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Effiziente Beheizung von Hotelzimmern mit 47 dezentralen Kleinwärmepumpen

Energieeffizientes Heizen und Kühlen durch eine kombinierte Wärme- und Kältenutzung.

Projektträger: Derag Livinghotels AG & Co. KG

Projektstandort

München

München_georeferenzierung

Kontakt

Hochschule Rosenheim
Uli Spindler
83024 Rosenheim
Tel: (08031) 805-2330
uli.spindler[at]fh-rosenheim.de

Nutzen und Kosten

besonders wirkungsvoll – hoher Nutzen für die Umwelt
In der Literatur werden die Energiekosten von Hotels mit ungefähr 5 bis 8% vom Gesamtumsatz beziffert. Das Münchner Hotel erreicht eine Energiekostenquote von nur 1 bis 2% und spart damit erheblich Energie ein.

Nutzen: Der Benefit des neuartigen Konzepts zeigt sich vor allem in dem vielversprechenden Ansatz der thermischen Verschiebung und Doppelnutzung innerhalb des Gebäudes. Wenn die Hilfsenergieverbräuche in künftigen Projekten minimiert und die primären Erzeuger optimiert werden, kann sich dieses Konzept gegenüber klassischen Anlagenkonzepten gut behaupten.

Beschreibung

Auslöser
Die hygienischen Anforderungen an Trinkwarmwasser in Hotelzimmern sind sehr hoch, um der Gefahr durch Legionellenbildung wirksam vorzubeugen. Mit der Weiterentwicklung des ClimaTowers der Fa. Colt wollte man diesen Anforderungen gerecht werden und gleichzeitig den Energieverbrauch gering halten.
Durchführung
Das Hotel am Viktualienmarkt verdankt seinen Namen dem 1843 gegründeten Blumenmarkt, der seinerzeit in der benachbarten Schrannenhalle abgehalten wurde. Der Betreiber der Hotelkette Derag Livinghotels wollte das etwas herunter gekommene Wohnheim in der Utzschneiderstraße grundlegend sanieren, modernisieren und zu einem Komfort-Hotel umbauen. Besondere Beachtung fand dabei die Legionellenproblematik im Brauchwasser. Normalerweise wird, gerade auch in Hotels mit einem oft sehr sporadischem Warmwasserbedarf, diesem Problem durch hohe Warmwasser-Vorlauftemperaturen oder dezentrale Boiler begegnet, was beides energieintensiv ist. In diesem Projekt sollte jedoch ein neuer, energieeffizienter Ansatz entwickelt werden: Eine dezentrale Technikstation auf Basis einer sehr kleinen Mikro-Wärmepumpe, sorgt in jedem Hotelzimmer für Raumwärme, Warmwasser, Kühlung und Hygienelüftung. Über einen sogenannten Neutralleiter werden alle Räume auf niedrigem Temperaturniveau miteinander vernetzt und an die zentralen Warmwasser- und Kaltwasserspeicher angebunden. Aufgrund der hohen Komplexität des Gesamtsystems und der dafür notwendigen Regelungstechnik, sollten die Anlagen einer wissenschaftlichen Evaluierung unterzogen werden.

Forschungsfokus:
Mit wachsender Komplexität der Gebäudetechnik steigt auch das Risiko, dass die Systemkomponenten nicht optimal zusammenarbeiten oder sich sogar negativ beeinflussen. Mit dem 2013 gestarteten wissenschaftlichen Monitoring werden zentrale und dezentrale Anlagenkomponenten und die Regelstrategie überwacht und die relevanten Energieströme über zwei Jahre erfasst. Auf dieser Basis kann das innovative Energiekonzept bewertet und im laufenden Betrieb optimiert werden. Befragungen zum Nutzerkomfort ergänzen die Untersuchung ebenso wie eine projektübergreifende und vergleichende Performance-Analyse.
Neu sind vor allem die 47 in die einzelnen Zimmer eingebauten Mikro-Wärmepumpen. Sie sollen in Verbindung mit Kurzzeit- und Langzeit-Wärmespeichern, der Solarkollektoranlage und dem Zweileiter-Wärmenetz sowohl den Energiebedarf als auch Energieüberschüsse im Gebäude ausgleichen, ohne dass hierfür zusätzliche Heiz- oder Kühlsysteme benötigt werden. Die hohe Dezentralität erfordert ein hohes Maß an Regelgüte und stellt zugleich auch hohe Ansprüche an das wissenschaftliche Monitoring. Der Forschungsfokus liegt sowohl auf der Effizienz und Funktionsweise der dezentralen Anlagen und Anlagenkomponenten, einschließlich aller Hilfsströme, als auch auf dem gesamten Gebäude und seiner energetischen Bilanz. Dazu werden alle bedeutenden elektrischen und thermischen Energieströme im Hotel erfasst. Die Systemebene (Neutralleiter, Speicher- und Erzeugersysteme, Lüftungsanlage, Dampferzeugung) wird dabei komplett erfasst, während auf Zimmerebene eine repräsentative Auswahl von zwölf Apartments detailliert messtechnisch erfasst werden. Die Messungen werden durch Informationen aus dem vorhandenen Gebäudeleitsystem und vom Anlagenbetreiber ergänzt, um eine genaue Extrapolation der Teilergebnisse auf alle Räume des Hotels zu ermöglichen. Zur Auswertung der Messdaten wurde die Software MoniSoft verwendet.

Sanierungskonzept:
Das bauliche Konzept des Hauses sollte eine möglichst günstige Energie-Bilanz ermöglichen. Dampf aus einer zentralen Erzeugung versorgt Dampfduschen in den Zimmern und wird zudem für anfallende Reinigungsarbeiten genutzt. Dadurch kann das Hotel bei höchsten hygienischen Standards nahezu ohne Reinigungsmittel und Lösungsmittel betrieben werden.

Energiekonzept:
Die Besonderheit des Energiekonzepts ist eine Mikro-Wärmepumpe kleiner Leistung in jedem Zimmer, welche für Wärme und Warmwasser innerhalb der Zimmer und Apartments sorgt. Die verschiedenen Räume sind über einen Neutralleiter auf niedrigem Temperaturniveau miteinander verknüpft. Da der Neutralleiter einerseits als Wärmequelle für die Wärmepumpen dient und gleichzeitig die Kühlleistung für die Kühldecken der Hotelzimmer bereitstellt, ergeben sich aus der Wärme-Kälte-Kopplung weitere Einsparpotenziale. Die Wärme- und Kälteübergabe an die Räume erfolgt zum einen über eine Klimadecke, zum anderen über das Lüftungssystem. So kann jedes Zimmer und Apartment den Wärmeüberschuss anderer Zimmer oder aus dem zentralen Wärmespeicher nutzen. In den zentrale Puffersystemen wird nicht unmittelbar nutzbare Wärme oder Kälte für einen späteren Bedarf gespeichert. Eine große solarthermische Anlage und ein System für die freie Kühlung ergänzen die Gebäudetechnik. Backup-Systeme sichern im Notfall die unterbrechungsfreie Versorgung mit Wärme- und Kälteenergie.

Performance:
Das außergewöhnliche Energiekonzept mit den vielen Wärmepumpen dezentral in den Zimmern hat sich in der täglichen Nutzung grundsätzlich gut bewährt. Es wurden jedoch einige kritische Punkte identifiziert, die es noch zu optimieren gilt, bevor das Konzept für die breite Anwendung angeboten werden soll. So ist insbesondere der Einsatz von Hilfsenergie für die Verteilung der Niedertemperaturwärme relativ hoch – allein auf die Umwälzpumpe im Neutralleiternetz entfallen etwa 20% des Stromverbrauchs der gebäudetechnischen Anlagen.
Weiterhin erweist sich die thermische Trägheit der energetisch grundsätzlich vorteilhaften Flächenheizung und -kühlung als problematisch, da sich deren langsame Reaktion bei der Nachregelung nicht mit der Erwartungshaltung der Gäste deckt. Das Problem verschärft sich noch dadurch, dass die Heiz-Kühl-Decke die vom Hersteller angegebenen Wärmeübertragungswerte deutlich unterschreitet. Diese Erkenntnisse sollen in die Weiterentwicklung des Systems einfließen.
Die nachträgliche Einbindung der Rückkühlung durch freie Kühlung oder Kältemaschine, konnte durch eine bauliche Einschränkung nicht in der benötigten Leistung ausgeführt werden sodass die Strom-Kälte-Effizienz unter den Möglichkeiten bleibt.
Für den Gebäudetyp Hotel zeigt sich in diesem Projekt zudem, dass die Verbräuche der gebäudetechnischen Anlagen nur etwa 50% des elektrischen Gesamtverbrauchs ausmachen. Es gibt also auch deutliche Einsparpotenziale in anderen Bereichen, die in künftigen Projekten konsequent ausgelotet werden müssen – so zum Beispiel die großen nutzerspezifische Verbräuche in Küche oder Wäscherei.

Optimierungsmaßnahmen und -möglichkeiten:
In 2016 wurde im Hotel ein außenliegender Sonnenschutz installiert, um die Kühllasten zu reduzieren. Dies verringert die sommerliche Erwärmung der Zimmer und wird den Kühlenergieverbrauch künftig um etwa 15% reduzieren.
Testweise wurde auch in einem Zimmer die Klimadecke gegen ein Produkt eines anderen Herstellers getauscht. Die Kühlleistungen verbesserten sich sogleich aufgrund höherer Temperaturdifferenzen zur Raumluft um den Faktor 2 bis 3. Auch die Pumpe des Neutralleiters – sie ist eine der großen Hilfsenergie-Verbraucher – wurde gegen ein anderes Fabrikat getauscht. Hier galt es, den optimalen Pumpenbetrieb an den realen Volumenstrombedarf besser anzupassen. Durch diese Maßnahme konnte der Stromverbrauch der Pumpe um fast 30% gesenkt werden. Außerdem reduzierte sich die Häufigkeit von Störmeldungen deutlich. Störungen waren aufgrund kurzzeitig schwankender Volumenströme aufgetreten, verursacht durch den Wechsel vom Einzel- zum Doppelpumpenbetrieb.
Bei der Kälteerzeugung zeigte eine Analyse der Freikühlung, dass fast 35% der Kälte in der Übergangszeit über dieses Prinzip erzeugt werden könnte, sofern die Programmparameter eine Beladung der Kältespeicher auch bei Nacht erlauben würden. Bislang wurden lediglich 3 bis 4% der Kälte in der Übergangszeit via Freikühlung bereitgestellt. Dies ist ein einfach zu erschließendes Optimierungspotenzial, worüber sich der Stromeinsatz für Kompressionskälte deutlich verringern kann.

Baukosten und Wirtschaftlichkeit:
In der Literatur werden die Energiekosten von Hotels mit ungefähr 5 bis 8% vom Gesamtumsatz beziffert. Das Münchner Hotel erreicht eine Energiekostenquote von nur 1 bis 2% bzw. je Übernachtung sind das 4,30 Euro. Das sind – bei recht hohen Zimmerpreisen in zentraler Münchner Lage – erfreulich niedrige Werte. Die Energiekosten je Zimmer und Jahr fallen mit 1.112 Euro im Vergleich zu den Werten in der Literatur ebenfalls eher niedrig aus. Sie liegen auf dem Niveau eines kleinen Einfamilien-Wohnhauses oder einer größeren Wohnung im Geschosswohnungsbau.
Tipps
  • Hilfsenergieverbräuche und der Verbrauch der Gebäudeautomation nimmt bei effizienten Anlagen einen großen Anteil am Gesamtenergieverbrauch ein und sollte konsequent in der Planung berücksichtigt und minimiert werden.
Stolpersteine
  • Nutzer - also Gäste - in Hotels sind weniger bereit, auch temporäre Komforteinbußen durch die Anlagentechnik hinzunehmen, als es etwa in einem Büroumfeld der Fall ist - schließlich bezahlen Sie den Aufenthalt. Das kann ein Hemmnis sein um neuartige Konzepte mit gewissem Restrisiko in Bezug auf den dauerhaften Nutzerkomfort zu testen.
Auszeichnungen
  • 10/2014: Bayerischer Energiepreis
    verliehen von: Bayerisches Staatsministerium für WIrtschaft und Medien, Energie und Technologie

Beispiel gemeldet:04/2017 

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