TGA Raumlufttechnik

TGA Ausgabe 07-2010
RLT-Geräte

Effizienzvorteile detailliert nachweisen

Abb. 1
Mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2007 wurde begonnen, RLT-Anlagen bei der Bewertung der Gebäudeenergieeffizienz angemessen zu berücksichtigen. Eine detaillierte Berechnung auf Basis stündlicher Wetterdaten bietet mehr Möglichkeiten, die Effizienzvorteile projektbezogener Lösungen adäquat zu bewerten.

Bei der Raumlufttechnik für Nichtwohngebäude ist in das Spannungsfeld zwischen Energiesparen und komfortablen Raumluftbedingungen in Bewegung geraten. Wertewandel und Verordnungen bewirken einen Trend zu deutlich energieeffizienteren Anlagen. Darauf müssen sich TGA-Planer einstellen: Effizienz wird künftig transparenter und ­nachvollziehbarer dargestellt. Für RLT-Anlagen kann sie mit der richtigen Unterstützung präzise vorhergesagt werden.

Lange Zeit hatten raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) in Nichtwohngebäuden ein Imageproblem: Sie galten in der öffentlichen Wahrnehmung generell als Energieverschwender. „Natürliche Lüftung“ hingegen hatte geradezu den Nimbus eines Gütesiegels für energiesparende Gebäudekonzepte.

Paradox war, dass gleichzeitig in Niedrigenergiehauskonzepten für Wohngebäude die kontrollierte (mechanische) Lüftung zum Standard wurde. Wärmerückgewinnung stellte nach dem baulichen Wärmeschutz den nächsten Meilenstein für eine energieeffiziente Bauweise dar. Das Passivhaus wurde durch die Lüftungsanlage überhaupt erst möglich. Die Serienfertigung von Wohnungslüftungsgeräten führte zu hocheffizienten Wärmerückgewinnern bei gleichzeitig niedrigem Ventilatorstrombedarf.

Warum soll dies bei Nichtwohngebäuden anders sein? Das Verhältnis von Wärmerückgewinn zum Strombedarf entscheidet auch hier, ob die Anlage Energie verschwendet oder beim Energiesparen hilft.

EnEV und RLT-Effizienz

Mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2007 wurde begonnen, raumlufttechnische An­lagen bei der Bewertung der Gebäudeenergie­effizienz angemessen zu berücksichtigen. Durch Einführung der Referenzgebäudemethodik1) wurde zum ersten Mal folgerichtig bewertet, dass ­Nichtwohngebäude je nach Nutzung deutlich ­höhere Luftwechsel als Wohngebäude aufweisen können. Dadurch kann in hoch technisierten ­Gebäuden die Lüftung(stechnik) sogar ausschlaggebend für die Gesamtenergieeffizienz des Gebäudes sein. Erstmalig wurden Einzelanforderungen an RLT-Anlagen gestellt, die bei Neuerrichtung, aber auch bei Ersatz vorhandener Anlagen gelten. Wer heute bestehende Anlagen erneuert oder ­modernisiert, darf unter Umständen keinen bloßen 1:1-Ersatz vornehmen. Mittlerweile laufen auch die energetischen Inspektionen von Klimaanlagen an, zu deren Veranlassung die Betreiber alle zehn Jahre verpflichtet sind. ­

Energetischer Break Even erreicht

Die EnEV-Novellierung 2009 verschärfte das energetische Anforderungsniveau für alle Gebäude um durchschnittlich 30 %. Durch die angepasste Referenzgebäudebeschreibung betrifft diese Verschärfung alle Gewerke. Referenzmerkmale von RLT-Anlagen mit geregelter Luftkonditionierung sind unter anderem:

Spezifische Ventilatorleistung pSFP = 1,5 kW/(m3/s) zuluftseitig und 1,0 kW/(m3/s) abluft­seitig

Wärmerückgewinnung mit Rückwärmzahl 0,60

Wie Bild 1 zeigt, wird erst dadurch ein energetisch bemerkenswertes Niveau erreicht. Übers Jahr betrachtet kann mehr Wärme eingespart werden, als Elektrizität (primärenergetisch bewertet durch Faktor 2,6) für die Ventilatoren eingesetzt werden muss.

Bei erstmaligem Einbau oder Ersatz von raumlufttechnischen Anlagen mit mehr als 12 kW Kälteleistung oder 4000 m3/h Luftvolumenstrom fordert die EnEV in § 15 grundsätzlich

die Einhaltung der SFP-Klasse 4 nach DIN EN 13779 für Einzelventilatoren oder als gewichteter Mittelwert aus Zuluft- und Abluftventilator einer Anlage

regelungstechnische Mindestausstattungen für Vollklimaanlagen mit Be- und Entfeuchtung

eine bedarfsgerechte Luftvolumenstromregelung bei spezifischen Zuluftvolumenströmen >9 m3/(h m2), also ab einem ca. dreifachem stündlichen Luftwechsel

den Einsatz von Wärmerückgewinnungssystemen der Klasse H3 nach DIN 13053

Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz

Parallel zur EnEV wurde Anfang 2009 mit dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) eine weitere Rechtsvorschrift eingeführt, die zusätzliche Anforderungen an die Energieeffizienz von Neubauten stellt. Im Kern geht es im EEWärmeG um die Verpflichtung, den Wärmeenergiebedarf durch einen Anteil erneuerbarer Energien zu decken. Die zu erfüllenden Deckungsanteile ergeben sich je nach Art der gewählten erneuerbaren Energie.

Per Definition ist dem Wärmeenergiebedarf nach EEWärmeG auch der Energiebedarf für die Kühlung von Gebäuden hinzuzurechnen. Alle Maßnahmen zur Reduzierung des Kälteenergiebedarfs (z.B. freie Kühlung, Nutzung regenerativer Kältequellen, adiabate Kühlung) haben somit unmittelbaren Einfluss auf die Höhe des vorgeschriebenen Einsatzes erneuerbarer Energien.

Zu den erneuerbaren Energien zählt auch die der Außenluft entnommene Wärme, wenn sie durch Wärmepumpen auf ein nutzbares Temperaturniveau gebracht wird. Dies kann auf geräteintegrierte Luft/Luft-Wärmepumpen in RLT-Geräten zutreffen, wenn die Jahresarbeitszahl mindestens 3,5 oder in Verbindung mit der Trinkwassererwärmung mindestens 3,3 beträgt.

WRG als Ersatzmaßnahme

Anstelle erneuerbarer Energien können auch die Nutzung von Abwärme und Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplung (dezentral oder über Fernwärme) auf die Nutzungspflicht angerechnet werden. Dies wird die bevorzugte Wahl für viele Nichtwohngebäude, bei denen die geforderte Deckung durch biogene Brennstoffe, Geothermie oder Solarenergie technisch und / oder wirtschaftlich ausscheidet. Zur Abwärme im Sinne des EEWärmeG zählt auch die durch Wärmerückgewinnung in raumlufttechnischen Anlagen genutzte Wärme.

Voraussetzungen für deren Anrechenbarkeit sind

eine Rückwärmzahl (Temperaturverhältnis) von mindestens 0,7 und

eine Leistungsziffer von mindestens 10

Die Leistungsziffer ergibt sich aus der übertragenen Wärmeleistung zum elektrischen Leistungsbedarf der RLT-Anlage, der anteilig auf den Betrieb der Wärmerückgewinnungsanlage entfällt.

Kombinationen unterschiedlicher erneuerbarer Energien und Ersatzmaßnahmen sind zulässig. Ersatzweise kann das Gesetz auch erfüllt werden, wenn die Höchstwerte des Jahres-Primärenergiebedarfs und des Wärmeschutzniveaus nach der jeweils gültigen EnEV um 15 % unterschritten werden.

Energieeffizienz nachweisen

Für die Nachweise des Wärmeenergiebedarfs und der geforderten Deckungsanteile – auch in Kombination unterschiedlicher Maßnahmen – sind die durch die EnEV vorgegebenen Rechenverfahren grundsätzlich geeignet. Allerdings sind die verfügbaren Softwarelösungen derzeit nicht in der Lage, die Bedarfs- und Deckungsanteile auch adäquat auszuweisen.

Und es taucht ein weiteres Problem auf: Die EnEV-Rechenregeln sind für eine möglichst einfache, mit wenigen Eingabegrößen verbundene Bewertung der häufigsten Anlagentypen ent­wickelt worden. Speziell für raumlufttechnische Anlagen lassen die Verfahren aber auch eine Einzelbewertung von Standardanlagen per Handrechnung zu.

Denn häufig werden auf dem Markt innovative raumlufttechnische Lösungen als projektbezogene Unikate oder Kleinserien angeboten. Deren Effizienzvorteile lassen sich mit den standardisierten Kennwertverfahren oft nicht adäquat bewerten. Fehlt der rechnerische Nachweis, werden die beträchtlichen Vorteile nicht ausreichend honoriert – nicht durch den Bauherrn und nicht bezüglich der Erfüllung gesetzlicher Anforderungen.

Um den technischen Fortschritt nicht zu hemmen, haben die Verfasser der Berechnungsnormen (DIN V 18599) bewusst Öffnungsmöglichkeiten zugelassen: Neben den allgemeinen, kennwertbasierten Verfahren ist auch die detaillierte Berechnung auf Basis stündlicher Wetterdaten zulässig.

Auch kann eine deutlich größere Variationsbreite von Schaltungen oder Regelstrategien modelliert werden. Möglich sind zum Beispiel:

Kombinationen von Umluftnutzung und Wärmerückgewinnung

projektbezogene Regelstrategien zur freien Kühlung oder Nachtlüftung

indirekte Verdunstungskühlung („adiabate Kühlung“)

geräteintegrierte Wärmepumpen in Kombination mit Wärmerückgewinnern

geräteintegrierte Kälteerzeuger mit Fortluft- oder Außenluft-Verflüssigern

Nacherwärmung über Kondensationsabwärme bei der Luftentfeuchtung

Die Verwendung weltweiter Wetterdaten beim Einsatz der Berechnungsverfahren erlaubt eine unabhängige Standortbetrachtung2). Im Rahmen der Energieberatung, beispielsweise im Zusammenhang mit der Klimaanlageninspektion nach EnEV § 12, können die Einsparprognosen somit zielgerichteter sein.

Geräte-Auslegungsprogramme

Werden die Berechnungsalgorithmen in die Auslegungsprogramme der Gerätehersteller inte­griert, kann automatisch auf die detaillierten technischen Daten der gewählten Komponenten zurückgegriffen werden. Alternative Ausstattungen können bei der individuellen Gerätekonzeption energetisch bewertet werden. Mit einer detaillierten, normkonformen Energiebedarfs- und Wirtschaftlichkeitsberechnung, werden Planer bei der optimalen Systemfindung unterstützt. Auch bei speziellen Anwendungsfällen, beispielsweise für Verkaufsstätten oder OPs, kann zielgerichtet optimiert werden. Eine Dokumentation der Berechnung kann Nutzern die relevanten Informationen hinsichtlich Energieeffizienz und Lebenszykluskosten vermitteln.

Fazit

RLT-Anlagen beeinflussen die Energieeffizienz von Gebäuden stark, in hochtechnisierten Gebäuden sogar dominant. Doch: Je komplexer die Technik ist, desto schwieriger wird es, energetische Vorteile auch detailliert rechnerisch auszuweisen.

Die Effizienznachweise werden durch die ­verschärften gesetzlichen Anforderungen aber immer wichtiger. Für einfache Standardanlagen sind die genormten EnEV-Berechnungsverfahren, die vor allem für die Energieausweis-Erstellung entwickelt wurden, ausreichend. Bei komplexeren Anlagen oder besonders innovativen Sonder­lösungen stoßen die kennwertbasierten Norm­verfahren an ihre Grenzen. Die Normen lassen ­alternativ aber auch detaillierte Berechnungen im Stundenschrittverfahren zu. Neben der größeren Detaillierung und Variantenvielfalt ergeben sich bei deren Anwendung weitere Vorteile, ­beispielsweise durch die freie Wahl der Klima­daten.

1) Bei der Referenzgebäudemethode wird der höchstzulässige ­Jahresprimärenergiebedarf individuell berechnet. Grundlage der Berechnung bildet ein Vergleichsgebäude gleicher Geometrie, Fläche, Ausrichtung und Nutzung mit einer durch die EnEV für alle Gewerke definierten Referenzausführung.

2) Die Energiebedarfsberechnung nach EnEV basiert grundsätzlich auf mittleren Klimadaten für Deutschland (Testreferenzjahr ­Würzburg) und ist für öffentlich-rechtliche Nachweise verpflichtend.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Effizienzvorteile detailliert nachweisen
  2. Teil: TrueBlue – Effizienznachweis inklusive
  3. Teil: Heiko Schiller
  • Bild 2 h,x-Korrelation stündlicher Wetterdaten; Referenzklima Deutschland (Quelle: DWD, Testreferenzjahr, Ausgabe 1986, Standort Würzburg).
  • Bild 1 Jahres-Nutzenergiebedarf für raumlufttechnische ­Anlagen (ohne Kühlung und Befeuchtung) in Referenzausführung nach EnEV 2007 und EnEV 2009 (Strom mit ­einem Primärenergiefaktor von 2,6); Basis: Betriebszeit 365 d/a und 12 h/d.
  • Auch die Effizienzvorteile ­einer integrierten MSR- und Kältetechnik lassen sich mit differenzierten Verfahren berechnen und nachweisen.
Schiller
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