Kühlung für alte Meister

Ort

Winterthur

Baujahr

2016

Heizungssystem

2 x Luft/Wasser-Wärmepumpe NIBE F1345-60

Zuständiger Fachbetrieb

Sebastian Klauz, Ing. BSc HLK / Kelvin Kälte AG

Damit die Gemälde in einem Museum keinen Schaden nehmen, müssen Kühlung, Entfeuchtung und Beheizung des Gebäudes präzise aufeinander abgestimmt sein. In der Sammlung Oskar Reinhart in Winterthur gewährleistet ein modernes Wärmekonzept den optimalen Schutz der Meisterwerke.

Mehr als 200 Gemälde, Zeichnun­gen und Skulpturen vorwiegend europäischer Kunst finden sich in der Sammlung Oskar Reinhart «am Rö­merholz» in Winterthur. Der Fokus der Ausstellung liegt auf Gemälden des fran­zösischen Impressionismus und dessen Vorläufer, ihre Aushängeschilder sind be­kannte Namen wie Renoir oder Cezanne. Die Sammlung ist in der ehemaligen Villa des Kunstsammlers Oskar Reinhart unter­gebracht, zusätzliche Ausstellungsflächen befinden sich in der angebauten Gemälde­galerie. Die Idee des Ausstellungskonzepts, den modernen Impressionismus mit dem Vergangenen zu kombinieren, findet sich auch in der Architektur des Gebäudes wieder.

Strenge Temperaturvorgaben

Die teilweise äusserst wertvollen Gemälde benötigen einen entsprechenden Schutz. Dieser betrifft nicht nur offensichtliche Ri­siken wie Einbruch oder Brand. Denn die Gefahr kann auch von innen kommen. So müssen strenge Vorgaben bezüglich Temperatur und Feuchtigkeit eingehalten werden, da die Werke sonst Schaden nehmen könnten. Eine genau abgestimmte Kühlung, Entfeuchtung und Beheizung ist daher fundamental, um die Werke zu schützen.

Die Kühlung für die Galerie erfolgt hauptsächlich über die Lüftungsanlagen, die Beheizung über Radiatoren. Die ange­baute Galerie wird über eine Bodenheizung beheizt. Die geforderten Leistungen betra­gen 60 kW für die Kühlung sowie 110 kW für die Beheizung. Die Vorlauftemperatur im Heizbetrieb liegt, aufgrund der Wärme­abgabe mittels Radiatoren, bei 60 Grad. Im Rahmen eines grösseren Umbauprojekts ist die gesamte Heizung- und Kühlanlage vor einigen Jahren durch eine reversible Erdwärmesonden-Wärmepumpe/Kälte­maschine ersetzt worden. Die Umstellung der Betriebsweisen erfolgte innerhalb des Kältekreislaufes. Bei Bedarf erhöhte ein kondensierender Gaskessel die Vorlauf­temperatur und ergänzte die notwendige Leistung. Die Abwärme aus dem Kühlpro­zess wurde, sofern möglich, der Erdwär­mesonde zugeführt. Bei einer zu hohen Erdwärmesonden-Temperatur bestand die Möglichkeit, die Abwärme über einen Rückkühler in der Lüftung abzugeben. 

Wärmetauscher war undicht

Die Firma Kelvin Kälte AG wurde mit dem Service und Störungsdienst an der instal­lierten Klima-Kälteanlage beauftragt. Auf­grund einer Undichtigkeit im Wärmetau­scher des Verdampfers der Kältemaschine drang Wasser in den Kältekreislauf ein und zerstörte die Verdichter. Die ursprüngliche Maschine verfügte über zwei unabhängige Verdichter, zwei Kältekreisläufe, jedoch nicht über je zwei separate Wärmetauscher (Kondensator oder Verdampfer). Die Erfah­rung der letzten Jahre zeigt, dass undichte Wärmetauscher durchaus vorkommen können und vielfach zum Totalausfall der Maschine führen. Eine Ersatzteilbeschaffung der Verdich­ter war innerhalb kurzer Zeit nicht möglich, da es sich bei den Komponenten um eine produktspezifische Typenreihe des Herstellers OEM Original Equipment Manufacture handelte. Glücklicherweise war der Ausfall im Dezember, und die herrschenden Aussentemperaturen mach­ten ein Provisorium nicht notwendig. 

Jedoch mussten aufgrund einer anstehen­den Ausstellung rasch Ersatzlösungen gefunden werden, da die klimatischen Bedingungen im Museum nicht mehr aktiv beeinflusst und garantiert werden konnten. Mithilfe des ursprünglichen Planers, dem Eigentümer, dem Betreiber und der Firma Kelvin Kälte AG wurden Lösungen für den Ersatz gesucht. Die engen Platz­verhältnisse und der mögliche Lieferzeit­punkt waren für die Typenwahl entschei­dend. Zusätzlich hatte man die Chance, das System bezüglich Energie und Redundanz auf den neusten Stand zu bringen.

Zwei neue Wärmepumpen, Die beteiligten Stellen entschieden sich aufgrund der raschen Verfügbarkeit und der hohen möglichen Vorlauftemperaturen von 65 Grad für zwei NIBE-Wärmepum­pen des Typs F1345-60. Die grösste Schwie­rigkeit bestand in der Anpassung der vor­handenen Hydraulik und Regeltechnik in der geforderten Zeit. Die Firma Kelvin Kälte AG entwickelte hierfür ein Konzept und dimensionierte zusammen mit dem Planer die entsprechenden Komponenten. Bedingt durch den Ersatz der ursprüngli­chen reversiblen Kältemaschine durch eine Wärmepumpe, wurden Anpassungen im Bereich der Wärmetauscher notwendig. So wurde ein neuer, grösserer Wärmetauscher für die Rückkühlung respektive Abwärme­nutzung über die Erdwärmesonde einge­setzt. Der zweite Wärmetauscher wurde zudem zwischen dem Erdwärmesonden­und Kältekreislauf eingebaut. Zusätzlich wurden Dreiwegventile und Absperrklap­pen für die vorgesehenen zusätzlichen Betriebsweisen notwendig. Deren Umstel­lung erfolgt neu über das Wassersystem und nicht mehr innerhalb des Kältekreis­laufes. Die Steuerung der Standardmaschinen wurde den neuen Bedürfnissen leicht an­gepasst. Die Ansteuerung der verschiede­nen Betriebsarten erfolgte bereits über ein übergeordnetes Leitsystem. Die früheren Betriebsarten Heizen, Kühlen und Freec­ooling wurden durch die Möglichkeit ei­nes parallelen Free Cooling und durch eine parallele Abwärmenutzung ergänzt. Des Weiteren ist es gelungen, den Gaskessel massiv zu entlasten und dementsprechend einen Beitrag für die Senkung des CO2-Ausstosses zu leisten. Die Erdwärmeson­den-Temperatur wurde aufgrund der län­geren Betriebszeit gesenkt, und dement­sprechend ist ein längeres Kühlen mittels freier Kühlung möglich. 

Hohe Redundanz Das neue System mit den zwei NIBE F1345-60 hat mehrere Vorteile: Dank vier komplett unabhängigen Kältekreisläufen weist es eine hohe Redundanz auf. Zudem sind die Kältemittelfüllmengen äusserst gering: Pro Kältemittelkreislauf sind we­niger als 3,0 Kilogramm Füllgewicht vor­handen. Schliesslich sind mit dem System hohe Vorlauftemperaturen möglich. Die Anlage wurde in den ersten Betriebs­monaten über die kostenlose Plattform «NIBE Uplink» überwacht. Parallel wird die Anlage über ein übergeordnetes Leit­system überwacht. Die Anlage läuft seit dem Jahreswechsel 2014/15 zuverlässig und wartungsarm zur vollen Zufriedenheit des Kunden.

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