Voraussetzung für die Realisierung eines hocheffizienten Gebäudekonzepts ist ein integrierter Planungsprozess, der alle Aspekt der Energie- und Gebäudetechnik berücksichtigt. iC consulenten ZT GmbH waren mit der Planung der alternativen Energieversorgung und der modernen Haus- und Elektrotechnik beauftragt sowie beratend tätig in den Bereichen Bauphysik, energieeffizienter Betrieb und Zertifizierung des Desert Learning Centers. Die eingesetzten Lösungen und Komponenten stammen großteils von österreichischen Unternehmen.
Der Gesamtenergiebedarf des Desert Learning Centers konnte gegenüber vergleichbaren konventionellen Gebäuden um 40 % reduziert und der Trinkwasserverbrauch um 80 % verringert werden.
Unterirdische Luftkühlung und Erdwärmetauscher
Die Konditionierung der Zuluft erfolgt über ein unterirdisches Rohrsystem, durch das die warme Luft geführt wird. Die Zuluft wird über 9 Röhren mit 1200 Metern Gesamtlänge, die 8 Meter unter der Oberfläche im Wüstenboden liegen, angesaugt. Dabei kühlt sich die warme Luft um circa 8-10 K ab. Durch diese Vorkühlung wird bis zu 20 % Kühlenergie eingespart.
„Thermische Solarkollektoren sind mit Abstand die effektivste Nutzung solarer Energie. Das Projekt in Al Ain beweist unter extremen klimatischen Bedingungen die hervorragende Eignung solarer Kühlung zur Reduktion des Stromverbrauchs.”
Dr. Christian Holter, Geschäftsführer
S.O.L.I.D
Aktive solarthermische Kühlung
Die Technologie der solaren Kühlung bietet sich in heißen Regionen mit hohem Angebot an Sonnenenergie an, da der Kühlbedarf der Gebäude hier annähernd gleich zur Sonneneinstrahlung verläuft. Bei der solaren Kühlung werden mittels thermischer Solarkollektoren große Mengen von heißem Wasser bei einer Temperatur von 90° C erzeugt. Mit dieser solaren Wärme wird eine Absorptionskältemaschine angetrieben. Die Kältemaschine produziert kaltes Wasser mit 14° C, das anschließend in ein Kaltwasserverteilsystem gepumpt wird.
Die Gebäudekühlung des Desert Learning Centers erfolgt mit modernster solarer Kühltechnik des steirischen Unternehmens S.O.L.I.D. Das Kühlsystem ist gekoppelt mit thermisch aktivierten Bauteilen: In die Gebäudestruktur (Böden, Wände und Decken) wurden Rohre integriert, die von Kaltwasser durchströmt werden. Die Kühllast des Gebäudes beträgt ca. 1 MW. Die solare Kühlung versorgt die Betonkernaktivierung, die einen Betriebspunkt von 16° C hat. Für die Rückkühlung der Kompressions- und Absorptionskältemaschinen werden sechs adiabatische Kühltürme mit geschlossenem Kühlkreislauf betrieben. Diese Kühltürme minimieren den Wasserbedarf und erreichen gleichzeitig die erforderliche
geringe Spreizung von nur 4 K über der Feuchtkugeltemperatur.
Technische Eckdaten des solaren Kühlsystems:
- Kühlleistung: Lithium/Bromid-Absorptionskältemaschine 352 kW
- Kollektor: 1.134 m2 Hochtemperaturkollektoren
- Neigung: 25°
- Pufferspeicher: 2×13 m3
- Kaltwasserspeicher: 5 m3
- Rückkühlturm: 6 geschlossene Kühltürme im Verbund mit Kompressionskältemaschine
- Solarertrag: 825 kWh/m2a
Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen
Ein Großteil der elektrischen Grundlast für das Desert Learning Center wird mit Photovoltaik abgedeckt. PV-Module des niederösterreichischen Herstellers ertex solar wurden großflächig auf dem Gebäudedach montiert und versorgen den gesamten Baukomplex über 8 Wechselrichter mit Solarstrom. Insgesamt wurde eine Gesamtleistung von 149 kWp installiert.
Umfangreiche Simulationen waren notwendig, um die geeigneten Dimensionen und Spezifikationen für die Photovoltaik-Module zu entwickeln. Für die Sonderanfertigung wurde ein spezieller Dünnglasaufbau mit 2×2 mm Glas verwendet, der die Module extrem elastisch und betretbar macht. So sind Wartungsarbeiten auf dem Modulfeld möglich, ohne einzelne Paneele zu zerbrechen. Eine große Herausforderung stellte auch die Montage der Paneele auf der dreidimensional gekrümmten Dachfläche dar.
Technische Eckdaten der PV-Anlage:
- Installierte Leistung 150 kWp
- 1030 Paneele ca. 1×1 m
- PV Paneel 145 W
- spezieller Dünnglasaufbau mit 2×2 mm Glas
- gerahmte Module mit speziell entwickelter Aufständerung verschraubt
- Einsatz von Dummy Paneelen (95 Dummy 0,5 x1,0 m und 26 Dummy 0,5 x0,5 m)
Maßnahmen zur Wassereinsparung
In der Wüste gibt es kein Frischwasser – das Trinkwasser für das Desert Learning Center muss aus einer 150 km entfernten Meerwasserentsalzungsanlage nach Al Ain transportiert werden.
Im Rahmen des gebäudetechnischen Konzepts wurden umfangreiche Maßnahmen zur Wassereinsparung implementiert: Erstmals in den Vereinten Arabischen Emiraten kommen im gesamten Gebäude Vakuumtoiletten zum Einsatz. Das Wasser aus der Kläranlage wird dreistufig gereinigt und für die Kühltürme genutzt. Das Regenwasser wird gesammelt und auch das Kondenswasser aus den Lüftungsanlagen wird wiederverwendet.
Thermische Gebäudesimulation
Die exakte Modellierung nachhaltiger Gebäude während der Planungsphase führt zu einer Steigerung des Komforts und der Energieeffizienz im Betrieb. Für das Desert Learning Center wurden am AIT Austrian Institute of Technology umfangreiche Simulationen des kompletten Gebäudes durchgeführt, um die richtigen Konfigurationen für die aktive solarthermische Kühlung und das innovative Lüftungskonzept zu ermitteln. So wurde z. B. im Bereich der Luftvorkühlung errechnet, welche Temperatursenkungen bei unterschiedlichen Konfigurationen des im Erdreich verlegten Luftkanals zu erwarten sind.
Durch die wissenschaftliche Begleitung konnte der Planungsprozess unterstützt und Sicherheit geschaffen werden. Die Berechnungen bildeten auch die Basis für die Gebäudezertifizierungen. Aufgrund der hohen technischen Komplexität des Gebäudes musste die für Energiesimulationen üblicherweise eingesetzte Software TRNSYS speziell erweitert und umfangreich angepasst werden.
„Die energetische Modellierung des Desert Learning Centers ist unser Meisterstück hinsichtlich gekoppelter Anlagen- und Gebäudesimulation.”
DI Tim Selke,
AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Energy Department
