Energieeffiziente Lüftungssysteme

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1 Energie Apéro Schwyz vom 2. April 2012 Energieeffiziente Lüftungssysteme Heinrich Huber Fachhochschule Nordwestschweiz, Institut Energie am Bau Stv. Leiter MINERGIE Agentur Bau Bildquelle [4] Inhalt: 1. Wärmeenergie und Luftvolumenstrom 2. Elektrische Energie für die Luftförderung 3. Kennzahlen 4. Diverse Hinweise 5. Resümee Quellenangaben und Hinweise s. Folie

2 Wieso lüften wir? Gewährleisten einer guten Raumluftqualität durch Abführen von - Gerüchen und Verunreinigungen (Staub, Keime) - Schadstoffen aus Baumaterialien, Möbeln, Reinigung - Wasserdampf - Wärmenergie (Sommer) Schutz der Bausubstanz vor zu hoher Feuchte An exponierten Lagen: Schutz vor einer hohen Aussenbelastung durch Lärm und Schadstoffe 3 Heizwärmebedarf in einem MINERGIE-P-Wohnhaus Beispiel Gewinne mit Fensterlüftung: 120 MJ/m 2 oder 33 kwh/m 2 Transmission Lüftung Gewinne mit Komfortlüftung: 60 MJ/m 2 oder 17 kwh/m 2 Einsparung bei einem neuen Einfamilienhaus: 2800 kwh Transmission Lüftung WRG 4 2

3 Wärmeenergiebedarf für die Lüftung E v = q v θ c (1-η) t E v q v Wärmeenergiebedarf für die Lüftung mittlerer Luftvolumenstrom θ Temperaturdifferenz innen aussen c Wärmekapazität η Nutzungsgrad der Wärmerückgewinnung t Betriebszeit 5 q v Luftvolumenstrom CO 2 -Gehalt: 1000 ppm relative Feuchte: 45% CO 2 -Gehalt: ppm Zuluft 120 m 3 /h CO 2 -Gehalt: 700 ppm relative Feuchte: 30% Zuluft pro Person 36 m 3 /h Wohnen Bsp. 4½ - Zi-Wohnung Dienstleistung 6 3

4 q v Luftvolumenstrom Eine optimale Raumluftqualität wird CO 2 -Gehalt: 1000 durch ppm Bedarfsteuerung erreicht. relative Feuchte: 45% CO 2 -Gehalt: 1000 ppm Wohnungen und kleine Büros: Stufenwahl durch BenutzerInnen Zuluft 120 m 3 /h Grosse Büroräume: Zuluft pro Person 36 m 3 /h CO 2 -Gehalt: 700 CO 2 ppm - oder Luftqualitätsregelung CO 2 -Gehalt: 1000 ppm relative Feuchte: 30% Umsetzung: - Geeignetes Anlagekonzept - Angemessenen Aussenluftraten - Einstellen, Messen, Kontrollieren 7 q v Luftvolumenstrom Intelligente Luftführung in Wohnungen In offenen Wohnzimmern ist in der Regel kein Zuluft-Durchlass erforderlich. Studie: Bildquelle [4] Barp S., Fraefel R.: Luftbewegungen in frei durchströmten Wohnräumen. R. Fraefel, dipl. Arch. ETH SIA Zürich / AFC Air Flow Consulting AG, Zürich, Juli 2009 Erstellt im Auftrag AHB, Stadt Zürich und AWEL, Kanton Zürich >2000-Watt-Gesellschaft >Technik 8 4

5 q v Luftvolumenstrom Zu hohe Luftvolumenströme verursachen zu trockene Luft im Winter, höhere Schallleistungspegel, komplizierte und damit teure Anlagen, grösseren Energieverbrauch. 9 η Wärmerückgewinnung Kleine Lüftungsgeräte mit Gegenstrom-Wärmeübertragern und Rotoren erreichen Temperatur-Verhältnisse von über 80%. Bildquellen: Maico, Hoval, Zehnder, Cosmatech, Drexel+Weiss 10 5

6 η Wärmerückgewinnung Wärmeverluste vermeiden Zimmer Wohnen kalte Leitung nicht durch warme Räume (oder gut dämmen*) warme Leitungen in kalten Räumen wärmedämmen * WRG Gerät in beheiztem Raum * Wärmedämmung gem. Energiegesetzen: min. 30 mm bei langen Leitungen bis zu 100 mm kein Elektro- Defroster 11 η Wärmerückgewinnung Gegenstrom-Platten-Wärmetauscher auch bei grossen Anlagen sind Rückwärmzahlen von 70 bis 80% möglich Kreislaufverbundsystem KVS Rotor Bildquellen: Sevenair, Hoval, Mountair 12 6

7 t Betriebszeit Schaltuhren richtig einstellen - Bei der Inbetriebnahme protokollieren - Regelmässig überprüfen. In Nebenräume die Lüftung ev. nach Präsenzfühlern oder Lichtschaltern betreiben. 13 Elektrizitätsverbrauch von Lüftungsanlagen Gewinne Heizwärmebedarf mit Komfortlüftung: 60 MJ/m 2 oder 17 kwh/m 2 Transmission Lüftung WRG Wärme-Einsparung bei einem neuen MINERGIE-P-Einfamilienhaus: 2800 kwh Ventilator-Energie ca. 400 bis 500 kwh 14 7

8 Elektrizitätsverbrauch für die Luftförderung q v p t E = el E el q v p t η v η tr η m η c η v η tr η m η c Elektrizitätsverbrauch für die Luftförderung Luftvolumenstrom Druckverlust Betriebszeit Ventilatorwirkungsgrad Antriebswirkungsgrad Motorwirkungsgrad Wirkungsgrad Steuerung/Regelung 15 p Druckverlust Externe Druckverluste klein halten: Wohnungslüftung max. 70 Pa * Grosse Anlagen max. 300 Pa * * sowohl p ext, ETA als auch p ext, SUP Zuluft Abuft p ext, SUP Aussenluft Fortluft WRG p ext, ETA 16 8

9 p Druckverlust Wohnungslüftung Luftgeschwindigkeiten - in Leitungen zu einzelnen Zimmern max. 2.5 m/s - übrige Leitungen max. 3 m/s Lüftungsgerät eher «eine Nummer zu gross» wählen. Aussen- und Fortluftgitter werden oft zu klein dimensioniert. Effektive Geschwindigkeit max. 2 m/s 17 η c η m η tr η v Wirkungsgrad der Luftförderung Elektronik, FU Motor Transmission Ventilator Bildquelle: [6] 70 98% 50 98% % 20 80% 18 9

10 Beispiel einer mittleren, 2-stufigen Lüftungsanlage Nenndaten: 5000 m 3 /h, Förderdruck Ventilator 1000 Pa η c FU 5000 m 3 /h 2750 W 95% 2500 m 3 /h mit 3-Potenz- 560 W Regel: 345 W 85% η m IE1 80% 70% η tr Keilriemen 95% 80% η v Bildquelle: [6] vorwärtsgekrümmt 70% 1390 W (51%) 65% 175 W (31%) 19 Beispiel einer mittleren, 2-stufigen Lüftungsanlage Betrieb auf der tieferen Stufe η c FU konventionell 560 W 85% verbessert 375 W 85% η m IE1 70% IE3 80% η tr Keilriemen 80% Flachriemen 91% η v Bildquelle: [6] 65% 175 W (31%) vorwärtsgekrümmt rückwärtsgekrümmt 75% 175 W (46%) 20 10

11 η tr Antriebswirkungsgrad 100% Wirkungsgrade von Keilriemen sind bei kleinen Leistungen und Teillast schlecht. 95% Wirkunggrad 90% 85% 80% Keilriemen, Teillast % Keilriemen, Teillast 20% Flachriemen, Teillast % Flachriemen, Teillast 20% 75% Nennleistung in kw 21 η c η m η tr η v Wirkungsgrad der Luftförderung Die Wirkungsgrad aller Komponenten nehmen bei Teillast ab. Die elektrische Leistung nimmt nicht in der 3. Potenz ab. (realer Exponent 2 2.5) Rückwärtsgekrümmte Ventilatoren einsetzen. Bei kleinen Anlagen: Direktantrieb und EC-Motoren Bei grossen Anlagen: Flachriemen Neue Motoren mit der Energie-Klasse IE3 Vorsicht bei Motorersatz: Effizientere Motoren haben leicht höhere Drehzahlen -> Transmission anpassen

12 Kennwerte: Spezifische Ventilatorleistung P el p P = = SFP q v P el P el q v p η v η tr η m η m spezische Leistungsaufnahme elektrische Leistungsaufnahme Luftvolumenstrom Förderdruck des Ventilators Ventilatorwirkungsgrad Antriebswirkungsgrad Motorwirkungsgrad η v η tr η m η c Wirkungsgrad Steuerung/Regelung 23 P SFP Spezifische Ventilatorleistung Grenzwerte gemäss SIA 382/1 in W/(m 3 /h) Anlagetyp Zuluft Abluft Gesamt Einfache Lüftungsanlage Lüftungsanlage mit Lufterwärmer Einfache Klimaanlage Beispiel: Lüftungsanlage mit Lufterwärmer Luftvolumenstrom 1000 m 3 /h Zulässige Aufnahmeleistung: 1000 m 3 /h W/(m 3 /h) = 340 W 24 12

13 Spezifische elektrische Energie für Komfortlüftungen in Wohnbauten, bezogen auf die Energiebezugsfläche kwh/m 2 (EBF) 3,0 2,5 2,0 Typische heutige Werte Gute heutige Technik: optimale Dimensionierung (Druck, Raumluftströmung) Neueste Gerätetechnik, optimale Dimensionierung 1,5 Entwicklung 25 Elektrothermische Verstärkung ETV Wärme-Einsparung bei einem neuen Einfamilienhaus: 2800 kwh WRG ETV= eingesparte Wärmeenergie elektrische Energie heutige Komfortlüftungen 5 7 optimierte Anlagen 7 10 Zukunft Ventilator-Energie ca. 400 bis 500 kwh 26 13

14 Energieeffizienz hat auch zu tun mit Inbetriebnahme, Abnahme und Instruktion Bedienungsanleitung Komfortlüftung - Was ist eine Komfortlüftung - Betriebsstufen - Unterhalt/Service - Störungen - Adressen 27 Energieeffizienz im Betrieb Filter regelmässig wechseln. Lüftungsgeräte und Kanäle gemäss Hygienerichtlinien kontrollieren. Reinigen nach Bedarf. Betriebszeiten kontrollieren und anpassen. Volumenströme kontrollieren und ev. neu einregulieren. Bei Reparaturen und Sanierungen: Einsatz von effizienten Komponenten. Bildquellen: Camfil; ScanPro; [6] 28 14

15 Resümee für Komfortlüftungen Intelligente Luftführung und keine Überdimensionierung (in der Regel keine Zuluft in Wohnzimmern) Luftgeschwindigkeiten m/s Lüftungsgeräte mit Gleichstrom- oder EC-Motoren Wärmerückgewinnung mit Gegenstrom-Wärmetauchern oder guten Rotoren Keine Elektro-Defroster (Erdreich-Wärmeübertrager, Enthalpietauscher) Bedarfsteuerung auch in Mehrfamilienhäusern (min. Stufen-Schalter) Wärmedämmung gemäss Vollzugshilfe Lüftungsanlagen der MuKEn Einregulierung ausschreiben und kontrollieren (Protokoll verlangen) Regelmässig Filter wechseln und Anlage auf Sauberkeit kontrollieren 29 Resümee für grössere Anlagen Bedarfsregelung über CO 2 -oder Luftqualitätssensoren Ausreichend grosse Installationszonen. Strömungstechnisch sinnvolle Querschnitte. Spezifische Ventilatorleistung gemäss SIA 382/1: Grenzwert SFP explizit vorgeben und kontrollieren. Bei Reparaturen und Sanierungen effiziente Komponenten: Flachriemen, Motoren der Klasse IE3, Wartungs-und Instandhaltungsplan erstellen und durchsetzen Weiterbildung des Betriebspersonals 30 15

16 Quellenhinweise [1] SIA 382/1 (2007) Lüftungs- und Klimaanlagen Allgemeine Grundlagen und Anforderungen [2] SIA 2023 (2008) Lüftung in Wohnbauten [3] Leistungsgarantie Komfortlüftung [4] Projekt Luftaustausch >2000-Watt-Gesellschaft >Technik [5] TopMotors Merkblatt Luftförderung ab 4. Quartal 2012 [6] Radgen P. et al.: EuP Lot 11: Fans for ventilation in non residential buildings. Final Report. Fraunhofer Institut, Karlsruhe (D),

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