Raumlufttechnik birgt große Potenziale - Energieeffizienz, Systemintegration und Einbindung Erneuerbarer Energien

Von der Gebäudetechnik wird heute der parallele Betrieb von Heizung, Kühlung und Lüftung verlangt. Hier sind zunehmend integrale Systeme anstelle von Einzelanlagen gefordert. Damit verbunden ist die Vernetzung der Klima-, Kälte- und Lüftungstechnik mit der Gebäude- und Systemtechnik. Die Systemintegration bewirkt ein effizientes und bedarfsgerechtes Zusammenspiel von RLT-Anlagen mit der Kälte- und Wärmeerzeugung. Für diese Aufgabenstellungen präsentieren die Aussteller der Messe ISH/Aircontec 2013 innovative Technologien, mit deren Einsatz sich in neuen und bestehenden RLT-Anlagen die Energieeinsparpotenziale erschließen und ausschöpfen lassen.

Reduzierung des Energieverbrauchs für Kälteerzeugung und Luftmengentransport

Rund ein Drittel aller Nichtwohngebäude sind mit raumlufttechnischen Anlagen zur Klimatisierung und für die Versorgung mit frischer und temperierter Luft ausgerüstet. In modernen Gewerbeobjekten, aber auch in Gebäuden wie Krankenhäusern, Schulen oder Einkaufszentren, haben die Kühlaufgaben zugenommen. So steigern Kühllasten wie die Abwärme von rund um die Uhr laufenden Rechnersystemen oder solare Wärmegewinne in modernen Bürogebäuden mit Glasarchitektur den Bedarf an Klimatisierung zusätzlich.
Zu den Hauptaufgaben zählt vor diesem Hintergrund auch, den Elektroenergiebedarf für den Betrieb von RLT-Systemen zu senken. Der Strombedarf für Kälteerzeugung, Ventilatoren, Rückkühler und Pumpen hat hier größten Anteil. Die tendenziell steigenden Kosten für elektrische Energie werden künftig eine noch stärkere Einflussgröße für Investitionsentscheidungen und Amortisationszeiten darstellen.

Gesetzliche und normative Vorgaben richten den Fokus auf Effizienzsteigerung

Für RLT-Anlagen gelten mit Einführung der DIN 13053:2012 verschärfte Effizienzklassen; für einzelne Komponenten und Geräte wurden zum 1.1.2013 Mindesteffizienzklassen eingeführt. Mit der Fortschreibung der Energieeinsparverordnung (EnEV) wird sich außerdem das Anforderungsniveau an die Gebäudetechnik weiter erhöhen. Die Raumlufttechnik und die Kälteerzeugung stehen hierbei mit an vorderster Stelle, da diese Anlagentechnik zu den kostenintensivsten Investitionen beim Bau und der Sanierung gebäudetechnischer Anlagen zählt.
Mit der Annahme der EU-Energieeffizienz-Richtlinie durch das Europäische Parlament rücken nun auch öffentliche Gebäude stärker in das Blickfeld. Der Großteil der im Gebäudebereich verbrauchten Energie entfällt auf Bürogebäude, Schulen und Krankenhäuser. „Auch wenn die daraus resultierende Sanierungspflicht ursprünglich alle öffentlichen Gebäude umfassen sollte, ist es wichtig, dass mit der Richtlinie nun endlich der Blick stärker auf den Nichtwohnbereich gerichtet wird“, sagt Günther Mertz, Geschäftsführer des Fachverbandes Gebäude-Klima e.V. (FGK). In der Modernisierung bestehender RLT-Anlagen liegen erhebliche Potenziale, ohne dass dazu Abstriche beim Klimakomfort in Kauf genommen werden müssten.
Aus den aktuellen gesetzlichen Vorgaben und Verordnungen ergeht außerdem die Anforderung, dass zur Kühlung ein Mindestanteil regenerativer Energien einzusetzen ist. Zu den regenerativen Energiesystemen zählt auch die Wärmerückgewinnung. Die verschärften Anforderungen an den energetischen Wirkungsgrad von Wärmerückgewinnungssystemen in RLT-Anlagen haben zur Entwicklung hochleistungsfähiger Wärmeübertragersysteme wie zum Beispiel druckverlustarmen Plattenwärmeübertragern geführt. Denn nach DIN EN 13053 wird für den energetischen Wirkungsgrad von Wärmerückgewinnungssystemen neben der Rückwärmzahl auch die benötigte elektrische Leistung für die Hilfsenergie zur Überwindung der Strömungswiderstände als Bewertungskriterium herangezogen.
Eine vom FGK veröffentlichte Studie zeigt, dass das Energieeinsparpotenzial aller RLT-Geräte im Bestand deutlich optimiert werden könnte, wenn Wärmerückgewinnungssysteme nachgerüstet und darüber hinaus effiziente Ventilatoren eingesetzt werden. Alle in Deutschland betriebenen RLT-Geräte fördern zusammen eine Gesamtluftmenge von 4 Mrd. m³/h. Jährlich könnten durch diese Maßnahmen 3,5 TWh Strom und 15 TWh thermische Energie eingespart werden.

Hocheffiziente Komponenten und Systemlösungen

Der gesamte Energiebedarf für die Gebäudekühlung beläuft sich auf 21000 GWh/Jahr. Bislang wird der Energiebedarf für den Betrieb von RLT-Anlagen vorwiegend durch Elektroenergie gedeckt – vor allem für die Kälteerzeugung. Dabei stehen zur Deckung des Energieaufwands für die Kühlung wie auch zur Beheizung auch Energien zur Verfügung, die kostenlos und in vielen Fällen sogar mit minimalem technischen Aufwand effizient nutzbar sind.
Allein mit den bereits verfügbaren Technologien ließe sich nach einem Referenz-Szenario der FGK dieser Energiebedarf um 35% reduzieren. Dazu tragen auch energieeffiziente Einzelkomponenten bei. So ermöglichen sparsame EC-Motoren für energiesparende Ventilatoren einen leistungsangepassten Betrieb bei geringem Strombedarf. Große Einsparpotenziale liegen auch darin, die benötigten Luft-,
Heiz- und Kühlleistungen an den jeweils tatsächlichen Bedarf anzupassen. Werden für den Teillastbetrieb die Luftmengen reduziert, verringert sich damit auch der Ener­gieaufwand für die Kälte- und Wärmeerzeugung.
Durch bedarfsgerechte Drehzahlanpassung lässt sich der Stromverbrauch von Ventilatoren und Pumpen erheblich reduzieren. Da beide Systemkomponenten jeweils von Elektromotoren angetrieben werden, vermindert sich die elektrische Leistungsaufnahme in der dritten Potenz zur Reduzierung der Fördermenge. So kann durch die bedarfsgerechte Regulierung der Pumpenleistungen die elektrische Leistungsaufnahme von Umwälzpumpen für den Kältetransport um bis zu 60% reduziert werden. In großen Anlagen mit Leistungsgrößen im zweistelligen kW-Bereich lassen sich damit allein beim Pumpenstrom für eine einzige Pumpe Einsparungen von mehreren Tausend Euro erzielen.

Einsatz von Erneuerbaren Energien und Verdunstungskühlung

Um ohne zusätzlichen Energieaufwand zu kühlen, können innerhalb bestimmter Anwendungs- und Temperaturgrenzen Verfahren wie Freie Kühlung oder Verdunstungskühlung eingesetzt werden. Adsorptionskältemaschinen nutzen die Antriebswärme für die effiziente Erzeugung von Kälteenergie. Elektrische Energie ist hierbei nur noch zur Umwälzung der Medienvolumenströme nötig. Die indirekte Verdunstungskühlung nutzt Wasser als Kältemedium und eignet sich besonders, wenn im Inneren des Gebäudes hohe Wärmelasten anfallen. Dazu wird aufbereitetes Wasser mit Druck auf die Wärme­übertragerflächen gesprüht. Bei einem niedrigeren Kühlbedarf ist außer Strom für den Betrieb von Pumpen und Wasseraufbereitungstechnik kein zusätzlicher Energieaufwand nötig, um die Temperatur im Kältekreislauf zu senken. Ein Beispiel sind die Rückkühlwerke für die Halle 11 der Messe Frankfurt: Mittels Frischwasserbesprühung kann ohne zusätzlichen Energieaufwand die Kühlleis­tung gesteigert werden.

Verbesserung von Energieausnutzung und Raumluftqualität

Effiziente Wärmerückgewinnungssys­teme, die Einbindung Erneuerbarer Ener­gien und Anlagensysteme mit intelligenter Energieverschiebung gewinnen zunehmend an Bedeutung. So wird es beispielsweise mit Lösungen wie der VRF-Technologie möglich, Komplettanlagen für die Beheizung, Kühlung und Warmwasserbereitung in einem gemeinsamen System zu realisieren. Darüber hinaus lassen verschärfte Anforderungen an die Raumluft­hygiene den Betrieb veralteter Luftführungssysteme nicht mehr zu. Mit zu den entscheidenden Anforderungen zählt auch die Reinigungsfreundlichkeit von RLT-Geräten und Luftverteilsystemen. Die Branche hält mit den verfügbaren Technologien Lösungen bereit, die den Energieaufwand erheblich vermindern und gleichzeitig die Raumluftqualität verbessern.