Interpretation und Vorschläge zur Darstellung der normativen Berechnungsvorgaben bei der energetischen Inspektion von Klimaanlagen

Bachelorarbeit , 2015 , 143 Seiten , Note: 1,3

Ingenieurwissenschaften - Energietechnik

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird die energetische Inspektion von Klimaanlagen nach DIN SPEC 15240 beschrieben. Die normativen Berechnungsgrundlagen werden auf Verwendbarkeit geprüft. Bei Berechnungsschritten, welche durch die DIN SPEC 15240 noch nicht eindeutig vorgegeben sind werden Vorschläge zur einheitlichen Berechnung dieser Kennwerte gegeben.

Eine energetische Inspektion wird an einer Bestandsanlage der Hochschule Offenburg beispielhaft durchgeführt. Anhand dieser Inspektion werden die Energiekennwerte der tatsächlichen Anlage berechnet und mit der EnEV-Referenzanlage verglichen. Es werden Optimierungsmöglichkeiten der Bestandsanlage aufgezeigt, sowie eine Bewertung zu Einsparpotenzialen. Es wird ein Berechnungsvorschlag für die Bewertung von Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen gegeben. Ebenfalls wird eine Lösung für die Berechnung der Kaltwasserverteilung bei abweichender Anlagenschematik vorgeschlagen.

Die zu inspizierende Bestandsanlage wird durch eine Absorptionskältemaschine mit Kaltwasser versorgt. Im Einzelnen ergibt sich für den Energiekennwert des Lüftungsgerätes ein Wert von 19,5 kWh/(m³/h*a) und für den Energiekennwert der Kälteerzeugung ein Wert von 0,81. Beide Werte sind schlechter, als die von der EnEV geforderten Referenzwerte. Daraus zeigt sich, dass die inspizierte Anlage Potenzial zur Optimierung hat.

Inhalt

Aufgabenstellung

Kurzfassung

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Historie der energetische Inspektion
2.1 Potenzial der Inspektion in Deutschland
2.2 Energetisches Einsparpotenzial der Inspektion in Deutschland

3 Grundlagen
3.1 RLT-Gerät
3.1.1 Definition RLT-Gerät
3.1.2 Definition Klimaanlage
3.1.3 Stellschrauben zur Energieeffizienz
3.2 Gesetzliche Rahmenbedingungen
3.2.1 Energy Performance of Buildings Directive
3.2.2 EnEV
3.3 Normative Rahmenbedingungen
3.3.1 DIN SPEC 15240
3.3.2 DIN V 18599
3.3.3 DIN EN 13779
3.3.4 DIN EN 15251
3.4 Energetische Inspektion
3.4.1 Übersicht
3.4.2 Randbedingungen
3.4.3 Inspektionsablauf.

4 Energiekennwerte
4.1 EER
4.2 N ennwärmeverhältnis 2
4.3 Energiekennwert Luftaufbereitungsgerät
4.3.1 Definition
4.3.2 Heizung
4.3.3 Kühlung
4.3.4 Luftförderung
4.3.5 Befeuchtung
4.3.6 Nebenantriebe
4.3.7 Korrekturen
4.3.8 Differenzierte Betrachtung des Erlt
4.4 Effizienzkennwert Kälteerzeugungssystem
4.4.1 Definition
4.4.2 EER&PLV
4.4.3 Rückkühlung (Ekk)
4.4.4 Kälteverteilung (Ekk)
4.4.5 Differenzierte Betrachtung des Ekk
4.5 Sorptionsproblematik
4.5.1 Primärenergie nutzungszahl
4.5.2 Vorschlag zur Bewertung, Eakm

5 Praktische Inspektion einer Bestandsanlage
5.1 Einleitung und Versuchsziel
5.2 Theorie
5.3 Versuchsaufbau (Beschreibung der versorgten Zonen)
5.3.1 Volumenstrommessung
5.3.2 Messung Druckerhöhung
5.3.3 Leistungsaufnahme Ventilatoren
5.3.4 Messungenauigkeit
5.4 Versuchsdurchführung (Anlageninspektion)
5.4.1 Inspektion der Anlage
5.4.2 Messung der relevanten Größen
5.5 Messergebnisse (Dokumentation der Messwerte)
5.6 Diskussion der Messergebnisse
5.7 Auswertung
5.7.1 Anlageninspektion
5.7.2 Messungen
5.7.3 Optimierungspotenzial Gebäude
5.7.4 Optimierungspotenzial RLT-Gerät
5.7.5 Einschub: Betrachtung Einbau der WRG
5.7.6 Optimierungspotenzial Kälteerzeugung
5.7.7 Optimierungspotenzial Klimakonzept
5.8 Zusammenfassung

6 F azit/Ausblick

7 Literaturangaben

8 Anhang
A.1 Primärenergieeinspaarung
A.2 RLT-Gerät
A3 Bestimmung der Komponenten
A4 Berechnung EER bei abweichenden Systemtemperaturen
A.5 Energiekennwert Luftaufbereitungsgerät (Teilergebnisse)
A.6 Spezifische Rückkühlenergie
A.7 Verwendete Hilfsmittel bei der energetischen Inspektion
A.8 EnEV Referenzwerte
A.9 Mindestfilterklassen
A.10 Gesamtlüftungsrate
A.11 Messunsicherheiten nach DIN EN 12599
A.12 KWKK
A. 13 Kühllastbe re chnung
A.14 Messen
A.15 WRG-Nachrüstung
A.16 Exceltool
A.17 Berechnungen
A.18 Druckverluste in RLT-Geräten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1-1: Vermeidungskostenkurve des Gebäudesektors in Deutschland. Rot umrandet sind Teilgebiete der Optimierung von RLT-Geräten (bearbeitet [1])

Abbildung 1-2: Vermeidungskostenkurve des Industriesektors in Deutschland. Rot umrandet sind Teilgebiete der Optimierung von RLT-Geräten (bearbeitet [1])

Abbildung 3-1: Modularer Aufbau der 46 verschiedenen Anlagenvarianten [10]

Abbildung 3-2: Inspektionsumfang (eigene Zeichnung)

Abbildung 4-1: Korrekturfaktoren für die tägliche Anlagenbetriebszeit [11]

Abbildung 4-2: Leistungszahl in Abhängigkeit von Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur bei Hubkolbenverdichtern, Kältemittel RI34a [3]

Abbildung 4-3: Beispiel eines Kaltwasser-Mehrkreissystems zur Komfortklimatisierung, links mit klar zuzuordnenden Pumpen in den verschiedenen Verteilerkreisen nach DIN V 18599-7 und rechts mit nur zwei Pumpen für mehrere Verteilerkreise (bea1׳beitet[14])

Abbildung 4-4: Teillastverhalten von AKM und KKM [19]

Abbildung 5-1: Inspektionspflichtiges RLT-Gerät (RLT-Bl/3)

Abbildung 5-2: Empirischer Zusammenhang zwischen der Unregelmäßigkeit и in % des Profils und dem relativen Abstand a/Dh der Messstelle von der Störung [20]

Abbildung5-3: Messstelle Volumenstromregler [eigenes Bild]

Abbildung 5-4: Volumenstrommessung [hochschulinterne Quelle]

Abbildung 5-5: Flügelradanemometer links Handgerät [21], rechts Flügelradsonde [22]

Abbildung 5-6: Messstellen für Flügelradanemometer [hochschulinterne Quelle]

Abbildung 5-7: Messstelle Zuluft B038 [eigenes Bild]

Abbildung 5-8: Micromanometer [23]

Abbildung 5-9: rechts Abluftdruckmessung, links Zuluftdruckmessung; rot umrandet sind Messstutzen, grün umrandet Messgerät (eigenes Bild)

Abbildung 5-10: Frequenzumformer [eigenes Bild]

Abbildung 5-11: Anlagenschema der Bestandsanlage [hochschulinterne Quelle]

Abbildung 5-12: Abluftmessstelle B040 mita=600 mm und Dh=500 mm [eigenes Bild] ľ. ľ.

Abbildung 5-13: Messwerte Abluft 038 PC-Tool

Abbildung 5-14: Messwerte Zuluft 038 PC-Tool

Abbildung 5-15: Messwerte Zuluft 040 PC-Tool

Abbildung 5-16: Messwerte Abluft 040 PC-Tool

Abbildung 5-17: Dämmung der Kälteleitung (eigenes Foto)

Abbildung 5-18: Motorhalterung (Zuluft) mit abgebrochene Fuß

Abbildung 5-19: Motorhalterung (Abluft) ohne Vibrationsschutz

Abbildung 5-20: min.-/max. Volumenstrom und ermittelter Volumenstrom im Vergleich zum geforderten Volumenstrom nach DIN EN 15251 (Kat II nicht schadstoffarmes Gebäude)

Abbildung 5-21 : Primärenergiebedarf in Abhängigkeit von Volumenstrom

Abbildung 5-22: Energiekennwert der Bestandsanlage mit dem Grenzwert, dem Kennwert für die gemessenen Werte, dem Kennwert mit Korrektur, dem EnEV Referenzkennwert und der möglichen Bestandsanlage mit KVS-Nachrüstung

Abbildung 5-23: Betriebspunkte der Ventilatoren gemessen (bearbeitet) [24]

Abbildung 5-24: Betriebszustände inklusive WRG und Filter (bearbeitet [24])

Abbildung 5-25: Aufschlüsselung des Erlt in die einzelnen Primärenergien

Abbildung 5-26: Aufschlüsselung des Erlt in die einzelnen Primärenergien nach Einbau KVS

Abbildung 5-27: Eakm der Bestandsanlage

Abbildung 8-1: Hochrechnung der jährlichen Endenergie-Einsparpotenziale auf den Anlagenbestand [2]

Abbildung 8-2: Abschätzung für Wärmel'ückgewinnung aus Umluftanteil bei geregelten Mischkammern [7]

Abbildung 8-3: Anteil Außenluft im Jahresmittel bei geregelten Mischkammern in RLT-Anlagen [7]

Abbildung 8-4:Verwendete Hilfsmittel bei der Energetischen Inspektion [2]

Abbildung 8-5: Funktionsprinzip KWKK [26]

Abbildung 8-6: Kühllast Raum B03 8 (Excel Tool)

Abbildung 8-7: Kühllast Raum B040 (Excel Tool)

Abbildung 8-8: Gesamtkühllast der versorgten Zonen (Excel Tool)

Abbildung 8-9: Kalibrierschein Micromanometer

Abbildung 8-10: WRG-Angebot Seitei

Abbildung 8-11: WRG-Angebot Seite 2

Abbildung 8-12: WRG-Angebot Seite 3

Abbildung 8-13: WRG-Angebot Seite 4

Abbildung 8-14: Dokumentation (Excel Tool)

Abbildung 8-15: Parameter für die Variantanauswahl nach DIN V 18599-3 (Excel Tool) ľ.

Abbildung 8-16: Berechnung des Erlt (Excel Tool)

Abbildung 8-17:Vergleich EnEV und Bestandsanlage (Excel Tool)

Abbildung 8-18: Kälteverteilung (Excel Tool)

Abbildung 8-19: Nutzungsparameter und Art der Rückkühlung (Excel Tool)

Abbildung 8-20: Kältemaschine nach EnEV und Absorptionskälte (Excel Tool)

Abbildung 8-2!:BerechnungEakm (Excel Tool)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Lüftungs- und Klimaanlagen [4]

Tabelle 3-2: Pauschale Faktoren zur Schätzung der Energieeinsparpotenziale von Einzelempfehlungen im Bereich der Raumlufttechnik [2]

Tabelle 3-3: Spezifische Energiekennwerte (Auszug) [11]

Tabelle 3-4: Jährliche relative Komponentennutzungszeit (Auszug) [11]

Tabelle 3-5: Klassifizierung der spezifischen Ventilato rie istung [12]

Tabelle 3-6: Erweiterte PSFP für zusätzliche Bauteile [4]

Tabelle 3-7::Beispiele für empfohlene Lüftungsraten [13]

Tabelle 3-8: Stufen der energetischen Inspektion [7]

Tabelle 4-1: Standardwert Nennkälteleistungszahl EER für wassergekühlte Kompressionskältemaschinen [14]

Tabelle 4-2 :Nennkälteleistungszahl EER für Raumklimasysteme größer 12 kW luftgekühlt [14]

Tabelle 4-3:Standardwert Nennkälteleistungszahl EER für luftgekühlte Kompressionskältemaschinen [14]

Tabelle 4-4:Baualte1׳sfaktor [14]

Tabelle 4-5 :EER [8]

Tabelle 4-6: Nennwärmeverhältnis Teillastfaktoren und mittlere Nutzungsfaktoren Rückkühlung für Ab- und Adsorptionskälteanlagen [14]

Tabelle 4-7: Nennwärmeverhältnis (Fortsetzung) [14]

Tabelle 4-8: Spezifische Energiekennwerte (Auszug) [11]

Tabelle 4-9: Einfluss der Korrekturen bei Фгес = 0,52, ΘΖιιΙ = 18 °c und tBetrieb = 10 h

Tabelle 4-10: Prozentuale Änderung über Korrekturen der Rückwärmzahl, der Zulufttemperatur und der Betriebszeit

Tabelle 4-11: Die Anzuwendenden Temperaturen des Kühlmediums und Zeitanteile im Vergleich (ESEER nach Eurovent) [3]

Tabelle 4-12:Elektrischer Energieaufwand der Verteilung [14]

Tabelle 4-13: Richtwerte für Nutzungszeiten Raumkühlung und RLT-Kühlungbei bedarfsgeregeltem Betrieb (Auszug) [14]

Tabelle 4-14: Jährliche Betriebszeit der Pumpen [14]

Tabelle 5-1: Erforderliche Anzahl der Messpunkte als Funktion des relativen Abstands a durch Dhvon einer Störstelle und der relativen Messunsicherheit [20].

Tabelle 5-2: Relativer Wandabstand der Schwerlinien [20]

Tabelle 5-3: Messunsicherheiten

Tabelle 5-4: Messwerte Abluft B038 Schwerlinienverfahren

Tabelle 5-5: Messwerte Zuluft B038 Schwerlinienverfahren

Tabelle 5-6: Messwerte Zuluft B040 Schwerlinienverfahren

Tabelle 5-7: Druckerhöhung und Leistungsaufnahme der Ventilatoren

Tabelle 5-8: Lufttemperaturen

Tabelle 5-9: Sollwerttemperaturen

Tabelle 5-10 Feststellung der Lüftungsanlage

Tabelle 5-11: Feststellung der Kälteanlage

Tabelle 5-12: Kühlleistungen der Verteilerkreise versorgte Zonen

Tabelle 5-13: Feststellung Kaltwasserverteilung

Tabelle 5-14: Feststellung der Zonen

Tabelle 5-15: Volumenströme der Zonen

Tabelle 5-16: Unsicherheit des Messortes

Tabelle 5-17: Absolutvolumenströme mit Unsicherheiten

Tabelle 5-18: Ventilator Kennwerte

Tabelle 5-19: Absolute Druckerhöhung der Ventilatoren

Tabelle 5-20: Energiekennwerte berechnet

Tabelle 5-21: Vergleich der Volumenströme ermittelt/DIN EN 15251

Tabelle 5-22: Korrektur der spezifischen Nutzenergiekennwerte

Tabelle 5-23: Leistungsaufnahme Ventilatoren

Tabelle 5-24: Beurteilung Gesamtsystem nach DIN SPEC 15240 [7]

Tabelle 8-1: Mögliche Arten der Regelung der Raumluftqualität (IDA-C) [12]

Tabelle 8-2: Komponentenbestimmung der Klimaanlage [10]

Tabelle 8-3: Komponentenbestimmung Kälteerzeuger [10]

Tabelle 8-4: Nutztemperatur, Rückkühltemperatur und Grädigkeit von Wärmeübertragern [14]

Tabelle 8-5: End- und Primärenergiefaktoren Heizenergie [7]

Tabelle 8-6: Kältefaktoren [7]

Tabelle 8-7: Kennwerte für Dampferzeugung [7]

Tabelle 8-8: Elektrische Leistung für Antrieb, Rotor [7]

Tabelle 8-9: Standardwerte für Wasserbefeuchter (jährliche Mittelwerte) [7]

Tabelle 8-10: Spezifischer Elektroenergiebedarf Rückkühler qR,elektr [14]

Tabelle 8-11: EnEV Referenzwerte [25]

Tabelle 8-12: EnEV Referenzwerte (Fortsetzung) [25]

Tabelle 8-13: Empfohlene Mindestfilterklassen je Filterstufe (Definition der Filterklassen nach EN 779) [12]

Tabelle 8-14: Beispiele für empfohlene Lüftungsraten für Nichtwohngebäude bei Standardbelegungsdichte für drei Kategorien der Verschmutzung durch das Gebäude selbst Für den Fall, dass Rauchen gestattet ist, gibt die letzte Spalte die zusätzlich geforderte Lüftungsrate an. [13]

Tabelle 8-15: Zulässige Unsicherheiten der Messung [20]

Tabelle 8-16: Primärenergiefaktoren [27]

Tabelle 8-17: Vergleichskennwerte für die spezifische Kühllast verschiedener Nutzungsarten [7]

Tabelle 8-18: Benötigte Gebäude Parameter

Tabelle 8-19: Benötigte Nutzungsparameter

Tabelle 8-20: Beispiele für die Druckverluste von Bauteilen in Luftbehandlungseinheiten [12]

Tabelle 8-21: Beispiel für Druckabfall RLT-Gerät (normaler Druckabfall nach Tabelle 8-20) !

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Danksagung

Eine Bachelorarbeit über die energetische Inspektion von Klimaanlagen, die aktuell enorme Brisanz im Gebiet der technischen Gebäudeausrüstung besitzt, schreiben zu dürfen, ist keine Selbstverständlichkeit

Deshalb gilt meine erste Danksagung der Schnepf Planungsgruppe Energietechnik GmbH & Co. KG und ihren Geschäftsführern.

Ebenso großer Dank gebührt meinem Betreuer Matthias Kochan, der mir stets bei schwierigen Fragen im Laufe der Bachelorarbeit beiseite stand und durch konstruktive Kritik meine Arbeit immer vorantrieb.

Auch möchte ich meinen Kollegen danken, die mit großer Geduld meine zahlreichen Fragen beantworteten.

Weiterer Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing. Jens Pfafferott und Dipl.-Ing. Ulrich Kuttruff für die Betreuung seitens der Hochschule Offenburg.

Zuletzt möchte ich mich bei meiner Familie und Freunden bedanken, die mich während meiner Bachelorarbeit unterstützt haben. Besonders danken möchte ich meinen Eltern und Großeltern, die mich während der Bachelorarbeit täglich mit gutem Essen versorgt haben und meiner Freundin Carolin, die mir oft genug während der Ausarbeitung Mut und Durchhaltevermögen zugesprochen hat.

Thema der Arbeit:

״Interpretation und Vorschläge zur verbesserten Darstellung der normativen
Berechnungsvorgaben bei der energetischen Inspektion von Klimaanlagen“

Seit 2013 sind mit der DIN SPEC 15240 die Vorgehensweise und die Berechnungsvorschriften für die energetische Inspektion von Klimaanlagen im Zusammenhang mit der Umsetzung europäischen Rechts erstmals geregelt Die Tatsache, dass aber bereits seit 2007 die energetische Inspektion von Klimaanlagen gesetzlich vorgeschrieben ist und diesbezügliche Vergehen mit Z.T. hohen Bußgeldern geahndet werden können, untermauert die Notwendigkeit klarer Vorgaben über das Niveau einer SPEC-Norm hinaus.

Aufgrund der teilweise großen Inspektionsumfänge und angesichts des großen nationalen Handlungsbedarfs gerade im Kontext einer wirtschaftlichen Bearbeitung, ist eine klarstrukturierte Dokumentation der aufzunehmenden Daten, der festgelegten einheitlichen Randbedingungen und der erarbeiteten Ergebnisse der Inspektion zwingend erforderlich und heute nur vorschlagsweise gegeben.

Demgegenüber sind aufgrund der schnellen Umsetzung in nationales Recht keine einheitlich festgelegten Darstellungsformen für die energetische Inspektion geregelt Berechnungsprogramme sind nicht in vollem Umfang vorhanden.

In einem ersten Schritt werden die Historie der energetischen Inspektion, die vorliegenden gesetzlichen und normativen Randbedingungen, die Vor- und Nachteile der energetischen Inspektion für den Inspekteur und seinen Kunden sowie die energetische Inspektion selbst vorgestellt Besonderes im Vordergrund steht dabei die Interpretation und Klarstellung der Berechnung der Energiekennwerte, verbunden mit allgemeinen Aussagen zur Zweckdienlichkeit dieser Kennwerte. Hierzu sind Vorschläge zu machen, inwieweit es möglich ist, die Einheitlichkeit der Energiekennwerte zu detaillieren, um zu realistischeren Werten mit größerer Aussagekraft zu gelangen.

Abschließend wird am Beispiel einer realen RLT-Anlage eine energetische Inspektion vollzogen, um zu praxisnahen Verbesserungsvorschlägen zu gelangen, die auf dem bewertenden Vergleich der Vorgaben mit der Inspektionstätigkeit selbst beruhen.

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird die energetische Inspektion von Klimaanlagen nach DIN SPEC 15240 beschrieben. Die normativen Berechnungsgrundlagen werden auf Verwendbarkeit geprüft Bei Berechnungsschritten, welche durch die DIN SPEC 15240 noch nicht eindeutig vorgegeben sind werden Vorschläge zur einheitlichen Berechnung dieser Kennwerte gegeben.

Eine energetische Inspektion wird an einer Bestandsanlage der Hochschule Offenburg beispielhaft durchgeführt Anhand dieser Inspektion werden die Energiekennwerte der tatsächlichen Anlage berechnet und mit der EnEV- Referenzanlage verglichen. Es werden Optimierungsmöglichkeiten der Bestandsanlage aufgezeigt, sowie eine Bewertung zu Einsparpotenzialen.

Es wird ein Berechnungsvorschlag für die Bewertung von Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen gegeben. Ebenfalls wird eine Lösung für die Berechnung der Kaltwasserverteilung bei abweichender Anlagenschematik vorgeschlagen.

Die zu inspizierende Bestandsanlage wird durch eine Absorptionskältemaschine mit Kaltwasser versorgt Im Einzelnen ergibt sich für den Energiekennwert des Lüftungsgerätes ein Wert von 19,5 kWh/(m[3]/h*a) und für den Energiekennwert der Kälteerzeugung ein Wert von 0,81.

Beide Werte sind schlechter, als die von der EnEV geforderten Referenzwerte. Daraus zeigt sich, dass die inspizierte Anlage Potenzial zur Optimierung hat.

1 Einleitung

Die Steigerung der Energieeffizienz ist in Deutschland ein immer größer werdendes Mittel zur Energie- und C02 Einsparung.

Laut einer Studie von MCKinsey&Company [1] gibt es im Industrie und Gebäudesektor C02-Einspa1׳potenzial und damit verbunden auch Energieeinsparpotenzial (vgl. Abbildung 1-1 und Abbildung 1-2). Ein großer Teil dieses Einsparpotenzials liegt im Betrieb von raumlufttechnischen Geräten (RLT- Geräte).

Die rot umrandeten Kategorien, welche einem RLT-Gerät zugewiesen werden können (siehe Abbildung 1-1 und 1-2), weisen alle ein C02 Vermeidungspotenzial, bei gleichzeitigen negativen Kosten auf. Das bedeutet, dass diese Bereiche bei Optimierung nicht nur C02 einsparen, sondern sich dabei durch die verbundene Energieeinsparung auch amortisieren.

Ein Schritt in Richtung Nutzung dieses vorhandenen Potenzials, ist die energetische Inspektion von Klimaanlagen, welche vom Gesetzgeber in Deutschland verpflichtend eingeführt wurde. Die folgende Bachelorarbeit befasst sich mit dieser Thematik und erläutert neben den normativen Berechnungen der geforderten Kennwerte, auch beispielhaft einen Inspektionsvorgang einer Bestandsklimaanlage.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-1: Vermeidungskostenkurve des Gebäudesektors in Deutschland. Rot umrandet sind Teilgebiete der Optimierung von RLT-Geräten (bearbeitet [1]).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-2: Vermeidungskostenkurve des Industriesektors in Deutschland. Rot umrandet sind Teilgebiete der Optimierung von RLT-Geräten (bearbeitet [1]).

2 Historie der energetische Inspektion

Die Studie ״Chancen der Energetischen Inspektion für Gesetzgeber, Anlagenbetreiber und die Branche" der Forschungsinitiative Zukunft Bau, hat 119 vorhandene Inspektionsberichte ausgewertet und anhand jener das vorhandene energetische Potenzial der Inspektion in Deutschland abgeschätzt [2]

In den folgenden zwei Kapiteln wird dieses Potenzial erläutert

2.1 Potenzial der Inspektion in Deutschland

In Deutschland ist der Markt für RLT-Geräte groß. Laut der oben genannten Studie wurden in den letzten 20 Jahren ca. 35.000 bis 45.000 RLT-Geräte in Deutschland eingebaut Mit zu berücksichtigen ist eine Vielzahl von Altanlagen welche eine Dunkelziffer darstellen. In Zahlen ergibt das mindestens 700.000 bis 900.000 Lüftungsanlagen, die in Deutschland in den letzten 20 Jahren verbaut wurden und gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) einer energetischen Inspektion zu unterziehen sind. [2]

Die größte Gebäudegruppe der zu inspizierenden Anlagen sind: Büro-,Verwaltungs-, Handels-, Fabrik- und Werkstattgebäude. [2]

Da sich die energetische Inspektion nach den Richtlinien und Definitionen der EnEV orientiert und dort die Definition der Klimaanlage an die Funktion ״Kühlen" gekoppelt ist, kann nicht davon ausgegangen werden, dass mindestens 700.000 Lüftungsanlagen inspiziert werden müssen. Aus Marktdaten über die installierte Kälteleistung in Deutschland geht hervor, dass ca. 150.000 Kältemaschinen einer energetischen Inspektion zu unterziehen sind. [2]

Bezogen auf die Kälteleistung müssen daraus ca. 355.000 RLT-Geräte inspiziert werden. Zum 01.10.2013 hätten alle Anlagen größer 12 kW einer energetischen Inspektion unterzogen sein müssen, welche vor dem 01.10.2003 errichtet worden sind. Daraus folgt, dass ca. 68% (170.000 bis 290.000 Stück) der Bestandsanlagen von RLT-Geräten bis dato inspiziert sein sollten und 64 % (20.000 Stück) des Bestandes der Kaltwassersätze. Diesen enormen Stückzahlen stehen (Stand 13.03.2013) ca. 4.300 Inspektionen gegenüber, was stückzahlbezogen lediglich 1,4 % bis 2,3 % an durchgeführten Inspektionen ergibt [2]

Es ist zu erkennen, dass die gesetzlichen Grundlagen zwar gegeben sind, sich die Durchführung dieser Pflichtinspektion bis jetzt aber noch in der Anfangsphase befindet

2.2 Energetisches Einsparpotenzial der Inspektion in Deutschland

Das Einsparpotenzial der energetischen Inspektion ist groß. Anhand der in Kapitel 2.1 beschriebenen Studie wurde dieses Potenzial in Zahlen gefasst und dokumentiert Durch Maßnahmen, die den Anlagenbetrieb des RLT-Gerätes optimieren, können ca. 28 % der Luftaufbereitungskosten gesenkt werden. Im Falle der 119 Inspektionsberichte entspricht dies einer spezifischen Kostensenkung von 0,33 €/(m[3]/h). Bei zusätzlichem Tausch der Komponenten durch neue, effizientere Komponenten können sogar bis zu 47 % (- 0,55 €/(m[3]/h)) eingespart werden. [2]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wenn man bedenkt, dass nach zehn Jahren eine erneute Inspektion fällig ist, wird ersichtlich, dass sich eine Inspektion bereits nur durch die Anlagenoptimierung amortisieren kann. Dabei ist hier nur der Aspekt der Einsparung des RLT-Gerätes berücksichtigt. Die Kältetechnik birgt weitere Einsparpotenziale.

Die Kältetechnik zeigt ein maximales Einsparpotenzial von 56 % [2]. Dabei zeigt sich aber, dass das Einsparpotenzial der Kältetechnik im Vergleich zur Raumlufttechnik als verhältnismäßig gering einzuschätzen ist [2].

Energetische Einsparpotenziale bieten jedoch beide Bereiche. Je nach Hochrechnung lässt sich laut Studie 11,9-20,4 TWh Wärme und 7,5-12,5 TWh elektrische Energie jährlich einsparen. Daraus ergibt sich zusätzlich eine jährliche C02 Reduzierung von ca. 7,7 bis 12,9 Mio.t[2]

Durch diese Studie wird belegt, dass eine Primärenergieeinsparung von über 40 % (siehe Anhang A.1, Abbildung 8-1) bei Betriebsoptimierung und Komponententausch in Deutschland möglich ist. Daraus wird ersichtlich, dass eine gesetzlich verpflichtende Inspektion sinnvoll und auch wichtig ist [2]

3 Grundlagen

In diesem Kapitel wird zunächst auf die Definition der raumlufttechnischen Geräte, deren Stellschrauben zur Energieeffizienz und die Definition der Klimaanlage im Sinne der energetischen Inspektion eingegangen. Die gesetzlichen und normativen Rahmenbedingungen und die energetische Inspektion im Allgemeinen werden im Anschluss erläutert.

3.1 RLT-Gerät

Wenn stoffliche und wärmetechnische Lasten mittels einer reinen Fensterlüftung nicht mehr ausreichend abführbar sind, kommen RLT-Geräte zum Einsatz, um die betroffenen Bereiche maschinell zu Be- und Entlüften. [3]

3.1.1 Definition RLT-Gerät

Ein RLT-Gerät besteht je nach Ausführung aus folgenden Hauptkomponenten:

- Filter
- Ventilator
- Erhitzer
- Kühler
- Befeuchter
- Schalldämpfer
- Wärmerückgewinnung

Tabelle 3-1 definiert die verschiedenen RLT-Geräte im Sinne der EnEV. In dieser Tabelle werden die Anlagen nach thermodynamischen Funktionen klassifiziert

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.2 Definition Klimaanlage

Zur Bewertung einer Klimaanlage muss im Voraus der Begriff Klimaanlage definiert werden. In der Energy Performance of Building Directive (EPBD) von 2010 wird darauf verwiesen, dass ein e ״Klimaanlage die Kombination sämtlicher Bauteile ist, die für eine Form der Raumiuftbehandiung erforderlich sind, durch die die Temperatur geregelt wird oder gesenkt werden kann. "[5]

Die Umsetzung der EPBD Richtlinie in nationales Recht erfolgt in Deutschland teilweise über die DIN SPEC 13779 (Lüftung von Nichtwohngebäuden Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme).

Nach EnEV ist die Klimaanlage an die Funktion ״Kühlung" gekoppelt, was bedeutet, dass auch Raumkühlsysteme ohne Lüftungsfunktion im Sinne der EnEV als Klimaanlagen zu sehen sind.

Mit diesen Festlegungen und der zusätzlichen Anforderung der EnEV 2014 aus §12, dass nur Anlagen mit Nennkühlleistung größer 12 kW der Inspektionspflicht unterliegen, ist der Begriff Klimaanlage im Sinne der energetischen Inspektion und der Anwendungsbereich der DIN SPEC 15240 (Lüftung von Gebäuden- Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden -Energetische Inspektion von Klimaanlagen) definiert.

Auf welche Systemgrenze sich die Nennkühllast beziehen soll ist allerdings nicht zu 100% definiert Die DIN SPEC 13779 definiert die Klimaanlage durch einen Kälteerzeuger, der in der Summe mehr als 12 kW Nennkälteleistung je Nutzungseinheit oder Gebäude besitzt [4]

Diese Formulierung muss vom Gesetzgeber spezifiziert werden. Im Verlauf dieser Arbeit wird davon ausgegangen, dass die 12 kW Kälteleistung pro Nutzungseinheit und nicht pro Gebäude zu sehen sind (vgl. Anhang A.2).

3.1.3 Stellschrauben zur Energieeffizienz

Tabelle 3-2 zeigt eine Übersicht der möglichen Energieeinsparungen im Bereich der Raumlufttechnik. Das Einsparpotenzial ist jeweils spezifisch für die beiden Energieformen Wärme und Strom unterteilt.

Tabelle 3-2: Pauschale Faktoren zur Schätzung der Energieeinsparpotenziale von Einzelempfehlungen im

Bereich der Raumlufttechnik [2]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Es wird nun speziell auf die Maßnahmen für ein RLT-Gerät eingegangen und dessen Einsparpotenziale erläutert.

3.1.3.1 Lufttransport

Ventilatoren sorgen dafür, dass der Lufttransport von statten geht. Der Energiebedarf kann wie folgt berechnet werden: mit

Aus der Gleichung (3.1) wird ersichtlich, dass der Energiebedarf für den Lufttransport vom Druckverlust, dem Volumenstrom, dem Gesamtwirkungsgrad der Ventilatoren und der Betriebszeit abhängt. Es werden in den folgenden Kapiteln die einzelnen Faktoren und deren Potenziale zur Energieeffizienzerhöhung betrachtet

3.1.3.2 Luftvolumenstrom

Ein Ansatzpunkt zur Einsparung von Energie am RLT-Gerät ist die Reduzierung des Volumenstromes. Dabei muss beachtet werden, dass die Anforderungen an die Wärme-, Kälte- und Stoffabfuhr der Räume erfüllt werden. Die Anlagen sind im Normalfall für die jeweilige Nutzung ausgelegt und damit hängt die Minderung des Luftvolumenstromes mit einer Verschlechterung der Raumluftqualität zusammen. [6]

Es gibt Zeiten, an denen die Nennbelastung der Räume geringer ist als im Auslegungszustand (z. B. weniger Personen / Geräte im Raum). Bei diesen Betriebsbedingungen könnten die Anlagen mit einem geringeren Luftvolumenstrom gleiche Raumluftqualitäten wie unter Nennbedingung erzeugen. Anlagen, die den Volumenstrom an den aktuellen Bedarf anpassen, nennt man variable Volumenstromsysteme (WS). WS können bei korrekter Steuerung bis zu 70 % Energieeinsparung gegenüber Konstantvolumenstromsystemen erreichen. [6]

3.1.3.3 Druckverlust

Der Druckverlust des Kanalnetzes (Nennbetrieb), in welchem der Ventilator eingesetzt ist, ist gleichzeitig die benötigte Druckerhöhung des Ventilators. Durch die gegebenen Strömungsvorgänge und die damit verbundenen Reibungsverluste ist der Druckverlust des Kanalnetzes gegeben. [6]

Die Druckverluste können durch größere Kanäle / Rohre verringert werden. Auch große Radien bei Richtungswechseln anstatt rechtwinkliges abknicken der Kanäle vermindern den Druckverlust. Diese beiden Vorschläge stehen im Konflikt mit der Gebäudenutzung, da der zusätzliche Platzbedarf der Lüftung vom nutzbaren Gebäudevolumen abgeht [6]

Ein weiterer Grund für einen erhöhten Druckverlust besteht in der nicht ordnungsgemäßen Wartung. Falls keine Wartung der Anlage durchgeführt wird verschmutzen die Luftfilter. Ein alter nicht gewarteter Luftfilter der zugesetzt ist, verursacht im Vergleich zu einem Neuen, je nach Filterklasse, ״ca. 120 Pa bis 220 Pa"[6] mehr Druckverlust Dadurch wird der Energiebedarf des Lufttransportes um ca. 10 % bis 20 % erhöht.[6]

Nach Gleichung (3.1) ist der Energiebedarf des Lufttransportes proportional zum Druckverlust und dem gefördertem Volumenstrom. Dies hat zur Folge, dass eine Senkung des Druckverlustes automatisch zu einer Senkung des Energiebedarfes führt Die Verdopplung des Kanalquerschnitts führt zu einer Reduktion des Energiebedarfes der Luftförderung um 75 % [6], da die Druckverluste quadratisch von der Luftgeschwindigkeit in den Kanälen abhängen.[6]

3.1.3.4 Betriebszeit

Die Betriebszeit der Anlage ist ein weiterer Effizienzhebel des Lüftungsgerätes. Es kann passieren, dass durch Änderungen der Nutzungsarten Räume und sogar ganze Gebäude zu lange belüftet werden. In der DIN EN 13779 (Lüftung von Nichtwohngebäuden-Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme) werden mögliche Arten der Regelung des RLT-Gerätes beschrieben (vgl. Anhang A.2, Tabelle 8-1). Eine optimale Regelung bietet die bedarfsabhängige Regelung durch C02-Senso1׳en. Hierbei wird der genaue Belastungsgrad des Raumes gemessen und daraus der notwendige Frischluftvolumenstrom für den Raum bestimmt. [6]

Bei dieser Regelung ist der Platzierung der Sensoren besondere Beachtung zu schenken. Die Sensoren sollten möglichst im Aufenthaltsbereich der Personen angebracht werden, jedoch nicht direkt im Zuluftstrahl. Befinden sich die Sensoren im Zuluftstrahl wird nicht der C02 Gehalt des Raumes gemessen, sondern der C02 Gehalt der Zuluft. Dies würde zu geringeren Volumenströmen führen und damit zu einer Verschlechterung der Raumluftqualität [6]

3.1.3.5 Wärmerückgewinnung

Die Wärme- und Kälterückgewinnung mindert den thermischen Energieaufwand zur Luftaufbereitung. Heutige Wärmerückgewinnungssysteme (WRG-Systeme) erreichen Rückwärmzahlen von über 70 %. Das bedeutet, dass der thermische Energieaufwand zur Luftaufbereitung eine Einsparung bis über 70 % erfährt. Im Sommerfall ist zu prüfen, ob die WRG nicht besser mit einem Bypass umfahren wird. Die mögliche Kühlung durch die WRG im Sommer ist als eher gering einzuschätzen und der zusätzliche Druckverlust der WRG mindert die Netto-Energieeinspa1׳ung.[6]

Diese Druckverluste zeigen sich in Tabelle 3-2 durch die negativen Stromwerte in den Zeilen WRG nachrüsten und WRG verbessern.

3.1.3.6 Feuchtigkeit

Luftfeuchtigkeit kann, falls die Anforderung einer Luftfeuchteregelung besteht, über das RLT-Gerät geregelt werden. Die benötigte Energie für die Befeuchtung durch Dampf ist nicht unerheblich, da dabei die Verdampfungsenthalpie des zugeführten Wassers aufzubringen ist Bei der sogenannten adiabaten Befeuchtung muss wiederum die Luft auf die Temperatur der Ausgangsenthalpie der Zuluft erhitzt werden. Anschließend kann wieder adiabat befeuchtet werden. Dies bringt jedoch eine Überdimensionierung des Lufterhitzers mit sich. [6]

Bei der Entfeuchtung muss die Luft unter die Taupunkttemperatur gekühlt werden bis die gewünschte absolute Feuchte erreicht wird. Danach wird sie auf die gewünschten Zulufttemperatur erhitzt. [6]

Zur Energieeinsparung können sogenannte Feuchterückgewinner beitragen. Die Rückfeuchtzahlen liegen je nach verwendetem System bei bis zu 60 %. Daraus resultiert eine weitere Energieeinsparung des RLT-Gerätes im Bereich Feuchterückgewinnung. Zur Energieeinsparung können sogenannte Feuchterückgewinner beitragen. Die Rückfeuchtzahlen liegen je nach verwendetem

System bei bis zu 60 %. Daraus resultiert eine weitere Energieeinsparung des RLT- Gerätes im Bereich Feuchterückgewinnung. [6]

3.1.3.7 Leckage

Die DIN SPEC 15240 geht von einer Standardleckagerate von 15 % aus. Diese Leckage entsteht durch reine Undichtigkeit der Kanalsysteme und des RLT-Gerätes. Wie in Kapitel 3.1.3.3 bereits erwähnt, verhält sich der Volumenstrom proportional zur Energieaufnahme, was bedeutet, dass sich die prozentuale Minderung der Leckage im gleichen Maße auf die Energieeinsparung der Luftförderung auswirkt. [7]

Durch die Wahl einer höheren Dichtheitsklasse kann die Leckage auf unter 1 % gesenkt werden. Bei Bestandsanlagen wird im Normalfall keine Erneuerung des Kanalnetzes beauftragt, da dies mit einem großen Aufwand verbunden ist. Die Aufmerksamkeit sollte daher eher auf den Verbindungen des Kanalnetzes, sowie den Wasseranschlüssen der Erhitzer und Kühler liegen.[6]

3.2 Gesetzliche Rahmenbedingungen

Die energetische Inspektion wird verbindlich durch Richtlinien und Verordnungen vorgeschrieben. International durch die EPBD, die national durch die EnEV umgesetzt wird.

3.2.1 Energy Performance of Buildings Directive

Die EPBD ist eine europäische Richtlinie für energieeffiziente Gebäude. In der EPBD 2002 ist erstmals in Artikel 9 (Inspektion von Klimaanlagen) festgelegt, dass zur Senkung des Energieverbrauches und Begrenzung der Kohlenstoffdioxidemissionen Klimaanlagen größer als 12 kW Nennkühlleistung einer regelmäßigen Inspektion zu unterziehen sind. [8] Hier wird bereits auf eine verknüpfte Sichtweise zwischen Anlage und zu versorgender Flächen (Gebäude) verwiesen.

Die EPBD 2010 konkretisiert den Artikel 9 aus der EPBD 2002 weitergehend. Es soll ein Kontrollsystem eingerichtet werden, welches die Inspektionsberichte überprüft Dafür wird in Artikel 15 (Inspektion von Klimaanlagen) der Inhalt des Inspektionsberichtes definiert. Dieser soll das Ergebnis der inspizierten Anlage beinhalten, sowie Empfehlungen für kosteneffiziente Verbesserungen. Dies kann z. B. durch einen Vergleich zwischen der Bestandsanlage und einer optimierten Anlage geschehen. [5]

3.2.2 EnEV

Die energetische Inspektion wird in der EnEV von 2007 erstmals verpflichtend vorgeschrieben. Durch die gesetzten Fristen der EnEV 2007 sind heute (Stand 01.05.2015) alle Klimaanlagen mit einer Nennkühlleistung größer 12 kW zu inspizieren, die vor dem 01.05.2005 installiert wurden.

In der EnEV 2014 werden darüber hinaus auch die Anforderungen an den Inspekteur beschrieben. Dort heißt es, dass der Inspekteur einen Abschluss in der Fachrichtung Versorgungstechnik oder der technischen Gebäudeausrüstung mit jeweils einem Jahr Berufserfahrung, oder einen anderen technischen Studiengang mit einem Ausbildungsschwerpunkt in der Versorgungtechnik oder Gebäudeausrüstung mit 3 Jahren Berufserfahrung haben muss. [9]

Ebenso sind Referenzwerte für den Vergleich der Bestandsanlage mit einer Referenzanlage (siehe Anhang A.8) gegeben, welche den geforderten Stand der Technik und der Energieeffizienz nach EnEV beschreibt. Somit ist ein gesetzliches Referenzmodell gegeben, das zum Vergleich der Bestandsanlage herangezogen werden soll.

3.3 Normative Rahmenbedingungen

Die energetische Inspektion wird stark durch vier Normen geprägt

3.3.1 DIN SPEC 15240

DIN SPEC 15240 ist speziell für die energetische Inspektion geschrieben worden. Sie beinhaltet den heutigen Stand der Anforderung an eine energetische Inspektion. Auch beinhaltet sie Rechenverfahren für den Primärenergiebedarf, welche an die DIN V 18599 (Energetische Bewertung von Gebäuden-Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Tr inkwar mwasser und Beleuchtung) angelehnt sind. Der Inspektionsumfang ist in der DIN SPEC 15240 detailliert beschrieben. Dennoch wird darauf verwiesen, dass dies keine Norm, sondern nur eine Spezifikation ist. Der genaue Ablauf der Inspektion kann frei gewählt werden.

3.3.2 DIN V 18599

Die DIN V 18599 liefert die Berechnungsgrundlagen für die energetische Inspektion. Der Jahresprimärenergiebedarf von Gebäuden ist in dieser Norm thematisiert und kann durch diese berechnet werden. Speziell für die energetische Inspektion sind die Teile drei und sieben dieser Normenreihe für die vorgeschriebenen Berechnungen wichtig. Teil drei der Norm unterscheidet das Klimagerät in 46 verschiedene Varianten (vgl. Abbildung 3-1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Durch unterschiedliche Variation der dargestellten Komponenten wurden 46 verschiedene, als repräsentativ für gängige RLT-Geräte geltende, Varianten definiert (siehe Tabelle 3-1). Für jede der 46 Varianten sind Simulationen auf Basis des Testreferenzjahres 5 (Würzburg, durchschnittliches Klima für Deutschland) durchgeführt Die simulierten Energiekennwerte (Nutzenergiebedarf) für Wärme, Kälte und Dampf sind ebenfalls in Tabelle 3-3 aufgeführt

Tabelle 3-3: Spezifische Energiekennwerte (Auszug) [11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Durch diese Energiekennwerte kann der jährliche Nutzenergiebedarf der jeweiligen Anlagenvariation berechnet werden.

Im dritten Teil werden spezifische Nutzungszeiten der verschiedenen Gerätekomponenten definiert siehe Tabelle 3-4.

Tabelle 3-4: Jährliche relative Komponentennutzungszeit (Auszug) [11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diese Nutzungszeiten werden für die Berechnung der Nebenantriebe der Befeuchtung und Wärmerückgewinnung im Rahmen des Kennwerteverfahrens mit einbezogen.

Teil sieben der Norm dient zur Bestimmung des Energy Efficiency Ratio (EER) (siehe auch Kapitel 4.1). Dieser Teil enthält auch tabellierte Werte der Teillastfaktoren der Kälteerzeugung für verschiedene Verdichter- und Rückkühlarten. Diese Werte werden benötigt um Kennwerte der Anlage zu bestimmen.

DIN EN 13779

DIN EN 13779 ist eine Norm, die Kriterien für die mechanische Lüftung und Klimatisierung von Nichtwohngebäuden beinhaltet, welche für den Aufenthalt von Personen bestimmt sind. Diese Norm kategorisiert die Innenraumqualität in vier feste Kategorien (IDA 1 bis IDA 4). Wobei IDA 1 eine hohe Raumluftqualität und IDA 4 eine niedrige Raumluftqualität bedeutet

Auch die Außenluftqualität wird in drei Stufen von ODA 1 (saubere Luft) bis ODA 3 (sehr hohe Konzentration von Staub und Gasen) beurteilt Daraus kann abgeschätzt werden, welche Filter benötigt werden um gewisse Raumluftqualitäten zu erreichen (vgl Anhang A.9).

Weitergehend gibt diese Norm Angaben zu Druckverlusten verschiedener Bauteile des RLT-Gerätes und legt gleichzeitig die Kategorien des Specifc Fan Power (SFP) Wertes fest. Der SFP-Wert kennzeichnet die Leistungsgüte des Ventilators.

Weiterhin wird in der DIN EN 13779 die Korrektur des Psfp.sup bei besonderer Anforderung an die Zuluft berücksichtigt (siehe Tabelle 3-6). Diese Werte werden mit den Psfp Werten aus Tabelle 3-5 addiert und so ergeben sich je nach Anlagenkonstellation neue SFP Kategorien, speziell für die zu untersuchende Anlage.

DIN EN 15251 (Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden-Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik) liefert Parameter für das Innenraumklima. Diese Parameter haben erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und die Energieeffizienz des Gebäudes. Je höher die Anforderungen an das Innenraumklima, desto höher ist der benötigte Energieaufwand der jeweiligen Zonen. Diese Kriterien sind als Eingangsparameter für die Auslegung des Gebäudes, bzw. als Vergleichswerte bei Inspektionen zu verwenden. [13]

Außerdem definiert diese europäische Norm die Außenluftvolumenströme verschiedener Gebäudekategorien für verschiedene Nutzungen. Tabelle 3-7 zeigt Beispiele für Lüftungsraten. Die Gesamtlüftungsrate wird durch die Anzahl der Personen, die Fläche, den Schadstoffgrad des Gebäudes, der Kategorie und der Nutzungsart bestimmt (vgl. auch Anhang A.10).

Tabelle 3-7::Beispiele für empfohlene Lüftungsraten [13]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.4 Energetische Inspektion

Dieses Kapitel gibt einen Ein- und Überblick in den Ablauf der energetischen Inspektion und verweist dabei auf die nötigen Randbedingungen, welche Voraussetzungen sind, um eine ordnungsgemäße Inspektion durchzuführen.

3.4.1 Übersicht

Im Rahmen der energetischen Inspektion, werden die Anlagen in verschiedene Inspektionsklassen eingeteilt (Tabelle 3-8).

Tabelle 3-8: stufen der energetischen Inspektion [7]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diese drei Klassen sind je nach Anlage umzusetzen. Falls der Betreiber der Anlage zusätzliche Messungen durchführen möchte (Klasse C), müssen diese separat vereinbart werden.

Das Ergebnis jeder dieser Klassen ist ein Bericht über die energetische Inspektion der Klimaanlage. Dieser Bericht soll die aufgenommene Bestandsanlage mit einer Referenzanlage nach EnEV-Standard vergleichen und dabei Optimierungsvorschläge für die energetische Effizienz und den Austausch von Komponenten kundtun.

Abbildung 3-2 zeigt eine grafische Übersicht der energetischen Inspektion nach DIN SPEC 15240. Diese Abbildung ist strikt an die DIN SPEC 15240 gehalten. Es wird sowohl ein kurzer Überblick über die Inspektion und die zu ermittelnden Werte, als auch einen Einblick in die benötigten Messungen und die Verweise auf geltende Normen gegeben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-2: Inspektionsumfang (eigene Zeichnung)

3.4.2 Randbedingungen

Die Feststellung der Inspektionspflicht der Anlage, ist nach den gegebenen Definitionen (siehe Tabelle 3-8) und mit Absprache des Betreibers fest zu stellen.

Die gebäude-, anlagen- und nutzungsspezifischen Randbedingungen sind zu ermitteln. Dies beinhaltet:

Die Anforderungen an das Gebäude Die Energieeffizienz der RLT-Anlage Die Energieeffizienz der Kälteanlage

Weiterhin wird vorausgesetzt, dass Wartungen der zu untersuchenden Anlagenbestandteile der Klimaanlage durchgeführt wurden. Ohne Wartung werden falsche Messwerte (z. B. bei zugesetzten Filtern erhöhte Druckverluste) aufgenommen und die ganze energetische Inspektion wird auf Grundlage falscher Parameter durchgeführt [7]

3.4.3 Inspektionsablauf

Der Inspektionsablauf kann vom Inspekteur bestimmt werden. Die nachfolgende Beschreibung soll ein Vorschlag für den Ablauf einer Inspektion sein.

Die Inspektion an sich enthält drei Ablaufschritte:

Zur Vorbereitung des Ortstermins gehört die Absprache mit dem Anlagenbetreuer. Dieser sollte, falls möglich, schon im Voraus sämtliche Anlagendokumentationen, Gebäudedokumentationen, Gebäudeenergieausweise, Protokolle (Wartung/Umbau) und sonstige verfügbare Daten über die zu inspizierende Anlage und das Gebäude zur Einsicht bereitstellen, um den Aufwand des Ortstermins so gering wie möglich zu halten. Es ist von Vorteil die Anlage vor der Inspektion auf dem Blatt zu sichten, um gleich einen Überblick zu bekommen, welche Daten schon vorhanden sind und welche beim Ortstermin zu ermitteln sind. Außerdem können abweichende Parameter Aufschluss über Umbauten, Sanierungen oder Änderung der Nutzung geben. [10]

Zu 2.:

Der Ortstermin sollte möglichst mit dem Einstellen der Anlage auf den Nennvolumenstrom, beziehungsweise auf den repräsentativen Volumenstrom der Zuluft, beginnen. Der repräsentative Zuluftvolumenstrom ist jener Volumenstrom, mit dem die Anlage die meiste Zeit betrieben wird. Die statische Einstellung des Zuluftvolumenstroms ist essentiell, vor allem bei volumenstromvariablen Systemen muss der Nennvolumenstrom eingestellt werden. Nur so kann sichergesteht werden, dass die Anlage im Auslegungszustand betrieben wird und sich nicht über ändernde Anforderungen selbst reguliert. Andere Betriebszustände wären nicht repräsentativ für die Bewertung der Anlage. Bei nicht repräsentativen Betriebszuständen werden Anlagenwerte berechnet und gemessen, welche das reale Verhalten der Anlage nicht wiederspiegelt. Dies setzt voraus, dass die Anlagenbetreiber wissen welcher Volumenstrom hauptsächlich betrieben wird. [10]

Je nach Anlagengröße benötigt die Anlage eine gewisse Zeit, bis sie sich auf den eingestellten Wert einschwingt. Deshalb sollte diese Einstellung direkt zu Beginn der Inspektion vorgenommen werden.

Es muss die Gesamtstruktur der Lüftungsanlage und der Kälteanlage festgestellt werden. Dies sollte mit der Begehung der kompletten Anlage geschehen. Es sollten Sichtprüfungen an Kanälen und Leitungen stattfinden, welche ohne großen Aufwand ersichtlich sind. [10]

Bei der Begehung müssen alle notwendigen Komponenten der Lüftungs- und Kälteanlagen die für die Berechnung relevant sind aufgenommen werden (siehe Anhang A.3).

Nachdem die Anlage eingeschwungen ist, können die Messungen der Inspektion durchgeführt werden. Die essentiellen Messungen beinhalten:

- Volumenstrom der Außenluft
- Volumenstrom der Abluft
- Druckerhöhung der Zu- und Abluftventilatoren
- Elektrische Leistungsaufnahme aller Ventilatoren

Die Messungen sind durch die DIN EN 12599 (Lüftung von Gebäuden-Prüf- und Messverfahren für die Übergabe raumlufttechnischer Anlagen) genormt und somit klar definiert (vgl. Anhang All, Tabelle 8-15). Die Messungen sollten möglichst zeitgleich erfolgen, da bei allen Messungen der gleiche Betriebszustand herrschen muss.

Nach den Messungen werden die versorgten Zonen (Räume) aufgenommen. Dies beinhaltet die Bestimmung der Nutzungsart und der vorhandenen Personen. Beide Daten sind essentiell für die Bestimmung und den Vergleich der Anlagenkennwerte. Weiterhin werden alle notwendigen Parameter für die Kühllastberechnung der Räume aufgenommen (vgl. Anhänge A.13). Gleichzeitig kann bei der Begehung der Räume die Akustik der Anlagenauslässe bei Nennbedingung kontrolliert werden.

Zu 3.:

Die Aufbereitung der Ergebnisse des Ortstermins findet gesondert statt. Hierbei wird die komplette Anlage in Relation zum Gebäude gesetzt Die Kühllast der versorgten Zonen wird mit der Kälteleistung der Anlage verglichen. Der Außenluftanteil wird in Relation mit den Personen gesetzt (vgl. auch Tabelle 3-7). Die Anlagenspezifischen Kennwerte werden berechnet und mit der Referenzanlage nach EnEV verglichen. [10]

Der entstehende Bericht soll dabei dem Anlagenbetreiber Schwächen und Stärken der Anlage aufzeigen. Außerdem sollen dem Betreiber einfache Anlagenoptimierungsmöglichkeiten dargelegt werden. Des Weiteren soll der Bericht den Istzustand mit dem Auslegungszustand vergleichen. [10]

Weiterhin muss sich der Bericht nicht nur auf die Anlagenoptimierung beziehen, sondern auch auf die zu versorgenden Zonen. So kann z. B. bei einer hohen Kühllast Empfehlungen zu einem besseren Sonnenschutz oder zum Tausch der vorhandenen Fenster geäußert werden. [10]

4 Energiekennwerte

Die Energiekennwerte der Inspektion, welche zur Vergleichbarkeit und zur Bestimmung des Gütegrades der Gesamtanlage berechnet werden, sind in den folgenden Kapiteln beschrieben.

Dabei wird gleichermaßen auf die Berechnung, sowie auf die Interpretation und Zweckdienlichkeit der berechneten Kennwerte eingegangen.

Die Dringlichkeit zur Erstellung einer Norm für die energetische Inspektion und der damit verbundene Zeitdruck, ist ein Kriterium weshalb oftmals keine eindeutige Verwendung der Berechnungsverfahren gegeben ist. Erläuterungen zu den Rechnungsschritten sind sehr knapp gehalten, sodass ein Nach vollziehen der einzelnen Berechnungsschritte zeitintensiv ist.

Die folgenden Kapitel behandeln diese Diskrepanz und sollen verständlich aufzeigen, dass vor allem die Rechnungen in einer klaren und einheitlichen Struktur definiert sein sollten, um die Vergleichbarkeit, sowie die Qualität der einzelnen Berichte untereinander gewährleisten zu können.

4.1 EER

Der EER beschreibt die Kälteleistungszahl für eine Kältemaschine.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der EER sagt aus, wie viel ״Kälteenergie" die Kältemaschine aus einem Kilowatt elektrischer Antriebsenergie gewinnen kann. Diese Kennzahl repräsentiert die Kälteanlage aber nur unter Nennlastbedingungen und ist daher kein reeller Durchschnittswert. Je nach Teillastverhalten kann der EER variieren. Der EER kann entsprechend der Art der Regelung der Kältemaschine besser oder schlechter werden.

Dieser Wert ist ein Teilkennwert der energetischen Inspektion. Er wird benötigt um die Energieeffizienz der Kompressionskältemaschine zu beurteilen. Außerdem wird er benötigt, um die zwei Kennwerte Effizienzkennwert Kälteerzeugung (Ekk) und Energiekennwert RLT-Gerät (Erlt) zu berechnen.

Für die energetische Inspektion kann der EER entweder aus gesicherten Herstellerunterlagen entnommen, durch Standardwerte der DIN V 18599-7 berechnet, oder nach Art der Kältenutzung ausgewählt werden. Die Tabellen 4-1; 4­2 und 4-3 zeigen beispielhaft Standardwerte verschiedener Kältemaschinen auf.

Tabelle 4-1: Standardwert Nennkälteleistungszahl EER für wassergekühlte
Kompressionskältemaschinen [14]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 4-2:Nennkälteleistungszahl EER für Raumklimasysteme größer 12 kW luftgekühlt [14]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für luftgekühlte, RLT-integrierte Kompressionskälteerzeuger mit Kondensatoren In der Fortluft gilt: ЕЕ Reha = EER 0,83

Diese Werte aus Tabelle 4-1, Tabelle 4-2 und Tabelle 4-3, können als Standardwerte für Kältemaschinen, welche ab 1990 gebaut worden sind, verwendet werden. Für ältere Anlagen muss der ermittelte EER noch mit einem Baualtersfaktor verschlechtert werden (siehe Tabelle 4-4).

Tabelle 4-4:Baualtersfaktor [14]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Speziell in der DIN SPEC 15240 wird darauf verwiesen, dass für die Berechnung des Ekk die Werte aus den drei oben genannten Tabellen genommen werden sollen. Für die Berechnung des ERLT verweist die DIN SPEC 15240 auf die Tabelle 4-5.

Tabelle 4-5: EER [8]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mit diesen Werten kann der EER berechnet werden. Die Messung des EER an der Bestandsanlage ist im Rahmen der energetischen Inspektion zu aufwändig und sollte nur nach konkreter und separater Vereinbarung mit dem Betreiber erfolgen. Falls gesicherte Messwerte vorliegen, bei denen die Systemtemperaturen merklich von den Standardwerten abweichen, kann der EER auch über zugehörige Formeln der DIN V 18599-7 (vgl. Anhang A4) korrigiert werden.

4.2 Nennwärme Verhältnis

Bis jetzt werden Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen in der DIN SPEC 15240 nicht mitberücksichtigt. Die Leistungszahl dieser Kälteerzeuger wird erläutert, da sie für spätere Berechnungsvorschläge in dieser Bachelorarbeit verwendet werden.

Das Nennwärmeverhältnis (Ç) ist die Leistungszahl für Adsoprtions- und Absorptionskältemaschinen und ist wie der EER der Quotient aus Nutzen durch Aufwand:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(?Kälte,N Nennkälteleistung der Kältemaschine in kW und

(?Austreiber,N zugeführte thermische Energie am Austreiber. [3]

Der Aufwand bei der Adsorptions- und Absorptionskältemaschine ist die zugeführt thermische Energie, die zum Austreiben benötigt wird. Tabelle 4-6 und Tabelle 4-7 beinhalten Standardwerte für das Nennwärmeverhältnis.

In den beiden oben erwähnten Tabellen werden ebenfalls der Teillastfaktor, der Nutzungsfaktor der Rückkühlung und der spezifische interne Hilfsenergiebedarf der Pumpen (Normwerte) angegeben.

Tabelle 4-6: Nenn Wärmeverhältnis Teillastfaktoren und mittlere Nutzungsfaktoren Rückkühlung für Ab-
und Adsorptionskälteanlagen [14]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 4-7: Nennwärmeverhältnis (Fortsetzung) [14]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.3 Energiekennwert Luftaufbereitungsgerät

Der Erlt ist der Energiekennwert des Lüftungsgerätes. Er wird zur Bewertung der Energieeffizienz des Lüftungsgerätes benutzt und wird wie folgt definiert

4.3.1 Definition

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Erlt der Energiekennwert des RLT-Gerätes [Wh/(m3/h*a)J,

qH der spezifische Wärmeenergiebedarf für die Außenluftaufbereitung

[Wh/(m3/h-a)J (aus DIN V 18599-3); bei Umluftanlagen berechnet mit der gleichwertigen Wärmerückgewinnung nach Anhang A.5 (Abbildung 8-2),

/н der Endenergiefaktor Wärme (berücksichtigt Übergabe, Verteilung und

Erzeugung) nach Anhang A.5 (Tabelle 8-5),

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] der Primärenergiefaktor Wärme nach Anhang A.5 (Tabelle 8-5),

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] der spezifische Kälteenergiebedarf für die Außenluftaufbereitung

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] (aus DIN V 18599-3); bei Umluftanlagen berechnet mit der gleichwertigen Wärmerückgewinnung nach Anhang A.5 (Abbildung 8-2),

/с der Endenergiefaktor Kälte nach Anhang A.5 (Tabelle 8-6),

/p s der Primärenergiefaktor Strom (elektrische Energie fp S = 2,4),

EER die Nennkälteleistungszahl (Energy Efficiency Ratio) [kW/kW],

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] der spezifische Elektroenergiebedarf Zuluftförderung [Wh/(m3/h*a)J siehe Kapitel 4.3.4,

9V,eta der spezifische Elektroenergiebedarf Abluftförderung [Wh/(m3/h*a)J siehe Kapitel 4.3.4,

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

qst der spezifische Nutzenergiebedarf der Dampfbefeuchtung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] der spezifische Hilfsenergiebedarf der Wärmerückgewinnung [[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] siehe Kapitel 4.3.6 und

qBEF der spezifische Hilfsenergiebedarf für die Befeuchtung (Zuluft und Abluft bei indirekter Verdunstungskühlung [[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]] (aus DIN V 18599­7). [7]

Die spezifischen Energiekennwertee qH, qc und qst werden durch die Variantenzahl bestimmt Es sind 46 verschiedene Varianten eines Lüftungsgerätes in der DIN V18599-3 festgelegt.

Tabelle 4-8: Spezifische Energiekennwerte (Auszug) [11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diese unterscheiden sich durch verschiedene Feuchteanforderungen, Befeuchter­Typ, WRG-Typ und die Rückwärmzahl. Es kann dabei noch eine Anpassung über die Betriebszeit, die Zulufttemperatur und Rückwärmzahl erfolgen, auf die im Verlauf dieser Arbeit noch eingegangen wird. Es ist zu erkennen, dass der Erlt eine Addition der unterschiedlichen Primärenergiebedarfe ist.

In den folgenden Kapiteln werden die einzelnen Energiebedarfe der Reihe nach erläutert

4.3.2 Heizung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der erste Term bildet den spezifischen Wärmeenergiebedarf der Luftaufbereitung ab. Er beschreibt die benötigte Primärenergie des Klimagerätes, um die Luft für die zu versorgenden Zonen zu erwärmen.

4.3.3 Kühlung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Kühlung (4.6)

Der zweite Term den spezifischen Kälteenergiebedarf der Luftaufbereitung ab. Er beschreibt wie viel Primärenergie das Klimagerät benötigt, um die Luft für die zu versorgenden Zonen zu kühlen.

4.3.4 Luftförderung

(4.7)

Dabei ist

_ Psfp,SUP/ETA * 4380 h qv,suP/ETA = gįoo

[...]

• Hochschule: Hochschule Offenburg
• Note: 1,3
• Autor: Ulrich Mäder (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2015
• Seiten: 143
• Katalognummer: V413248
• ISBN (eBook): 9783668672000
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Energetische Inspektion, DIN SPEC 15240, Energetische Bewertung von Lüftungsanlage, EnEV, DIN EN 13779, Energiekennwert, Energiekennwert Lüftungsanlage