Ingenieurarchitekturen und Prinzipien
HAIHES

HAIHES veröffentlicht offene Ingenieurarchitekturen, die den systemischen Ansatz des Instituts bei der Arbeit mit physikalischen Prozessen in großen Infrastrukturobjekten widerspiegeln

Die veröffentlichten Materialien stellen keine Produkte oder kommerziellen Angebote dar
Ihre Aufgabe besteht darin, die ingenieurtechnische Logik, das architektonische Denken und die Arbeitsweise mit realen Systemen zu demonstrieren

Inertial Cooling Architecture
Inertiale Kühlarchitektur großer Gebäude

Allgemeines Prinzip

Das System der inertialen Kühlung ist für Objekte mit konstanter thermischer Belastung und ausgeprägten tageszeitlichen Kühllastspitzen ausgelegt

Zu solchen Objekten gehören
Rechenzentren
Flughäfen
Handels- und Logistikkomplexe
Hotels
Industriegebäude

Grundlage der Architektur ist das Prinzip der zeitlichen Steuerung von Wärme und nicht der reaktiven Bekämpfung der Temperatur zu jedem Zeitpunkt

Das System verlagert den Hauptanteil der Kühlleistung in die Nachtstunden und nutzt die thermische Trägheit der Wassermasse innerhalb des Gebäudes

Zentrales ingenieurtechnisches Prinzip

Nicht die Luft wird gekühlt, sondern die thermische Masse

Luft ist nicht in der Lage, Kälte zu speichern, und erfordert einen permanenten aktiven Betrieb der Anlagen
Wasser besitzt eine hohe Wärmekapazität, ist leicht messbar und steuerbar und kann als stabiler Kältespeicher dienen

Die Nutzung von Wasser als thermische Masse ermöglicht vorhersehbare und steuerbare thermische Prozesse im Gebäude

Systemarchitektur

Innerhalb des Gebäudes werden ein oder mehrere Wasserbehälter installiert, die als thermische Speicher fungieren

Die Behälter werden in technische Zonen integriert und greifen nicht in Betriebs- oder Nutzerbereiche ein

Der Wasserkreislauf wird über Wärmetauschereinheiten an das bestehende Kühlsystem angebunden
Die vorhandenen HVAC-Systeme arbeiten weiterhin im Normalbetrieb und müssen nicht ersetzt werden

Der inertiale Kreislauf fungiert als Überbau, der Lastspitzen glättet und das thermische Verhalten des Objekts stabilisiert

Nachtbetrieb

In den Nachtstunden
sinkt die thermische Gebäudelast
ist die Außentemperatur niedriger
arbeiten die Kühlanlagen unter günstigeren Bedingungen

In dieser Phase wird das Wasser in den Behältern abgekühlt
Es erfolgt eine Speicherung von Kälte in der thermischen Masse

Der Prozess verläuft ohne Lastspitzen und ohne Überlastung der Anlagen

Tagbetrieb

In den Tagesstunden steigt die thermische Belastung an

Die im Wasser gespeicherte Kälte wird zur Stabilisierung der Temperaturverhältnisse im Gebäude genutzt
Die Wärme wird über Wärmetauscherkreise in die Wassermasse abgeführt

Die Lufttemperatur verändert sich langsam und vorhersehbar
Die Spitzenlast der Kälteerzeuger wird deutlich reduziert

Steuerung und Kontrolle

Das System wird auf Basis einfacher und messbarer Parameter geregelt
die Wassertemperatur
die Lufttemperatur in den Zonen
die Luftfeuchtigkeit

Die Wasserzirkulation sorgt für eine gleichmäßige Temperaturverteilung und ein stabiles Systemverhalten

In seiner Funktionslogik ist das System mit einem Heizkörper vergleichbar, der im Kühlbetrieb arbeitet

Ingenieurtechnischer Effekt

Reduzierung der Spitzenlasten während der Tagesstunden
Gleichmäßigerer Betrieb der Kälteanlagen
Reduzierter Verschleiß und erhöhte Betriebssicherheit
Verbesserte Steuerbarkeit der thermischen Prozesse im Gebäude

Bezug zu ReWater

Im Betrieb von Kühlsystemen in großen Gebäuden entstehen kontinuierlich erhebliche Mengen an Kondensat
In klassischen Ingenieurkonzepten wird dieses Kondensat abgeführt und nicht weiter genutzt

In der HAIHES-Architektur wird Kondensat als kontinuierlich entstehender Ressourcenstrom betrachtet
Über eine Rewaterisierungsanlage wird es gemäß den geltenden Normen auf Trinkwasserqualität aufbereitet

Nach der Rewaterisierung wird das Wasser nicht aus dem System entfernt
Es wird Bestandteil des internen Wasserkreislaufs des Objekts

Im Fall eines Rechenzentrums wird ReWater nach entsprechender technischer Anpassung direkt in das Kühlsystem integriert

Da die Rewaterisierungsanlage kontinuierlich neues Wasser erzeugt
kommt es zu einer permanenten Erneuerung und Zirkulation der Wassermasse im System

Tag und Nacht zirkuliert das Wasser im inertialen Kreislauf
und erfüllt gleichzeitig die Funktion der thermischen Kältespeichermasse und des Kühlmediums

Kondensat entsteht weiterhin während des Betriebs
wird der Rewaterisierungsanlage zugeführt
und schließt den kontinuierlichen internen Wasserkreislauf

In klassischen Systemen wird Kondensat als Nebenprodukt betrachtet und in die Kanalisation abgeleitet

In der HAIHES-Architektur gilt Kondensat als bereits erzeugte und bezahlte Ressource

Über die Rewaterisierung wird das Kondensat gemäß den geltenden Normen auf Trinkwasserqualität gebracht
Am Ausgang entsteht sauberes Trinkwasser

ReWater wird zu einer internen Ressource des Objekts und ermöglicht einen Betrieb ohne externe Wasserentnahme

Anwendungsbeispiel 01
Rechenzentrum

Ein Rechenzentrum ist ein Objekt mit kontinuierlicher thermischer Belastung und einem 24-stündigen Betrieb der Kühlsysteme

Das nach der Rewaterisierung gewonnene Wasser wird in der Architektur wie folgt eingesetzt

Ein Teil des Wassers wird den Speichern des inertialen Kreislaufs zugeführt und bildet das Hauptvolumen der thermischen Masse
Dieselbe Wassermasse zirkuliert im System und wird für nächtliche Kältespeicherung und tageszeitliche Temperaturstabilisierung genutzt

Der Kühlkreislauf verbraucht kein Wasser im Dauerbetrieb
Das Wasser zirkuliert innerhalb des Systems und wird wiederverwendet

Zusätzlich kann Wasser für betriebliche und Servicezwecke genutzt werden

Das Ergebnis ist ein gleichmäßigerer, vorhersehbarer und laststabiler Betrieb des Kühlsystems des Rechenzentrums

Anwendungsbeispiel 02
Flughafen

Ein Flughafen ist ein großskaliges, kontinuierlich betriebenes Infrastruktursystem mit hoher operativer Verantwortung

Passagierströme erzeugen ausgeprägte tageszeitliche Wärmelastspitzen
Die Stabilität der Kühlsysteme wirkt sich unmittelbar auf Sicherheit und Komfort aus

Die Rewaterisierung innerhalb der Flughafenarchitektur löst mehrere Aufgaben gleichzeitig

Trinkwasserqualität wird genutzt für
Trinkwasserspender
Küchenbereiche
Passagierservices

Dasselbe Wasser wird als Betriebswasser eingesetzt
Sanitärbereiche
Reinigung von Fahrzeugen und Technik
technische Zwecke

Gleichzeitig wird ein erheblicher Teil des Wassers dem inertialen Kühlkreislauf zugeführt
Wasserbehälter bilden einen großvolumigen thermischen Speicher

Nachts wird Kälte gespeichert
Tagsüber nimmt die Wassermasse den Großteil der thermischen Last der Terminals auf

Die HVAC-Systeme arbeiten weiterhin im Normalbetrieb bei deutlich gleichmäßigerer Belastung

Zusammenfassende ingenieurtechnische Logik

HAIHES bietet keinen Kampf gegen Hitze oder Kälte

Die Architektur beseitigt die Fragmentierung technischer Einzellösungen und vereint Kühlung, Wasser, Energie und Zeit zu einem steuerbaren Gesamtsystem

Es werden bestehende Prozesse genutzt
bestehende Infrastruktur
natürliche physikalische Eigenschaften von Wasser

Das Ergebnis wird nicht durch zusätzliche Komplexität erzielt, sondern durch die Beseitigung von Denkfehlern in der Ingenieurplanung

Grenzen der Anwendbarkeit

Die Architektur entfaltet ihre maximale Wirkung bei Objekten mit
kontinuierlicher oder lang andauernder thermischer Belastung
großen Innenvolumina
ausgebauter Wasser- und Klimatechnik

Für kleinere Objekte mit sporadischem Kühlbedarf ist das System nicht sinnvoll
Es handelt sich nicht um eine universelle Lösung für alle Gebäudetypen
sondern um ein ingenieurtechnisches Prinzip für große Infrastruktursysteme

Ausfallsicherheit und Trägheit

Der Einsatz von Wasser als zentrales Arbeits- und Trägermedium verleiht dem System eine zeitliche Reserve

Bei Laständerungen, Anlagenausfällen oder äußeren Einwirkungen reagiert das System nicht mit sofortiger Überhitzung
sondern bleibt aufgrund der thermischen Masse stabil

Die Trägheit des Wasserkreislaufs verschafft dem Betriebspersonal Zeit für Entscheidungen
und reduziert die Wahrscheinlichkeit von Stör- und Notbetriebszuständen

Architektur als Denkweise

Das dargestellte Konzept ist keine Technologie, kein Produkt und kein Gerät

Es handelt sich um ein ingenieurtechnisches Prinzip für Planung und Betrieb großer Objekte

Die Architektur bekämpft weder Klima, Last noch Temperatur
Sie arbeitet mit ihnen, indem sie die Physik des Mediums und die zeitlichen Eigenschaften der Prozesse nutzt

Genau dieser Ansatz ermöglicht Systeme, die langfristig stabil und vorhersehbar bleiben