Zusammenfassung Studie ILK und Schiller Ingenieure 2013: Chancen und Potenziale der EnergetischenInspektion

• Vorbemerkungen des Verfassers
• Thema 1: Die Aufgabenstellung
• Thema 2: Abschätzen der Marktpotenziale
• Thema 3: Marktabfrage zu Energetischen Inspektionen
• Thema 4: Die Struktur der inspizierten RLT- und Klimaanlagen
• Thema 5: Sanierungsempfehlungen für die RLT-Anlagen
• Thema 6: Die Struktur der untersuchten Kälteanlagen
• Thema 7: Sanierungsempfehlungen für die Kälteanlagen
• Thema 8: Einsparpotenzial im Bereich der Raumlufttechnik
• Thema 9: Einsparpotenzial im Bereich der Kältetechnik
• Thema 10: Fazit und Hochrechnung des gesamten Einsparpotenzials
• Thema 11: Maßnahmenkataloge zum Inspektionsumfang und Stufenpläne für wirtschaftliche Sanierungsverpflichtungen
• Thema 12: Ableitung von praxisgerechten Inspektionsmethoden und Verbesserung der verfügbaren Inspektionswerkzeuge
• Thema 13: Schnittstellen zur nationalen und europäischen Normung
• Anhang: Untersuchungen zum Energieeinsparpotenzial der Raumlufttechnik in Deutschland (2011)

Seit Veröffentlichung der Studie Mitte 2013 sind die DIN SPEC 15240 „Energetische Inspektion von Klimaanlagen“ und die EnEV 2014 mit neuen Anforderungen (verpflichtende Inspektions-Registriernummern) erschienen. Dazu finden Sie in cci Wissensportal ausführliche Beiträge unter den Artikelnummern cci76433 (DIN SPEC 15240 – 2019) und cci28256 (EnEV). In cci Zeitung 03/2017 erschien der Beitrag „Neue Zahlen beweisen: LüKK-Inspektionen weiterhin auf Mini-Niveau“ aus dem hervorgeht, dass zwischen Mai 2014 und August 2016 lediglich 6.000 energetische Inspektionen durchgeführt wurden (= 215 pro Monat).

Obwohl seit Herbst 2007 die Energieeinsparverordnung (EnEV) im § 12 energetische Inspektionen von Klima- und Raumkühlanlagen mit Kälteleistungen über 12 kW gesetzlich vorschreibt, wurden bisher weniger als 3 % dieser Anlagen inspiziert. Besonders mangelnde Kontrollsysteme, die Freiwilligkeit der Umsetzung von ermittelten Optimierungsmaßnahmen sowie ungeeignete Marktanreize verhindern bei den gemäß EnEV zu inspizierenden Klima- und Kühlanlagen Energieeinsparungen von bis zu 20,4 TWh Wärme und von 12,5 TWh Strom pro Jahr.
Zu diesen ernüchternden Ergebnissen kommt die im Juli 2013 veröffentlichte, 249 Seiten umfassende Studie „Chancen der Energetischen Inspektion für Gesetzgeber, Anlagenbetreiber und die Branche“. Sie wurde vom Institut für Luft- und Kältetechnik (ILK) Dresden und der Schiller Engineering, Hamburg, im Rahmen der „Forschungsinitiative Zukunft Bau“ des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) erstellt. Unterstützung erhielten die Verfasser vom Fachverband Gebäude-Klima (FGK), dem Bundesindustrieverband Technische Gebäudeausrüstung (BTGA) und vom Herstellerverband RLT-Geräte. Lesen Sie im Folgenden eine ausführliche Zusammenfassung der Studie. Die Zusammenfassung ist in 13 Themen untergliedert.

Die nachfolgende Zusammenfassung, Analyse und Kommentierung der Norm wurde für cci Wissensportal von Dr.-Ing. Manfred Stahl erstellt. Der Beitrag wurde im August 2019 vom Autor geprüft. Er verbleibt aus archivarischen Gründen in cci Wissensportal.

 

Vorbemerkungen des Verfassers

Die Studie ist eine technisch-wissenschaftliche Abhandlung und hat eine sehr hohe Informationsdichte, die eine Zusammenfassung wichtiger Grundlagen, Annahmen, Hochrechnungen und Ergebnisse in kompakter Form schwierig macht. Daher umfasst die nachfolgende Zusammenfassung der Studie eine Kurzdarstellung der jeweiligen Kapitel und die Ergebnisse.

Mehrfach verweist die Studie auf den im Jahr 2011 veröffentlichten Fachbericht „Untersuchungen zum Energieeinsparpotenzial der Raumlufttechnik in Deutschland“, der ebenfalls vom ILK Dresden und der Schiller Engineering erstellt wurde (siehe Anhang: „Untersuchungen zum Energieeinsparpotenzial der Raumlufttechnik in Deutschland“).

Thema 9: Einsparpotenzial im Bereich der Kältetechnik

In ähnlicher Form wie bei den RLT-Geräten wird in mehreren Stufen auch das Einsparpotenzial bei den Wasserkühlsätzen ermittelt. Die möglichen Endenergieeinsparungen bezogen auf alle inspektionspflichtigen Kälteanlagen betragen:

Ist-Zustand: 7.475 GWh/a
nach Betriebsoptimierung: 7.212 GWh/a (-3,5 %)
nach Komponententausch: 6.816 GWh/a (-8,8 %)

Thema 10: Fazit und Hochrechnung des gesamten Einsparpotenzials

Die Marktbefragung ermöglichte eine detaillierte Auswertung des Ausstattungsgrads und der Inspektionsergebnisse von 119 RLT-Anlagen mit einem Gesamtluftvolumenstrom von 2,28 Mio. m³/h und einer Gesamtkälteleistung von 15 MW.

Aus den Optimierungsempfehlungen der Energetischen Inspektionsberichte ergibt sich ein großes Einsparpotenzial im Bereich der Betriebsoptimierung (Luftmengenreduzierung, Betriebszeitverkürzung, Sollwerte und Regelstrategien optimieren, bedarfsgerechter volumenstromvariabler Betrieb). Dieses Einsparpotenzial kann mit geringen Investitionen erschlossen werden. Zusätzlich können nennenswerte Einsparungen durch den Austausch von Ventilatoren und in vielen Fällen durch Nachrüsten von Wärmerückgewinnungsanlagen realisiert werden.

Die Umsetzungsquote der Sanierungsempfehlungen erscheint gering oder ist den Inspekteuren nicht bekannt. Ausgehend von den Anlagenmerkmalen der Stichprobe wurden der energetische Ist-Zustand und die aus den Empfehlungen resultierenden Einsparpotenziale pro Anlage ermittelt und hochgerechnet.

Bei einer Hochrechnung der Ergebnisse der Befragung auf den gesamten, der EnEV unterliegenden RLT-Anlagenbestand, ergibt sich ein Endenergieverbrauch von 41 bis 70 TWh/a bei einem Stromanteil von 33 %.

Ausgehend von den Ergebnissen der 119 energetisch inspizierten RLT- und Kälteanlagen (2,28 Mio. m³/h Luftvolumenstrom, 15 MW Kälteleistung) ergeben sich bei einer Hochrechnung auf den Gerätebestand in Deutschland die in Abbildung 5 dargestellten Werte.

Abbildung 5: Hochrechnung der Endenergie-Einsparpotenziale auf den Anlagenbestand (Abb. ILK/Schiller)

Einsparpotenziale bei einem Gesamtluftvolumenstrom von 3,5 Mrd. m³/h (unterer Schätzwert):

nur Betriebsoptimierung:
– Einsparpotenzial Wärme: 7,1 TWh/a
– Einsparpotenzial Strom: 4,4 TWh/a

Betriebsoptimierung und Komponententausch:
– Einsparpotenzial Wärme: 11,9 TWh/a
– Einsparpotenzial Strom: 7,5 TWh/a

Einsparpotenziale bei einem Gesamtluftvolumenstrom von 6,0 Mrd. m³/h (oberer Schätzwert):

nur Betriebsoptimierung:
– Einsparpotenzial Wärme: 12,2 TWh/a
– Einsparpotenzial Strom: 7,3 TWh/a

Betriebsoptimierung und Komponententausch:
– Einsparpotenzial Wärme: 20,4 TWh/a
– Einsparpotenzial Strom: 12,5 TWh/a

Somit ergibt sich aus den in den Energetischen Inspektionen empfohlenen Effizienzmaßnahmen bezogen auf den RLT-Anlagenbestand in Deutschland ein maximales Energieeinsparpotenzial von

– 11,9 bis 20,4 TWh/a Wärme und
– 7,5 bis 12,5 TWh/a Strom

Dies entspricht insgesamt einer Verringerung an CO2-Emissionen von 7,7 bis 12,9 Mio. t/a. Mehr als die Hälfte der Einsparungen wären bereits realisierbar, wenn allein die Empfehlungen zur Betriebsoptimierung umgesetzt werden würden.

Thema 11: Maßnahmenkataloge zum Inspektionsumfang und Stufenpläne für wirtschaftliche Sanierungsverpflichtungen

Im Kapitel 2 der Studie geht es wesentlich um folgende Themen:

Fachkunde der zu Energetischen Inspektionen berechtigten Personen (Stufen A bis C) inklusive Anforderungen und Inhalte gemäß DIN SPEC 15240 „Energetische Inspektion“ (Entwurf Dezember 2012). Diese Aufgaben und Tätigkeiten werden in 12 Haupt- mit insgesamt 55 Unterpunkten in einer Tabelle dargestellt und anschließend ausführlich beschrieben.

Im zweiten Abschnitt von Kapitel 2 stehen Stufenpläne für wirtschaftliche Sanierungsanforderungen. Betrachtet werden drei verschiedene RLT-Anlagengrößen mit Luftvolumenströmen von 5.000, 15.000 und 30.000 m³/h für drei jährliche Betriebszeiten von 1.800, 3.750 und 8.760 h pro Jahr. Als Vergleichsbasis werden Bestandsanlagen mit einem einstufigen und einem zweistufigen Ventilator angenommen, wobei der zweistufige Ventilator zu je 50 % der Betriebszeit in Stufe 2 (Kühllastdeckung) und in der reduzierten Leistungsstufe 1 (hygienischer Mindestluftwechsel) arbeitet.

Für die sich aus den Kombinationen Luftströme/Betriebszeiten ergebenden Anlagenkonfigurationen werden Wirtschaftlichkeitsberechnungen (Wärme: 7,5 Cent/kWh, Strom: 15 Cent/kWh) zur Optimierung des Luftfördersystems (verschiedene Ausführungen von Ventilatoren), zur Nachrüstung einer Wärmerückgewinnung (mehrere Varianten und Rückwärmezahlen, siehe Abbildung 6) und zur Erneuerung des Gesamtsystems (ebenfalls mehrere Varianten) durchgeführt.

Abbildung 6: Beispiel für die Amortisationsdauer für Variante „Nachrüstung eines Rotationswärmeübertragers der Klasse H2 (blau) oder H1 (rot)“ bei den verschiedenen RLT-Anlagenkonfigurationen (Abb. ILK/Schiller)

Die Ergebnisse werden anhand von Grafiken verdeutlicht und erläutert. Erwartungsgemäß ergeben sich bei der Vielzahl von Variationen Amortisationszeiten, die zwischen wenigen Monaten und über 90 Jahren liegen. Die Ergebnisse können aber hervorragend bei weiteren Energetischen Inspektionen von RLT-Anlagen ähnlicher Größenordnung und Ausstattung für eine erste Abschätzung von Modernisierungsempfehlungen angesetzt werden.

Thema 12: Ableitung von praxisgerechten Inspektionsmethoden und Verbesserung der verfügbaren Inspektionswerkzeuge

Hier wird die Frage diskutiert, welche ergänzenden methodischen Hilfsmittel der mit der Inspektion Beauftragte benötigt, um möglichst einfach wesentliche Verbesserungspotenziale darzustellen und gleichzeitig die Anforderungen der EnEV erfüllt.
Zunächst wird der Aspekt des Standorts untersucht. In der EnEV hat man sich darauf verständigt, mit einem einheitlichen Klimastandort zu rechnen. Wirtschaftliche Verbesserungspotenziale in der Klimatechnik sind aber in hohem Maße von den lokalen Klimadaten abhängig. Die vergleichende Betrachtung verschiedener Testreferenzjahre für Deutschland zeigt, dass eine einfache Korrektur auf Basis der lokalen Enthalpiestunden ausreicht, um gegebenenfalls die Referenzwetterdaten Potsdam auf lokale Verhältnisse umzurechnen. Weitergehende Korrekturen, zum Beispiel Mikroklima und Höhenabhängigkeiten, haben einen vergleichsweise geringen Einfluss.

Viele Produkte in Klimaanlagen haben definierte Effizienzkennwerte auf Basis von Zertifizierungsprogrammen, Energielabelling oder auf Basis der Ecodesign-Richtlinie:

• Labelling des RLT-Herstellerverbandes
• Eurovent Labelling für RLT-Geräte und Kälteerzeuger
• Ventilatoren gemäß EU 327/2011
• IPLV nach AHRI
• SEER nach verschiedenen Methoden

Hier stellt sich die grundsätzliche Frage, ob ein „gut“ bewertetes Produkt automatisch eine gute Lösung für die inspizierte Anlage darstellt und ob es im Rahmen einer Energetischen Inspektion ausreichend ist, diese Kennzahlen zu verwenden. Es zeigt sich, dass diese Kennzahlen immer an einen gewissen Lastverlauf und an eine Klimazone gebunden sind und deshalb nicht für jeden Anwendungsfall geeignet sind. Auch lassen sich die Kennzahlen nicht auf einfache Weise ineinander überführen. Der mit der Inspektion Beauftragte sollte deshalb im Einzelfall entscheiden, welche Kennzahlen zu sinnvollen Ergebnissen führen. Es werden im Einzelfall auch nur wenige Kennzahlen tatsächlich zur Verfügung stehen.

In der EnEV werden im Rahmen der Inspektion Aussagen zur Kühllast gefordert. Eine vollumfängliche Kühllastrechnung wäre meist zu aufwändig. Im Forschungsvorhaben wurde untersucht, ob das Abschätzverfahren nach VDI 2078 hier anwendbar ist und welche vereinfachten Randbedingungen gesetzt werden müssen. Die getroffenen Festlegungen sind unmittelbar in die Erarbeitung der DIN SPEC 15240 eingeflossen.

Thema 13: Schnittstellen zur nationalen und europäischen Normung

Teile der Forschungsergebnisse sind direkt in die DIN SPEC 15240 eingeflossen.
• Abschätzung der Kühllast
• Inhalte der Inspektion – Inspektionsumfang
• Verwendung von Produktkennzahlen Kältetechnik

Die DIN SPEC 15240 liegt ab Sommer 2013 im Weißdruck vor. Seit Juli 2013 werden im EPBD-Mandat auch die europäischen Normen zur Inspektion überarbeitet. Das Forschungsvorhaben hat auch hier umfangreiche Vorarbeiten geleistet, die in die Bearbeitung einfließen können. Hier ist jedoch anzumerken, dass die politischen Wünsche an den Inhalt einer Inspektion weit gefächert sind und abzuwarten bleibt, ob hier tatsächlich ein praxistaugliches Werk entstehen kann.

Die Zusammenfassung wurde von Dr.-Ing. Manfred Stahl erstellt (Stand: August 2013). Ein besonderer Dank gilt Claus Händel (FGK) für ein „Korrekturlesen“ der Zusammenfassung und die Bearbeitung der Themen 11, 12 und 13. Dank auch an die Verfasser der Studie für die Erlaubnis zur Darstellung ihrer Arbeit und der Verwendung verschiedener Abbildungen.

Anhang: Untersuchungen zum Energieeinsparpotenzial der Raumlufttechnik in Deutschland (2011)

In mehreren Bereichen verweist die Studie „Chancen der Energetischen Inspektion für Gesetzgeber, Anlagenbetreiber und die Branche“ (2013) auf den Fachbericht „Untersuchungen zum Energieeinsparpotenzial der Raumlufttechnik in Deutschland“, der ebenfalls vom ILK Dresden und der Schiller Engineering erstellt und im Oktober 2011 veröffentlicht wurde. Daraus nachfolgend die wichtigsten Ergebnisse:

Die in Deutschland in Büro- und Verwaltungsgebäuden, in Gebäuden für Handel, Kultur, Gastronomie und Bildung sowie in Hotels, Krankenhäusern, Restaurants und Freizeiteinrichtungen betriebenen RLT-Anlagen haben insgesamt eine installierte Luftförderleistung von 4,4 Mrd. m³/h und verbrauchen 14,2 TWh Strom pro Jahr. Von diesem Verbrauch könnten ohne größere Aufwendungen 3,76 TWh (= 25 %) eingespart werden.

Würden die mehr als 600.000 bestehenden RLT-Anlagen mit hocheffizienten Ventilatoren ausgestattet (Systemwirkungsgrad 68 % anstelle von durchschnittlich 40 % im Bestand) und auf einen Variabel-Volumenstrom-Betrieb (VVS) umgestellt, ergäbe sich ein Einsparpotenzial an elektrischer Energie von rund 3,67 TWh – also etwa 25 % der Gesamtarbeit von 14,2 TWh. Wenn in die RLT-Anlagen zudem hocheffiziente Wärmerückgewinnungen eingesetzt würden, können weitere 15 TWh thermische Energie eingespart werden. Aus der Kombination beider Maßnahmen ergibt sich ein Vermeidungspotenzial von 6 Mio. t CO2-Emissionen pro Jahr, die den CO2-Emissionen von etwa 750.000 Zwei-Personen-Haushalten entsprechen.

Anhand von Hochrechnungen kommt die Studie aber auch zu dem ernüchternden Ergebnis, dass zum 1. Oktober 2011 an nur etwa 2 % der Klimaanlagen energetische Inspektionen durchgeführt wurden, die gemäß § 12 der Energieeinsparverordnung (EnEV) eigentlich bereits hätten inspiziert werden müssen. Dies betrifft Klimaanlagen, die vor dem 30. September 1995 installiert wurden. „Damit scheinen Instrumente auf Länderebene zur Kontrolle und Vollzug der EnEV bisher nicht zu greifen“, so die Studie. Wie energetische Inspektionen an 30 Klimaanlagen gezeigt haben, sind bei nahezu allen Anlagen Optimierungsmaßnahmen möglich, die oft nur ein geringes Investitionsvolumen erfordern, aber bis zu 30 % Energieeinsparpotenzial bieten.

Ausführlich wurden die Ergebnisse dieser energetischen Inspektionen im Beitrag „Riesige Sparpotenziale“ in cci Zeitung 01/2012 (Seite 19) dargestellt.

Artikelnummer: cci24005