Nachhaltige Bauweise mit Energieeinspartechnik

Eine wirklich nachhaltige Bauweise erfolgt nur im Zusammenspiel vieler Einzelfaktoren. Allein für den Bereich der Wärme- und Kälterückgewinnungstechnik in lüftungstechnischen Anlagen sind mindestens fünf Qualitätsmerkmale für eine nachhaltige Betriebs- und Funktionsweise relevant. Ob etwas effizient ist und ob eine Maßnahme überhaupt eine tatsächliche Energieeinsparung darstellt, dazu ist meist eine tiefere Betrachtung erforderlich. Eine Energieeinsparmaßnahme führt dann zu einer richtigen Energieeinsparung, wenn eine bedarfsgerechte und betriebsoptimierte Auslegung gewerkübergreifend im Gebäude integriert ist. Speziell für den Bereich Luft- und Klimatechnik sollen anhand von Wärmerückgewinnungssystemen energiesparende Maßnahmen aufgezeigt und dazu die wesentlichen Kriterien benannt werden.

Der Gesamtnutzen basiert dabei auf fünf Einzelkriterien:

Merkmal 1: Hohe Effektivität

Bei Wärme- und Kälterückgewinnungssystemen wird die Effizienz mit dem so genannten Austausch- bzw. Rückwärmgrad (ATG) „Φ“ festgestellt. Der ATG bezeichnet den tatsächlichen Rückgewinn vom maximal möglichen Rückgewinn als Faktor oder in [%]. Es begann etwa 1980 mit ca. 35 bis 40 %. In der weiteren Entwicklung wurden diese Werte langsam gesteigert auf 50, 60, 70 und 80 % (gemäß VDI 2071). Mit der Schichttechnologie ist ein Wärmeaustausch sowohl auf Luft- bzw. Wasserseite bis auf geringste Temperaturgrade (90 %/90 %) möglich. Damit werden effektiv Systemaustauschgrade von 80 % realisiert. Der Austauschgrad ist ein erster wichtiger Faktor für die Energieeinsparung. Ob oder inwieweit er allerdings nützlich ist, entscheidet ausschließlich der dafür notwendige Primärenergieeinsatz – die Effizienz, der Aufwand zum Nutzen.

Merkmal 2: Hohe Energieeffizienz

Effizient ist es, mit wenig viel zu erreichen, das heißt, mit vertretbarem Aufwand einen möglichst hohen Nutzen zu erzielen. Die Effizienz kann dabei als Verhältnis definiert werden, wie z. B. 1 : 20. Dies bedeutet, dass im Jahresmittel mit 1 kWh Strom z. B. 20 kWh an Wärme/Kälte zurückgewonnen werden. Die Effizienz steigt, wenn bei hohem Austauschgrad der Aufwand fällt. Mit jeder multifunktionalen Nutzung wird der Aufwand reduziert und der Nutzen erhöht. Für effektiv und effizient gilt, wenn der Aufwand auf ein Minimum und das Ergebnis auf ein Maximum optimiert wird.

Dabei ist nicht nur der energetische Aufwand zu bewerten, sondern auch der gesamte bau- und anlagetechnische Aufwand z. B. für die Heiz- und Kältezentralen, Rückkühlwerke, Luftzusammenführung.

Merkmal 3: Hohe Austauschqualität und in Folge betriebs- und funktionssicher

Erfüllt eine Energieeinspartechnologie die Bedingungen effektiv und effizient, kann dies bereits sehr positiv sein. Von Vorteil ist dies allerdings erst, wenn die Rückgewinnungstechnik auch konstruktiv betriebs- und ausfallsicher ist und die Leistung ausfallsicher bereitgestellt wird. Die in sich funktionsfähigen Gegenstrom-Schicht-Wärmetauschermodule der GSWT-Technik von SEW sind einzeln funktionsfähig, absperrbar, entleerbar und entlüftbar und schaffen so hohe Redundanz und Betriebssicherheit. Dazu kommt eine Doppelpumpentechnik, eine vollautomatische SPS-Programmschaltung mittels Siemens S7 mit integrierter Hand-Betriebsebene, einer schichtweisen Kondensatableitung, integriertem Frost- und Vereisungsschutz etc. Darüber hinaus ist der Wärmetauscher voll reinigungsfähig sowie zu 100 % desinfizier- und dekontaminierbar. Dies alles ist auch Voraussetzung für eine multifunktionale Nutzung im bewährten Kreislaufverbundsystem.

Merkmal 4: Multifunktionale Nut­zung

Mit der Anforderung für luft- und klimatechnische Anlagen Energie einzusparen, wurde zunächst erheblicher zusätzlicher apparativer Aufwand für die luft- und klimatechnischen Anlagen erforderlich. Mit dem multifunktionalen Rückgewinnungssystem von SEW wird dieser Trend umgedreht. Das Kreislaufverbundsystem der Wärmerückgewinnung übernimmt nun universell alle wärme- und kältetechnischen Vorgänge der Lüftungsanlage, wie z. B. zunächst die Wärme- und Kälterückgewinnung, die Lufterwärmung, Luftkühlung und Luft­entfeuchtung, die so genannte Nachtkältegewinnung, die Freie Kühlung sowie die Rückkühlung von bauseitigen Kältemaschinen oder BHKW. Möglich wurde dies ausschließlich durch die Qualität der Einsparfunktionen V1 bis V3.

Merkmal 5: hohe Rentabilität

Energieeinsparsysteme jeglicher Art müssen sich mindestens in der zu erwartenden Betriebs- und Lebenszeit durch die eingesparte Energie von selbst (also ohne Zuschüsse!) bezahlt machen, besser jedoch so früh als möglich. Rückgewinnungssysteme sollten deshalb auch den apparativen Aufwand nicht erhöhen, sondern mindern. Mit V3 + V4 wird der apparative Aufwand insgesamt gemindert, die vorzuhaltenden Leistungen von Heizkessel, Kälte­maschinen, Rückkühlwerke etc. werden reduziert bzw. ersetzt. Dies gilt auch für den bautechnischen Aufwand. Dies ist Basis für eine dauerhaft wirtschaftliche Anlagetechnik. Je früher diese Energieein-spartechnik in die Gebäudetechnik eingebunden wird, desto höher die Einsparung.

Damit ist mit der GSWT-Technik eine Mehrfachamortisation wie folgt möglich:

zu 100 % direkt durch reduzierte Bauflächen für die Heiz- und Kältezentralen und Aufstellflächen für Rückkühlwerke

zu 100 % direkt durch Reduzierung der Wärme- und Kälte­erzeugung einschließlich aller Nebenleistungen

zu 20 bis 50 % pro Jahr durch Energieeinsparung (Wärme, Kälte und sogar Strom)

Bei Einplanung von vornherein werden auf Jahrzehnte hinaus Betriebskosten eingespart – und dies ohne Mehrinvestitionen.

Fazit

Die fünf beschriebenen Anforderungsprofile bestimmen die Nutzungsqualität der Wärme- und Kälterückgewinnungssysteme in luft- und klimatechnischen Anlagen. Allen Energieeinsparbestrebungen zum Trotz ist die Raumluftqualität das Maß der Dinge, d.h. Energieeinspartechnik und Rückgewinnungssystem dürfen und sollen Energie einsparen, jedoch keinesfalls den Sinn und Zweck der luft- und klimatechnischen Anlagen verändern. Wärmerückgewinnungssysteme im Kreislaufverbundsystem besitzen eine absolute Trennung zwischen dem verbrauchten Abluftstrom und dem frischen Außenluftstrom. Jegliche Keim- und Schadstoffübertragung ist damit ausgeschlossen. Auch im Stör- bzw. Wartungsfall kann über das System keine Rauch- und Brandübertragung erfolgen. Dies ist die Basis für eine maximale Energieeinsparung ohne Verzicht auf höchste Raumluftqualität.

Heinz Schilling, SEW GmbH, Kempen