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17. April 2013 Autor: Jürgen Loose

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  • Teilstrombildung bei RLT-Geräten
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Teilstrombildung bei RLT-Geräten

Ein gutes Raumklima mit zugfreier Raumdurchspülung, ausreichender Außenluftversorgung im Bereich der sich aufhaltenden Personen und ein ausreichender Luftwechsel zur Vermeidung von Schimmelbildungen lässt sich nur durch gut geplante, ordentlich ausgeführte und bei der Abnahme ausreichend geprüfte Klimaanlagen herstellen, die die gebotenen Möglichkeiten zur Energieeinsparung wirtschaftlich nutzen, die heutzutage geboten sind. Das Prinzip der Teilstrombildung bei RLT-Geräten spart durch Widerstandsreduzierungen und diverse Mischungen elektrische Arbeit. Wenn ein Teil der Zuluft aus der Umluft gebildet wird, kommt noch eine Einsparung bei der Heizenergie dazu.
Das hier vorgestellte RLT-System soll ein Beitrag dazu sein, denn es reduziert die Betriebskosten derartiger Anlagen bereits bei 3.300 Benutzungsstunden im Jahr erheblich.

Auf Aktualität überprüft im April 2017.

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Artikelnummer: cci22244
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Kommentare (7):

Vollkommen unzureichende Erklärung, außer dass es um Bildung von Teilströmen geht, ist nichts nachzuvollziehen. Dass sich mit weniger Frischluftanteilen und höheren Umluftanteilen Energie sparen lässt, ist klar.
Dass sich mit reduziertem Förderstrom Energie sparen lässt, ist mir auch klar.
Was ist das Besondere an dem System und warum kann ich damit zusätzlich Energie einsparen?
Prof. Uli Spindler, Hochschule Rosenheim 20.04.2013
Ich bin erstaunt, diesen Artikel im Wissensportal zu finden. Ein Raum für 40 Personen lässt sich nach DIN 13779 mit 1.800 m³/h Außenluft versorgen und schon die Auslegung auf 10.000 m³/h ist die negative Energieeinsparung sondergleichen. Dann aber noch ein überdimensioniertes Gerät mit hohen Herstellkosten so zu teilen, dass im Kühlfall die überdimensionierte WRG umfahren wird und das noch als patentwürdige Innovation zu verkaufen, ist überraschend.
T.Lenz
Thomas Lenz, Berlin 22.04.2013
Sehr geehrter Herr Prof. Spindler,
bitte sehen Sie sich dazu den Kurzbericht von der Chillventa 2012 in "Chillventa Daily" Seite 9 und den Artikel in cci Zeitung 14/2012, Seite 12 an, beides von Dr. Stahl geschrieben, dem das vorausging: Auf der Handwerksmesse 2012 und der Chillventa 2012 habe ich mit einem RLT-Mustergerät den praktischen Nachweis der hohen Energieeinsparung durch Teilstrombildung gegenüber einem RLT-Gerät mit der üblichen Reihenanordnung der drei thermischen Luftbehandlungsteile, messtechnisch belegt, vorgeführt.

Und betrachten Sie bitte mal den gesamten Artikel unter "Anhänge" (nicht nur die ersten beiden Seiten), wo mindestens an folgenden Stellen das System der Teilstrombildung und dessen Vorteile erklärt sind: vgl. Abb. 5 zu 4 und den Ziff. 2 sowie 5 bis 8. Das ergibt dieses Resümee:
Mindestens diese vier Gründe führen zu der vorgeführten und prämierten enormen Energieeinsparung:
1. Es müssen nicht ständig alle drei thermischen Luftbehandlungsteile wie Wärmerückgewinnung (WRG), Kühlmodul und Heizmodul mit der aktuell benötigten vollen Luftmenge durchströmt werden, obwohl in gemäßigten Klimazonen zumeist nur das Teil der WRG benötigt wird.
2. Das WRG-Modul ist für den Maximalfall ausgelegt, wird aber nur selten so benötigt, dass dort die volle Luftmenge durchströmen muss. Ein Bypass im Zuluftbereich ist nichts Neues. Neu ist aber, dass die Umgehungsluft dann über das aktuell zumeist nicht benötigte Kühlmodul geführt wird und dabei durch die thermische Leistungsregelung eine Luftaufteilung von 50 % pro Strömungskanal im RLT-Gerät angestrebt wird. Im Jahresmittel dürften so 66 % Teilstrom für das WRG-Modul und 55 % für das Kühlmodul entstehen.
So werden beispielsweise aus einer Teilpressung von 600 Pa für die Durchströmung von zwei Luftbehandlungsmodulen im Jahresmittel nur mehr ca. 75 bis 100 Pa, einschließlich der dabei mit durchströmten Klappen.
3. Maximal ein Drittel des aktuell benötigten Zuluftvolumenstromes kann als Umluft 1 direkt in die Ventilatoransaugkammer eingeführt werden. Das Heizregister sitzt dann im Umluftströmungsweg und erhöht damit nicht den Luftwiderstand für den Zuluftventilator bei der Mischung der beiden Luftströme, im Gegenteil. Der Widerstand für den größeren Luftanteil an der Zuluft, der bei einer Mischung von zwei Luftströmen auf den Ventilator wirkt, wird damit reduziert und so muss der Ventilator weniger Pressung aufwenden.
Da jetzt die Widerstände aller Bauteile, die vor der Ventilatoransaugkammer liegen, auch am Filter und im Außenluftkanalnetz, reduziert werden, sinkt diese Teilpressung bei durchschnittlich 70 % Außenluftanteil um 51 %.
Dabei sinkt der Teilwiderstand für die oben genannten zwei Bauteile nun gar auf 33 bis 45 Pa.
4. Wegen Ziff. 3 muss der Fortluftventilator lediglich in etwa den dabei benötigten Außenluftanteil fördern, in Deutschland im Jahresmittel also in etwa nur 70 % des Zuluftvolumenstroms.
Wenn dann auch noch im Fortluftteil eine Teilstrombildung gemacht wird, sinken im Jahresmittel die Antriebsleistungen beider Ventilatoren.
Derzeit nutzen lediglich Huber & Ranner das System der Teilstrombildung. Ich werde demnächst noch einen weiteren Vorschlag zur Teilstrombildung veröffentlichen, der speziell für reine Außenluftgeräte geeignet ist und dann vielleicht auch für andere Gerätehersteller interessant sein dürfte.
Jürgen Loose 24.04.2013
Sehr geehrter Herr Lenz,
ich bitte auch Sie, sich den gesamten Artikel (unter "Anhänge") von mir komplett und aufmerksam durchzulesen. Betrachten Sie dazu bitte erst einmal meine Antworten, die ich an Herrn Prof. Dr. Spindler gegeben haben. Es ging mir in meinem Artikel in erster Linie um die Vorteile der Teilstrombildung. Nun zu Ihren Anmerkungen:
In meinem B e i s p i e l habe ich einen größeren Raum bewusst ohne Kühldecke versorgt, denn bei einer Kühldecke muss sehr häufig eine Kältemaschine laufen. Diese benötigt mit Hilfsgeräten im Jahresdurchschnitt voraussichtlich mehr Energie als der bei meinem Beispiel nur extrem selten benötigte Auslegungsvolumenstrom und der Betrieb mit dem genutzten mittleren Volumenstrom bei der Teilstrombildung im "großen" Klimagerät hervorrufen. Bei dabei bewusst genutzter direkter freier Kühlung kann sehr lange auf den Einsatz der Kältemaschine verzichtet werden.
Bekanntlich muss ein heutzutage gut wärmegedämmter Raum ständig gekühlt werden. Es wurde angenommen, dass die maximale spezifische Kühllast von 50 W/m² beim Tagesbetrieb im Jahresmittel auf durchschnittlich ca. 30 W/m² absinkt und die maximale Kühllast nur an 2 % des Jahres erforderlich ist. Die Anzahl der Personen von 40 (eine pro 10 m²) ist hier willkürlich angenommen. Mit den von Ihnen vorgeschlagenen Volumenstrom von 1.800 m³/h kann das kleine Klimagerät lediglich 9 W/m² an Wärme abführen.
Allerdings bin ich wie viele "alte Hasen" der Meinung, dass eine Außenluftrate von 70 m³/h pro Person eine bessere Luftgüte bringt als die von Ihnen zitierte von 45 m³/h. Das wird zurzeit nur nicht mehr so wie früher üblich gemacht, weil ein größerer Volumenstrom, wie Sie richtig schreiben, natürlich auch höhere Energiekosten verursacht. Aber nicht mehr bei dem vorgeschlagenen Raumversorgungssystem mit Teilstrombildung!
Betrachten Sie bitte mein vorgestelltes Beispiel nicht als den Allheilvorschlag. Ich wollte im Wesentlichen die Teilstrombildung forcieren, die natürlich auch bei kleinen Volumenströmen Vorteile bringt. In meinem Beispiel sind zudem die direkte freie Kühlung und die Quellluftzufuhr verwendet worden. So kann man einen Raum Ressourcen schonend kühlen und den Volumenstrom bei weiterhin guter Raumdurchströmung extrem weit reduzieren, beispielsweise dann, wenn die Kühllast nachts, an Wochenenden oder anderen Betriebspausen extrem sinkt.
Bei einem maximalen Umluftanteil von 33 % und dem dann voraussichtlich entstehenden Jahresmittel für die Außenluftrate von 70 % würde ich in den zu versorgenden Raum pro Person mindestens 100 m³/h pro Person von unten einführen. Das ist dann bei dem vorgestellten Anlagensystem zur Raumkühlung mit stetiger Regelung der Volumenströme über die Kühllast und die Raumluftqualität ein Nebenprodukt. Zumeist werden sich bei dem gewählten Beispiel sogar mehr als 70 m³/h pro Person Außenluftrate einstellen, was den dann anwesenden Personen zugutekommt.
Sie könnten den Lesern ja gerne (aber dann bitte auch mit allen entstehenden Kosten) beweisen, dass ein derzeit übliches System mit einer reinen ausreichenden Außenluftversorgung und irgendeiner Art von Bauteilkühlung besser ist. Aber dann sollte auch an extrem warmen Tagen eine Raumtemperatur von maximale 24 °C im Aufenthaltsbereich möglich und eine Anlagennutzung bei -30 °C möglich sein. Beides ist in meinem berechneten Beispiel unterstellt.
Nicht nur ich sage: Wir werden demnächst immer mehr extreme Außentemperaturen bekommen und müssen bei den extrem dichten und wärmegedämmten Gebäude stets für eine ausreichende Luftqualität und häufig auch für Kühlung sorgen. Das von mir vorgestellte System berücksichtigt das und soll e i n Beitrag dazu sein.

Wenn man ein Klimagerät mit lediglich 1.800 m³/h als reines Außenluftversorgungsgerät für 40 Personen wählen würde, obwohl ich diese Luftmenge für zu niedrig halte, käme bei den dafür berechneten Pressungen von insgesamt 1.522 Pa ein durchschnittlicher Leistungsbedarf für die beiden Ventilatoren von ca. 1,24 kW raus. (siehe analog zu Abb. 5)
Bei dem "großen" RLT Gerät nach System ECL (siehe Abb. 6) ergibt es bei dem mittleren Volumenstrom von lediglich 5.500 m³/h für Zu- und Abluft und der dann herunter gerechneten durchschnittlichen Pressung von 323 Pa * 0,55² = 98 Pa für den Zuluftventilator eine mittlere Leistungsaufnahme von lediglich ca. 0,29 kW. (oder sehen Sie das anders ?)
und bei einem mittleren Volumenstrom von 5.500 m³/h * 0,7 = 3.850 m³/h und der wiederum heruntergerechneten Pressung von 385 Pa * 0,55² = 117 Pa für den Fortluftventilator eine mittlere Leistungsaufnahme von ca. 0,31 kW, also insgesamt nur 0,6 kW - trotz des beanstandeten wesentlich größeren RLT-Geräts. Bei der Leistungsberechnung habe ich übrigens angenommen, dass der Ventilatorwirkungsgrad bei kleiner werdender Gesamtpressung und gleichzeitig kleinerem Volumenstrom sinkt. Genauere Leistungswerte könnten eigentlich nur ebm passt oder Ziehl-Abegg für genannten Pressungen berechnen.
Zudem kann ich mit dem größeren Klimagerät den belüfteten Raum über die damit mögliche direkte freie Kühlung wesentlich preiswerter und energiesparender kühlen als mit einer Kühldecke und biete den im Raum in voraussichtlich stets unterschiedlicher Zahl von anwesenden Personen zudem (Nebeneffekt) eine viel bessere Luftqualität an.
Im übrigen könnte man auch viele Altanlagen, deren Gerätegehäuse nicht allzu klein ist, auf Teilstrombildung umrüsten und dabei die dafür notwendigen und allerorten sowieso empfohlenen Freiläuferventilatoren mit EC-Motor einbauen.

Übrigens:
a) Ich halte nichts von den vielen derzeit praktizierten "Abspeckungen bei der Klimatechnik", die zum Verlust einer an sich von den Nutzern eines Gebäudes gewollten guten Raumluftqualität führen, nur um Investitionskosten zu sparen.
b) Der Name "System Loose" wurde von Dr. Stahl in seinen Publikationen geprägt, ich habe ihn nur weiter verwendet.
Jürgen Loose 24.04.2013
Sehr geehrter Herr Loose,
gerne und mit Interesse habe ich Ihre Ratschläge befolgt, fleissig gelesen und auch den Artikel des von Ihnen mehrfach erwähnten Hr. Dr. Stahl konsultiert. Es wird nicht besser.
1. Ihr System basiert auf der Druckverlustminmierung durch Wärmetauscherumfahrung und der bedarfsorientierten Volumenstromanpassung. Ihr System und vor allem Ihre Einsparprognosen basieren aber auch auf Lufterwärmung mit nachgewärmeter Umluft und Kühllastabfuhr mit Luft.
Umluft: Die thermische Energie zur Erwärmung der Aussenluftrate auf Zulufttemperatur ist unabhängig von der Position des Erhitzers. Aber die Förderarbeit steigt um den Umluftanteil. Wenn die Aussenluftrate das Maß der Dinge, also 100% ist, dann muss zur Erwärmung die Umluftrate, also weit über 100% gefördert werden, statt nur die Aussenluftrate zu erwärmen. Das sollte man nicht vernachlässigen.
Kühllastabfuhr: Bei Ihren energetischen Betrachtungen sollten Sie bedenken, dass die Förderleistung für Luft ca Faktor 12 über der Förderleistung für Wasser liegt und die mögliche höhere Vorlauftemperatur statischer Kühlsysteme energetisch günstiger ist als Luftkühlung.
2. Wenn man die Kernthese herausarbeitet, besteht die Einsparung aus zeitweiser Umgehung einzelner Wärmetauscher, was absolut korrekt ist. Bei der Berechnung der Einsparungen ist die 100%-Marke aber der Vergleichbarkeit wegen ein Klimagerät mit SFP 2-3 und Ventilatoren nach ErP-Anforderungen, ausgelegt nach Stand der Technik und nicht auf Aussenluftrate mal Faktor 3-4, je nach DIN oder alter Hase. Begriffe wie "Abspecken, schlechte Luftqualität nur um Investitionskosten zu sparen" scheinen mir angesichts der Untersuchungen in unserem Fachgebiet nicht angebracht.
3. Ihre Rechnung bez. der Förderleistung bei verschiedenen Luftmengen und Pressungen ist richtig, endet aber in dem von der Teilstromthematik losgelösten Satz: Nehmt kleinere SFP-Werte, dann spart ihr Strom. Das gilt immer, hat aber etwas mit wirtschaftlichem Bauen zu tun und nicht dem System Loose.
4. Ihre Auffassung zur Wirtschaftlichkeit und Behaglichkeit von statischen Kühlsystemen deckt sich nicht mit meiner Erfahrung und der Fachliteratur.
Zusammenfassung: Ich kritisiere abgesehen von der Umluft nicht Ihre Optimierung von Kastenklimageräten sondern die dargestellten Einsparprognosen bzw. das Beispiel und die m. E. nicht umfänglich dargestellten Voraussetzungen.
Thomas Lenz 25.04.2013
Sehr geehrter Herr Lenz,
Ich wiederhole gerne den Denkansatz für eine Klimaanlage mit Quellluftzufuhr und durchschnittlich
30% U m l u f t a n t e i l (übers Jahr gesehen) bei s a u g s e i t i g e r Mischluftkammer und Nutzung der direkten freien Kühlung, welche einen ständig zu kühlenden Raum mit Quellluft von unten versorgen soll, solange die extrem selten auftretende m a x i m a l e Kühllast bei etwa ca. 50 W/m² liegt. Wo die Grenze für eine ggf. zusätzlich erforderliche statische Kühlfläche liegt, hängt von vielen Faktoren ab.

Betrachten Sie bitte diesen Vergleich (anderes Beispiel), wo sogar noch ein Spezialfilter im Umluftströmungsweg (Aktivkohle) möglich wäre, ohne dass sich an den Druckverhältnissen der Ventilatoren etwas ändert:

a) Zuluft- und Abluftvolumenstrom 3.000 m³/h mit folgenden Pressungen und Leistungen:
Zuluft mit 3.000 m³/h; saugseitig 1.025 Pa, druckseitig 300 Pa; gesamt = 1.325 Pa; P = 1,67 kW
Abluft mit 3.000 m³/h; saugseitig 780 Pa, druckseitig 150 Pa; gesamt = 930 Pa; P = 1,17 kW
somit gesamter Leistungsbedarf für Zu- und Abluftventilator: 2,84 kW

b) Zuluft- und Abluftvolumenstrom 3.900 m³/h (also 30% mehr) mit folgenden Pressungen und Leistungen:
Zuluft 3.900 m³/h; saugseitig 503 Pa, druckseitig 300 Pa; gesamt = 803 Pa; P = 1,38 kW
Fortluft mit Ø ca. 2.730 m³/h; saugseitig 535 Pa; druckseitig 74 Pa; gesamt = 609 Pa; P = 0,73 kW
somit gesamter Leistungsbedarf für Zu- und Abluftventilator 2,11 kW Einsparung ca. 26%

Dazu kommt noch die Einsparung bei der Heizungswärme durch die Umluftnutzung. Ergebnis:

Ohne T e i l s t r o m b i l d u n g gibt das beim Vergleich der Gesamtkosten, je nach Nutzungszeit, eine unterschiedliche kleinere Einsparung, da ja Klimagerät und Kanalnetze etwas größer sind sowie der Abluftfilter durch je einen für die Fortluft und einen für die Umluft ersetzt wurde, auch wenn die Einsparung bei der Heizungswärme durch die Umluftnutzung noch dazu kommt.

Vieleicht kann man jetzt meinen Gesamtsystemvorschlag des dargestellten B e i s p i e l e s besser verstehen. Ich bestreite nicht generell die Vorteile von statischen Kühlsystemen, speziell bei höheren spezifischen Kühlleistungen. Ich wollte nur ein weiteres Gesamtsystem mit meiner Erfindung, der Teilstrombildung kombiniert, zur Diskussion stellen und dabei die Vorteile der Teilstrombildung ausführlicher vorstellen. Bekanntlich gibt es "mehrere Wege, die nach Rom führen".

Übrigens haben sich in meinem abgelieferten Kommentar vom 24.04.13 zwei Druckfehler eingeschlichen:

Der Faktor 0,552 bei der Berechnung der reduzierten Pressung muss natürlich stets heißen: 0,55² (also hoch 2 )- (korrigiert durch Redaktion.)
Jürgen Loose 26.04.2013
Bitte betrachten Sie hierzu auch die Diskussionen zum Artikel CCI 29184 von Herrn Andre` Meyer im Frühjahr 2014
Jürgen Loose 02.03.2014

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