungen, um die benötige Wärme über eine Luft/-Wasserwärmepumpen-Kaskade zu erzeugen. Die Aufteilung der Gesamtleistung auf eine Kaskade erhöht die Betriebssicherheit und den Wirkungsgrad, insbesondere in den Übergangszeiten im Teillastlastbetrieb.

Bilder: Mitsubishi Electric

www.mitsubishielectric.de