Energetische RLT-Klima-Kälteanlagen nach DIN V 18599-3 und Life Cycles Costs - Mehrinvestitionen amortisieren sich in kurzer Zeit

Die Umsetzung der EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Energy Performance of Buildings Directive, EPBD) erfordert eine Limitierung des Energieeinsatzes für den Betrieb von RLT-Anlagen bzw. einen Energieeffizienznachweis für die zu erstellenden Anlagen.
Die Basis zur Umsetzung der Vorgaben auf nationaler Ebene, d.h. in Deutschland, bildet die EnEV, die ebenso die Grenzwerte für den Gesamtenergieverbrauch in Abhängigkeit von der Gebäudeart- und Gebäudenutzung vorgibt. Die EnEV findet auf Wohn- und Nichtwohngebäude Anwendung und bezieht auch die RLT- und Klima-Kälteanlagen ein.

Bestimmung des Energiebedarfs
Im Teil 3 der zehnteiligen Vornormenreihe DIN V 18599 wird das Verfahren zur Bestimmung des Energiebedarfs von RLT-Anlagen beschrieben, das auf den Simulationsrechnungen für viele verschiedene Anlagentypen basiert und die Ergebnisse über ein Tabellenverfahren darstellt.
Die DIN V 18599 Teil 3 behandelt den Nutzenergiebedarf für das Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten in zentralen RLT-Anlagen sowie den Energiebedarf für die Luftförderung durch diese Anlagen. Die Bezeichnung „Nutzenergiebedarf“ wird an dieser Stelle aus dem Grund verwendet, weil der Energieeinsatz nicht nur der Temperierung von Gebäuden dient, sondern auch der Sicherstellung der Raumluftqualität und der Raumluftfeuchte. Es handelt sich insofern um die erweiterten Nutzungsanforderungen gegenüber den bisher üblichen rein thermischen Betrachtungen.

Die Berechnung setzt daher voraus, dass die Grundsätze der Prozessführung bekannt sind und als Basis nachfolgend aufgeführte wesentliche Eingangsgrößen verwendet werden können:

• Art und Dimensionierung der Energierückgewinnungsanlagen,
• Qualität der Feuchteanforderungen,
• Art des Befeuchtungssystems.

Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen wurde in der DIN  V  18599 eine Matrix von 46 sinnvollen Anlagenkombinationen erstellt, die den überwiegenden Teil der in der Praxis umgesetzten Anlagensysteme abdecken. Das Berechnungsverfahren basiert auf der Umrechnung der tabellierten Energiebedarfskennwerte für diese Variantenmatrix sowie auf den darauf aufbauenden einfachen Interpolationen und Korrekturen, durch die auch die nachfolgend aufgeführten Einflüsse berücksichtigt werden können:

• frei wählbare Zulufttemperaturen im Bereich von 14 bis 22°C,
• frei wählbare Rückwärmezahlen im Bereich von 0 bis 75%,
• tägliche Betriebszeiten.

Hinweis: Zu beachten ist, dass zwischen der DIN  V  18599-3 und der DIN  V  18599-2 „Nutzenergiebedarf für Heizen und Kühlen von Gebäudezonen“ enge Verknüpfungen bestehen, weil hier der Zuluftvolumenstrom und die Zulufttemperatur mit in die Gebäudebilanz einfließen.  
Zur Bewertung des Energieaufwandes, d.h. zur Berücksichtigung der Wirkungsgrade oder der Kälteerzeugung wird durch die Anwendung der DIN V 18599-7 noch ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich. Die DIN V 18599 liefert hierzu die Berechnungsgleichungen zur Ermittlung der Maximalleistungen und die näherungsweise zu erwartenden Betriebsstundenzahlen der einzelnen Einbaukomponenten.
Aus den Anhängen A bis D der DIN V 18599-3 ist zu entnehmen, welche An-forderungen an alternative Berechnungsverfahren gestellt werden. Diese Anforderungsprofile können bei ganz speziellen Anlagenschaltungen sinnvoll und notwendig werden.

Lebenszykluskosten (Life-Cycle-Costs)
Langfristig wird die Berechnung der Lebenszykluskosten (Lebensdauerkosten) für die Gebäude sowie für die Technische Gebäudeausstattung (TGA) zum Standard für Investitionsentscheidungen.
Die Energieeffizienz und die gesam-ten Betriebskosten eines Gebäudes lassen sich nur dann optimieren, wenn der gesamte Lebenszyklus des Gebäudes betrachtet wird. Aus diesem Grund müssen bereits im Planungsstadium die Voraussetzungen für die Ausführung und den Betrieb einer effizienten gebäudetechnischen Anlage beachtet werden. In der Praxis hat sich die Gliederung der Lebenszykluskosten (Life-Cycle-Costs) in die vier Bereiche der

• Projektentwicklungskosten,
• Investitionskosten,
• Nutzungskosten,
• Verwertungskosten

bewährt.

Nutzungskosten
In der DIN 276 sind nur geringe Ansätze für die Kostenerfassung der Nutzungsphase enthalten. Andererseits wird in der DIN 18960 eine Struktur zur Erfassung von Kosten für die Nutzungsphase des Gebäudes vorgegeben. Diese Struktur berücksichtigt einerseits die Kapitalkosten- und Verwaltungsaspekte, in den Kostenstellen 3 „Betriebskosten“ und in 4 „Instandsetzung“ werden die durch die Nutzung der baulichen Gebäudestruktur verursachten Kosten erfasst.

Instandsetzung
Das Instandsetzungsspektrum ist abhängig vom Charakter der eingesetzten Technik. Den geringsten Aufwand werden die Einrichtungen zur freien Lüftung, den größten Zu- und Abluftanlagen mit den unterschiedlichen Wärmerückgewinnungsverfahren bzw. alle dezentralen Lösungen mit vielen einzelnen bewegten Anlagen- bzw. Geräteteilen verursachen.

Ver- und Entsorgungskosten
Die DINV  18599 berücksichtigt auch die Kühlung eines Gebäudes. Zudem wird je nach Nutzungstyp ein Nutzungsprofil für den Energiebedarf der erforderlichen Einbauten/Hilfsenergie für Heizung, RLT-Klima-Kälteanlagen, etc. einkalkuliert. Hierdurch wird ein wesentlich höherer Bedarf an elektrischer Energie berechnet als dieses bei der EnEV-Berechnung möglich war. Die Bedarfsberechnung nach DINV  18599 erlaubt insofern eine wesentlich genauere Vorhersage der Ver- und Entsorgungskosten als es bisher möglich war.

Inspektion
In der DINEN  15239; Ausgabe: 2007-08 „Lüftung von Gebäuden; Gesamtenergieeffiziez von Gebäuden; Leitlinien für die Inspektion von Lüftungsanlagen“ wird eine für die Inspektion von maschinellen RLT-Anlagen und freien Lüftungsanlagen erforderliche Methode im Verhältnis zum Energieverbrauch dieser Anlagen entwickelt. Die DINEN  15239 gilt sowohl für Wohn- als auch für Nichtwohngebäude und umfasst die Inspektion zur Ermittlung der Gesamtenergieeffizienz eines Gebäudes.
Nach §12 der EnEV unterliegen Klimaanlagen mit einer Kältebedarf-Nennleistung von mehr als 12 kW der regelmäßigen energetischen Inspektion. Im Rahmen der von der Europäischen Kommission mandatierten Normen zur ERBD wurde die DINEN  15240: „Leitlinien für die Inspektion von Klimaanlagen“, Ausgabe 08-2007 erstellt.

Reinigung, Wartung, Instandsetzung
Viele Betriebe sind auf eine gut funktionierende Klimaanlage angewiesen. Ein Ausfall würde zu erheblichen Betriebsstörungen führen. Eine optimale Wirtschaftlichkeit ist nur dann gewährleistet, wenn alle Komponenten einer Anlage genau aufeinander abgestimmt sind, laufend kontrolliert und korrigiert werden.
Zwischenzeitlich beruhen nahezu sämtliche Wartungsprogramme oder Wartungsverträge auf der Basis des VDMA- Einheitsblattes 24 186. Dies liegt an den vielseitigen Einsatzmöglichkeiten des VDMA-Einheitsblattes 24  186 sowie der genauen Beschreibung sämtlicher erforderlichen Leistungen.
Einen entscheidenden Einfluss auf die Kosten für den Nutzungszeitraum liegt im Zyklus der auszuführenden Arbeiten. Insofern unterliegt der Reinigungszyklus einer großen Variabilität hinsichtlich der Ausführungselemente, Nutzungsart und dem Hygienestandard. Hinsichtlich der Wartungszyklen sind die gesetzlichen Vorgaben aufgrund von Verordnungen zu erfüllen. Für die Gewerke Wärme-, RLT und Klima-Kältetechnik sollten auf jeden Fall die Hygienerichtlinien nach VDI  6022 und die darin geforderten Reinigungs- Wartungs- und Instandsetzungsintervalle beachtet werden. Zudem sollten die Empfehlungen der AEMV berücksichtigt werden. Die Instandsetzungszyklen beziehen sich in der Regel weitgehend auf die Inhalte der VDI  2067.

Energieeffizienzklassen für RLT-Geräte
Die Anforderungen an einen effizienten und komfortablen Gesamtprozess stellen nicht nur an die Anlagenerrichter, sondern insbesondere auch an die Hersteller der RLT-Klima-Kältegeräte neue Herausforderungen.
Zur Reduzierung der Betriebskosten von zentralen und dezentralen RLT-Klima- und Kältesysteme tragen insbesondere auch die energetisch optimierten Einbaukomponenten bei. Hierbei bilden die Betriebskosten (Energiekosten, Wartung, etc.) den Hauptanteil der gesamten, im Laufe der Produktlebensdauer, d.h. die Lebenzykluskosten anfallenden Kosten.
Bei der Planung und Auswahl der zukünftigen RLT-Klima-Kältegeräte stehen daher primär die Betrachtungen der Lebenszykluskosten (Life-Cycle-Costs) im Mittelpunkt. Zur Systemfindung und zur Entscheidung der RLT-Klima-Kälte-Zentralgeräte müssen die Kosten über die gesamte Lebensdauer so niedrig wie möglich gehalten werden.
Zur Beurteilung der Energieeffizienz eines RLT-Geräts bieten sich die Eurovent-Klassifizierung oder die Energieeffizienzklassen-Beurteilung nach der RLT-Richtlinie 01: „Allgemeine Anforderungen an Raumlufttechnische Geräte“ des Herstellerverbands RLT-Geräte e.V., Bietigheim-Bissingen, an.
Nach der Eurovent-Zertifizierung lässt sich in der Unterteilung nach den Energieklassen A, B, und C eine verlässliche Aussage über die Leistungsdaten eines RLT-Gerätes durchführen. Die Energieklasse A steht für die beste Bewertung und die Energieklasse B entspricht ungefähr dem heutigen technisch möglichen Standard. Aus diesem Grund sollte, auch im Falle der Klasse A-Geräte, der Energiebedarf und die Lebenszykluskosten genau untersucht werden.

Die Lebenszykluskosten gliedern sich nach der Eurovent-Richtlinie in nachfolgend aufgeführte Kostenblöcke:

• Investitionen,
• Wartungskosten,
• Betriebskosten (Energiekosten),
• Entsorgungskosten (Umweltaspekte).

Den Schwerpunkt bilden hierbei die Energiekosten mit ca. 80 bis 90%, die sich bezogen auf ein RLT-Klima-Zentralgerät zu ungefähr

• 30 bis 50% Ventilatorenbetrieb,
• 30 bis 50% Wärmekosten (Heizlast),
• 20 bis 30% Kühlenergiekosten (Kühllast)

aufgliedern.

Mit der Einführung der Energieeffizienzklassen nach RLT-Richtlinie 01: „Allgemeine Anforderungen an Raumlufttechnische Geräte“ reagiert der Herstellerverband Raumlufttechnische Geräte e.V. auf die steigenden Anforderungen im Bereich der rationellen Energieverwendung und der Energieeffizienz im Bereich der Technischen Gebäudeausrüstung. Die Energieeffizienzklassen nach RLT-Richtlinie 01 basieren auf einer ähnlichen Einteilung wie die der Eurovent-Struktur. Hier wird jedoch auf die Klasse C verzichtet, weil die nach Eurovent in C eingestuften Geräte keine Anforderungen erfüllen müssen.
Die Energieeffizienzklassen nach der RLT-Richtlinie 01 sind zwar für eine angenäherte Auslegung hilfreich, führen jedoch noch zu keiner Optimierung. Zwischen einem RLT-Gerät, das die Mindestanforderungen der Klasse A erfüllt, und einem energetisch durch und durch optimierten Produkt können sich sowohl in der Ausstattung als auch im Energiebedarf deutliche Unterschiede ergeben. Aus diesem Grund sollte die Auslegung sinnvoller Weise auf der Basis der Lebenzykluskosten erfolgen. Die für die Berechnung erforderlichen Standards liefert u.a. Eurovent mit den „LCC-Guidelines for Air Handling Units“, die wiederum auf der DINV 18599-3 und auf der VDI  2067-1 basieren.

Investitionskosten rücken in Hintergrund
Mit der komplexen Vornormenreihe DINV  18599 können die Fachleute einerseits die Berechnung für die Baugenehmigung eines Nicht-Wohngebäudes durchführen und auch den Energieausweis im Baubestand vorlegen.
Für den Vergleich der unterschiedlichen RLT-Klima-Kältekonzepte kann eine Energiemengenberechnung nach DINV 18599-3 durchgeführt werden, wobei hier die Hauptaspekte auf der elektrischen Leistungsaufnahme der Ventilatoren und den Wirkungsgrad der Wärme- und Feuchterückgewinnung gelegt werden.
Der Einsatz energiesparender Antriebs- und Wärmerückgewinnungssysteme reduziert nicht nur die anfallenden Betriebskosten für Strom und Wärme, sondern schützt indirekt auch die natürlichen Ressourcen zur Energieerzeugung. Ferner werden durch den Einsatz intelligenter Steuer- und Regelsysteme sowie der Gebäudeautomatisation (GA) nicht nur Energien eingespart, sondern auch der Service und die Wartung vereinfacht.
Die Ergebnisse in der Praxis verdeutlichen, dass sich eine Mehrinvestition innerhalb kürzester Zeit amortisieren kann. Daraus folgt auch, dass für ein ausgewogenes RLT-Klima-Kältekonzept eine Betrachtung der Lebensdauerkosten zwingend erforderlich wird. Nur durch diesen Vergleich wird auch eine betriebswirtschaftlich optimierte Systemfindung erreicht. Aufgrund der Bewertung der Betriebskosten rücken dann die Investitionskosten in den Hintergrund.

Autor: Eric Theiß
Nach mehren Jahren in der Planung und Ausführung der Gewerke HKL für mittlere und größere Objekte hat der Autor über 20 Jahre lang in München ein Ingenieurbüro für die Technische Gebäudeausrüstung (Gewerke HKLS sowie Elektro- und Beleuchtungstechnik) geführt, wobei hier primär die Aspekte der regenerativen Energietechnologien sowie die Umsetzung der rationellen Technologien realisiert wurden. Seit 1999 ist er auch als Freier Fachjournalist tätig.