FACHKOMMISSION GEBÄUDE- UND BETRIEBSTECHNIK

Transkript

1 FACHKOMMISSION GEBÄUDE- UND BETRIEBSTECHNIK des Hochbauausschusses der ARGEBAU (LAG Hochbau) Planungshilfe Energiesparendes Bauen Anlagentechnische Maßnahmen Oktober 1998

2

3 Planungshilfe Energiesparendes Bauen Anlagentechnische Maßnahmen Diese Veröffentlichung aus der Reihe Empfehlungen der Fachkommission Gebäude- und Betriebstechnik (FKGB) entspricht dem Teil C Anlagentechnische Maßnahmen der Planungshilfe Energiesparendes Bauen des LAG-Hochbauausschusses. Aufgestellt und herausgegeben von der Fachkommission Gebäude- und Betriebstechnik des Hochbauausschusses der Arbeitsgemeinschaft der für das Bau-, Wohnungs- und Siedlungswesen zuständigen Minister und Senatoren der Länder (ARGEBAU). Geschäftsstelle der Fachkommission: HIS Hochschul-Informations-System GmbH Postfach Hannover Goseriede Hannover Telefon: (0511) Fax: person@his.de Internet:

4

5 3 INHALTSVERZEICHNIS 1 VORBEMERKUNG Entscheidungskriterien Wahl des Energieträgers Kondensationskraftwerke Heizkraftwerke Eigene Wärmeerzeugung Niedertemperaturkessel Brennwertkessel Blockheizkraftwerke (BHKW) WÄRMEVERTEILUNG UND HEIZTECHNIK Heizkreise und Regelung Regelungs- und steuerungstechische Grundbegriffe Steuerung Regelung Vorlauftemperaturregelung Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung Testraumgeführte Vorlauftemperaturregelung Vorlauftemperaturregelung als Festwertregelung Gebäudeleittechnik Raumtemperaturregelung Heizkörperthermostatventile Fernbetriebene Einzelraumregelung Heizungsoptimierungssysteme Wärmedämmung der Rohrleitungen Raumheizung Raumheizkörper Flächenheizung RAUMLUFTTECHNISCHE ANLAGEN Einsatz von Raumlufttechnischen Anlagen Einteilung der Raumlufttechnischen Anlagen Bauart der Anlagen Begrenzung der Temperatur Notwendigkeit der Befeuchtung Regelung und Steuerung Abwärmeanlagen ELEKTRISCHE ANLAGEN Allgemeines Transformatoren Maximumüberwachung und Energiemanagement Blindstromkompensation Kabel- und Leitungsnetz Beleuchtung Aufzugsanlagen Druckluftversorgung... 37

6 4 4.8 Kälteversorgung Antriebstechnik Heizungs- und Lufttechnische Anlagen Messen, Steuern und Regeln, Gebäudeleittechnik Sonstiges SONDERANLAGEN Küchen Wäschereien Bäder Sanitäre Anlagen REGENERATIVE ENERGIEQUELLEN ALS ZUKUNFTSENERGIEN Vorbemerkung Regenerative Energiequellen Solarenergie Solarthermik Photovoltaik Photovoltaik zur Wasserstofferzeugung Umweltwärme/Wärmepumpe Wasserkraft Windkraft Biomasse Biogas Feste Brennstoffe Elektrochemische Stromerzeugung... 65

7 5 1 VORBEMERKUNG Der anthropogene Treibhauseffekt hat weltweit die Erkenntnis wachsen lassen, daß eine wesentliche Energieeinsparung und eine drastische CO2-Reduzierung die größte umweltpolitische Herausforderung für die Menschen darstellen. Die Weltklimakonferenz in Toronto und die Enquete-Kommission des Deutschen Bundestages Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre haben klare Rahmendaten gesetzt. So empfiehlt die Enquete-Kommission, die CO -Emission bis zum Jahr 2005 um 30 % und bis 2050 um 80 % zu 2 reduzieren. Der daraufhin erfolgte Beschluß der Bundesregierung sieht eine Verringerung des CO -Ausstoßes um 25 % bis zum Jahr 2005 vor. Dieser Beschluß wurde auf der 2 1. Vertragsstaatenkonferenz 1995 in Berlin bekräftigt. Das ist eine gewaltige Herausforderung für die Industriestaaten, aber auch für jeden einzelnen. Deshalb müssen unsere Energieversorgungssysteme unter dem Gesichtspunkt eines rationellen und umweltschonenden Energieeinsatzes überdacht werden, d. h. der Einsatz fossiler Energieträger ist, soweit volkswirtschaftlich vertretbar, zu mindern bzw. zu ersetzen durch Energieeinsparung, Rationelle Energieversorgung (z. B. Kraft-Wärme-Kopplung), Regenerative (erneuerbare) Energien. Empfehlungen für die Planung: Umweltvorsorge und Wirtschaftlichkeit Die Baumaßnahmen des Bundes, der Länder und der Kommunen stehen im Blickpunkt der Öffentlichkeit. Sie sind deshalb in besonderem Maße unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung und des Umweltschutzes zu planen. Das technische System der Wärmeversorgung ist unter Berücksichtigung der Versorgungssicherheit, der Umweltverträglichkeit und der Wirtschaftlichkeit zu entscheiden. Schon bei den ersten Planungsüberlegungen sind Versorgungskonzepte zu entwickeln, bei denen der Einsatz der Umweltwärme, Abwärme, Fernwärme und der fossilen Brennstoffe abzuwägen ist. Bei Erarbeitung dieser Versorgungskonzepte sind umweltverträgliche Techniken einzubeziehen, insbesondere Kraft-Wärme-Kopplung (Heizkraftwerke, Blockheizkraftwerke), Brennwertkessel, Sonnenenergie, Wärmepumpen, Biogas, Biomasse, Windenergie, Die Entscheidungsfindung sollte unter Anwendung der VDI 2067 erfolgen. Dabei sind Preise nach Vorgabe des Landes anzusetzen. Bei der Entscheidung sind Gesichtspunkte des Umweltschutzes einzubeziehen. Die direkte oder indirekte Nutzung der Umweltwärme sowie des

8 6 Fernwärmebezugs, besonders als Abwärme, ist der eigenen direkten Wärmeerzeugung mit fossilen Brennstoffen vorzuziehen. Die Versorgungskonzepte und die Dimensionierung der gebäudetechnischen Anlagen sollten durch Simulationsrechnungen bestätigt werden. Auf weitere Vorteile dieser Berechnung wird im Kapitel 3.1 (Raumlufttechnische Anlagen) näher eingegangen. Die Planungshilfe Energiesparendes Bauen Teil C/Anlagentechnische Maßnahmen gibt einen Überblick über energiesparende Möglichkeiten und formuliert grundsätzliche Empfehlungen. Ziel der Planungsüberlegungen ist es, möglichst wenig Primärenergie zu verbrauchen. Ferner soll der Energieverbrauch von Neubauten möglichst gering gehalten werden und bei bestehenden Gebäuden erheblich gesenkt werden. Dies kann u. a. erreicht werden durch Wahl geeigneter Energieträger geeignete Anlagentechnik beim Verbraucher Verbessern der Energieausnutzung bei der Wärmeerzeugung und -verteilung, insbesondere durch Einsatz geeigneter Technologien (wie Wärmepumpen, Abwärmenutzung, Wärmerückgewinnung, Nutzung von Umweltwärme) geeignete Steuer- und Regeleinrichtungen Schaffen der Voraussetzung für eine geordnete Betriebsführung Energiecontrolling (Verbrauchserfassung und Auswertung) Instandhaltung techn. Anlagen ( Inspektion, Wartung und Instandhaltung ) 1.1 Entscheidungskriterien Der Einsatz primärenergiesparender Techniken kann einen höheren Investitionsaufwand, der nicht immer durch geringere Betriebskosten aufgefangen werden kann, erfordern. Wirtschaftlichkeitsberechnungen werden in der Regel mit aktuellen Randbedingungen wie z. B. Energie- und Lohnkosten durchgeführt. Diese Randbedingungen können sich langsam oder sprunghaft über die Nutzungsdauer der Anlagen ändern. Genaue Anhaltswerte für die Steigerungsrate der Brennstoffpreise können nicht angegeben werden. Bei einer mittleren Nutzungsdauer der Anlagen von 20 Jahren ergeben sich folgende Veränderungen des Energiepreises (Tabelle 1.1): Angenommene jährliche Energiepreissteigerungsrate 0,03 4 % 5 % 0,06 x-facher Endbetrag nach 20 Jahren 1,81 2,19 2,65 3,21 Tabelle 1.1 Auswirkungen von Energiepreisänderung (Ausgangspreis = 1,00)

9 7 Die rein betriebswirtschaftliche Berechnung reicht nicht immer aus, wenn z. B. die CO -Proble- 2 matik mitbetrachtet wird. Deshalb ist hier eine volkswirtschaftliche Berechnung notwendig. Die zulässige Höhe des Mehraufwandes bzw. der Mehrkosten und die für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung anzunehmende jährliche Energiepreissteigerung müssen von der jeweiligen obersten Technischen Instanz der Länder vorgegeben werden. Es sind, insbesondere für größere Gebäude oder Liegenschaften, Energieversorgungskonzepte zu erarbeiten. Durch den Aufbau einer geeigneten Versorgungsstruktur lassen sich erhebliche Energieeinsparungen verwirklichen. Die Versorgungsstruktur muß auf die Bedürfnisse des Nutzers zugeschnitten werden (ggf. unterschiedliche Wärmenetze für Raumwärme, Wirtschaftswärme und Warmwasserbereitung). 1.2 Wahl des Energieträgers Bei der Wahl des Energieträgers ist schon bei der Planung zu prüfen, ob die gewählte Energieart auch über einen längeren Zeitraum wirtschaftlich und verfügbar ist. Bei den ersten Planungsüberlegungen ist ein Systemvergleich der Energieträger in der Reihenfolge Abwärme (auch Umweltwärme), Fernwärme aus der Wärme-Kraft-Kopplung, Erdgas, Öl und andere vorzunehmen. Die Versorgung durch öffentliche Versorgungsunternehmen wie z. B. Stadtwerke oder vergleichbare Bieter ist i. a. der Eigenversorgung bei vertretbaren Gesamtkosten vorzuziehen, insbesondere, wenn sie auf der Basis der Kraft-Wärme-Kopplung oder der Abwärmenutzung Energie erzeugen. Mit dem verstärkten Anschluß öffentlicher Gebäude an solche Fernwärmeleitungsnetze werden die Anstrengungen der Bundesregierung und der Landesregierungen, die Energieumwandlungsverluste und die Umweltbelastung spürbar zu verringern, unterstützt. 1.3 Kondensationskraftwerke In einem konventionellen Kraftwerk wird die Primärenergie (Steinkohle, Braunkohle oder Kernenergie) nur zu ca % in Strom umgewandelt. Ca. 64 % der Primärenergie gelangen als Abwärme in die Umwelt. Weitere Verluste (Leitungs- und Umwandlungsverluste) bewirken, daß vom Endverbraucher derzeit nur etwa 32 % der Primärenergie genutzt werden können.

10 8 Abb. 1.1 Wirkungsgrade eines Kondensationskraftwerks. 1.4 Heizkraftwerke In einem Heizkraftwerk hingegen wird ein Großteil der Abwärme gewonnen und als Fernwärme genutzt. Aufgrund notwendiger Auskoppelungen im Kraftwerksprozeß können nur noch ca. 27 % Strom erzeugt werden, dazu kommt jedoch noch ein Anteil von ca 55 % Fernwärme. Dabei verringern sich die Erzeugungsverluste auf etwa 18 %. Mit weiteren ca. 6 % Verlust ist durch den Transport von Strom und Wärme zu den Abnehmern zu rechnen. Abb. 1.2 Schema eines Heizkraftwerkes (Kraft-Wärme-Kopplung).

11 9 Abb. 1.2 zeigt das Schema eines Heizkraftwerkes. Kraft-Wärme-Kopplung ist ein Oberbegriff für Prozesse, in denen gleichzeitig Strom und Wärme unter optimaler Nutzung der eingesetzten (meist festen) Brennstoffe erzeugt werden. Heizkraftwerke arbeiten nach diesem Prinzip. Abb. 1.3 gibt die Wirkungsgrade dieses Systems an. Abb. 1.3 Schema eines Heizkraftwerkes (Kraft-Wärme-Kopplung). Blockheizkraftwerke (BHKW) Abb. 1.4 Schema eines Blockheizkraftwerkes mit Verbrennungsmotor. Zu den Systemen der Kraft-Wärme-Kopplung zählen auch die Blockheizkraftwerke. Verstanden werden darunter mit Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen betriebene Kleinkraftwerke. Das

12 10 Schema eines solchen Systems, das Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt, ist in Abb. 1.4 dargestellt. Abb. 1.5 Wirkungsgrade eines Blockheizkraftwerkes. Diese kleinen Kraftwerke zeichnen sich durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus, wie in Abb. 1.5 dargestellt ist. Häufig setzt sich ein BHKW wegen der erforderlichen Anpassung an den Leistungsbedarf aus mehreren Aggregaten (Modulen) zusammen. Ein Modul besteht aus einem gas- oder dieselbetriebenen Verbrennungsmotor, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Die Abwärme des Motors wird über Wärmeaustauscher dem Abgas, dem Kühlwasser und dem Motorenöl entzogen und zum Heizen verwendet. Abb. 1.6 verdeutlicht beispielhaft den Zusammenhang zwischen Primärenergieinsatz und Nutzenergiegewinnung bei der getrennten Erzeugung von Kraft und Wärme (Kondensationskraft- werk und Ölzentralheizung und bei der Kraft-Wärme-Kopplung im Blockheizkraftwerk). In diesem Beispiel steht jeweils bei Nennleistung eine Primärenergiemenge von 286 Einheiten beim getrennten Prozeß einer Primärenergiemenge von 188 Einheiten beim BHKW gegenüber, um daraus 100 Einheiten Wärme und 52 Einheiten elektrischen Strom zu erzeugen. Bezogen auf den Primärenergieinsatz beim getrennten Prozeß reduziert sich damit beim BHKW der Brennstoffbedarf auf 66 %. Hierin sind die erhöhten Verteilverluste durch erdverlegte Fernwärmeleitungen bereits berücksichtigt. Bei herkömmlichen BHKW'en ist im Gegensatz zur Kraft-Wärme-Kopplung in Kondensationskraftwerken eine flexible Anpassung an Strom- und Wärmeanforderung gleichzeitig nicht möglich. Wegen dieser starren Kopplung stehen bei einer Erzeugung von 1 kwh elektrischer Energie stets etwa 1,8 kwh nutzbarer thermischer Energie zur Verfügung. Daher müssen mögliche Standorte für BHKW'en sorgfältig auf ihre Eignung untersucht werden. Strom- und Wärmebedarfskurven der Verbraucher über den Jahresgang und typische Tagesverläufe müssen erstellt und miteinander verglichen werden.

13 11 Abb. 1.6 Leistungsflüsse bei der getrennten Wärme- und Stromerzeugung sowie beim kom binierten Prozeß. Inzwischen gibt es technische Entwicklungen, die diese Nachteile beseitigen. Es wird auf die STIG-Anlagen (Steam-Injektion-Gasturbine) hingewiesen. Dieses Gasturbinen-BHKW arbeitet mit einem Abhitzekessel zur Hochdruckdampferzeugung. Je nach Leistungsanforderung kann ein Teil dieses Dampfes in die Brennkammer der Gasturbine injiziert werden. Damit kann der Gasvolumenstrom und damit die Wellenleistung der Turbine beeinflußt werden. Innerhalb dieser Grenzen sind mit solchen Anlagen flexible Anpassungen der abzugebenden Leistungen an die jeweiligen Strom- und Wärmeanforderungen möglich. Wirtschaftlich werden BHKW en allgemein erst bei Benutzungsstundenzahlen von mindestens 4000 h/a eingesetzt. Dies setzt voraus, daß auch im Sommer entsprechende Wärmeverbraucher vorhanden sein müssen. Bei entsprechender sommerlicher Kühllast ist u. U. die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung interessant, bei der die Kälte aus der Abwärme eines BHKW s mit einer Absorptions-Kältemaschine erzeugt werden kann. Bei der Planung einer solchen Anlage sind neben der Wirtschaftlichkeit auch die Grenzbedingungen, wie geforderte Kühltemperaturen, Mindesttemperatur der BHKW-Abwärme, Möglichkeiten der Rückkühlung usw. genau zu untersuchen.

14 12 Die Diskrepanz zwischen Strom- und Wärmebedarf im Sommer und Winter in den meisten Gebäuden der öffentlichen Hand erschwert jedoch den Einsatz von BHKW en allein für diesen Bereich. Sie können aber sehr wohl auch bei dieser Gebäudestruktur wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn sie so dimensioniert werden, daß die Wärme im Sommerbetrieb abgenommen werden kann. Bei der Planung muß die Umweltbelastung durch Abgase und Lärm berücksichtigt werden. Zur Bedienung, Wartung und Instandhaltung ist qualifizierteres Personal als bei sonstigen Heizungsanlagen notwendig. Viele Versorger errichten mit Nahwärmeinseln auf BHKW-Basis einen Verbund mit häufig vorhandenen Heizwerken und Fernwärmnetzen. Dieses Wärmeangebot mit Kraft-Wärme-Kopplung sollte entsprechend genutzt werden. 1.5 Eigene Wärmeerzeugung Steht keine Wärmeversorgung durch Dritte zur Verfügung, muß eine eigene Wärmeerzeugung aufgebaut werden. Bei unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Wärmeverbraucher an das Temperaturniveau kann eine dezentrale Wärmeversorgung vorteilhaft sein. Beispielsweise werden von Küchen, Wäschereien, Sterilisatoren u. a. höhere Temperaturen benötigt. Eine gesonderte Wärmeerzeugung, die möglichst am Ort des Verbrauchers installiert werden sollte, ist hier in der Regel energiesparender als eine zentrale Wärmeerzeugung Niedertemperaturkessel Bei Standardheizkesseln dürfen wegen der Korrosionsgefährdung durch Taupunktunterschreitung Mindesttemperaturen für die Kesselwassertemperatur von 80 oder 90 C nicht unter-schritten werden. Die für den Kessel erforderliche Rücklauftemperatur muß durch Beimischung aus dem Vorlauf über ein Mischventil auf diesen hohen Werten gehalten werden. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen und Verluste zu reduzieren, wurden Kessel entwickelt, bei denen die Kesselwassertemperatur nicht mehr konstant gehalten wird, sondern abgesenkt oder gleitend gefahren wird. Betriebstemperaturen von 40 C oder niedriger sind dabei üblich. Die maximale Kesseltemperatur liegt je nach Anwendungszweck zwischen 75 C und 55 C. Solche Kesselkonstruktionen heißen Niedertemperaturkessel. Durch geeignete Kesselwerkstoffe und Konstruktionen kann die Korrosion, die aufgrund niedriger Rauchgastemperaturen verstärkt auftritt, vermieden werden Brennwertkessel Bei der bei einem Verbrennungsprozeß frei werdenden Wärmemenge ist zwischen der trockenen (sensiblen) Wärme und der Verdampfungswärme (latente Wärme) zu unterscheiden. Stan-

15 13 dardheizkessel und Niedertemperaturheizkessel sind lediglich in der Lage, die frei werdende trockene Wärme zu nutzen. Bezogen auf die Masse des eingesetzten Brennstoffes wird dieser als unterer Heizwert (H ) bezeichnet. Der Gesamtwärmeinhalt eines Brennstoffs, also die Summe aus u sensibler und latenter Wärmemenge, wird als oberer Heizwert (H ) oder als Brenn- wert bezeicho net. Hierbei beträgt der Anteil der latenten Wärmemenge bei Erdgas ca. 10 % und bei Heizöl ca. 6 %. Eine Nutzung der Verdampfungswärme setzt eine Kondensation des Wasserdampfes im Abgas voraus. Dies wird durch starkes Auskühlen der Heizgase an zusätzlichen Nachschaltheizflächen dieser speziellen Kessel (Brennwertkessel) erreicht (siehe Abb. 1.7). Brennwertkessel mit Gebläsebrenner haben einen höheren Wirkungsgrad als Kessel mit atmosphärischem Brenner. Der gewinnbare Anteil an Verdamfungswärme in Brennwertkesseln hängt von einer möglichst niedrigen Heizmittelrücklauftemperatur ab. Beim Einsatz von Brennwertkesseln ist zu beachten, daß sich die im Abgas vorhandenen Gase Schwefeldioxid und Stickoxide mit dem Kondensat zu Säuren verbinden, die Abgasanlage und Kessel angreifen können (siehe auch Merkblatt ATV 251 ). Bedingung: a) Abgasanlage, Brennkammer und Nachschaltheizflächen müssen aus hochwertigem korrosionsbeständigem Material bestehen. b) Das anfallende saure Kondensat größerer Anlagen muß vor der Einleitung in die öffentliche Kanalisation ggf. neutralisiert werden (Abwassersatzung der Kommunen beachten). Die zusätzlichen Maßnahmen sowie die Notwendigkeit eines hochwertigen korrosionsbeständigen Materials bedingen derzeit noch höhere Anlagekosten als bei Niedertemperaturkesseln. Wegen der niedrigen Abgastemperaturen und der Kondensation des Abgases muß die Schornsteinanlage feuchte- und korrosionsresistent sein (Edelstahl, Keramik, Kunststoff, Glas). Abb. 1.7 Prinzip eines Brennwertkessels.

16 Blockheizkraftwerke (BHKW) Die Blockheizkraftwerke und ihr Anwendungsbereich wurden bereits im Abschnitt 1.4 beschrieben. Es werden heute bereits sehr kleine BHKW mit einer nutzbaren Wärmeleistung von etwa 12 kw und einer elektrischen Leistung von etwa 6 kw angeboten. Klein- und Kleinst-BHKW können sehr wirkungsvoll den bestehenden Heizungsanlagen beigestellt werden. Literatur [1.1] World Conference on the Changing Atmosphere, Implications for Gluobal Security; Toronto, [1.2] Dritter Bericht der ENQUETE-KOMMISSION Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre zum Thema Schutz der Erde; Bundestags-Drucksache 11/8030 vom [1.3] Kabinettsbeschluß der Bundesregierung vom ; veröffentlicht in Umweltpolitik, Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, März [1.4] Wärmeschutzverordnung vom ; BGBl. Teil I Nr. 55, Seite 2121 ff. [1.5] Heizungsanlagen-Verordnung vom ; BGBl. Teil I Nr. 19, Seite 613 ff. [1.6] Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV): Planung und Bau von Heiz- und Trinkwassererwärmungsanlagen in öffentlichen Gebäuden (Heizanlagenbau 95). [1.7] Fachkommission Gebäude- und Betriebstechnik (FKGB) des Hochschulausschusses der ARGEBAU: Neue Techniken zur Energieversorgung. [1.8] Fachkommission Gebäude- und Betriebstechnik (FKGB) des Hochschulausschusses der ARGEBAU: Emissionsbegrenzung bei Wärmeerzeugungsanlagen in Gebäuden der öffentlichen Hand.

17 15 2 WÄRMEVERTEILUNG UND HEIZTECHNIK 2.1 Temperaturniveau der Wärmeverteilung Wirtschafts- und Raumwärmeverbraucher erfordern ein jeweils unterschiedliches Temperaturniveau. Daher sollten auch dann getrennte Leitungen verlegt werden, wenn eine gesonderte Wämeerzeugung nicht vorgesehen ist. Die Art der Warmwasserbereitung kann nicht nur nach technischen Gesichtspunkten betrachtet werden, sondern muß auch hygienische Belange (Legionellen) berücksichtigen. Bei dezentral aufgestellten Warmwasserspeichern ist zu prüfen, ob sie im Sommer und in den Übergangszeiten wirtschaftlicher durch intermittierende Aufheizung über das vorhandene Wärmeverteilungsnetz oder durch eine Zusatzheizung betrieben werden können. Die Rohrleitungen sollten ohne Reserven ausgelegt werden. Lediglich in Fällen, in denen ein Zuwachs an Energiebedarf durch Zubauten kurzfristig und gesichert eintreten wird, darf dieser Mehrbedarf unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten berücksichtigt werden. 2.2 Heizkreise und Regelung Die Heizungsanlagen VO verlangt, daß Zentralheizungen mit zentralen selbsttätig wirkenden Einrichtungen zur Verringerung und Abschaltung der Wärmezufuhr sowie zur Ein- und Ausschaltung der elektrischen Antriebe in Abhängigkeit von der Außentemperatur oder einer anderen geeigneten Führungsgröße und der Zeit ausgestattet werden. Daher sollten Gebäude entsprechend ihrer Nutzung und Fassadenorientierung mit getrennt zu betreibenden Heizkreisen ausgerüstet werden. Regelaufgaben wurden in der Vergangenheit durch einzelne Analog-Regelkreise erfüllt. Dabei war für jede Regelstrecke ein Regler erforderlich. Eine Verknüpfung dieser Einzelregler war kaum oder nur mit größerem technischen Aufwand möglich. Durch die sprunghaften Fortschritte auf dem Gebiet der Mikroprozessoren wurde die Entwicklung digitaler Regelungstechnik möglich. Diese wurde durch die Massenproduktion zunehmend preiswerter und damit auch wirtschaftlich einsetzbar. Die digitale Regelungstechnik hat den Vorteil, daß die Verknüpfung von komplexen Regelaufgaben wirtschaftlich wird, die einfache Anpassung von Regelstrategien an geänderte Betriebsweisen über eine Softwareanpassung möglich wird und durch ihren Einsatz eine komfortable zentrale Überwachung, ein Energiemanagement, übergeordnete Programme, wie z. B. Spitzenabsenkung (E-Max) und Wartungsprogramme durchgeführt werden können.

18 Regelungs- und steuerungstechische Grundbegriffe Steuerung Unter Steuerung versteht man einen Vorgang, bei dem die Eingangsgrößen zwar fortdauernd die Ausgangsgrößen beeinflussen können, jedoch diese nicht auf die Eingangsgrößen zurückwirken. Das Steuern stellt somit einen offenen Wirkungsablauf über die einzelnen Übertragungsglieder dar. Das Kennzeichen der Steuerung ist die Steuerkette (Abb. 2. 1). Führungsgröße Steuereinrichtung Steuerstrecke Meßort vorgeben verstärken verstellen messen Abb. 2.1 Steuerkette mit Darstellung der zugeordneten Funktionen Regelung Unter Regelung versteht man einen technischen Vorgang, bei dem die zu regelnde Größe ständig gemessen, mit einer Führungsgröße verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflußt wird. Es handelt sich also um einen Vorgang, bei dem physikalische Größen, wie Lufttemperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Wassertemperatur und andere störende Einflüsse von außen, möglichst konstant auf vorgeschriebenen Werten gehalten werden. Im Unterschied zur Steuerung wirkt somit die Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße zurück. Bei der Regelung ist ein geschlossener Wirkungsweg vorhanden. Die Zusammenhänge werden im Regelkreis dargestellt (Abb. 2.2). Störgröße Führungsgröße Stellgröße y Regeleinrichtung Regelstrecke Meßort Regelgröße x Rückführung beeinflussen vorgeben vergleichen verstellen messen Abb. 2.2 Regelkreis mit Darstellung der zugeordneten Funktionen.

19 17 In der Praxis wirken Steuerketten und Regelkreise innerhalb einer technischen Anlage häufig nebeneinander und ineinander. Innerhalb einer Steuerkette kann sich z. B. ein Regelkreis befinden. Die sprachliche Darstellung allein reicht meist nicht aus, um eine komplexe Anlage zu beschreiben und wird deshalb durch Zeichnungen ergänzt. Abb. 2.3 und 2.4 zeigen ein Beispiel für eine außentemperaturabhängige Anlage. Abb. 2.3 Regelkreis einer außentemperaturgeführten Regelung der Vorlauftemperatur. Regeleinrichtung: Das Zentralgerät (ZG) mißt mit dem Vorlauftemperaturfühler (VF) die Vorlauftemperatur (Regelgröße x) und vergleicht sie mit der Einstellung am Temperaturwähler (TW) und der am Außenfühler (AF) gemessenen Temperatur (Führungsgrößen w). Entsprechend verstellt der Regler den Stellantrieb (VM - Mischermotor, Ventilantrieb, Stellgröße y). Regelstrecke: Die Regelstrecke beginnt mit dem Stellglied (Mischer, Ventil) und endet am Meßort (Vorlauffühler). Bevor man daran geht, für eine vorliegende Aufgabe eine bestimmte Regelungsart auszuwählen, sollte man sich mit der Wirkungsweise der verschiedenen gängigen Regelsysteme befassen. Ein falsch ausgewähltes Regelsystem wird die Erwartungen nicht erfüllen und neben dem Ärgernis der schlechten Arbeitsweise meist auch noch wirtschaftliche Nachteile mit sich bringen.

20 18 Abb. 2.4 Diagramm: Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur am Beispiel eines Wohnhauses. 2.4 Vorlauftemperaturregelung Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung Die Vorlauftemperatur wird nach einem neutralen Gesichtspunkt, nämlich der herrschenden Witterung, ermittelt und eingestellt (Abb. 2.5). Die Raumtemperatur kann über einen Temperaturwähler (TW) beeinflußt werden. Ein an der Außenwand des Hauses angebrachter Außenfühler (AF) erfaßt die maßgeblichen Witterungseinflüsse Lufttemperatur, Wind- und Sonneneinwirkung. In Abhängigkeit von der Außenmessung bestimmt das Zentralgerät (ZG) die Temperatur des zu den Heizkörpern strömenden Wassers (Vorlauftemperatur). Eine Kontrollfunktion übernimmt hierbei der Vorlauffühler (VF), der auch kleine Wassertemperaturschwankungen im System messen kann. Wie bei der Raumtemperaturregelung gehen auch hier Stellimpulse an den Stellmotor (VM), der den Mischer je nach Wärmebedarf weiter öffnet oder schließt. Dabei wird das Heizungswasser im Kessel bei etwa C gehalten. Diese Art der Regelung eignet sich grundsätzlich für alle Gebäudenutzungen mit Standardkessel.

21 19 Abb. 2.5 Prinzipdarstellung einer Heizungsanlage mit witterungsgeführter Vorlauftemperaturregelung (Standardkessel). In Abschnitt (Niedertemperaturkessel) wurde bereits darauf hingewiesen, daß diese Kessel nicht mit einer hohen konstanten Kesseltemperatur betrieben werden, sondern daß die Kesseltemperatur gleitend in Abhängigkeit der Außentemperatur geregelt wird. Bei diesen Kesseln ist eine Beimischung des Rücklaufwassers nicht erforderlich. Damit entfällt das Mischventil (VM) in Abb Die Außentemperaturfühler sollen immer den gleichen Temperatur-, Wind- und Sonneneinflüssen ausgesetzt sein, wie die entsprechenden Räume des zugehörigen Heizkreises. In den Fällen mit nur einem Heizkreis ist der Außentemperaturfühler an der kältesten Stelle des Gebäudes (Nordoder Nordostseite) zu installieren, so daß er nicht von direkter Sonneneinstrahlung getroffen werden kann. Nur so ist gewährleistet, daß es in jedem Raum des Hauses warm genug wird. Die Außentemperaturfühler sollen nicht in geschützter Lage montiert werden, also nicht in Mauernischen oder unter Balkonen. Sie sollen frei an der Fassade des Gebäudes angebracht sein, so daß sämtliche Witterungseinflüsse erfaßt werden können. Bei Gebäuden bis zu drei Geschossen sollen die Außentemperaturfühler ungefähr auf b der Fassadenhöhe, bei höheren Gebäuden zwischen dem 2. und 3. Geschoß, aber nicht über Fenstern, montiert werden Testraumgeführte Vorlauftemperaturregelung Die Raumtemperaturen aller an einen Heizkreis angeschlossenen Räume sind von der Temperatur des Raumes abhängig, in dem der Fühler montiert ist. Dabei wird im Testraum auch die nicht

22 20 von der Heizung kommende Wärme, die sogen. Sekundärwärme, die durch den Aufenthalt von Personen im Raum, durch Maschinen, Beleuchtungskörper oder durch Sonneneinstrahlung erzeugt wird, berücksichtigt. Die Temperaturen der übrigen Räume der Heizungsgruppe werden nur gesteuert (Abb. 2.6). Das hat folgende Auswirkungen: Wird allein dem Testraum Sekundärwärme zugeführt, senkt sich automatisch die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage, und die anderen Räume werden kälter. Wird allein der Testraum abgekühlt, z. B. durch langes Lüften, erhöht sich automatisch die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage, und die anderen Räume werden wärmer. Abb. 2.6 Prinzipdarstellung einer Heizungsanlage mit testraumgeführter Vorlauftemperaturregelung (Standardkessel). Diese Regelung eignet sich insbesondere für Räume gleicher Art und Nutzung einer Himmelsrichtung. Sie wird deshalb häufig bei Verwaltungsgebäuden eingesetzt. Die Raumtemperaturfühler müssen so angeordnet sein, daß sie die repräsentative Raumtemperatur erfassen. Der Montageort ist so zu wählen, daß der Fühler in der Luftzirkulation liegt. Er soll nicht in einer toten Ecke des Raumes und nicht direkt neben einer Tür angebracht werden. Auf alle Fälle sind solche Temperatureinflüsse auf den Fühler zu vermeiden, die nicht repräsentativ für die angeschlossenen Räume sind, wie z. B. direkte Sonneneinstrahlung, Wärmestrahlung einer Kaminwand oder Wärmeabgabe eines elektrischen Gerätes. Als günstiger Montageort gilt die dem Heizkörper gegenüberliegende Innenwand in etwa 1,30 bis 1,60 m Höhe. In dem gewählten Testraum darf kein Thermostatventil am Heizkörper montiert sein Vorlauftemperaturregelung als Festwertregelung Die Vorlauftemperaturregelung eignet sich besonders für Festwertregelungen, z. B. bei Fußbodenheizungen (mit Maximalbegrenzung der Vorlauftemperatur), wenn diese als Grundlastheizung

23 21 gefahren werden, bei Wärmebänken in Schwimmbädern, bei Behälterheizungen und zur Warmwasserbereitung (Abb. 2.7). Zur Vorlauftemperaturregelung benötigt man das Zentralgerät (ZG) und den Vorlauffühler (VF). Eine Einregulierung im eigentlichen Sinn des Wortes ist bei diesem Gerät nicht erforderlich. Es sind lediglich die beiden Führungsgrößen für Tag und Nacht einzustellen. Der Vorlauftemperaturbegrenzer (VT), der auf eine eigene Absperreinrichtung wirkt, dient im Falle von Störungen im System als Sicherheitseinrichtung. Nachtabsenkung, Wochenendprogramm: Durch den Einbau von Zentralgeräten mit einer vorprogrammierten bzw. einstellbaren Vorlauftemperaturabsenkung außerhalb der Nutzungszeiten des Gebäudes z. B. nachts, an Wochenenden und an Feiertagen läßt sich zusätzlich Energie einsparen. Abb. 2.7 Prinzipdarstellung einer Fußbodenheizung mit Vorlauftemperaturregelung und witterungsabhängiger Steuerung (Standardkessel) Gebäudeleittechnik Umfangreiche Gebäudetechnik in großen Gebäuden sowie sicherheitsrelevante technische Einrichtungen bedürfen nicht nur einer ständigen Überwachung sondern auch einer optimierten Betriebsführung, um die Energieverbräuche zu reduzieren. Hierzu empfiehlt es sich, eine Gebäudeleittechnik zu installieren. Alle betriebstechnisch interessanten Datenpunkte werden hierbei auf einem Leitrechner verwaltet. Automationsprogramme sowie Einzelsteuerungen laufen ebenfalls über diesen Rechner. Der Zugriff auf die einzelnen

24 22 technischen Anlagen ist über Ein- und Ausgabegeräte, die in der Regel in einer Technikzentrale oder aber auch dezentral aufgestellt werden können, möglich. Mit Hilfe der Gebäudeleittechnik können u. a. folgende Aufgaben zur Energieeinsparung erledigt werden: Datensammlung, Abarbeitung von Optimierungsprogrammen, Protokollierung von Betriebszuständen und Verbräuchen, Höchstlastbegrenzung, Abstimmung zwischen Wärmeeerzeugung und -verbrauch. 2.5 Raumtemperaturregelung Heizkörperthermostatventile Die Notwendigkeit der Ausstattung der Raumheizkörper mit Thermostatventilen ergibt sich aus der Heizungsanlagen VO. Allerdings ist in Raumgruppen gleicher Art und Nutzung in Nichtwohnbauten die Gruppenregelung zulässig. Die Ventile müssen so gewählt werden, daß sie auch im Teillastbereich eine Beaufschlagung des Heizkörpers mit einer ausreichenden Menge Heizwasser (Massenstrom) zulassen. Aus dieser Erkenntnis muß gefordert werden: Zur Erfüllung der Behaglichkeitsforderungen müssen starke Schwankungen der Heizkörperoberflächentemperatur in kurzen Zeitintervallen vermieden werden. Darum ist es notwendig, daß der umlaufende Heizwassermassenstrom im Heizkörper relativ konstant bleibt und durch entsprechende Regelung der Vorlauftemperatur stetig dem Bedarf angepaßt werden kann. Schon für einen ersten angenäherten Abgleich des Rohrleitungsnetzes ist eine exakte Rohrund Ventildimensionierung notwendig. Die Begrenzung des maximalen Heizwassermassenstromes durch die Auswahl richtig dimensionierter Thermostatventile und ggf. durch eine nachträglich durchzuführende Voreinstellung muß gegeben sein. Es ist darauf zu achten, daß sich dadurch das proportionale Verhalten im Regelbereich nicht verändert. Die Grenzen der Voreinstellwerte müssen vom Hersteller angegeben werden. Es ist sicherzustellen, daß für den Betriebszustand Heizkörperventil geschlossen kein größerer Differenzdruck als zulässig am Thermostatventil ansteht, um den Druckeinfluß auf die Regelgüte des Thermostatventils klein zu halten. Zur Einhaltung dieses Differenzdruckbereiches ist eine geeignete Pumpendimensionierung (flache Kennlinie) vorzunehmen und/oder es sind Differenzdruckregler oder druckgesteuerte Pumpendrehzahlregler einzubauen. Bei Wärmestau oder ständiger Zugluft, sind Thermostatventile mit separatem Temperaturfühler zu verwenden, wenn keine ungestörte Raumlufttemperaturmessung am Thermostatkopf gewährleistet ist. Nachteilig wirkt sich das Öffnen der Ventile bei Kaltlufteinfall aus. Beispielsweise können elektrische Fensterkontakte, die den Heizkreis schließen, den erhöhten Wärmeverbrauch wirkungsvoll verhindern.

25 Fernbetriebene Einzelraumregelung Die Wärmeenergieeinsparung bei elektrisch fernbetriebener Einzelraumregelung kann beträchtlich sein. Die Vorgabe der Raumtemperatur (Sollwerte) und deren Kontrolle wird dabei z. B. durch ein Gebäudeleitsystem ermöglicht. Dieses System bietet sich für Gebäude mit stark unterschiedlicher Belegung und unterschiedlichen Nutzungszeiten der Räume an (z. B. Schulen, Hotels). 2.6 Heizungsoptimierungssysteme Für die Heizenergieeinsparung wäre es wünschenswert, wenn die Innentemperatur unmittelbar der nutzungsbedingten Temperatur folgen würde. Das ist jedoch im allgemeinen aufgrund des Wärmespeichervermögens eines Gebäudes nicht möglich. Vielmehr ändert sich die Innentemperatur exponentiell während der Auskühlungszeit bzw. der Wiederaufheizzeit. Das Anheizverhalten wird außer vom Speichervermögen des Gebäudes vor allem von der installierten Heizleistung bestimmt. Bei Wohnungsbauten mit mittelschwerer bis schwerer Bauweise betragen die Einsparungen durch intermittierendes Heizen zwischen 3 und 15 %. Bei Nichtwohnbauten mit geringer täglicher Nutzung und langen Betriebspausen an Wochenenden, wie Verwaltungsbauten und Schulen, kann die Einsparung gegenüber dem stationären Betrieb 15 % und mehr betragen (bei leichter Bauweise bis 30 %). Die größten Energieeinsparungen werden erzielt, wenn die Heizungsanlage so früh wie möglich abgesenkt wird und zum spätest notwendigen, den Außen-, Raum- und Wandtemperaturen entsprechenden Zeitpunkt unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens des Gebäudes sowie der Leistungsreserven der Heizungsanlage wieder hochgefahren wird (Frostschutz beachten!). Elektronische Heizungsoptimierungssysteme durchfahren und berechnen die Ein- und Abschaltzeitpunkte vollautomatisch. An solche Geräte sind folgende Mindestanforderungen zu stellen: Variables Abschalten der Heizungsanlage am Ende der Gebäudenutzungszeit in Abhängigkeit von den Außen- und Innentemperaturen. Überwachen der Gebäudeinnentemperatur auf einen vorbestimmten Mindestwert während der Abschaltzeiten, um Einfrieren oder Kondensation zu verhindern, Bestimmen des Einschaltzeitpunktes und Einsetzen der verfügbaren Maximalleistung für schnellstmögliches Aufheizen des Gebäudes bis zum Beginn der Gebäudenutzungszeit. Nach Erreichen der Tages-Solltemperatur Umschalten auf die normale Tagesregelung. Einschalten von zugehörigen RLT-Anlagen zu Beginn der Gebäudenutzungszeit. Bestimmen des frühestmöglichen Abschaltzeitpunktes, bei dem die Raumtemperatur unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens des Gebäudes noch bis zum Ende der Gebäudenutzungszeit innerhalb zulässiger Toleranzen bleibt.

26 Wärmedämmung der Rohrleitungen Rohrleitungen und Armaturen sind gegen Wärmeverluste zu dämmen. Die Mindestdicke der Dämmschicht ist für verschiedene Nennweiten in der Heizungsanlagen-Verordnung angegeben. 2.8 Raumheizung Raumheizkörper Ältere Heizungsanlagen sind für eine Temperaturspreizung 90/70 C (Vor- und Rücklauf) ausgelegt worden. Aufgrund verbesserterwärmedämmung sind heute niedrigere Heizmittel-Temperaturen möglich, z. B. 70/50 C. Niedrigere Heizmittel-Temperaturen bedingen jedoch größere Heizkörper, z. B. um den Faktor 1,7 bei einer Temperaturspreizung 70/50 C gegenüber 90/70 C Flächenheizung Unter Flächenheizung versteht man Systeme mit gegenüber Raumheizkörpern großen wärmeabgebenden Flächen, die sich in oder auf Decken, Fußböden oder Teilen der Wände von Räumen befinden. Die am häufigsten eingesetzte Form der Flächenheizung ist die Fußbodenheizung. Sie bietet gegenüber heutigen Niedertemperaturheizsystemen mit Heizkörpern kaum energetische Vorteile. Wegen der höheren Investitions- und Instandhaltungskosten und der Trägheit der Regelung sollte sie nur in Sonderfällen eingesetzt werden. Literatur [2.1] Heizungsanlagen-Verordnung vom ; BGBl. Teil 1 Nr. 19, Seite 613 ff. [2.2] Recknagel-Sprenger-Schramek: Taschenbuch für Heizungs- und Klimatechnik, 67. Aufl., R. Oldenbourg Verlag München/Wien [2.3] Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler V- erwaltungen (AMEV): Planung und Bau von Heiz- und Trinkwassererwärmungsanlagen in öffentlichen Gebäuden (Heizanlagenbau 95). [2.4] Fachkommission Gebäude- und Betriebstechnik (FKGB) des Hochschulausschusses der ARGEBAU: Geräteausstattung zur Energie- und Medienerfassung. [2.5] Fachkommission Gebäude- und Betriebstechnik (FKGB) des Hochschulausschusses der ARGEBAU: Betreiben haustechnischer Anlagen Planerische und technische Maßnahmen zur Optimierung.

27 25 3 RAUMLUFTTECHNISCHE ANLAGEN 3.1 Einsatz von Raumlufttechnischen Anlagen Raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) sind nur dann vorzusehen, wenn entsprechende nutzerspezifische Anforderungen erfüllt werden müssen, oder wenn sich dies aus dem Baurecht (z. B. Versammlungsstätten VO) oder dem Arbeitsschutzrecht (z. B. UVV) ergibt. Um außerklimatische Einflüsse von Aufenthaltsräumen abzuwehren, sind in unseren geographischen Breiten RLT-Anlagen nur in Ausnahmefällen erforderlich und wirtschaftlich vertretbar. Solche Fälle hat der AMEV beispielhaft in seiner Veröffentlichung RLT-Anlagen-Bau-93 [3.1] genannt. RLT-Anlagen vor allem Klimaanlagen erfordern nicht nur hohe Investitionen, sondern verursachen auch erheblich höhere Betriebskosten als z. B. Heizungsanlagen, insbesondere durch den höheren Energieverbrauch und einen größeren Personaleinsatz für Bedienung, Wartung, Inspektion und Instandsetzung. Bei nicht sachgerechter Wartung können hygienische Probleme auftreten. Darüber hinaus haben RLT-Anlagen auch erhebliche Auswirkungen auf die bauliche Gestaltung und die Kosten des Rohbaus. Es müssen Schächte und Kanäle für die Luftansaugung, Räume für die technischen Zentralen der Luftaufbereitung und größere Geschoßhöhen für das Kanalnetz im Gebäude vorgesehen werden. Insbesondere bedeutet dies auch, daß entsprechende Vorkehrungen beim Durchdringen der Brandabschnitte getroffen werden müssen. Selbst einfache RLT-Anlagen für innenliegende Abstellräume und WC-Anlagen führen daher schon zu einem spürbaren Kostensprung. Voraussetzung für einen Verzicht auf RLT-Anlagen ist jedoch, daß die Auswirkungen der Extremwerte von Außentemperatur und Sonneneinstrahlung auf das Raumklima vor allem im Sommer durch geeignete bauliche Maßnahmen, wie z. B. Ausrichtung des Gebäudes, Lage der Räume, Wärmespeicherung, Sonnenschutzeinrichtungen usw. begrenzt werden. Wegen der hohen Kosten von RLT-Anlagen ist deren Notwendigkeit grundsätzlich durch Simulationsrechnungen zu bestätigen. Erfahrungen mit Simulationsrechnungen haben gezeigt, daß in vielen Fällen durch geringfügige bauliche Änderungen entweder auf RLT-Anlagen verzichtet werden konnte, oder diese spürbar kleiner dimensioniert werden konnten. Durch die Berücksichtigung aller relevanten Parameter (meteorologische Daten, Wärmedämmung, Wärmespeicherung usw.) sind die Anlagen bezüglich Luftmenge sowie Wärme und Kälteleistung zu optimieren. Die erforderliche dynamische Berechnung ist wegen ihrer Komplexität nur über entsprechende Software möglich. Die Struktur der Programme erlaubt die energetische Gesamtbetrachtung einschließlich aller inneren und äußeren Wärmelasten, natürliche Belüftung sowie der Tageslicht- und Kunstlichteinflüsse im Sinne einer Optimierung.

28 Einteilung der Raumlufttechnischen Anlagen RLT-Anlagen werden klassifiziert nach dem Umfang der thermodynamischen Behandlung in Lüftungsanlagen, Teilklimaanlagen, Klimaanlagen. Nur für Räume, in welchen definierte Raumluftzustände (Temperatur, Feuchte, Luftgeschwindigkeit, Partikelkonzentration) in vorgegebenen Grenzen gehalten werden müssen (Archive, Museen, Rechenzentren mit dazugehörigem Papierlager, Operationsräume, Klimakonstanträume im Bereich der Forschung usw.) werden alle vier thermodynamischen Behandlungsstufen wie Entfeuchten, Befeuchten, Kühlen und Erwärmen erforderlich. In kleinen Konferenzsälen reichen beispielsweise einfache Zuluftanlagen aus, da keine thermodynamische Behandlung notwendig ist. Wegen der sehr unterschiedlichen Kosten aber auch des sehr stark unterschiedlichen Energieverbrauchs kommt der richtigen Klassifizierung der RLT-Anlagen eine hohe Bedeutung zu. Auch hier sind die vielfältigen Möglichkeiten der Simulationsrechnung zu nutzen. 3.3 Bauart der Anlagen Gebäude können mit zentralen RLT-Anlagen oder mit Einzelanlagen ausgerüstet werden. Der Entscheidung für ein zentrales oder dezentrales System sollte stets eine Wirtschaftlichkeitsberechnung zugrunde gelegt werden. Im allgemeinen sind für Gebäude mit unterschiedlichen Anforderungen oder mit relativ einfachem technischen Standard dezentrale Anlagen anzuwenden. Ein Vorteil liegt darin, daß die gesonderte Schaltbarkeit der Einzelanlagen gestattet, den Betrieb den Nutzungsanforderungen mit geringstem Aufwand anzupassen. Ferner führt das dezentrale System zu kurzen Kanälen und hat geringere Auswirkungen auf das Bauwerk als ausgedehnte Kanalnetze zentraler Anlagen (Geschoßhöhen, Brandschutz usw.). Darüber hinaus wird weniger Transportenergie benötigt; die elektrischen Antriebe können kleiner dimensioniert werden. Für Gebäude mit überwiegend gleichen Nutzungsanforderungen bietet sich eine zentrale Anlage an. Sie setzt in der Regel voraus, daß ein oder mehrere Technikgeschosse vorhanden sind. Durch zweckmäßige Anordnung sind auch hier kurze Kanalwege anzustreben. Zentralanlagen mit großen Volumenströmen sollten zur Leistungsanpassung mehrere parallelgeschaltete Ventilatoren erhalten. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Antriebe der Ventilatoren drehzahlgeregelt auszuführen. Zentralanlagen sind für die Wärmerückgewinnung meist besser geeignet. Zweikanalanlagen werden heute durch variable Volumenstromanlagen ggf. mit örtlichen dezentralen Luftbehandlungseinrichtungen ersetzt. Induktionsgeräte (Vierleiter) zählen zu den Komfortanlagen und gehören grundsätzlich nicht in öffentliche Gebäude. Auf die richtige bauliche Zuordnung von raumlufttechnisch zu behandelnden Räumen wird hingewiesen (stapeln oder zusammenlegen).

29 27 Die technische Weiterentwicklung einzelner Komponenten führt zur Einsparung von Energie zur Kühlung und für Antriebe. Beispielhaft sind hier der variable Volumenstrom, die Kühldecke, die Quellüftung, die adiabatische Kühlung und die Adsorptionsanlage zu nennen. Diese innovativen Techniken sollten in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen mit einbezogen werden. Auf die Adsorptionsanlage sei besonders hingewiesen. Sie stellt eine neue interessante Alternative bei der Bereitstellung von Kaltwasser dar, da sie in der Lage ist, Abfallenergie in Temperaturbereichen ab 60 C für die Kälteerzeugung noch zu verwerten. Sie wäre damit in Verbindung mit solarthermischen Anlagen interessant. In dieser Maschine wird der hygroskopische Effekt ausgenutzt, d. h. die Fähigkeit mancher Stoffe (z. B. Aktivkohle, Zeolithe, Siliciagel) Wasserdampf in flüssiger Form in die Zellstruktur ohne Volumenveränderung einzubinden. Durch wechselseitige Prozesse des Verdampfens und Kondensierens kann nutzbare Kälte erzeugt werden Begrenzung der Temperatur RLT-Anlagen mit Kühlung sind erst vorzusehen, wenn alle baulichen Möglichkeiten ausgeschöpft sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß für die Speicherung wirksame Flächengewichte von 400 bis 500 kg/m5 (Wandfläche) etwa 30 W/m5 (NF) bei der Spitzenauslegung der Kühlleistung sparen. Die gespeicherte Wärme kann bei niedrigen Außentemperaturen z. B. nachts durch freie Kühlung durch Außenluft wieder abgeführt werden. Bezogen auf die Leistung und die mittlere jährliche Benutzungszeit der Kälteaggregate kann dies eine erhebliche Einsparung an Investitionskosten, aber auch an Kosten für die Kälte- und Antriebsenergie bedeuten. Erfahrungsgemäß treten hohe Außentemperaturen an mehreren aufeinanderfolgenden Tagen nur selten auf. Für die dabei anfallenden Spitzenbelastungen sind RLT-Anlagen nur in Sonderfällen auszulegen (z. B. für Thermokonstanträume). In vielen Fällen genügt die Auslegung der maximalen Kühlleistung auf eine Außentemperatur von 26 C. Bei höheren Außentemperaturen steigt dann die Innentemperatur entsprechend an (abgebrochene Kühlung). Räume, in denen üblicherweise hohe innere Wärmelasten entstehen, wie Küchen, Wäschereien usw. sollten große lichte Raumhöhe erhalten (z. B. Großwäschereien mindestens 6 m) Notwendigkeit der Befeuchtung Eine Regulierung der Feuchtewerte sollte sich auf Ausnahmefälle wie Institutsbereiche, Operationsräume, besondere Archive, Museen etc. beschränken. Wegen des doppelten Energieverbrauchs bei der Entfeuchtung Abkühlung mit Entfeuchtung und anschließende Wiederaufheizung ist die Entfeuchtung nur auf das betrieblich unbedingt notwendige Maß zu beschränken. Bevor eine Luftbefeuchtung zur Verhinderung von elektrostatischer Aufladung vorgesehen wird, ist zu prüfen, ob eine elektrostatische Wirkung nicht durch geeignete Materialwahl von vornherein vermieden werden kann. Ausnahmen hiervon bilden explosionsgefährdete Räume oder Zonen.

30 28 In Räumen mit größeren Menschenansammlungen (z. B. in Hörsälen) geben die Personen selbst bereits soviel Feuchtigkeit an die Luft ab, daß eine künstliche Befeuchtung entfallen kann Regelung und Steuerung Wegen des höheren Energieverbrauchs von RLT-Anlagen gegenüber Heizungsanlagen ist die genau angepaßte Regelung hier von besonderer Bedeutung. Der Energieverbrauch der RLT- Anlagen wird vor allem durch die Eigenschaften der Regelstrecke bestimmt. Diese besteht aus dem Raum und dem umgebenden Baukörper. Durch regelungs- und steuerungstechnische Maßnahmen läßt sich der Energieverbrauch unter den gegebenen Randbedingungen minimieren. Dazu ist die Betriebszeit der Anlagen genau den Bedürfnissen der Nutzung anzupassen. Am einfachsten kann dies durch Schaltuhren bzw. Programme erreicht werden. Bei relativ kurzzeitig genutzten Räumen empfehlen sich auch Zeitsteuerungen, die vom Raum aus schaltbar sind. Diese Vorrichtungen sollten zusätzlich zur selbsttätigen Abschaltung auch einen handbetätigten Ausschalter erhalten. Die Anfahrzeiten der Anlagen können unter Berücksichtigung der Betriebsunterbrechungen, der Außentemperatur und der Restwärme/Restkühle im Gebäude von Optimierungsanlagen ermittelt werden. Diese schalten dann automatisch zum spätest möglichen Zeitpunkt die Anlage ein. Zusätzlich sollten während der Betriebszeit nicht benötigte Anlagenteile und Motoren abgeschaltet werden. Dies gilt z. B. für: Wärme- und Kälteversorgung, Umwälzpumpen von Wärmeaustauschern und Luftwäschern, Heizungsumwälzpumpen usw. Die Außenluftzufuhr von RLT-Anlagen sollte nur bei Bedarf durch entsprechende Gebäudebelegung in Betrieb sein, da in der übrigen Zeit die vorgeschriebene Gebäudetemperatur im Umluftbetrieb bei ausgeschalteter Befeuchtung und Kühlung eingehalten werden kann. Im Betriebsbereich zwischen 20 und 26 C sollte der Anlage keine Wärmeenergie zugeführt werden. Die Temperatur stellt sich entsprechend dem Lastzustand ein. Die Regelung ist so zu korrigieren, daß eine Anpassung der Außenluftrate an unterschiedliche Personenbelegungen möglich ist. Wird ein Gebäude mit hohen inneren Wärmelasten mit Außenluft gekühlt, muß die Außenluftrate in die Regelung einbezogen werden (variable Volumenstromregelung). Durch gezieltes Auskühlen der Gebäudespeichermasse außerhalb der Belegungszeit mit kühler Nachtluft kann im Sommer Energie bei der Gebäudekühlung während des Tages eingespart und regelungstechnisch berücksichtigt werden. Da umfangreiche RLT-Anlagen in der Regel relativ hohe Energieverbräuche zur Folge haben, ist der Einsatz einer Gebäudeleittechnik zu prüfen. Falls ohnehin vorhanden, sind RLT-Anlagen aufzuschalten.

31 Abwärmeanlagen Auf die Abwärmenutzung in Verbindung mit Wärmepumpen wird in Kapitel 6 hingewiesen. Kommt eine Wärmepumpe nicht zum Einsatz, ist bei RLT-Anlagen mit hohen Einschaltzeiten die Ausstattung mit Wärmerückgewinnungsanlagen zu prüfen. Die Art der Wärmerückgewinnungsanlage, z. B. regenerativ oder rekuperativ, hängt u. a. vom Schadstoffgehalt der Abluft ab. Wärmerückgewinnungsanlagen in RLT-Anlagen können zeitweilig mehr Wärme liefern als benötigt wird. In diesen Fällen muß der Wärmegewinn durch die Anlagenart (Bypaß) und durch die Regelungsanlage vorübergehend reduziert werden können. Literatur [3.1] Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler V- erwaltungen (AMEV): Hinweise zur Planung und Ausführung von Raumlufttechnischen Anlagen für öffentlichen Gebäuden (RLT-Anlagen-Bau-93). [3.2] Fachkommission Gebäude- und Betriebstechnik (FKGB) des Hochschulausschusses der ARGEBAU: Betreiben haustechnischer Anlagen Planerische und technische Maßnahmen zur Optimierung. [3.3] Recknagel-Sprenger-Schramek: Taschenbuch für Heizungs- und Klimatechnik, 67. Aufl., R. Oldenbourg Verlag München/Wien 1995.