Lüftungsanlagen


Zuletzt aktualisiert von Rolf Gloor am 25.02.2013

Artikel Introbild
Lüftungen werden vor allem in der Industrie eingesetzt und können einen grossen Teil des Energieverbrauchs ausmachen. Durch die Optimierung der Lüftungsanlage kann viel Energie eingespart werden. In diesem Beitrag werden Einsparmöglichkeiten präsentiert.

Lüftungsanlagen verursachen oft einen grossen Anteil des Stromverbrauchs von Gewerbebetrieben. Lüftungsanlagen werden aus folgenden Gründen installiert:

  • Hygiene: Zur Beseitigung von unangenehmen Gerüchen wie zum Beispiel Tabakrauch.
  • Atmung: Damit die Kohlendioxidkonzentration (CO2) der Raumluft unter 0,12% bleibt, ist pro Person rund 20 m³ Frischluft pro Stunde notwendig
  • Kühlung: Zur Kühlung bei grossen internen Wärmelasten (Personen, Geräte) und bei der Sommerhitze.
  • Heizung: Als Raumheizung.
  • Luftkondition: Zum Beispiel in der Reinraumtechnik, im Operationssaal oder bei der Papier- oder Textilverarbeitung.
  • Prinzip einer typischen Monobloc-Lüftungsanlage. (Bild Gloor)

Energiefluss einer Lüftungsanlage mit 3kW Leistungsaufnahme.(Quelle: Schätzung Gloor)
 100%  Elektrische Energieaufnahme
20%  Verluste in den Elektromotoren
30%  Verluste in den Ventilatoren
15%  Druckverluste im Monobloc
15%  Druckverluste im Rohrleitungsnetz
10%  überflüssige Belüftungsleistung
10%  Nützliche Belüftungsleistung

Kennzahlen

Einige ausgesuchten spezifischen Elektrizitätskennzahlen zur Lüftung1
Vergleichsgrösse Grenzwert Zielwert Grenzwert Zielwert
Lagerhalle 0,3 W/m² 0,2 W/m² 1,9 kWh/m²a 1,3 kWh/m²a
Grossraumbüro 2,0 W/m² 1,2 W/m² 5,7 kWh/m²a 3,5 kWh/m²a
Restaurant 6,1 W/m² 4,0 W/m² 15,8 kWh/m²a 3,9 kWh/m²a
Warenhaus, Supermarkt 5,5 W/m² 3,3 W/m² 20,6 kWh/m²a 8,5 kWh/m²a
Restaurantküche 73 W/m² 44 W/m² 200 kWh/m²a 75 kWh/m²a

Massnahmen

Prozess

Massnahme

Bemerkungen

Abschalten

Lüftungsanlagen welche nichts nützen, sollten abgeschaltet werden, so zum Beispiel eine Klimaanlage bei offenen Fenstern.

Die Wirtschaftlichkeit Ist sofort gegeben.

Zeitsteuerung

Viele Lüftungsanlagen werden über Wochenschaltuhren gesteuert, welche seit der Inbetriebnahme mit dem gleichen Programm laufen. Vielleicht hat das Zeitprogramm noch nie richtig gepasst, die Uhr geht falsch oder die Nutzung hat sich verändert.

Eine 2,2 kW Lüftungsanlage welche täglich eine Stunde weniger läuft, spart im Jahr 800 kWh Strom und im Winter zusätzlich Heizwärme.

Einstellung

Eine Lüftungsanlage muss nur soviel Luft bringen, wie gebraucht wird. Eine Reduktion der Luftmenge um 20% halbiert die Ventilatorleistung. Wenn dauernd weniger Luft gebraucht wird, ist es viel besser, den Ventilator langsamer laufen zu lassen, als die Luftmenge zu drosseln.

Das Anpassen der Riemenscheibendurchmesser am Ventilatorantrieb kostet ein paar hundert Franken, spart viel Elektrizität und verringert auch den Lärm.

Intervallschaltung

Eine weitere Möglichkeit der temporären Anpassung der Luftmenge zum Beispiel auf 50% ohne grosse Investition besteht im Takten der Laufzeit. Zum Beispiel 3 Minuten ein- und 3 Minuten ausgeschaltet.

Durch eine Drehzahlhalbierung kann der Stromverbrauch nicht nur um den Faktor 2 wie bei der Intervallschaltung sondern um den Faktor 8 reduziert werden.

Drehzahlregelung

Einstellung der notwendigen Luftmenge über die Ventilatordrehzahl mit einen Frequenzumrichter. Die Motoren des Zu- und Abluftventilators können vom gleichen Frequenzumrichter gespiesen werden. Im Gegensatz zur üblichen Regelung über Drosselklappen sind damit erhebliche Energieeinsparung möglich.

Die erforderliche Leistung steigt mit der dritten Potenz der Drehzahl, welche etwa proportional zur geförderten Luftmenge ist.

Eine Lüftungsanlage mit 4 kW Leistung kostet mit Frequenzumrichter rund 1200 Franken mehr und spart pro Jahr etwa 4000 kWh (800 Franken) Elektrizität.

Regelung

Nebst den üblichen vordefinierten Lüftungsstufen gibt es auch die Möglichkeit die Luftmenge über CO2-Sensoren, die Temperatur oder Präsenzmelder zu regeln.

Mit der optimalen Einstellung der Sollwerte steigt auch der Komfort.

Wärmerückgewinnung

Eine Luftmenge von 5000 m³/h, welche aus einem beheizten Raum mit 20°C ins Freie geblasen wird, erfordert bei einer Aussentemperatur von 0°C eine zusätzliche Heizleistung von 30 kW, was etwa 2000 bis 3000 Liter Heizöl pro Jahr entspricht.

Ein Wärmetauscher kostet je nach der vorhandenen Lüftungsanlage zwischen 5000 und 20'000 Franken und gewinnt 50 bis 70% der Wärme zurück.

Kühlung

Im Sommer kann durch ein Lüftungsbetrieb in der Nacht Kälteleistung eingespart werden. Eine weitere Kühlmöglichkeit besteht in der Luftbefeuchtung.

Die Nachtauskühlung des Gebäudes sollte über Temperatursensoren geregelt werden.

Freecooling

Wenn die Aussentemperatur zum Beispiel unter 10 °C kann auch direkt mit der Aussenluft gekühlt (Free Cooling) werden. Solche Systeme schalten automatisch, je nach Kühlbedarf und Aussenlufttemperatur vom Kompressorbetrieb zur Kühlung mit der Aussenluft um. Es gibt auch solche mit Mischbetrieb.

Eine Klimaanlage benötigt im Freecooling-Betrieb für die Kälte etwa zehnmal weniger elektrische Leistung als mit dem Kältekompressor.

Luftführung

Eine Lüftungsanlage sollte eine strömungstechnische optimale Luftführung von den Zuluftöffnungen zu den Abluftöffnungen haben.

Oft werden strömungstechnische Kurzschlüsse angetroffen.

Rohrleitungen

Je grösser der Rohrleitungsquerschnitt ist, desto geringer ist der Druckverlust und somit auch die erforderliche Ventilatorleistung.

Ein Optimum für die Leitungs- und Energiekosten liegt bei einer Luftgeschwindigkeit um 2 m/s.

Ventilatoren

Bei Lüftungsanlagen mit einer hohen jährlichen Anzahl Betriebsstunden lohnt sich die Anschaffung von Ventilatoren mit einem hohen Wirkungsgrad.

Ein Ventilator verursacht in 20'000 Betriebsstunden ein Mehrfaches an Stromkosten als er selber kostet.

Motoren

Lüftungsanlagen mit 2 oder 4-poligen Motoren und hohen Betriebsstunden sollten mit Energiesparmotoren (EFF1) ausgerüstet werden.

Ab 4000 Betriebsstunden pro Jahr ist die jährliche Stromkosteneinsparung höher als der Mehrpreis für den Energiesparmotor.

Transmission

Flachriemen haben einen besseren Wirkungsgrad (98%) als die üblichen Keilriemen (95%), wobei die etwas teureren zweirilligen Hochleistungskeilriemen auch einen Wirkungsgrad von 97% erreichen können.

Ab 4000 Betriebsstunden pro Jahr ist die jährliche Stromkosteneinsparung höher als der Mehrpreis für eine neue Lüftungsanlage mit besseren Riemen.

Wartung

Eine Lüftungsanlage muss regelmässig gewartet werden. Dazu gehören unter anderem die Luftfilter (Druckabfall unter 150 Pa) und die Antriebselemente (Keilriemen).

Mit Betriebsstunden- und Stromzähler können Lüftungsanlagen zusätzlich überwacht werden.

System

Eine optimale Lüftungsanlage hat grosse, kurze und gerade Lüftungskanäle, ist nicht zu gross dimensioniert und hat energieeffiziente geregelte Ventilatoren.

Bei einer neuen Lüftungsanlage sollten die Richtwerte nach SIA 380/4 angestrebt werden.

Quellenangaben

Nummerierung Quelle (Bitte Formale Richtlinien beachten) Link zur Quelle - Datum (optional)
1. SIA 380-4, Anhang C2

 


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