28. Juli 2015 Autor: Rolf Grupp (Bearbeiter)

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cci Forum: Leckluftraten bei Rotationswärmeübertragern

Wir sind TGA-Planer von Krankenanstalten in Österreich. Bei den RLT-Anlagen werden von uns seit Jahren Rotationswärmeübertrager eingesetzt. Kontrollmessungen nach der Tracergasmethode bei zwei in den letzten Jahren realisierten Anlagen hat eine Leckluftrate von über 20 % ergeben bei einem delta p zwischen 300 und 500 Pa. Die Frage ist nun :
1. Gibt es praktische Erfahrungen mit der Messung von Leckluftraten bei Rotationswärmeübertragern?
2. Wenn ja, wie hoch waren die gemessenen Leckluftraten in Bezug auf die Herstellerangaben?
3. Mit welcher Messmethode wurde die Leckluftrate ermittelt?
4. Gibt es Erfahrungen über die Eignung der Tracergasmethode zur Ermittlung von Leckluftraten bei realisierten Anlagen?
Wobei sich die Fragestellung auf Ergebnisse von Prüfständen und auf in RLT-Zentralen eingebaute Rotoren bezieht.

Antworten der Leser

1.
Die von Ihnen gemessenen Leckagen sind in der Praxis übliche Werte, die dann auftreten, wenn ein Rotationswärmeübertrager nicht exakt nach den Laborbedingungen eingebaut ist. Ursache für die hohen Umluftanteile außer der Mitrotation ist in der Regel ein nicht optimal rundlaufender Rotor. Die Dichtungen an den Seiten weisen in der Folge Spalte von 2 bis 10 mm auf, über die Abluft in die Zuluft transportiert wird. Druck ist eine quadratische Größe – in der Folge steigt die übertragene Luftmenge über den Spalt quadratisch an.
Achtung! Rotationswärmeübertrager übertragen gemäß den physikalischen Grundlagen zusätzlich wasserlösliche Gase (CO2) in etwa gleichem Verhältnis wie die Feuchterückgewinnung, speziell wenn sie im Kondensationsbetrieb sind.
Empfehlung: Messen sie die CO2-Konzentrationen in der Außen- Zu- und Abluft und bewerten Sie selbst.
Diese negativen Eigenschaften haben mich als Planer bewogen, seit vielen Jahren keine Rotationswärmeübertrager mehr einzusetzen. Wenn definierte Umluftanteile kein Problem darstellen, empfehle ich eine Technik wie "Akku-Bloc" von Polybloc. Die WRG-Leistungen sind besser und die Umluftanteile fest definiert. Eigene Messungen zu Rotationswärmeübertragern liegen mir nicht vor.

Herbert Haser, Klima Becker S.A., Luxembourg-Hamm, 21.11.2011


2.
Wir sind Hersteller von Rotationswärmeübertragern, wir bearbeiten und verfolgen den Einsatz von Rotationswärmeübertragern seit dem Einsatz der ersten Anlagen in Deutschland 1970. Wir
verfügen daher über umfangreiche Kenntnisse. Seit den 1970er Jahren befassen wir uns auch mit der Frage der „Spalt- und Spülluft“. Bereits damals haben sich Messungen mit Tracergas bei Prüfstandsmessungen bewährt. Es hat sich durch Wiederholungsmessungen an Prüfständen immer wieder gezeigt, dass eine sehr hohe Messgenauigkeit erreicht wird. Jedoch ergeben Messungen an bestehenden Anlagen keine verwertbaren Ergebnisse. Uns ist bis heute keine Messmethode bekannt, mit der unter vertretbarem Aufwand, an bestehenden Anlagen ein brauchbares Ergebnis erzielt werden kann.
Im Juni 2010 wurden auf Veranlassung der Niederösterreichischen Landesregierung am Landesklinikum in Tulln umfangreiche Messungen mit Tracergas durchgeführt. Auch diese Messungen, bei denen wir anwesend waren, und die von uns verfolgt wurden, haben keine brauchbaren Ergebnisse geliefert. Ohne Veränderung der Messbedingungen wurden hier bei jeder neuen Messung unterschiedliche Werte gemessen. Die Unterschiede reichten von Übertragungsraten von 0 % bis über 20 %. Wir raten daher von Tracergas-Messungen an bestehenden Anlagen ab.
Wir empfehlen, nur Rotationswärmeübertrager einzusetzen, die über eine Zertifizierung nach EN 308 verfügen und z. B. durch den TÜV-Süd oder Eurovent zertifiziert sind. Nach EN 308 beträgt die für die Zertifizierung maximal zulässige Leckage 3 %.

Allgemeine Anmerkungen
Rotationswärmeübertrager sind das energieeffizienteste und wirtschaftlichste Wärmerückgewinnungssystem. In großen raumlufttechnischen Anlagen sind Rotationswärmeübertrager daher auch am weitesten verbreitet. Bei der Planung von Rotationswärmeübertragern werden aber höhere Ansprüche als bei den meisten anderen Systemen gestellt. So müssen die Druckbedingungen in der Anlage und die richtige Anordnung der Ventilatoren bei der Planung eines Rotationswärmeübetragers immer beachtet werden. Leider kommt es aufgrund fehlenden Fachwissens immer wieder zu Planungsfehlern.
Bei raumlufttechnischen Anlagen, bei denen ein Umluftanteil nicht erwünscht ist, muss immer ein Druckgefälle von der Außenluft in die Fortluft vorhanden sein. Bei dem richtigen Druckgefälle von 200 bis 500 Pa kann bei den Lautner Rotationswärmeübertragern durch den Einbau einer Doppelspülkammer eine praktisch vollständige Trennung der Luftströme erreicht werden. Versuche haben gezeigt, dass bei funktionsfähiger Doppelspülkammer Stäube, Gase usw. mit einer Rate von nur 0,0013 % übertragen werden. Diese geringe Übertragung ist in der Praxis vernachlässigbar, wir sprechen daher von einer praktisch vollständigen Trennung der Luftströme.
Wenn das erforderliche Druckgefälle und eine entsprechende Anordnung der Ventilatoren nicht möglich ist, eine Spülkammerfunktion und die Trennung der Luftströme aber dennoch erforderlich ist, empfehlen wir den Einsatz eines Spül- und Sperrluftsystems. Bei der Anwendung des Spül- und Sperrluftsystems werden die Luftdrücke häufig überwacht. Bei Unter- oder Überschreitung der für die Lufttrennung erforderlichen Drücke wird ein Störsignal gesendet oder auch die Luftförderung unterbrochen.

Rainer Lautner (Lautner Energiespartechnik GmbH), 22.11.2011


3.
Wir können nur bestätigen, dass es sich in der Praxis äußerst schwierig gestaltet, einen messtechnischen Nachweis darüber zu führen, wie viel Umluft tatsächlich über einen Rotor gefahren wird. In diesem Wissen ist es auch naheliegend, sich auf der Herstellerseite auf die Werte am Messstand zu berufen, wohl wissend, so kann man nur vermuten, dass diese Werte beim Einsatz im Bauvorhaben nicht zu erreichen und auf Dauer zu halten sind, wenn die von „Fachunternehmen“ montierten Anlagen nicht vom Hersteller selbst vor Ort abgenommen werden. Dies würde selbstverständlich auch eine Garantie der verkaufen Leistungszahlen mit einschließen.
Doch wer wird sich selbst und den Beteiligten (einschließlich Bauherr) das antun wollen, bei der Inbetriebnahme eine Anordnung dahingehend zu treffen, dass ein Gerät mit wesentlichen Mängeln (hinsichtlich Rotor-Zusammen- bzw. -Einbau) wieder auseinandergenommen werden muss. Mich würde es selbst interessieren, bis zu welchen Spaltmaßen alle beteiligten Augen zugedrückt werden. Zumal dann der deutlich überhöhte Umluftwert zu einer vermeintlich wesentlichen Verbesserung der WRG beiträgt.
Was überdies dabei vergessen wird, ist, dass bei einer Anlagenauslegung nach erforderlicher Außenluftrate (100 %) die in der Praxis bekannten Werte im Vergleich mit anderen WRG-Systemen zwangsläufig zu größeren Geräten mit höheren Volumenströmen führen müssten. Denn bei benannten bis über 20 % Umluftanteil sind es nur 80 % Außenluft, die im Raum ankommen. Dies geht solange gut, wie sich niemand beschwert.
Auch dieser Umstand hat wohl dazu beigetragen, dass eine WRG mit Rotor (egal wie dicht) nur noch bedenkenlos für die Abluftklasse ETA 1 (DIN EN 13779/Seite 48) eingesetzt werden kann. Doch zurück zum Nachweis der Leckluft. Wir schlagen folgende visuelle Methode ohne viel Schnickschnack vor, mit der man zu mindestens eine gute Abschätzung und den Nachweis von Leckagen erzielen kann. Man besorge sich ein gutes Diskonebelgerät mit dem entsprechenden Zubehör und ordentlicher Leistung und stelle es in die Abluftseite beim Gerät, dann beides einschalten (erst Gerät, dann Nebel). Dann zeigen sich alle Schwachstellen… Und nicht vergessen: die Feuerwehr zuvor informieren!
Bei 3 % Umluftanteil wird auf der Zuluftseite nichts zu sehen sein!
Zum Schluss noch ein Hinweis in eigener Sache, es gibt energieeffizientere und wirtschaftlichere Wärmerückgewinnungssysteme als Rotationswärmeübertrager… Wir haben entsprechende Lösungen und beraten gerne weiter.
Klaus Hansen, Menerga Frankfurt, 24.11.2011

5.
- 1. Gibt es praktische Erfahrungen mit der Messung von Leckluftraten bei Rotationswärmeübertragern?
Antwort: Wir haben in der Vergangenheit mehrere Anlagen auf Leckluftraten überprüft, da die Kunden über Geruchsprobleme geklagt hatte und wir bei Inbetriebnahmen Volumenstromdifferenzen zwischen Ab- und Fortluft, bzw. Außen- und Zuluft feststellten.
- 2. Wenn ja, wie hoch waren die gemessenen Leckluftraten in Bezug auf die Herstellerangaben?
Antwort: Die Leckluftraten lagen zwischen 15 und 25 %.
- 3. Mit welcher Messmethode wurde die Leckluftrate ermittelt?
Antwort: Wir haben die Messungen im Außenluft, Fortluft, Zu- und Abluft Kanal nach der EN 12599 durchgeführt. Die Ergebnisse waren immer wieder wiederholbar.
- 4. Gibt es Erfahrungen über die Eignung der Tracergasmethode zur Ermittlung von Leckluftraten bei realisierten Anlagen?
Antwort: Wir haben hier keine Erfahrungen.
- 5. Wobei sich die Fragestellung auf Ergebnisse von Prüfständen und auf in RLT-Zentralen eingebaute Rotoren bezieht.
Antwort: Laborwerte spiegeln meist nicht die Realität beim Kunden wieder.

Detlef Malinowsky, 26.11.2011


6.
Wir sind Hersteller von Platten- und Rotationswärmeübertragern und verfügen über umfangreiche Labormessungen bezüglich Leistung, Druckverlust und Leckage unserer Produkte. Wir hoffen, mit unserem Beitrag in diesem Fall helfen zu können. Vorauszuschicken ist, dass die Leckage von Wärmerückgewinnern ein wichtiges Kriterium bei der Planung ist; sie wird deshalb in der Überarbeitung der VDI Richtlinie 2071 “Wärmerückgewinnung“ (neu VDI 3803 Blatt 5) extra erwähnt und behandelt.
Die Übertragung von Teilmasseströmen von einem Luftstrom auf den anderen geschieht auf zweifache Weise:
- durch Leckage der Radial- und Querdichtung
- durch Mitrotation der Speichermasse
Die Größe der Leckage hängt primär von der Druckdifferenz, der Dichtungsqualität und der Wartungsqualität (= richtige Einstellung der Dichtung) ab. Der relative Wert in Prozent hängt zusätzlich vom Rotordurchmesser und der Lagenhöhe ab.
Die Mitrotation errechnet sich aus der Strömungsgeschwindigkeit in der Speichermasse, der Rotordrehzahl und der Tiefe des Rotors und gilt für beide Luftströme, das heißt, es erfolgt eine Übertragung von der Abluft auf die Zuluft und von der Außenluft auf die Fortluft. Insgesamt wird dadurch die Luftmenge nicht verändert, wohl aber die Luftqualität, das heißt die Luftzusammensetzung. Üblicherweise beträgt die Mitrotation etwa 2 bis 4 % der Luftleistung.
In manchen Fällen wird - bei richtiger Ventilatoranordnung - die Übertragung von der Abluft auf die Zuluft mit einer Spülzone reduziert/verhindert. Dies funktioniert, indem über die Spülzone Außenluft in die Fortluft übertragen wird.
Mit Ergebnissen von Labormessungen können wir die Leckage unter verschiedenen Betriebsbedingungen, Spaltbreiten und Dichtungskonstruktionen rechnen. Die gemessenen Werte sind nach unseren Berechnungen bei sehr schlechten Randbedingungen möglich. Aus unserer Erfahrung steckt der Haupteinfluss in der Qualität der Radial- und Querdichtung. Messungen zeigen, dass Bürstendichtungen deutlich schlechtere Werte aufweisen als flexible Schleifdichtungen.
Aus den Ausführung ergibt sich, dass eine pauschale Herstellerangabe über die Leckage eines Rotors nicht möglich ist; sie ist nur anlagenspezifisch mit bestimmten Betriebsbedingungen zu machen. Trotzdem findet man in der Literatur Zahlen für die Leckage, mit denen aber vermutlich die Mitrotation gemeint ist.
Für die Messung der Leckage gibt es nach unserem Kenntnisstand zwei Möglichkeiten:
- Messung der Luftleistung
- Tracergasmessung.
In beiden Fällen sollten möglichst alle vier Luftströme (Abluft, Fortluft, Außenluft, Zuluft) gemessen werden, damit Massenstrombilanzen gebildet werden können. Wir gehen davon aus, dass beide Methoden bei korrekter Durchführung mit akzeptablen Toleranzen zu aussagefähigen Ergebnissen der Leckage führen. Wichtig für die Messung ist einerseits die Kenntnis der Messtechnik, andererseits aber auch Wissen über die Funktionsweise des Rotors. Bei beiden Systemen ist ein etwaiger Einfluss der Mitrotation zu berücksichtigen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Leckagen in der gemessenen Größenordnung zwar möglich sind, sie aber auf sehr schlechte Dichtungsqualität des Rotors oder auf falsche Annahmen in der Planung hinweisen.
Für Planer und Anwender verfügen wir über viele Detailinformationen zu Rotationswärmeübertragern.

Remo Hotz (Hoval AG), 29.11.2011

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Artikelnummer: cci38899
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