Viertes Netzwerktreffen

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1 Viertes Netzwerktreffen Einsparpotentiale bei Lüftungsanlagen Referent: Horst Fernsner

2 Inhalt Grundlagen Klassifizierung von Lüftungsanlagen Wärmerückgewinnungssysteme Wärmeseitige Regelungskonzepte von Lüftungsanlagen Physikalische Grundlagen Formeln, Wirkungsgrade, spezifische Kosten. Optimierungen, Einsparpotential Optimierungspotential Abluftanlagen Reduzierung der Abluftmenge Einsatz natürlicher Lüftung Bedarfsgerechte Regelung Zuluftanlagen bedarfsgerechte Regelung Wartung, Filterreinigung

3 Klassifizierung von Lüftungsanlagen was haben wir

4 Klassifizierung von Lüftungsanlagen Lüftungsanlagen werden gemäß Ihrer Luft-Behandlungsstufen eingeteilt. Die Behandlungsstufen sind: - Heizen - Kühlen - Befeuchten - Entfeuchten Klassifizierung: - 0 Stufen Abluftanlage - 1 Stufe Lüftungsanlage Stufen Teilklimaanlage - 4 Stufen Vollklimaanlage

5 Wärmeseitige Regelungskonzepte Regelung oder Steuerung??? Steuerung (z.b. außentemperaturabhängige Heizungssteuerung ohne Raumfühler) Die Steuerung ist ein Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen andere Größen als Ausgangsgrößen aufgrund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen. Eine Rückwirkung auf die Eingangsgrößen besteht nicht Regelung (z.b. Heizungssteuerung mit Raumfühler, d.h. die Vorlauftemperatur wird beeinflusst) Die Regelung ist ein Vorgang, bei dem die Regelgröße fortlaufend erfasst wird, und mit einer Führungsgröße verglichen wird. Abhängig vom Ergebnis dieses Vergleiches wird die Regelgröße - im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße, beeinflusst. Durch Störgrößen von außen hervorgerufene Veränderungen der Regelgröße werden auf diese Weise fortwährend auskorrigiert.

6 Anwendung: Einfache Anlagen ohne Nachwärmebehandlung Vorteil: Sind staatische Heizflächen mit Thermostatventilen vorhanden, können Wärmebelastungszustände manuell ausgeglichen werden. Nachteil: Innere Wärmelasten können nicht erfasst werden. (d.h. bei Sonneneinstrahlung kann die Zulufttemperatur nicht automatisch abgesenkt werden. Wärmeseitige Regelungskonzepte von Lüftungsanlagen (2) Zulufttemperatur- regelung (?) -steuerung (?)

7 Wärmeseitige Regelungskonzepte von Lüftungsanlagen (3) Anwendung: z.b. Innen liegende Büroräume Vorteil: Auf Innere Wärmelasten kann reagiert werden. Nachteil: Ein Schwingen der Temperatur ist aufgrund von zwei vorhandenen Regelkreisen nicht ausgeschlossen RLT und Heizkörper Beachte: Die Heizkörper dürfen nicht auf die 100 % Wärmeabdeckung ausgelegt sein. RLT + Heizkörper = 100% Wärmebedarf

8 Anwendung: Einfache Anlagen ohne Nachwärmebehandlung. Fühler im Raum und in der Abluft. Vorteil: Störgrößen (Temperaturänderungen in der Zuluft können schnell erfasst werden Nachteil: Ermittlung des exakten Standortes für den Raumfühler ist schwierig. Häufig wird noch ein Abluftfühler eingesetzt (mittlere Raumtemperatur). Ein unterer Sollwert ist notwendig um Zugerscheinungen zu verhindern Wärmeseitige Regelungskonzepte von Lüftungsanlagen (4) Raumtemperaturregelung

9 Anwendung: Temperaturregelung durch Klappensteuerung in Räumen ohne belastende Inhaltsstoffe. Vorteil: Einfache Art der Wärmerückgewinnung. Zum Anfahren der Anlage kann Umluftbetrieb gefahren werden Nachteil: Frisch- und Abluftströme werden gemischt, evtl. Geruchsbelästigung in der Zuluft durch belastete Abluft. Wärmeseitige Regelungskonzepte von Lüftungsanlagen (5) Mischkammertemperaturregelung

10 Wärmerückgewinnungssysteme Die einfachste Art der Rückgewinnung von Abwärme ist ein Anlagenbetrieb mit einem möglichst hohen Umluftanteil. (Wenn Zu- und Abluftanlage vorhanden sind). Unter dem Begriff Wärmerückgewinnung (WRG) wird jedoch in der Lufttechnik nicht der Betrieb mit Umluft, sondern die Rückgewinnung von Wärme mittels Wärmetauschern verstanden. Hierfür kommen im Wesentlichen folgende Wärmeübertragungsarten in Frage: 1.) Regenerative Wärmerückgewinnung (Temperatur- und Feuchteübertragung) 2.) Rekuperative Wärmerückgewinnung (nur Temperaturübertragung) 3.) Wärmepumpe

11 Wärmerückgewinnungssysteme Regenative Wärmetauscher Beim Regenerativ-Wärmetauscher handelt es sich z. B. um ein langsam drehendes Rad (etwa 10 U/min) aus einem schnell Wärme aufnehmenden bzw. abgebenden Material, das in axialer Richtung von einer Vielzahl kleiner Luftleitungen durchzogen ist. Bei dieser Art der Wärmeübertragung wird neben der direkten Wärme auch die in der Fortluft enthaltene Feuchtigkeit und damit die in ihr enthaltene Energie an die angesaugte Außenluft übertragen.

12 Wärmerückgewinnungssysteme Rekuperativ Wärmetauscher Beim rekuperativen Wärmeaustausch (z.b. Kreuzstrom Wärmetauscher) kommen Fortluft und Außenluft nicht direkt miteinander in Berührung. Infolgedessen ist auch bei allen rekuperativen Systemen ein Stoffaustausch oder eine Feuchtigkeitsübertragung nicht möglich. Andererseits wird die Übertragung von Keimen, schädlichen Gasen, Geruchsstoffen und Staubteilchen aus der Fortluft an die angesaugte Außenluft verhindert.

13 Wärmerückgewinnungssysteme Kreislaufverbundsysteme Beide bisher genannten Verfahren der Wärmerückgewinnung haben den Nachteil, dass die beiden Luftströme an einem Ort, also in eine Zentrale geleitet werden müssen. Dies ist mit hohen Investitionskosten besonders in vorhandenen Gebäuden und Anlagen verbunden und häufig sehr schwierig zu verwirklichen. Die WRG mit Kreislaufverbundsystem eignet sich besonders für die Nachrüstung von Rückgewinnungseinrichtungen in vorhandenen Anlagen.

14 Wärmerückgewinnungssysteme Wirkungsgrade

15 Wärmerückgewinnungssysteme Rückwärmzahl Die Rückwärmzahl gibt das Verhältnis der übertragenen Temperatur zu dem Temperaturunterschied der Eintrittsmedien an Beispiel: Eine beidseitige Rückwärmzahl (24 C 5 C) / (24 C 0 C) = (19 C 0 C) / (24 C 0 C) = 0,8 bzw. 80 %.

16 Physikalische Grundlagen Elektrische Arbeit einer Lüftungsanlage W = ( pges * V * z)/ ή ges *3600 KJ/kg*K *1000 Wobei: W = elektrische Arbeit pges = statische Druckdifferenz V Z ή ges = Volumenstrom = Betriebszeit = Gesamtwirkungsgrad

17 Physikalische Grundlagen Wirkungsgrad einer Lüftungsanlage ή ges= ή 1 * ή 2 * ή 3 Wobei: ή 1 =ή motor ή 2 = ή Ventilator ή 3 = ή Umformer Beispiel: ή 1 = 0,85 ή 2 = 0,85 ή 3 = 0,9 ή ges= 0,65! Ohne Verteilverluste über die Lüftungskanäle

18 Physikalische Grundlagen Grundformeln geben das Verhältnis an zwischen: Leistung und Volumenstrom Volumenstrom und Drehzahl Druckdifferenz und Drehzahl Leistung und Drehzahl P1/P2 = (V1/V2)³ V1/V2 = n1/n2 p1/p1 = (n1/n2)² P1/P2 = (n1/n2)³ Wobei: P: Leistung V: Volumenstrom n: Drehzahl p: Druckdifferenz

19 Physikalische Grundlagen Die wichtigste Formeln Berechnung der Elektrischen Leistung Formel: P2 = P1/(V1/V2) 1/3 Beispiel: Halbierung des Volumenstroms V1 = m³/h V2 = m³/h P1 = 8 kw P2 = 8 kw/( m³/h/5.000 m³/h) 1/3 Vereinfacht: P2 = 1 kw Lässt sich der Volumenstrom Zu- oder Abluft um 50 % reduzieren, sinkt der Leistungsbedarf der Motoren um ca. 7/8

20 Optimierungspotential Abluftanlagen Abluftanlagen werden hauptsächlich benötigt um: - Gesundheitsgefährdente Inhaltsstoffe aus dem Arbeitsbereich zu entfernen - Innere Wärmelasten abzutransportieren - Das Gebäude zu beheizen (????) Energieeffiziente Lösung: Konventionelle Lösung: Dezentrale Absaugung an den Maschinen (mit drehzahlregelung) Zentrale Absaugung (aus der gesamten Halle)

21 Abluftanlagen Optimierungspotential Probleme: 1.) Zuluft muss zugeführt werden. 2.) Die Zuluft muss aufbereitet werden. 3.) Bei reinen Abluftanlagen ist keine Wärmerückgewinnung möglich. Mögliche Lösungsansätze: 1.) Reduzierung der Abluftmenge. 2.) Einsatz natürlicher Lüftung (Zuluft) 3.) Bedarfsgerechte Regelung der Abluft (drehzahlregelung, CO 2 Fühler..) 4.) Aufbau einer Wärmerückgewinnung (Kreislaufverbundsystem)

22 Abluftanlagen Beispiel: Reduzierung der Abluftmenge Istzustand: - Abluftanlage ist permanent auf Stufe 3 in Betrieb. - Produktion nur im Einschicht Betrieb. - Eine Messung ergab, die abzutransportierende Stoffe sind in der dritten Potenz unter den gesetzlichen Richtwerten. Vorschlag : (sofort umsetzbar) Manuelles Schalten der Anlage zu Beginn (von 2 auf 3) und am Ende (von 3 auf 2) der Produktion Einsparungen: elektrische Energie: Kosteneinsparung: Investitionen: kwh p.a p.a. keine

23 Abluftanlagen Beispiel: Bedarfsgerechte Regelung Istzustand: - Abluftanlage ist permanent auf Stufe 3 in Betrieb. - Produktion nur im Einschicht Betrieb. - Eine Messung ergab, die abzutransportierende Stoffe sind in der dritten Potenz unter den gesetzlichen Richtwerten. Vorschlag (Investiv): Einbau von geeigneten Sensoren die die Lüftungsanlage automatisch schalten Einsparungen: Sensor gibt die Anlage nur auf Stufe 2 frei Elektrische Energie: Kosteneinsparung: kwh p.a p.a. Investitionen: 6.500

24 Abluftanlagen Beispiel: Einsatz natürlicher Lüftung Istzustand: Anwesenheitstaster geben den Betrieb der Lüftungsanlage (Zu-, und Abluft) ganzjährig frei. Vorschlag : Anweisung das in den Übergangszeiten (Frühjahr, Herbst) und im Sommer in Räumen in denen natürliche Lüftung möglich ist, die Anwesenheitstaster nicht gedrückt werden Einsparungen: Wird der Volumenstrom in der o.g. Zeit nur um die Hälfte reduziert, ergeben sich folgende Einsparungen: elektrische Energie: kwh Kosteneinsparung: Investitionen: keine

25 Zuluftanlagen Beispiel: Bedarfsgerechte Regelung Istzustand: - Zuluftanlage ist nach gewachsenen Strukturen in Betrieb. - Lüftungsanlage wurde saniert (u.a. neuer Motor mit Drehzahlregelung) - Anlage wurde für ca. 500 Mitarbeiter geplant - Zurzeit Arbeiten ca. 100 Mitarbeiter in der Halle Daten 10. Feb 2004 Vorschlag (nicht Investiv): - Klären der lufthygienischen Anforderungen (gesetzliche Bestimmungen Arbeitsklima..) - Einstellung der tatsächlich benötigten Luftmenge :00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 Daten 19.Feb :00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Einsparung: - ca. 47 MWh/a, ca /a 25

26 Wartung Filterwiderstand Filter setzen sich durch Staub und Schmutzablagerungen während des Betriebes zu. Dabei steigt der Filterwiderstand je nach Filterbeschaffenheit auf den 3- bis 6-fachen Wert gegenüber dem Neuzustand. Eine Kontrolle des Filterwiderstandes ist durch die Messung des Druckverlustes (Druckdifferenz) an den einzelnen Filtern möglich und zur Beurteilung des Verschmutzungsgrades unerlässlich. Sind die Messvorrichtungen einsatzbereit? Ist die Flüssigkeit im Steigrohr noch vorhanden?

27 Wartung Mehrkosten durch einen verschmutzten Filter Berechnung der jährlichen Mehrkosten durch einen verschmutzten Filter Betriebszeit/a Volumenstrom Wirkungsgrad Statische Druckdifferenz Stromkosten z h/a V m³/h ή ges 0,50 p ges 50 Pa 0,10 /kwh Berechnung Kosten W = ( p ges * V * z)/ ή ges W = kwh/a 833 /a

28 Fazit spezifische Kosten Spezifische Kosten einer Lüftungsanlage - Stufe 1/2: 25,7/ 57,0 kw - Luftmenge: und m³/h - Betriebsstunden: h/a Jährliche Luftmenge: ca Jährliche el. Arbeit: ca. 190 MWh Jährliche Kosten: ca Spezifische Kosten: ca. 0,0098 ct/m³ (Nur Strom) Eine Reduzierung der Luftmenge um nur 10 % ergibt eine (Strom) Einsparung von ca /a

29 Abschluss Fragen & Antworten Möglichkeiten zur Einführung eines Energiemanagements 29

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