Nicht nur DIN und VDI schreiben die Einbringung entsprechender Frischluftmengen in geschlossene Räume vor. Zur Erhaltung bzw. Steigerung der menschlichen Leistungsfähigkeit ist diese Frischluftzufuhr auch dringend erforderlich. Sei es Büro, Ladengeschäft, Theater oder Krankenhaus – überall dort, wo entweder keine Fenster vorhanden sind oder die Lüftung per Fenster nicht regelmäßig umgesetzt werden kann, übernimmt mechanische Lüftungstechnik diese Aufgabe. Weil diese Aufgabe ganzjährig erfolgen muss, ist eine Konditionierung der zugeführten Frischluft erforderlich. Dazu können entweder Kaltwassererzeuger, Kompressor-Kondensator-Einheiten, Single Split Inverter oder VRF-Anlagen eingesetzt werden.
Unbestritten Platz eins halten dabei die Kaltwassererzeuger. Doch durch die Entwicklung neuer Technologien fallen mittlerweile die Nachteile von Kaltwassererzeugern schwerer ins Gewicht. Zum einen ist es mangelnde Flexibilität in der Regelung verglichen mit alternativen Lösungen. Zum anderen spielen auch einfache Gründe der Baustatik und des Platzangebotes eine entscheidende Rolle. Denn nicht nur die schwergewichtigen Kaltwassererzeuger an sich, sondern auch die dazu oft notwendige Pufferspeichertechnik erfordert in puncto Gebäudestatik eine eigene Planung.
„Dazu treffen wir heute gerade in der energetischen Sanierung von Lüftungszentralen auf die Tatsache, dass die thermischen Lasten in Bestandsgebäuden im Laufe der Jahre gestiegen sind“, so Michael Lechte, Marketing Manager Mitsubishi Electric. „Mehr Beleuchtung, mehr Computertechnik, mehr Menschen und eine bessere Gebäudedämmung – all das führt zu deutlich höheren internen Wärmelasten. Zwangsläufig müsste auch der Platz für einen leistungsstärkeren und damit größeren Kaltwassererzeuger wachsen. Das ist aber in den ohnehin oft schon beengten Platzverhältnissen von Technikräumen nicht möglich oder es stehen Gründe der Baustatik entgegen.“ In diesem Dilemma wurde oft darauf zurückgegriffen, die eigentliche Lüftungszentrale auf dem Dach eines Gebäudes zu belassen und den neuen Kaltwassererzeuger neben das Gebäude auf einem Betonsockel zu installieren und dann mit entsprechenden Leitungen mit der Lüftungstechnik zu verbinden. „Dass hierbei zwangsläufig Energie verloren geht, liegt auf der Hand“, so Lechte weiter. „Zudem müssen die wasserführenden Leitungen mit Glykol gegen Frost geschützt werden, was den Wärmeübergang und damit die Effizienz natürlich weiter reduziert.“
Innengeräte mit kleinen Leistungen leiten eine Wende ein
Doch trotz dieser Nachteile war die Kombination zwischen RLT-Anlage, Kaltwassererzeuger und Fan Coil der Standard in der Klimatisierung und Belüftung. Einer der Gründe dafür lag vor allen Dingen in der hohen Flexibilität der Fan Coils auch kleinste Leistungsgrößen z.B. für Hotelzimmer oder Büros abdecken zu können. „Die Entwicklung von Innengeräten innerhalb unserer VRF-Technik mit kleinen Leistungen um 1,5kW brachte dann eine entscheidende Wende in die Argumentation ein“, erläutert Lechte weiter. „Dank ihrer Effizienz sind jetzt VRF-Anlagen die bessere Wahl. Hier scheuen wir auch keinen direkten Vergleich der Betriebskosten.“
Die Voraussetzungen, die ein VRF-System erfüllen muss, um mit höchster Effizienz mit einem Zentrallüftungsgerät zusammenzuarbeiten, sind in erster Linie die Regelung der Zulufttemperatur und die Anpassung der Leistung an unterschiedliche Luftansaugtemperaturen. Hier ist gerade im Hinblick auf den ganzjährigen Betrieb mit deutlichen Lastwechseln eine umfassende Leistungsregelung erforderlich.
Ideal werden diese Aufgabenstellungen durch Kompressoren mit Invertertechnik umgesetzt. Sie gewährleisten, dass ein Kompressor nicht ausschließlich im Ein-/Aus-Modus gefahren wird, sondern immer mit der genau angeforderten Leistung betrieben wird. Inverter passen sich dadurch an die individuellen Bedürfnisse des Gebäudes und die jeweilige Außentemperatur an. Weil dieser Teillastbetrieb nicht nur deutlich schonender für die gesamte Gerätetechnik, sondern auch den Energieverbrauch ist, haben sich vollmodulierende Inverter im Markt durchgesetzt.
Hohe Effizienzgewinne und Senkung der Betriebskosten
Ist eine Leistungserweiterung des Zentralgerätes und seiner Peripherie erforderlich, wie es im Rahmen der energetischen Sanierung oft üblich ist, wird beim Wechsel von einem ineffizienten Kaltwassererzeuger auf eine VRF-Anlage zunächst das Zentralregister des Zentralgerätes ausgetauscht und erweitert. Zusätzlich wird das vorhandene Wasser-Wasser-Register entfernt und ein Register für den Direktverdampferbetrieb installiert, an das die VRF-Anlage angeschlossen wird. Prinzipiell könnte so das bestehende System aus Zentralklimagerät, Fan Coils und VRF-Anlage weiter betrieben werden. Einen noch höheren Effizienzgewinn verspricht aber der Austausch der Fan Coils gegen Klimageräte. Diese müssen dann jedoch über Kältemittel führende Leitungen mit der VRF-Anlage verbunden werden.
Sowohl die Kalt- als auch Warmwasserversorgung eines Gebäudes – beispielsweise eines Hotels – kann dann durch die VRF-Anlage über eigene Wassermodule erfolgen. „Wir bieten hier für unsere VRF-Anlagen aufeinander abgestimmte Systeme zur Warm- und Kaltwasserbereitung von 5 bis 45 °C sowie zur Brauchwasserbereitung bis zu 70 °C an“, erläutert Lechte weiter. „Diese Perspektiven führen zusammen mit einem Zentralgerät für die Frischluftversorgung zu einem Komplettsystem der Wärme- und Kälteversorgung in einem Gebäude auf der Basis einer VRF-Anlage. Weil die Systeme aufeinander abgestimmt sind und steuerungstechnisch zusammenhängen, können grundsätzlich keine Probleme mit gegeneinander arbeitenden Systemen entstehen, wie es sonst häufig in der Kombination von Zentralgeräten, Kaltwassererzeugern und Fan Coils der Fall ist.“
Auf die Regelung der Zulufttemperatur ist zu achten
Wichtig ist es, bei derartigen Verbundsystemen aber auf die komfortable Regelung der Temperatur über die Zuluft zu achten. Der Markt hält hier noch zahlreiche Systeme bereit, deren Regelung über die Rücklufttemperatur erfolgt. Die empfehlenswerte Zulufttemperatur-Regelung ist jedoch für VRF-Systeme im Gegensatz zu Kaltwassererzeugern deutlich anspruchsvoller in der zuverlässigen Umsetzung. „Bei jeder Anlage mit unseren VRF-Systemen kalibrieren sich das Zentralgerät und unsere VRF-Technik etwa eine halbe Stunde nach der ersten Inbetriebnahme“, so Lechte weiter. „Das Einspritzventil führt Kältemittel zum Wärmetauscher und der Zuluftfühler registriert die Auswirkungen auf die Zulufttemperatur. Nach einer halben Stunde Kalibrierungsbetrieb erreichen wir eine dauerhafte Temperaturstabilität der Zuluft mit einer Schwankungsbreite von maximal einem Kelvin. Das ist einzigartig in der VRF-Technologie.“
Soll das gesamte Klimatisierungssystem in der Effizienz noch weiter gesteigert werden, steht bei kleineren Objekten mit mechanischem Lüftungsbedarf auch die dezentrale statt der zentralen Erfüllung dieser Aufgabe im Fokus. Anders als der bei einer zentralen Lüftungsanlage permanent produzierte Luftvolumenstrom mit 100 % Leistung stellen dezentrale Lüftungseinheiten nur genau so viel Frischluft zur Verfügung, wie in der jeweiligen Situation benötigt wird. Bei zentralen Lüftungsanlagen lässt sich diese effiziente Art der Lüftung nur durch eine intelligente Luftklappensteuerung auf ähnliche Art und Weise umsetzen.
Rückgewinnung von sensibler und latenter Wärme
Werden dezentrale Lüftungseinheiten eingesetzt, bieten sich zum Beispiel Lossnay-Lüftungsgeräte an, die in erster Linie den erforderlichen Frischluftanteil in klimatisierten Räumen abdecken. Durch die besondere Struktur und das Material des Kreuzwärmetauschers können aber sowohl der sensible, als auch der latente Wärmeanteil in der Luft zurückgewonnen werden. Nach den geltenden Arbeitsstätten-Richtlinien müssen diese dezentralen Lüftungsgeräte dann nach der Hygienenorm VDI 6022 zertifiziert sein.
„Diese dezentralen Lüftungsgeräte können, wenn sie in einem Regelverbund mit der VRF- und der Zentrallüftungsanlage betrieben werden, gleichzeitig nicht nur dazu beitragen, dass der Energiebedarf der Gesamtanlage nachhaltig gesenkt wird, sondern auch, dass die Klimageräte zum Teil deutlich kleiner dimensioniert werden können“, beschreibt Lechte das Zusammenspiel aller Komponenten des Lüftungs- und Klimatisierungssystems. Standard ist bei dezentralen Lüftungsgeräten neben der Zertifizierung nach VDI 6022 auch die Möglichkeit zur freien Kühlung geworden. Auf der Grundlage der Informationen von Sensoren für die Außen- und Innentemperaturen sowie der eingestellten Wunsch-Raumtemperatur entscheiden die Anlagen, ob die Zuluft über den Wärmetauscher geführt oder direkt über die Filter eingebracht wird.
Das Lossnay-System des Ratinger Unternehmens ist mit komplett glatten Innenflächen aus Metall ausgekleidet. So können sich Schmutzpartikel aus der Luft nicht im Gerät verfangen. Alle Bauelemente sind schnell und einfach zugänglich, um so eine sichere Wartung gewährleisten zu können. Das Lüftungsgerät bietet Volumenstromleistungen von 890 bis 1000 m3/h und lässt sich damit im kleineren Objektbereich wie Ladengeschäften, Kanzleien, Praxen und Büros einsetzen. Der Wärme- und Feuchterückgewinnungsgrad beträgt bis zu 81 %. Dadurch lassen sich auch die Investitionskosten für eine Klimaanlage reduzieren, da der Leistungsbedarf der Klimageräte aufgrund der sehr hohen Wärmerückgewinnung minimiert wird.
Durch den Anschluss eines optionalen CO2-Sensors lässt sich die benötigte Luftmenge bedarfsgerecht regulieren. Integriert wurde auch eine automatische Nachtlüftungsfunktion durch eine Bypassschaltung. Das Lüftungsgerät lässt sich auch in eine vorhandene Gebäudeleittechnik einbinden. Alternativ erfolgt die Steuerung durch ein gemeinsames Regelelement mit der Klimaanlage.
„Der Markt hält mittlerweile überzeugende alternative Konzepte zu den bislang favorisierten Kombinationen aus Zentrallüftungsgerät und Kaltwassererzeuger bereit, die sowohl in puncto Investitions- als auch Betriebskosten und Komfort stichhaltige Argumente liefern. Gerade im Hinblick auf die Kosten für den Flächenverbrauch voluminöser Luftkanalsysteme und die dadurch zwangsläufig reduzierten Mieteinnahmen haben Anbieter innovativer VRF-Anlagen auf der Basis erneuerbarer Energieträger alle Vorteile auf ihrer Seite“, beschreibt Lechte abschließend.
Förderprogramm der BAFA bei Umrüstung auf VRF-Technik
Der Austausch alter, energieaufwendiger Zentralgeräte und Kaltwassererzeuger kann dabei sogar durch eine deutliche Förderung des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) unterstützt werden. Das bestehende Förderprogramm „Richtlinie zur Förderung von Maßnahmen an gewerblichen Kälteanlagen“ beinhaltet derzeit ein Haushaltsvolumen von rund 10 Millionen Euro pro Jahr. Die Förderung beträgt bis zu 200000 Euro im Einzelfall. Da es sich bei der Richtlinie um ein neu entwickeltes Programm handelt, das hinsichtlich der Anforderungen im Antragsverfahren noch Änderungen erfahren kann, empfiehlt die BAFA, vor der Antragstellung nochmals zu prüfen, ob es einen neuen Stand der Antragsformulare und des Merkblattes gibt.
Gefördert mit 15 % oder 25 % der Nettoinvestitionskosten werden nach der Richtlinie in Betrieb befindliche Klima- und Kälteanlagen, die einen Jahres-Elektroenergieverbrauch von mindestens 150000 kWh aufweisen, wenn durch den Einsatz energieeffizienter Komponenten und Systeme ein Energieeinsparpotenzial von mindestens 35 % erzielt werden kann. Hierbei kann es sich auch um eine Kälteanlage handeln, die sowohl für die Kühlung als auch die Beheizung eingesetzt wird. Dies trifft z. B. bei einem Hotel oder einem Verwaltungsgebäude zu, bei dem eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion zusammen mit Deckenkassetten und Kanalgeräten ganz oder teilweise für die Beheizung sorgt. Ebenso kann auch die Klimatisierung von Serverräumen unter dieses Fördermodell fallen.
Für die Messung des bestehenden Energieverbrauchs wird kein separater Elektrozähler vorausgesetzt. Es muss lediglich ein umfangreicher und nachvollziehbarer rechnerischer Nachweis des Energieverbrauchs der bestehenden Klima- oder Kälteanlage auf der Basis der Anlagengröße, der Betriebsstundenzahl und der eingesetzten technischen Komponenten und Systeme wie Kenngrößen der Verdichter, Verflüssiger usw. im Rahmen einer Bestandsaufnahme und Berechnung vorgelegt werden.
Insgesamt sind Zentralgeräte in Verbindung mit VRF-Anlagen zu einer hoch effizienten Alternative in der Versorgung eines Gebäudes mit Wärme, Kälte und Warmwasser auf der Basis erneuerbarer Energien geworden. Zahlreiche Beispiele belegen die wirtschaftliche Überlegenheit hinsichtlich der Betriebskosten des Systems. In kleineren Objekten zeigt die Praxis zudem die Überlegenheit der dezentralen Lüftung über Lossnay-Geräte nach VDI 6022 mit latenter und sensibler Wärmerückgewinnung in Verbindung mit VRF-Anlagen.
INFO
Kostenbeispiel
Bei der Geschäftsbank Uni Credit Italien wurden landesweit 14 Filialen renoviert. Sieben davon wurden mit Kaltwassererzeugern, sieben mit VRF-Systemen ausgestattet. Das Ergebnis: Die Betriebskosten der Filialen mit VRF-Systemen waren zwischen 28 und 49 % geringer als in Filialen mit Kaltwassererzeugern. 2000 wurde die Filiale in Rom energetisch saniert. Hier wurde ein Kaltwassererzeuger mit 300 kW Kälteleistung und ein Wärmeerzeuger mit 300 kW Wärmeleistung durch ein VRF-System ersetzt. Die Kosteneinsparung betrug rund 50 %. Dabei ist zu beachten: Die reinen Materialkosten in der Installation sind aufgrund der höheren Preise für Kupferrohre höher als bei einer konventionellen Klimatisierung. Hingegen sind die reinen Installationskosten bei einem VRF-System geringer, weil pro Innengerät lediglich zwei Leitungen verlegt werden müssen.
