Konsequente Wärmerückgewinnungstechnik für die lüftungstechnischen Anlagen in Schwimmhallen und Nebenräumen nachhaltig planen, bauen und sanieren

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1 Konsequente Wärmerückgewinnungstechnik für die lüftungstechnischen Anlagen in Schwimmhallen und Nebenräumen nachhaltig planen, bauen und sanieren Michael Schilling, SEW Kempen SEW GmbH 1

2 Außenluft Eingang / Umkleide Schwimmhalle ~0 C Umluft Duschen So erfolgte früher üblicherweise die Belüftung von Schwimmhallen und Nebenräumen. SEW GmbH

3 Indirekter Wärmeaustausch Wasser-Glycol Rohrsystem erforderlich (N) Keine Luftzusammenführung erforderlich (V) Getrennte Luftströme und damit absolute Stofftrennung (V) Volle latente Wärmenutzung (V) Keine multifunktionale Nutzung möglich (N) Indirekter Wärmeaustausch, Wärmeträger FCKW Alle Luftströme müssen an einem Punkt im Gebäude zusammengeführt werden Keine multifunktionale Nutzung möglich Hohe Verschmutzungsneigung (N) (N) (N) (N) als erstes System auf dem Markt Kreislaufverbundsysteme Wärmerohre Nach der ersten Energiekrise - kommen nach und nach verschiedene WRG-Systeme auf den Markt V = Vorteile N = Nachteile Plattenwärmetauscher Direkter Wärmeaustausch - -fach PWT - Alle Luftströme (N) Rotationswärmetauscher - Umschaltspeicher - müssen an einem Punkt im Gebäude zusammengeführt werden nur geringe latente Wärmenutzung (N) vereisungsgefahr Keine multifunktionale Nutzung möglich (N) Indirekter Wärmeaustausch Rotor als Wärmespeicher Feuchteübertrag (V+N) möglich Alle Luftströme müssen an einem (N) Punkt im Gebäude zusammengeführt werden Leck - und Mitrotationsrate vorhanden (N) Keine multifunktionale Nutzung möglich (N) SEW GmbH

4 Außenluft Eingang/ Umkleide Schwimmhalle ~0 C Abluft/ Umluft Duschen Zur Ausführung dieser rein lüftungstechnischen Wärmerückgewinnungssysteme mussten die Luftströme Außenluft-Zuluft und Abluft- an einem Punkt im Gebäude zusammengeführt werden. Keine WRG-Rohrleitungen erforderlich, dafür zusätzliche Abluft- / stränge. Kombigeräte mit Außenluft und prägen heute die Standardausführung. Und was sind die Folgen aus dieser Entwicklung? Eine Abluftanlage hatte früher eine Druckdifferenz von etwa 00 bis 450 Pa, eine Zuluftanlage zwischen 500 bis 800 Pa. Heute haben Abluftanlagen bis 1.00 Pa und Zuluftanlagen bis Pa!! Der Strombedarf für lüftungstechnische Anlagen ist trotz ver- besserter Ventilatoren und Motoren drastisch gestiegen. Je 100 Pa / m³/h ^= 46 W pro Stunde Tag für Tag, Jahr für Jahr Anmerkung: Ausgangsbasis war ursprünglich die Anforderung Energie einzusparen!? Das WRG-Kreislaufverbundsystem und seine multifunktionale Nutzung zeigt einen Weg zu einer hocheffizienten Anlagetechnik SEW GmbH 4

5 Zuerst kam nur das KV-System zur Anwendung. Dies war begründet durch die Verwendung von Lufterhitzer und Kühler der bekannten Bauweise. Außenluft Eingang/ Umkleide Schwimmhalle ~0 C Duschen Zum Gelingen dieser ersten Wärmerückgewinnungssysteme war jedoch das Zusammenspielen der Branchen Heizung, Sanitär und Lüftung erforderlich. Diese Einmischung der Branche H und S in den Lüftungssektor führte zu der Entwicklung der reinen lüftungstechnischen WRG-Systeme, wie - Wärmerohre - Plattenwärmetauscher - Rotationswärmetauscher SEW GmbH 5

6 Basiseigenschaft WRG-System leck- und umluftfrei - Personenschutz Bei Wärmerückgewinnungssystemen mit Leckluft oder Mitrotationsraten sind in sekundenschnelle auch dort Schadstoffe wo sich keine Schadstoffquellen befinden. Bei absolut leck- und umluftfreien KV-Systemen wird eine Übertragung von Chlorgasen, Ozon oder sonstigen Schadstoffen präventiv verhindert! SEW GmbH 6

7 VDI Norm für Wärmerückgewinnungssysteme [VDI 071] Tabelle 4. Bewertung des Übertragungsverhaltens in bezug auf Schadstoffe und Gerüche Zum Beispiel Kategorie 1.1 /.1. /.1.1 A geringe Übertr. v. Schad- und Geruchstoffen v. d. FO zur AU zulässig B keine Übertragung bei normaler Betriebsweise zulässig C auch bei Betriebsstörung oder Defekt keine Übertragung zulässig Basiseigenschaft WRG-System Hygiene A B C Anforderung Zulässige Übertragungsrate Kategorie/Sinnbild 0 ungeeignet; geeignet 1 Rekuperative Systeme 1.1 Plattenwärmeaustauscher Außenluft Eintritt Austritt Austritt Eintritt.1. Gegenstrom-Schicht- Wärmeaustauscher Außenluft Eintritt Austritt Zulässige Übertragungsrate A B C A B C Belast. durch Gerüche 0 Belast. durch Keime Belast. Belast. durch Fasern durch Öl- oder oder Stäube Fettpartikel Belast. durch Gase 1 0 Rauchgase Chlorgase / Ozon Art der Belastung 0 ungeeignet geeignet WRG-System im Kreislaufverbund mit absolut getrennten Luftströmen M M Austritt Eintritt.1.1 Rotor mit Sorption Außenluft Eintritt Austritt Austritt t + x Eintritt A B C Ein wesentlicher Aspekt gegen Infektionen oder gegen Ausbreitung anderer Keime, Schadgase etc. SEW GmbH 7

8 Kreislaufverbundsysteme in der weiteren Entwicklung ab 199 Außenluft Rö. Generation ab 1994 Außenluft Rö Rö Eintritt Austritt Eintritt Austritt 1. Generation % - 75% Innenliegende Entlüftung!! 40% - 75% AU Rö Rö Rö 40% L FO Renaissance der KV-Systeme nach 198 durch SEW- Gegenstrom -Technik Austritt L Eintritt Austritt Eintritt. Generation 198 / 1985 Außenluft Austritt Eintritt Austritt L Basiseigenschaften zur multifunktionalen Nutzung 65% - 80% Eintritt SEW GmbH 8

9 Basisbauteil GSWT Die GSWT - Konstruktion durchgehende Lamellen Schichtabsperrung und Verschraubung Ausbildung von durchgehenden Strömungskanälen Kopfblech vordere Rohrbögen lötbar Trennflächen (PP oder Alu) SEW GmbH 9

10 Basiseigenschaft WRG-System Der GSWT - Gegenstrom-Schicht-Wärmeaustauscher - Trennflächen Schmutzpartikel in Einzelteile zerlegbar durchgehende Lamellen ohne innere Stoßstellen Gegenstrom-Verschaltung 99% eine Innovation von SEW 100% reinigungsfähig durch ohne Schmutz- und Gleichrichterfunktion Bakteriennester im Wärmetauscher sichere Kondensatableitung aus dem Wärmetauscher bei Entfeuchtung 100% desinfizier- und dekontaminierbar automatische Entlüftung der Gegenstrom-Verschaltung über das patentierte Strömungsdifferenzdruckverfahren SEW GmbH 10

11 Was bedeutet Wärmeaustausch 90%/90%? - ein Austausch von Wärmemengen und Wärme- und Kältepotentiale! Luftaustritt t LA = 8 C Lufteintritt t LE = 10 C z.b. bei einer Luftleistung m³/h Wassereintritt 0 C Lufteintritt 10 C Wärmeaufnahme / Kälteabgabe Luft 6.06 W Wärmeabgabe / Kälteaufnahme Wasser 6.06 W Wassereintritt t WE = 0 C Schichtmodule Wasseraustritt t WA = 1 C Dies entspricht Recycling von Energie t WE = 0 C t LA = 8 C 18 K= 90% 6.06 W Lufterwärmung 6.06 W Wasserabkühlung 18 K= 90% t WA = 1 C t LE = 10 C Wofür sind 90%/90% wichtig? SEW GmbH 11

12 Effizienz - Wirkung Hier eine Effizienz-Berechnung für den einzelnen Wärmetauscher: Luftstrom von m³/h Effizienzgradient = Verhältnis Aufwand : Nutzen Aufwand für den Ventilator = 106 W Aufwand für die Pumpe = 1 W Nutzen Wärmeübertragung = 6.06 W Nutzen Kälteübertragung = 6.06 W Aufwand 106 W + 1 W gradient = = = Nutzen 6.06 W 1 : 51 Die hohe Effizienz des Wärmeaustauschers führt in Folge zu hocheffizienten und multifunktional nutzbaren Gesamtsystemen!!! Für WRG-Systeme werden im Jahresmittel Effizienzwerte von > 1 : 0 erzielt SEW GmbH 1

13 Mögliche Vorabeinsparung durch Reduzierung von Luftleistungen (ohne Geräte-Umluft) 1 Abluft aus Eingang/ Umkleide zur Entfeuchtung im Schwimmhallen- Deckenraum nutzen. 1 Nachts intermittierender Betrieb 4 4 Abluft aus Schwimmhalle als Zuluft für Duschräume nutzen. Reduziert Luftleistungen und vermindert Zugerscheinungen Die Abluft aus den Duschräumen beinhaltet den aufgepufferten Wärmeinhalt durch die Verdunstung in Schwimmhalle und Dusche und ermöglicht so ganzjährig Rückgewinnungs-Wirkungsgrade von 80% bei max. 50 Watt Primärenergie je kwh Rückgewinn. Hohe Raumluftqualität durch optimierte Außenluftentfeuchtung (ohne Umluft) SEW GmbH 1

14 Konsequente Wärmerückgewinnungstechnik für Schwimmhallen und Nebenräume RÖ 1 Wärmepumpe RÖ 5 Abluft 1 Gegenstrom-Schicht-Wärmeaustauscher -GSWT Basisbaustein der hocheffizienten WRG - Grundfunktion Wärme- und Kälterückgewinnung 80% auf Basis 90%/90% - betriebssicheres Kreislaufverbundsystem durch hohe Redundanz und spezielle Winterausrüstungen gegen Einfriergefahr und Vereisung Beckenspeisewasser Warmwasser PS Heizung vorerwärmtes Wasser Kaltwasser Zuleitung Außenluft RÖ 1 M M M RÖ 4 Je m³ Wasser (10 auf C) = ^ 14 kw Wärme/Kälte Zuluft Vorerwärmung von Brauch- und Beckenspeisewasser über Wasser-Wasser-Wärmetauscher zur Systemtrennung mit geringen Temperaturdifferenzen zur ganzjährigen Nutzung der latenten Wärme in der zur Vorerwärmung des gesamten Dusch- und Beckenspeisewassers Kühlung der Zuluft bestimmter Raumbereiche mittels Kältepotential des Brauch- und Beckenspeisewassers bzw. durch Freie Kühlung 4 Frostfreie Nacherwärmung ggf. mit im KV- System integriert. Nacherwärmung auch über Niedertemperaturwärme (40/50 C) möglich. 5 Integrierte Wärmepumpe nutzt ggf. noch vorhandene Restwärme zur weiteren Lufterwärmung (ca. 8 kj/kg Luft). Effizienz WPA ~ 1:5 = ^ + 8 C SEW GmbH 14

15 Konsequente Wärmerückgewinnungstechnik für Schwimmhallen und Nebenräume Wärmebilanz Wärmeentzug aus feuchter Abluft Wärmebilanz feuchter Abluft bei Abkühlung von 0 C und 50% r.f. auf 5 C / 98% r.f. Enthalpie der Abluft: Enthalpie der : Enthalpiedifferenz: 64,0 kj/kg 18,5 kj/kg 45,5 kj/kg Wärmebedarf der Außenluft bei Aufwärmung von -15 C auf 4 C Enthalpie der Außenluft: -14 kj/kg Enthalpie der Zuluft: 6 kj/kg Enthalpiedifferenz: 40 kj/kg Anmerkung: Bedingt durch den hohen latenten Wärmeinhalt der Abluft kann selbst bei einer Außentemperatur von -15 C noch ca. 5,5 kj/kg tr. Luft für die Brauchwasservorerwärmung verwendet werden!!! SEW GmbH Die Restwärme aus m³/h reicht für 10 l von 10 C auf C. 15

16 Konsequente Wärmerückgewinnungstechnik für Schwimmhallen und Nebenräume Brauchwasservorerwärmung: Vorerwärmung von Brauch- und Beckenspeisewasser über Wasser-Wasser-Wärmetauscher zur Systemtrennung mit geringen Temperaturdifferenzen zur ganzjährigen Nutzung der latenten Wärme in der zur Vorerwärmung des gesamten Dusch- und Beckenspeisewassers Kühlung der Zuluft bestimmter Raumbereiche mittels Kältepotential des Brauch- und Beckenspeisewassers bzw. durch Freie Kühlung 4 Frostfreie Nacherwärmung ggf. mit im KV- System integriert. Nacherwärmung auch über Niedertemperaturwärme (40/50 C) möglich. SEW GmbH 16

17 Hallenbad Duisburg-Hamborn Die große Vielseitigkeit von Gegenstrom-Schicht-Wärmeaustauschern zeigt sich besonders bei nachträglichem Einbau oder bei Sanierungen, wie hier z.b. im Hallenbad Duisburg-Hamborn. Die gesamte Erwärmung der Hallenbad- Zuluft erfolgt über die in der Abluftanlage zurückgewonnene Wärme. Die gesamte noch benötigte Wärme für die Restaufwärmung der Zuluft und Beheizung der Schwimmhalle erfolgt über den kleinen DN -Heizungsvorlauf 1. Vormals war hier eine Dampfleitung DN 150 erforderlich. 1 SEW GmbH 17

18 Saalemaxx Freizeit- und Erlebnisbad, Rudolstadt Außenluftstrom (gesamt): m³/h Durch Wärmerückgewinnungstechnik verminderte Wärmeerzeugungsleistung: 1.75 kw Durch Brauchwasservorerwärmung zusätzliche Heizenergie (z.b. für Beckenspeisewasser und Filterrückspülwasser 155 kw Besonderheit: Mehrzonentechnik in einem Zuluftgerät für Schwimmhalle und Nebenräume. SEW GmbH 18

19 Dazu ein praktisches Beispiel: Badezentrum Krefeld-Bockum Abluft Nebenräume /Duschräume Abluft Schwimmhalle Luftleistung Außenluft/: ~ m³/h (früher ohne Außenluft Mehrfach-Verwendung ca m³/h) BWVE Winterbetrieb: Eingesparte Heizleistung durch Frischluft / Luftvorerwärmung: durch Brauchwasservorerwärmung: 857 kw 10 kw Außenluft Zuluft Schwimmhalle Zuluft Eingang Zuluft Nebenräume Zuluft Gymnastik Sommerbetrieb: Eingesparte Kälteleistung Belüftung der Nebenräume durch integrierte Kältepotentialnutzung des Brauchwassers: 9 kw Kosten für Wärmerückgewinnung, Verrohrungen etc. komplett: Wärmeenergieeinsparung / anno ca kwh Energiekosteneinsparung, Wärme- und Leistungspreis ca Statische Amortisationszeit ca. 4 Jahre SEW GmbH 19

20 Nettebad, Osnabrück Außenluftstrom (gesamt): m³/h Durch Wärmerückgewinnungstechnik verminderte Wärmeerzeugungsleistung: 956 kw Besonderheit: Anlagen (Schwimmhalle und Spaßbad) in betriebssicherer Ausführung mit je Pumpen SEW GmbH 0

21 Gartenhallenbad, Wuppertal-Langerfeld Außenluftstrom (gesamt): m³/h Durch Wärmerückgewinnungstechnik verminderte Wärmeerzeugungsleistung: 87 kw Besonderheit: kleinerer Wärmerückgewinnungs- Wärmetauscher und Bypassluftführung für max. Sommerluftmenge + Anlagen in betriebssicherer Ausführung mit je Pumpen SEW GmbH 1

22 Gartenhallenbad, Wuppertal-Cronenberg Außenluftstrom (gesamt): m³/h Durch Wärmerückgewinnungstechnik verminderte Wärmeerzeugungsleistung: 41 kw Besonderheit: vergrößerter Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher zum Betrieb ohne Bypassluftmenge + hoher Temperaturaustauschgrad, auch beim stark reduzierten Lüftungsbetrieb (0% der Nennluftlesitung) SEW GmbH

23 Vitusbad, Mönchengladbach Außenluftstrom (gesamt): m³/h Durch Wärmerückgewinnungstechnik verminderte Wärmeerzeugungsleistung: kw Durch Brauchwasservorerwärmung zusätzliche Heizenergie (z.b. für Beckenspeisewasser und Filterrückspülwasser 60 kw Besonderheit: Brauchwasservorerwärmung über Zonen-Wärmetauscher, die gleichzeitig zur Kühlung der Zuluftzonen dienen + zentrale Wärmerückgewinnung in betriebssicherer Ausführung mit Pumpen SEW GmbH

24 Willkommener Zusatznutzen Weniger Energieverbrauch = geringere Schadstoffemissionen vor Ort in Einzelteile zerlegbar durchgehende Lamellen ohne innere Stoßstellen Gegenstrom-Verschaltung 99% Reduzierung von CO -Emissionen durch Energieeinsparung Trennflächen Schmutzpartikel Reinigung / Wartung leck- und umluftfrei Hygiene leck- und umluftfrei Personenschutz Schwimmhallen- Umfeld Zu diesen Zusatznutzen kann der mögliche Vorteil nicht geldwert betrachtet werden. Gleichwohl kann es künftig entscheidende Auswirkungen auf die Langzeitentwicklung eines Hauses und damit auf die gesamte wirtschaftliche Lage haben!!! SEW GmbH 4

25 Zusammenfassung Konsequente Energieeinsparung durch: - Einsatz von Wärme- / Kälterückgewinnungssystemen - Luftmehrfachnutzung - Brauchwasservorerwärmung Maximaler Nutzen durch die GSWT -Technologie: - höchste Austauschgrade - höchste Effizienz - geringste Verschmutzungsneigung - geringe Nebenkosten - speziell geeignet für Sanierungen - höchste Redundanz und Betriebssicherheit Nachhaltigkeit: - dauerhaft rentabel - geringer Leistungsbedarf bei Lüftung und Heizung bei entsprechender Planungsreihenfolge SEW GmbH 5

26 Auf unsere Empfehlung können Sie sich verlassen!! fair + zuverlässig Vielen Dank für Ihr Interesse!!! SEW GmbH 6