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12. Februar 2014 Autor: André Meyer
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Druckverlust in Luftfiltern messen

Im Vergleich zu Heizungstechniksanierung, Fassadendämmung oder Dachsanierung spielen Raumlufttechnische Anlagen in der öffentlichen Wahrnehmung eine eher untergeordnete Rolle. Das Umweltbundesamt rechnet allerdings, dass allein durch effiziente Lüftungssysteme in Industrie- und Gewerbebetrieben rund 7 Mio. MWh Strom gespart würden. Derzeit schlucken Ventilatoren in RLT-Anlagen bis zu 20 % der gewerblich genutzten elektrischen Energie. Davon wird etwa ein Drittel benötigt, um den Strömungswiderstand der Luftfilter zu überwinden – also um den Druckverlust auszugleichen.

Verhältnis Volumenstrom zu Differenzdruck (Filter Anfangsdruckverlust)Verhältnis Volumenstrom zu Differenzdruck (Filter Anfangsdruckverlust) Innerhalb der Luftzirkulation im RLT-Gerät stellen die Luftfilter die größte zu überwindende Hürde dar. Während des Betriebs lagert sich in ihnen zunehmend Schmutz und Staub ab. Je nach Beschaffenheit steigt der Filterwiderstand im Laufe der Zeit um das Drei- bis Sechsfache und analog dazu der Stromverbrauch. Verschmutzte Filter sind aber nicht nur aus ökologischer und ökonomischer Sicht von Nachteil – sie bergen darüber hinaus ein hygienisches Risiko. Eine unzureichende Überwachung oder eine verspätete Wartung des Filters verschärfen diesen Prozess.

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Artikelnummer: cci29184
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Kommentare (5):

Sehr gut. Endlich greifen auch andere das Thema auf, dass man nicht nur Heizkosten einsparen sondern speziell bei RLT-Geräten auch auf den elektrischen Energiebedarf achten soll. Stromeinsparungen bringen nicht nur Vorteile für Nutzer von RLT-Anlagen sondern stellen auch einen wesentlichen Beitrag zur von der Bundesrepublik Deutschland eingeleiteten Energiewende (mit schrittweiser Abschaltung der Kernkraftwerke) dar.

Durch Widerstandsreduktion im RLT-Gerät könnten weltweit riesige Mengen an Elektrischer Arbeit (Stromverbrauch) eingespart werden. Neben dem B e t r i e b s k o s t e n v o r t e i l für den Kunden ergibt sich auch ein U m w e l t a s p e k t : Schließlich kann man bei dem derzeitigen Strommix in Deutschland, wo noch viele Verbrennungskraftwerke die Grundlast bei der Stromerzeugung abdecken und solche Kraftwerke Wirkungsgrade von lediglich ca. 30% haben, bei der Einsparung von 1 kWh Strom in etwa 3x so viel an CO2-Emissionen einsparen als bei 1 kWh Heizenergie.

Weitere Stromeinsparungen sind möglich durch Nutzung der T e i l s t r o m b i l d u n g in RLT-Geräten, insbesondere in Verbindung mit der Verwendung von EC-Motoren und Freiläuferventilatoren.
s. Bericht von Herrn Dr. Stahl in CCI 14/12 und meinen Artikel in CCI 11/13.

Ich schlage vor, nur diese Luftbehandlungsteile im RLT-Gerät zu durchströmen, die zur aktuellen Luftaufbereitung auch tatsächlich benötigt werden. Die übliche Durchströmung aller in Reihe angebrachten Bauteile erhöht dauerhaft den Widerstand und benötigt umso mehr Antriebsleistung beim Ventilator, desto mehr Bauteile eingebaut sind, aber fast nie zusammen benötigt werden. Zudem kann man durch das Bilden von Teilströmen im Gerät und das Mischen dieser Luftströme sehr viel Widerstand einsparen.

Noch mehr Strom einsparen lässt sich, wenn man solange wie möglich e t w a s Umluft der Außenluft beimischen kann (darf) und dazu eine saugseitige Mischkammer, welche dann direkt vor dem Zuluftventilator angebracht ist, verwendet. Dann geht im möglichen Mischluftbetrieb der Widerstand aller vor dem Mischpunkt liegenden Luftbehandlungsteile - einschließlich F i l t e r - im Quadrat der Luftmengenreduktion zurück. Dabei muss der Fortluftventilator übrigens nur den Fortluftanteil (entsprechend dem Außenluftanteil) fördern. Die Ventilatorleistung geht bei "EC-Motoren" bei Widerstandsreduktion fast in 3. Potenz zurück.
- s. dazu den Artikel von R. Grupp im CCI - Branchenticker vom 18.04.2013 und meinen Artikel im CCI-Wissensportal vom April 2013.
Jürgen Loose 13.02.2014
Sehr geehrter Herr Meyer,

Bravo zu diesem Beitrag und den praktischen Beispielen. Ich hoffe, der eine oder andere Verantwortliche im FM-Bereich bzw. Technischer Leiter beginnt jetzt, unter Vorlage dieses Beitrages, die Kaufleute davon zu überzeugen, dass man mit low-budget-Filtern zwar im Einkauf Geld sparen kann, dieses aber auf der energetischen Seite durch höhere Filterdruckverluste wieder durch den Kanal hinaus bläst.

Ein energetisch effektives Lüftungssystem hat viele Aspekte und Ansprüche zu erfüllen und kein technisches Thema sollte dabei in der Konzeption ausgeschlossen werden.

Danke und Grüße aus Hessen

Ralph Langholz
Ralph Langholz 17.02.2014
Die Auffassung von Herrn Loose kann ich leider nicht teilen.

Es muss das Ziel sein, nur die zur Erreichung des Zieles notwendige Luft zu bewegen. Umluft bring im Raum keine Verbesserung der Luftqualität. Sie ist nur dann gerechtfertigt wenn die Lüftungsanlage zusätzliche Funktionen außer Lüftung übernimmt.
Wir sparen viel mehr Energie wenn wir diese zusätzliche Funktionen wie Heizen oder Kühlen eines Raumes nicht über die Lüftungsanlage realisieren.

Rein energetisch betrachtet gilt:
Umluft ist "Ünnötig bewegte Luft"!!

Sie weist nur Betriebskosten auf ohne die Raumluftqualität bzw. den Schadstoffgehalt im Raum zu beeinflussen.

Herbert Haser, Klima Becker S.A. Schengen
Herbert Haser 17.02.2014
Sehr geehrter Herr Haser,
ich bedanke mich für Ihren Hinweis. Sie haben natürlich recht, wenn man das auf die gültige Lehrmeinung bezieht. Viele kennen die empfohlene "T e i l s t r o m b i l d u n g " noch nicht.

Schauen Sie sich bitte einmal die von mir vorne zitierten Artikel an.
Herr Dr. Stahl schrieb in CCI 14/2012: "Das Loose - RLT-Prinzip; Neue TGA-Systeme - heute Skepsis - morgen Standard" und stellte ein Beispiel vor. In der HLH Ausgabe 11/2013 können Sie meinen ausführlichen Artikel dazu mit anderen Beispielen nachlesen: "Hohe Stromeinsparungen durch Teilstrombildung bei Klimaanlagen".

Mein Grundgedanke ist, in einem Klimagerät die üblicherweise in Reihe angeordneten thermischen Luftbehandlungsteile, die in Reihe und zumeist ohne Bypassklappen angeordnet sind, nicht alle ständig mit dem aktuell benötigten vollen Volumenstrom zu durchströmen. Wenn beispielsweise drei Bauteile vorhanden sind (Wärmerückgewinnungsmodul, Kühlmodul und Heizmodul) entstehen dafür im Regelfall, je nach gewählter Gerätedurchtrittsgeschwindigkeit, zwischen 500 bis 1.000 Pa. Benötigt werden in unseren geografischen Breiten aber zumeist nur das Wärmerückgewinnungsmodul, das Heizmodul selten und das Kühlmodul extrem selten. Eine Möglichkeit ist, die erstgenannten Teile parallel und das Heizmodul so anzuordnen, dass es vorzugsweise im Umluftweg, aber auch im Außenluftaufbereitungsweg genutzt werden kann (patentierte Lösung). Eine weitere Energiesparlösung wäre es, parallel zu dem Wärmerückgewinnungsmodul im Zuluftaufbereitungsweg ein Kombinationsmodul, das Heizen und Kühlen kann, anzuordnen und die Gruppe mit drei Strömungssteuereinrichtungen zu versehen (Patent angemeldet). Dann wird solange wie möglich nur die halbe aktuell benötigte Luftmenge über beide Teile gelenkt. In seltenen Fällen gelangt die volle Luftmenge nur über ein Modul und im äußerst seltenen Extremfall über beide.

Beim einem m ö g l i c h e n Umluftbetrieb wird eine saugseitige Mischluftkammer verwendet, so dass der Abluftventilator immer nur den Fortluft- (= Außenluft-) Anteil fördern muss. Lassen Sie mich bitte hier nochmals ein Beispiel mit einem Vergleich bringen, da die Teilstrombildung mit saugseitiger Mischkammer (leider noch) zu unbekannt ist:

Annahmen dazu: Volumenstrom Zuluft = 10.000 m3/h, Gesamtwirkungsgrad Motor/Ventilator 55%, Widerstände: Außenluftstrecke mit Schalldämpfer = 150 Pa, Luftfilter Ø = 175 Pa, zwei thermische Module in Reihe = 500 Pa, Zuluftstrecke = 200 Pa. Das ergibt üblicherweise einen s t ä n d i g e n Gesamtwiderstand von 1.025 Pa und eine Antriebsleistung für den Zuluftventilator von 5,08 kW. Im RLT-Gerät selbst entstehen ca. 675 Pa.

Bei Teilstrombildung und durchschnittlicher Umluftnutzung von lediglich 20%; dann Zuluft = 12.000 m3/h und einem dann reduzierten Widerstand von Ø = 52% entstehen: Außenluftstrecke mit Schalldämpfer = Ø 96 Pa, Luftfilter Ø = 112 Pa, zwei thermische Module parallel = Ø 170 Pa, Zuluftstrecke = 200 Pa. Das ergibt einen mittleren Gesamtwiderstand von 578 Pa und eine Antriebsleistung für den Zuluftventilator von 3,63 kW (minus 29%). Im RLT-Gerät selbst entstehen nur ca. 282 Pa. Das ist eine Teilleistungsreduktion von ca. 80%. Wer traut sich, außer Fa. Huber & Ranner beim IT-Case, künftig solche Klimageräte zu bauen ?

Falls Sie, wie in der Richtlinie RLT-Anlagenbau vom deutschen Bundesbauministerium in Abschn. 2.1, 3.1 bis 3.2 vorgeschlagen, eine Quellluftzuführung für den Raum von unten her wählen. kann der Volumenstrom bei 10.000 m3/h bleiben. Dann benötigt der Zuluftventilator 3,03 kW. (minus 40 %). Bezogen auf das Gerät selbst ist das für den Zuluftventilator eine Einsparung von ca. 85%. Zudem werden beim Abluftventilator mit Teilstrombildung ca. 50% eingespart.

Falls Sie gar eine Luftführung über einen Doppelboden machen können, reichen 2/3 Außenluftanteil. Dann sinkt die Stromeinsparung nochmals.

Sollten Sie eine RLT-Anlage ohne Kühldecke, also nur mit reiner Luftkühlung machen können, dann sinkt der mittlere Volumenstrom wegen der zumeist kühleren Außentemperatur gegenüber dem Auslegungsvolumenstrom für die max. Kühllast auf unter 50%. Das ergibt dann eine noch höhere Einsparung beim Strom als oben angegeben.

Jürgen Loose
Energie.Controlling.Loose - ECL, D 82362 Weilheim;
Jürgen Loose 02.03.2014
Sehr geehrter Herr Haser,

lassen Sie mich zuerst zum Thema "bewegte Luft und Luftqualitität" etwas sagen:
Laut der Richtlinie RLT-Anlagenbau des deutschen Bundesbauministeriums (s. dort Abschn. 2,1, 3.1 bis 3.2) bringt eine gut ausgelegte Quelllüftung mit Zuluft von unten mit etwas U m l u f t eine gleichgute Luftqualität in der Aufenthaltszone der Personen wie eine übliche Mischlüftung, wo von oben über Drallauslässe reine Außenluft zugeführt und die Abluft ebenfalls oben abgesaugt wird.

Noch konnte mir keiner beweisen, dass für einen Bürogroßraum (Beispiel) bei einer angestrebten Raumtemperatur von 22 bis 23 Grad C und max. 26 Grad C und Betrachtung der in etwa gleichen gesamten Raumhöhe bei

- 400 m2 Grundfläche für max. 40 Personen
- max. Kühllast = 20 kW
(nur an ganz wenigen Stunden im Jahr vorkommend)
- mittlerer Kühllast = 11 KW
- minimaler Kühllast = 4 kW
- Raum ohne Kühldecke, nur mit reiner Luftkühlung;
jedoch mit statischen Heizflächen im Außenwandbereich,
z.B. nach dem System "Henning Großeschmidt"
- Doppelboden, nicht nur für Elektro- und Datenleitungen,
sondern auch für Zuluft genutzt
- damit Volumenstrom für den Raum bedarfsgerecht
stufenlos reduzierbar von 10.000 bis 3.000 m3/h
- Mindestaußenluftrate von 50 m3/h pro Person
- bei Teilstrombildung und saugseitiger Mischkammer im Klimagerät
- maximal 33% U m l u f t n u t z u n g; im Jahresmittel 30%;

unter Betrachtung der Nachhaltigkeit (bei einer Nutzungsdauer von 10 oder gar 15 Jahren) und der Gesamtkosten (a l l e Investitionen plus erfahrungsgemäß laufend steigender Betriebskosten) ein System mit irgendwelchen statischen Heiz- und Kühlflächen und Doppelboden nur für Elektro- und Datenleitungen ausgestattet, sowie reiner
A u ß e n l u f t v e r s o r g u n g von lediglich V = 2.000 m3/h bei Zuluft und Abluft von oben über Drallauslässe o.ä. ,

w i r t s c h a f t l i c h e r ist.

Jürgen Loose
Energie.Controlling.Loose - ECL, D 82362 Weilheim
Jürgen Loose 02.03.2014

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