Energieeffizientes Schwimmbad: Bausteine moderner und energieeffizienter Pooltechnik, Auslegung und Ausstattung

Transkript

1 Energieeffizientes Schwimmbad: Bausteine moderner und energieeffizienter Pooltechnik, Auslegung und Ausstattung Dipl.-Ing. Alexander Reuß Ospa Schwimmbadtechnik

2 Energiesparen ein politischer Hype?

3 Einflussfaktoren Pooltechnik Quelle: uwe Jetstream GmbH

4 Badewasseraufbereitung

5 Betrieb eines Privatbads 60 m² - Kosten/Tag (ohne Abdeckung)

6 Wärmedämmung Wärmedämmung, Behaglichkeit und Schutz des Bauwerkes - Wärmedämmung: Wärmeverluste vermeiden (Wände, Decken, Böden, Wärmebrücken) - Behaglichkeit: Oberflächentemperaturen, Feuchte, Raumtemperatur, Luftaustausch - Schutz des Bauwerkes Kondenswasserbildung vermeiden (Korrosionsschutz)

7 Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) Betonwand ca. 25 cm bei Schwimmbecken im Erdreich: Beton allein U-Wert ca. 3,3 W/m²K mit 5 cm Polystyrol U-Wert ca. 1,0 W/m²K Quelle: ISO GmbH

8 Wärmedämmung Quelle: ISO GmbH

9 Lüftung & Wärmerückgewinnung Freizeitbad mit vielen Wasserattraktionen e = f(attraktionen) Quelle: Menerga GmbH

10 Lüftung & Wärmerückgewinnung Quelle: Menerga GmbH Lüftung mit Entfeuchtung und Wärmerückgewinnung

11 Alternative Wärmeerzeugung Wärmetauscher z.b. angeschlossen an: Solarenergie Wärmepumpe Blockheizkraftwerk

12 Wärmeverluste minimieren Freibad Beckengröße: 5 x 10 m Badesaison: Mai bis Sept. Wassertemperatur: 26 Grad Luftgeschwindigkeit: ca. 0,5 m/s Solare Zustrahlung -44 Frischwasser 2 Erdreich 3 Abstrahlung 16 Konvektion 17 Verdunstung Quellen: Grando GmbH - Schwimmbadabdeckungen; Fraunhofer-Institut für Bauphysik

13 Wärmeverluste minimieren Quelle: Grando GmbH - Schwimmbadabdeckungen

14 Wärmeverluste minimieren Quellen: Grando GmbH - Schwimmbadabdeckungen; Fraunhofer-Institut für Bauphysik

15 Höhendifferenz Wasserspiegel Zu Technikraum Rohrquerschnitt Die Badewasseraufbereitung aus Sicht des Energieverbrauchs (wichtigste Einflußfaktoren am Beispiel eines privaten Überlaufbeckens mit 16 m³/h) Beckenhydraulik Installation Filter und Umsteuerventil Wärmetauscher Grundfläche des Wasserspeichers Umwälzmenge Wirkungsgrad h der Umwälzpumpe

16 Überflutungsbecken / Skimmerbecken Überflutungsbecken Skimmerbecken wesentliche Unterschiede: - kein Wasserspeicher - Beckenhydraulik - tiefer liegender Wasserspiegel

17 Grundfläche Wasserspeicher Die Grundfläche des Wasserspeichers ist vorgegeben durch: - bauliche Gegebenheiten (Platzverhältnisse, Raumhöhe) - errechnetes Behältervolumen - gewählter Speicher - Betriebsweise (bspw. Füllung vor Spülung) Dort wo möglich, sollte aber eine Minimierung der Grundfläche angestrebt werden oder ggf. der Wasserspeicher höher gestellt werden, dadurch mehr Vordruck. Mögliche Einsparung: bspw. 0,4 m mehr Vordruck. DH = 0,4 m

18 Förderhöhe [m] Rohrleitungswiderstand Vergrößerung des Leitungsquerschnitts von DN 65 auf DN 80 gute Installation mit widerstandsarmen Bögen statt Winkel 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 Kennlinien im Vergleich reduzieren den Anlagenwiderstand bei 16 m³/h um ca. 1,9 m WS. Mögliche Einsparung: ΔH = 1,9 m 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 10 Bögen statt Winkel sparen 0,75 m WS 20 m Rohr DN 80 statt DN 65 sparen 1,15 m WS 0,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Volumenstrom [m³/h]

19 Druckverlust H [m] Umsteuerventil Optimiertes Umsteuerventil reduziert den Anlagenwiderstand (bei 16 m³/h) um etwa 1,50 m. 5,00 4,50 Druckverlust Umsteuerventil Mögliche Einsparung: DH = 1,5 m 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Durchfluss Q [m³/h]

20 Beckenhydraulik Horizontale Durchströmung muss so ausgeführt sein, dass Schmutzstoffe möglichst schnell und auf kürzestem Wege ausgetragen werden sich Desinfektionsmittel schnell im Becken verteilen kann aufbereitetes Wasser schnell und intensiv durchmischt wird aufbereitetes Wasser im gesamten Becken gleichmäßig verteilt wird und Totzonen vermieden werden Vertikale Durchströmung

21 Beckenhydraulik & Wasserpflege Ungenügende Beckenhydraulik führt zu - Regelungsinstabilitäten und damit zu einer Über- oder unzureichender Dosierung von Wasserpflegemittel - Verbleib von Belastungsstoffen im Becken (vermehrt Sedimente, Schmutzanhaftung an Wänden) erhöhter Verbrauch an Wasserpflegemitteln

22 Druckverlust [m] Beckenhydraulik Unter Berücksichtigung der vorgenannten Kriterien kann die Wasserverteilung aus energetischer Sicht optimiert werden, z.b. durch Einsatz von 10 statt 8 Einlaufdüsen. Dadurch Reduktion des Einlaufwiderstands (und bessere Verteilung). Rechenbeispiel: Volumenstrom Q = 16 m³/h über 8 Einläufe Q EIN(8) = 2,0 m³/h Druckverlust laut Kennlinie: H 8 = 1,2 m bei Verteilung auf 10 Einlaufdüsen Q EIN(10) = 1,6 m³/h Druckverlust laut Kennlinie: H 10 = 0,7 m DH = 0,5 m Verlustkurve Einlaufdüse 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Volumenstrom [m³/h]

23 Der Badewasserkreislauf aus Sicht des Energieverbrauchs Beispiel 16 m³/h geodätischer Höhenunterschied zwischen Wasserspiegel und Technikraum 3 m Mögliche Einsparung Wasserspeicher ΔH = 0,4 m Rohrleitungswiderstand Leitungsquerschnitt und Bögen ΔH = 1,9 m Filter Umsteuerventil ΔH = 1,5 m Einlaufdüsen ΔH = 0,5 m ΔH = 4,3 m

24 Einsparung Beispiel: Becken 10 m x 6 m, Wassertiefe 1,35 m V = 81 m³ einmalige Umwälzung in ca. 5 Stunden Volumenstrom Q = 16 m³/h Förderhöhe laut Anlagenkennlinie ΔH = 14 m aufgenommene Leistung: P = r * g * DH * Q / h P 16 = 1000 kg/m³ * 9,81 m/s² * 14 m * 0,0044 m³/s = 600 W / 0,40 = 1500 W Reduzierung der Förderhöhe um 4,3 m 460 W oder 30 %

25 Förderhöhe [m] Anlagenkennlinie Beispiel 16 m3/h 20,00 Anlagenkennlinie Diese Energieeinsparung von 30 % ist nur durch die Drehzahlreduzierung der Pumpe möglich. 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Volumenstrom [m³/h] daher frequenzgeregelte Pumpen

26 Förderhöhe [m] Umwälzvolumenstrom muss so gewählt sein, dass das Beckenwasser innerhalb eines Zeitrahmens (nach bsw-richtlinie 4 bis 6 Stunden) vollständig einmal gereinigt und desinfiziert wird ständig aufbereitetes Wasser in ausreichender Menge zu Verfügung steht abgebadetes Wasser möglichst schnell ausgetragen wird das Desinfektionsmittel sich schnell im Becken verteilen kann Unter Berücksichtigung oben genannter Punkte, ist es aus energetischer Sicht sinnvoll, in badebetriebslosen Zeiten zusätzlich den Volumenstrom zu reduzieren. Anlagenkennlinie 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Volumenstrom [m³/h]

27 Förderhöhe [m] Umwälzvolumenstrom Rechenbeispiel: Becken 6 m x 10 m, Wassertiefe 1,35 m V = 81 m³ einmalige Umwälzung in ca. 5 Stunden: Volumenstrom Q = 16 m³/h neue Förderhöhe laut Anlagenkennlinie: DH = 9,8 m aufgenommene Leistung: P = r * g * DH * Q / h P 16 = 1000 kg/m³ * 9,81 m/s² * 9,7 m * 0,0044 m³/s = 420 W / 0,40 = 1050 W Reduzierung Volumenstrom auf z.b. Q = 14 m³/h (eine Umwälzung in 5,8 Stunden) Förderhöhe laut Anlagenkennlinie: DH = 7,2 m P 14 = r * g * 7,2 m * 0,0039 m³/s / 0,40 = 690 W 0,00 0,0 10,0 20,0 DP = = 360 W oder 35 % zusätzliche Energieeinsparung Insgesamt 54 % Energieeinsparung (bei Skimmerbecken ist der eingesparte Anteil prozentual noch höher)! 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 Anlagenkennlinie Volumenstrom [m³/h]

28 Beckenhydraulik & Volumenstrom Die Beckenhydraulik und die Umwälzmenge können nicht völlig losgelöst voneinander betrachtet werden! Zu einer guten Beckenhydraulik gehört auch ein hydraulisch mindestens notwendiger Volumenstrom. Dieser kann deshalb nicht unbegrenzt nach unten geregelt werden! Energieeinsparung mittels Reduzierung des Volumenstroms und eine hervorragende Beckenhydraulik (schnelle Durchmischung, schneller Schmutzstoffaustrag) sind zwei in entgegengesetzte Richtung wirkende Anforderungen!

29 Förderhöhe H [m] Umwälzpumpe Pumpenleistung: P Pumpe = r * g * DH * Q Motorleistung: 10 5 P Motor = r * g * DH * Q / h Pumpe aufgenommene Leistung: P Aufnahme = r * g * DH * Q / (h Pumpe * h Motor ) Durchfluß [m³/h] 0,75 kw (50 Hz) 2,2 kw (50 Hz) Beispiel: P = 1000 kg/m³ * 9,81 m/s² * 12 m * 0,0028 m³/s / (0,47 * 0,85) = 330 W / 0,40 = 825 W

30 Wirkungsgrad [%] Förderhöhe H [m] Umwälzpumpe ,2 kw (50 Hz) 0,75 kw (50 Hz) Die Pumpenleistung ist für verschiedene Pumpen unabhängig von der Nennleistung bei gleicher Förderhöhe und gleichem Fördervolumen identisch Die unterschiedliche Aufnahmeleistung resultiert aus dem Wirkungsgrad der Pumpe und des Motors Durchfluß [m³/h] Beispiel aufgenommene Leistung: H = 12 m, Q = 10 m³/h P 0,75 kw = 330 W / 0,40 = 825 W 20 2,2 kw (50 Hz) P 2,2 kw = 330 W / 0,36 = 917 W (FU-geregelt) 10 0,75 kw (50 Hz) Einsatz einer an die Einsatzbedingungen richtig angepassten Pumpe mit FU und möglichst hohem Wirkungsgrad spart Energie! Durchfluß [m³/h]

31 Pumpen Neue energieeffiziente Motoren: neue Wirkungsgradklassen aufgrund der EG Richtlinie 2005/32/EG (Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren) Wirkungsgradklassen Wirkungsgradklassen ALT NEU IEC EFF3 Low efficiency - - EFF2 Standard efficiency IE 1 Standard efficiency EFF1 High efficiency IE 2 High efficiency - - IE 3 Premium efficiency - - IE 4 Super premium efficiency

32 Pumpen 0,75kW to 375kW Quelle: ATB Antriebstechnik GmbH

33 Pumpen & Betriebsweise Tag & Nachtbetrieb zur Reduzierung der Verdunstungswärme Quelle: Aquasolar AG / Schweiz

34 Pumpen & Betriebsweise Tagungshotel Nennbelastung Nennbelastung Freizeitbad Quelle: WWS Eisele

35 Pumpen & Betriebsweise DIN Aufbereitung von Schwimm- und Badebeckenwasser Teillastbetrieb - außerhalb der Badebetriebszeit (z.b. Nachtstunden), kann der Volumenstrom auf 50 % des Nennvolumenstromes gesenkt werden. DGfdB Deutsche Gesellschaft für das Badewesen (Merkblatt 65.08) Teillastbetrieb während des Betriebes bei geringer Beckenbelastung Im Privatbad selbstverständlich die Abschaltung der Umwälzung, aber: Mindestumwälzzeiten beachten, sonst mikrobiologische Probleme möglich!

36 Verwendung von Spülabwasser DIN Aufbereitung von Spülabwässern aus Anlagen zur Aufbereitung von Schwimm- und Badebeckenwasser Betriebswasserklassifizierung Typ 1 Wasser zum Einsatz als Füllwasser Typ 2 Wasser zum Einsatz für Flächenreinigung, Toilettenspülung, Bewässerung von Außenanlagen Typ 3 Wasser zur Direkteinleitung in ein Gewässer Für private Bäder aufgrund der Kosten derzeit weniger interessant.

37 Abstimmung der Aufbereitungskomponenten 1 Intelligente Steuerung Die Automatisierung der Abläufe in der Anlage ist das Herzstück zur effizienten Energieeinsparung im Schwimmbad. 2 Frequenzgesteuerte Umwälzpumpe Energieeffiziente Umwälzpumpen mit hohem Wirkungsgrad. Weitere Einsparmöglichkeiten ergeben sich durch die Verwendung von Frequenzumformern zur Drehzahlregelung. 3 strömungsoptimiertes Umsteuerventil Deutliche Reduzierung des Anlagenwiderstandes durch strömungstechnische Optimierung. 4 Injektor Optimierter Injektor oder kleine Treibwasserpumpe. 5 Beckenhydraulik Reduzierung des Einlaufwiderstandes unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Beckenhydraulik. 6 Wasserspeicher Hydraulisch optimale Anpassung des Wasserspeichers an örtliche Gegebenheiten. 7 Verrohrung Strömungstechnisch optimierte Rohrquerschnitte und Installation. 8 Umwälzvolumenstrom Anpassung des Volumenstroms an die optimierte Anlagenkennlinie & Reduzierung bei Sparbetrieb. 9 Badewasserheizer Hocheffiziente Plattenwärmetauscher für Niedrigtemperatur- und Solarheizungen mit geringem Wärmeverlust. 10 LED-Beleuchtung LED- anstatt Halogen-Scheinwerfern sparen erheblich Energie. Die längere Lebensdauer von LED-Dioden schonen Ressourcen. 11 Wasserattraktionensteuerung Der gesteuerte Programmablauf und die gegenseitige Verriegelung von Attraktionen reduzieren teure Leistungsspitzen. 12 Wasserspiegelabsenkung Nachtabsenkung bei Außenbädern mit Überflutungsrinne, um Wärmeverluste über die Rinne zu vermeiden. 13 Entleerung von Außenwhirlpools Nächtliches Ablassen des Whirlpoolwassers in einen wärmegedämmten Speicher. 14 Hochisolierte Becken Eine wärmedämmende Schicht aus Polystyrol verhindert den Wärmeverlust wirkungsvoll. 15 Abdeckung Schwimmbadabdeckungen für höchste Energieeinsparung.

38 Kostenersparnis

39 Zusammenfassung Deutliche Energieeinsparungen sind im Privatbad möglich durch: - Wärmedämmung des Beckens gegenüber dem Erdreich - Wärmeverlustreduzierung der Wasseroberfläche durch Abdecken - Einsatz von Klimatechnik - Einsatz alternativer Heiztechnik / Wärmetausch - Hydraulische Optimierung der Aufbereitungskomponenten - Verbesserung der Installation - Einsatz von Frequenzumformern - Reduzierung des Volumenstroms - Pumpenoptimierung - Optimierung der Betriebsweise - Wiederverwendung des Spülabwassers - Intelligente Steuerung aller Becken- und Anlagenkomponenten

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Ospa Schwimmbadtechnik Goethestraße Mutlangen