Effiziente Lüftungstechnik für Betriebs- und Bürogebäude

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1 Effiziente Lüftungstechnik für Betriebs- und Bürogebäude Bremen, Teil 2: Technische Optimierung von Lüftungsanlagen mit Darstellung der Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung von Fördermöglichkeiten Dipl.-Ing. Heiko Schiller c/o schiller engineering 040 / info@schiller-engineering.com 1

2 Häufigkeit (volumenstromgewichtet) von Modernisierungsempfehlungen 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Volumenstromreduzierung bis 20 % 10% Volumenstromreduzierung > 20 % Reduzierung der Betriebszeit zus. Klappen, Volumenstromregler für Zonierung bedarfsgerechte Volumenstromregelung Absenkbetrieb Sollwerte optimieren Temperatur 16% 15% 15% 19% 27% 53% Sollwerte optimieren Feuchte Optimierte Regelstrategie 23% 55% Nachtlüftung natürliche Lüftung freie Kühlung vorsehen Ventilatoraustausch WRG nachrüsten 0% 0% 2% 14% 53% WRG verbessern MSR verbessern Wartungsmängel beseitigen Luftdichtheit Kanalnetz grundsätzliche Systemänderung Rückbau / Alternativlösung 8% 10% 17% 22% 37% 37% 2

3 Nachrechnung des Volumenstrombedarfs 1. Messung des tatsächlichen Luftvolumenstroms 2. Prüfung des hygienischen Mindestaußenluftwechsels Grundlage: digitale Raumliste mit Flächen- und Nutzungsangaben (Personen, Schadstoffquellen,.) Raumbegehung und Abgleich mit der Liste Kenntnis der Normen und Richtlinien zur Anlagendimensionierung Soll-Ist-Vergleich 3. Prüfung der Kühllasten: Rechnerische Prüfung Messtechnische indirekte Prüfung 4. Konsequenzen: Reicht eine starrer Volumenstromabgleich z. B. durch Drosselklappen, Gitter, Tellerventile? Kann die Reduzierung zentral am Ventilator erfolgen oder muss dies asymmetrisch erfolgen? Ist ein Ventilatortausch sinnvoll? Kann die Nachrüstung einer Ventilator-Drehzahlregelung sinnvoll sein? 3

4 Nachrechnung der Luftvolumenströme Istzustand Nachprüfung Summe OG Außenluftvolumenstrom [m³/h] 4

5 Betriebskostenersparnis bei Volumenstromreduzierung / Laufzeitverkürzung Typische spezifische Energieverbräuche bei 12 h/d und 250 d/a Lufterwärmung ohne WRG: ca kwh/(m³/h) mit WRG: ca kwh/(m³/h) Luftbefeuchtung Luftkühlung Lufttransport ca kwh/(m³/h) ca kwh/(m³/h) ca kwh/(m³/h) Typische spezifische Energiekosten bei 12 h/d und 250 d/a Energiepreise [ /MWh] 50,00 40,00 50,00 160,00 Wärme Kälte Befeuchtung Strom Energiekosten [kwh/m³/h] [kwh/m³/h] [kwh/m³/h] [kwh/m³/h] [ /(m³/h)] Lüftungsanlage ohne WRG 10,0-3,0 0,98 Lüftungsanlage mit WRG 4,0-3,0 0,68 Teilklima mit WRG 4,0 2,0 3,0 0,76 Vollklima mit WRG 4,0 2,0 4,0 3,0 0,96 Beispiele: Teilklimaanlage mit WRG, Volumenstromreduzierung dauerhaft m³/h: Energiekostenreduzierung ca /a. Lüftungsanlage m³/h ohne WRG: Umstellung 16 h/d bei 365 d/a auf 10 h/d bei 250 d/a: Energiekostenreduzierung 0,98 /(m³/h)* (5.840 h / h 1) x m³/h = /a. 5

6 Sonden für Luftgeschwindigkeitsmessungen Flügelradanemometer richtungsabhängig > 0,5 m/s Prandtl-Staurohr Messbereich beachten! p w 2 2 w Hitzdrahtanemometer teilweise richtungsabhängig > 0,1 m/s 6

7 Probleme bei Volumenstrommessungen Die Messung des Luftvolumenstromes in Kanälen mit Geschwindigkeitsmessgeräten erfordert zahlreiche Einzelmessungen und vor allem eine ungestörte Anströmung mit geringen Turbulenzen. In Luftkanalsystemen sind jedoch zahlreiche Formstücke und Einbauteile integriert. Dadurch wird es schwierig, eine geeignete Messstelle mit ungestörter Anströmung für eine Kanalgeschwindigkeitsmessung zu finden. 7

8 Wirkdruckdifferenz an Ventilator-Einlaufdüsen Saugseite Druckseite Volumenstrom ist proportional zur Wurzel der Wirkdruckdifferenz 8

9 Effizienz von Ventilatoren Ventilatoren im Bestand haben durchschnittlich Systemwirkungsgrade von ca. 40 %. Ursachen: Nichtoptimal dimensionierte Laufräder Laufradgeometrie Umbauten, nachträgliche Änderungen Überdimensionierte Antriebe Effizienz der Motoren Verschlissene Keilriemen mit unzureichender Spannung 9

10 Beispielrechnung Ventilatortausch Betriebsstunden h/a Volumenstrom Pressung Wirkungsgrad Wirkungsgrad Stromkosten- Energie alt Energie neu alt neu ersparnis Investitionen ROI [m³/h] [Pa] [-] [-] [kwh] [kwh] [ /a] [ ] [a] % 70% , % 70% , % 70% ,2 Betriebsstunden h/a Volumenstrom Pressung Wirkungsgrad Wirkungsgrad Stromkosten- Energie alt Energie neu alt neu ersparnis Investitionen ROI [m³/h] [Pa] [-] [-] [kwh] [kwh] [ /a] [ ] [a] % 70% , % 70% , % 70% ,9 Angaben netto, Strompreisansatz 160 /MWh 10

11 Grundprinzip einer Einzelraum-Volumenstromregelung M M p FU Widerstand = konstant p = variabel = p var Widerstand = variabel p = konstant = p konst 11

12 Leistungsregelung von Ventilatoren Frequenzumrichter (FU) bei Ventilatoren mit AC-Motor Radialventilator mit EC-Motor, Drehzahlregelung integriert 12

13 Volumenstromregler Konstant-Volumenstrom-Regler: übernehmen den automatischen Abgleich kommen ohne Hilfsenergie aus lassen sich mit Absperrklappen kombinieren. Variabel-Volumenstrom-Regler: übernehmen den automatischen Abgleich regeln externe Sollwertänderungen aus sind die Voraussetzung für bedarfsgeregelte Einzelraumlüftung lassen Absperrungen möglich benötigen Hilfsenergie. 13

14 Luftqualitätsregelung Luftqualität wird beeinflusst durch flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC) Problem: Es gibt tausende Substanzen, deren Einfluss unterschiedlich ist und von der Zusammensetzung abhängt. VOC können nur über Breitbandsensoren detektiert werden. Für Luftbelastungen durch Personen kann CO2 als Indikator dienen. ( Pettenkofer-Zahl : ppm) ppm = parts per million; ppm entspricht 0,1 % Konzentration Hintergrundkonzentration von CO2 in der Außenluft beträgt ca. 400 ppm. Kombinationen mit Temperaturfühlern und/oder Präsenzmeldern sind möglich. 14

15 Ventilatorleistung [kw] Regelmäßige Filterwechsel Filterwechsel 15

16 Wärmerückgewinnungssysteme Ziel der Wärmerückgewinnung: Übertragung von Wärme aus der Fortluft an die Außenluft Kälterückgewinn im Sommer ggf. Feuchteübertragung von Fortluft an Außenluft Plattenwärmeübertrager Kreislauf-Verbund-Systeme Rotationswärmeübertrager preiswert begrenzt in der Größe nur bedingt regelbar örtliche Nähe von Fortluft und Außenluft bei hoher Effizienz teurer unbegrenzt in der Größe Fortluft und Außenluft können räumlich unabhängig sein gut regelbar keine Schadstoffübertragung möglich preiswert effizient auch für große Luftmengen verfügbar gut regelbar örtliche Nähe von Fortluft und Außenluft Feuchteübertragung möglich 16

17 Nachrüstung von Wärmerückgewinnern Probleme: Platzbedarf Räumliche Zusammenführung von Außenluft und Fortluft Besonders geeignet: Kreislauf-Verbund-Systeme Investitionskosten: 2 4 EUR/(m³/h) abhängig von Baugröße Wärmeeinsparung: 5 8 kwh/(m³/h a) bzw. 0,25 0,40 EUR/(m³/h a) bei 12 h/d und 250 d/a. Bei großen Betriebsstunden z. B. in Krankenhäusern deutlich wirtschaftlicher Preiswertere Lösungen sinnvoll in Verbindung mit Komplettsanierung / Geräteaustausch. 17

18 Fördermöglichkeiten 18

19 Förderprogramme des Bundes 1. KfW-Programm Energieeffizient Bauen und Sanieren Nichtwohngebäude Im Programmteil Energieeffizient Bauen und Sanieren Nichtwohngebäude der KfW erhalten Unternehmen, Kommunen oder kommunale Unternehmen und gemeinnützige Organisationsformen einschließlich Kirchen zinsverbilligte Kredite mit Tilgungszuschüssen. Dabei werden nicht nur der Neubau und die Sanierung zum KfW-Effizienzhaus gefördert, sondern auch Einzelmaßnahmen an der Klima- und Lüftungstechnik. Dazu gehört neben der Erstinstallation und Erneuerung von Lüftungsanlagen auch der Einbau drehzahlgeregelter Ventilatoren mit einem Effizienzgrad gemäß Anlage IV Tabelle 1 der Verordnung (EU) Nr. 327/2011, der Einbau energieeffizienter, drehzahlgeregelter Motoren der Effizienzklasse IE 2 oder besser nach Verordnung (EG) Nr. 640/2009 sowie die Nachrüstung von Frequenzumformern zur stufenlosen Regelung von Bestandsmotoren. Weitere Informationen zum Programm unter 2. BAFA-Programm Querschnittstechnologien Im Förderprogramm Querschnittstechnologien des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA), das auf der Richtlinie für Investitionszuschüsse zum Einsatz hocheffizienter Querschnittstechnologien des BMWi basiert, erhalten Unternehmen sowohl für systemische Optimierungen als auch für Einzelmaßnahmen eine direkte Förderung. Zu den förderfähigen Maßnahmen gehören dabei unter anderem Ersatz- und Erweiterungsinvestitionen in RLT-Anlagen, wozu auch der Ventilatorentausch zählt. Weitere Informationen zum Programm unter 19