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22. Juni 2016 Autor: Reiner Ströder / Dr.-Ing. Manfred Stahl

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Wenn die RLT-Ökodesign-Verordnung zum Energiefresser wird: Lüftungsanlagen für eine neue und eine bestehende Messehalle

In der LüKK wurde bereits viel über Sinn und Unsinn der Ökodesign-Verordnung 1253/2014 für RLT-Geräte diskutiert. Diese Verordnung ist am 1. Januar 2016 in Kraft getreten und wurde zum 1. Januar 2018 verschärft. Sie fordert für alle RLT-Geräte in Nichtwohngebäuden eine Wärmerückgewinnung, die je nach Bauart eine trockene Rückwärmezahl von mindestens 63 % (Kreislaufverbundsysteme) oder von 67 % (Rotoren, Plattenwärmeübertrager) aufweisen muss. Darüber hinaus müssen die Hersteller für ihre RLT-Geräte eine Mindesteffizienz nachweisen, die über den Druckverlust der Luftfilter und der Wärmerückgewinnung sowie mit der Effizienz der Ventilatoren berechnet wird /1/.
So sinnvoll die Forderungen der Verordnung bei den meisten Projekten auch sein mögen: In einige Fällen sind sie kontraproduktiv, führen zu einem deutlich höheren Energieaufwand und sind somit höchst unwirtschaftlich. Diese Aussagen werden im Beitrag anhand von Beispielen aus der Planungspraxis erläutert.

Der nachfolgende Beitrag ist eine von der Redaktion gemeinsam mit dem Verfasser Dipl.-Ing. Reiner Ströder erstellte Zusammenfassung seines Fachaufsatzes „Aus der Planungspraxis – Sinn und Unsinn der Ökodesign-Verordnung 1253/2014“ /2/.

Der Beitrag wurde im Juni 2018 von Dr.-Ing. Manfred Stahl durchgesehen.

Lüftungssystem für den Neubau einer Messehalle

Die Aufgabenstellung

Der Neubau einer Halle der Messe Düsseldorf soll mit vier Teilklimaanlagen mit Luftleistungen von je 120.000 m³/h pro Gerät versorgt werden. Die Geräte werden erst im Jahr 2018 ausgeliefert, sodass dafür die verschärften Vorgaben der Ökodesign-Verordnung von 2018 einzuhalten sind. Zum Betrieb der RLT-Geräte sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:

  • Die Geräte werden nur an durchschnittlich 53 Tagen pro Jahr betrieben.
  • Im Messebetrieb ergeben sich hohe innere Wärmelasten mit Kühlanforderung auch in der kalten Jahreszeit.
  • Der geringe Außenluftanteil aufgrund der Personenbelegung wird in Verbindung mit einer CO2-geführten Außenluftregelung bedarfsgerecht gesteuert.

Vor diesem Hintergrund wurde für diese Teilklimaanlagen zunächst geprüft, ob die gemäß § 15 der Energieeinsparverordnung (EnEV) vorzusehende Wärmerückgewinnung bei diesen Betriebsbedingungen in energetischer und wirtschaftlicher Hinsicht sinnvoll ist. Gewählt wurde ein Kondensationsrotor als günstigste Lösung, der anhand des minimalen Außenluftstroms ausgelegt wurde. Zu- und Abluftventilatoren sind so volumenstromgeregelt, dass die Anlage stets mit der größtmöglichen Zulufttemperaturdifferenz und damit der kleinsten Luftleistung betrieben wird, um die Luftförderkosten zu minimieren.

Die Wirtschaftlichkeitsberechnungen

Die Wirtschaftlichkeitsberechnung basiert auf den Ausgangsdaten gemäß Tabelle 1. Dabei wurden mögliche Preissteigerungen für die Energiekosten nicht berücksichtigt. Die Berechnung erfolgt beispielhaft für ein RLT-Gerät. Gemäß der ab 2018 gültigen Ökodesign-Verordnung wurde die Rückwärmezahl des Rotors mit 75 % angesetzt.

Raumlufttemperatur 22 °C
Zulufttemperatur 11 °C
Zuluftleistung Auslegung 120.000 m³/h
Mindest-Außenluftanteil 24.000 m³/h (20 %)
Anteilige Hallenfläche 3.000 m²
Rückwärmezahl WRG 75 %
Druckverlust Wärmerad AUL/FOL 81 Pa
Druckverlust Filter AUL/FOL 143 Pa
Betriebszeit pro Tag 11 h/d
Betriebszeit pro Jahr 53 d/a
Zinssatz 4,0 %
Wartung und Instandhaltung 2,0 %
Nutzungszeit der Anlagen 20 a

Tabelle 1: Ausgangsdaten zur Wirtschaftlichkeitsberechnung für die Wärmerückgewinnung in der RLT-Anlage mit einer Luftleistung von 120.000 m³/h

Zur Ermittlung der tatsächlichen Kühllasten im Messebetrieb (Aussteller, Beleuchtung, Geräte, Personen) wurden in der Messe Düsseldorf über drei Jahre bei jeder Veranstaltung Messungen aller wichtigen elektrischen und thermischen Größen durchgeführt. Ebenso wurden die Außenluftanteile, die CO2-gesteuert auf den erforderlichen Wert geregelt wurden, anhand der Registrierungen der Personenzahlen ermittelt. Somit war eine den tatsächlichen Verhältnissen entsprechende Berechnung des voraussichtlichen Energiebedarfs möglich. Die Wirtschaftlichkeitsberechnung erfolgte auf Basis der Wetterdaten nach DIN 4710. Daraus ergeben sich die in Tabelle 2 aufgelisteten Werte.

  ohne WRG mit WRG
Wärmeenergie über die Nutzungszeit (ohne Aufheizbetrieb) 132.781 kWh 0
Zusätzliche Elektroenergie über die Nutzungszeit   63.712 kWh
Wärmeenergiekosten über die Nutzungszeit 6.905 € 0
Zusätzliche Stromkosten über die Nutzungszeit   10.385 €
Mehrenergieverbrauch durch WRG  über die Nutzungszeit   3.480 €
Herstellkosten der kompletten WRG   27.900 €
Wartungs- und Instandhaltungsaufwand pro Jahr   558 €/a
Wartung und Instandhaltung  über die Nutzungszeit   11.160 €
Annuität Herstellkosten pro Jahr   2.053 €/a
Annuität Herstellkosten über die Nutzungszeit   41.069 €
Mehrkosten über die Nutzungszeit   55.709 €

Tabelle 2: Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung für die Wärmerückgewinnung in der RLT-Anlage mit einer Luftleistung von 120.000 m³/h

Diskussion der Ergebnisse und Konsequenzen

Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass die Energiekosten des RLT-Geräts mit Wärmerückgewinnung über die Nutzungszeit der Anlage von 20 Jahren deutlich höher sind als ohne den Rotor. Diese Unwirtschaftlichkeit der Wärmerückgewinnung basiert zum Beispiel auf folgenden Gründen:

  • Die jährliche Nutzungszeit der RLT-Anlage im Heizbetrieb ist sehr gering.
  • Die inneren Wärmelasten im Messebetrieb sind so hoch, dass die Zulufttemperatur auch in der kalten Jahreszeit meist deutlich unter der Raumlufttemperatur liegt.
  • Der erforderliche Außenluftanteil am Zuluftvolumenstrom ist gering, sodass sich bilanziert mit der Umluft im Betrieb eine recht hohe Mischlufttemperatur ergibt.
  • Nur bei zwei Veranstaltungen in den Monaten Januar und Februar war eine geringe Lufterwärmung mit dem Lufterhitzer notwendig.

Daraus folgt: Der Wärmeverbrauch zum Betrieb der Messehalle ist über ein Jahr bilanziert sehr gering. Die Wärmerückgewinnung kann somit auch nur geringe Wärmemengen einsparen.

Diesen geringen Einsparungen an thermischer Energie stehen die Druckverluste des Rotors und der Luftfilter gegenüber. Diese führen zu einer Erhöhung des Stromverbrauchs der Ventilatoren. Ein Bypassbetrieb bei nicht benötigter Wärmerückgewinnung schied aufgrund einer schwierigen Klappenregelung aus. Da die Betriebszeit ohne Wärmerückgewinnung sehr viel länger ist als die Zeit mit Wärmerückgewinnung, sind die zusätzlichen Stromkosten höher als die Einsparung an Wärmeenergie.

In der Energieberechnung wurde ein Mindest-Außenluftanteil von 20 % angesetzt. Wie die dreijährigen Untersuchungen der Messegesellschaft gezeigt haben, beträgt der auf dem CO2-Gehalt basierende tatsächliche Außenluftanteil jedoch nur 10 bis 20 %. Dadurch wird die im realen Betrieb benötigte Wärmeenergie einer RLT-Anlage ohne Wärmerückgewinnung noch niedriger als zuvor angenommen.

Zu den bereits höheren Energiekosten durch die Wärmerückgewinnung addieren sich Instandhaltungskosten von 11.160 € und die Annuitäten der Herstellkosten mit 41.069 € über die Nutzungszeit von 20 Jahren (Tabelle 2). Unter Berücksichtigung der Annuitäten der Herstellkosten, der Instandhaltungskosten und der Energiekosten entstehen über die 20-jährige Nutzungszeit der Anlage durch die Wärmerückgewinnung verursachte Mehrkosten von 55.709 €.

Anmerkung der Redaktion
In seinem Beitrag in /2/ hat der Verfasser zusätzlich zu den Energie- und den Betriebskosten (Tabelle 2) den Einfluss der Wärmerückgewinnung auch im Hinblick auf die primärenergetische Bilanz (Einsparungen gegenübergestellt zum Primärenergieaufwand zur Herstellung der Wärmerückgewinnung) und die CO2-Bilanz berechnet. In beiden Fällen ergab sich für die Wärmerückgewinnung erneut eine teils sehr deutlich negative Bilanz.

Auch bei einer verdoppelten Betriebszeit der Anlagen pro Jahr, also zum Beispiel an 106 statt an 53 Tagen pro Jahr wie in der Beispielrechnung, ändert sich nichts an den prinzipiellen Ergebnissen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, des Primärenergieaufwands und den gesamtheitlich bilanzierten CO2-Emission.

Anmerkungen des Verfassers
Die EnEV ermöglicht in § 25 eine Befreiung von der Pflicht zur Wärmerückgewinnung, wenn sich die Investitionen dafür nicht innerhalb der Nutzungsdauer amortisieren. Im Beispiel ergeben sich durch den Einbau der Wärmerückgewinnung deutlich erhöhte Energie- und Betriebskosten, sodass eine Befreiung bei der Bauaufsicht beantragt werden kann. In vorangegangenen Projekten wurde diese Möglichkeit vom Verfasser bereits mehrfach erfolgreich angewendet. Der § 25 ist, wie man aus dem Beispiel erkennt, eine sehr gute Möglichkeit, um bei besonderen Randbedingungen sinnvolle Lösungen zu ermöglichen.

Allerdings lässt die seit Anfang 2016 geltende Ökodesign-Verordnung eine derartige Befreiung nicht zu. Sie kennt, bis auf die im Verordnungstext definierten, keine Ausnahmen. Selbst bei einem rechnerischem Nachweis der Unwirtschaftlichkeit, wie im Beispiel dargestellt, und sogar dann, wenn die Wärmerückgewinnung den Energieverbrauch und den CO2-Ausstoß erhöht, darf von der Forderung ihres Einbaus nicht abgewichen werden.

Diese Ergebnisse des Beispiels zeigen deutlich, dass in der Ökodesign-Verordnung RLT-Sonderanlagen wie die hier untersuchte nicht berücksichtigt wurden und werden. Für derartige Fälle hätte aber der Ausweg in Form einer Befreiung wie beim § 25 der EnEV nicht sinnvolle Anforderungen verhindern können.

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Artikelnummer: cci47980

Kommentare (1):

Interessant wäre noch die Gegenüberstellung des max. Leistungsbedarfs für die Nachwärmung und Kühlung (letztere bei Vollbelegung).
Andreas Schweizer 23.06.2016

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