Noch keinen Zugang? Dann testen Sie unser Angebot jetzt 3 Monate kostenfrei. Einfach anmelden und los geht‘s!
Angemeldet bleiben
Ausgewählte Ausgabe: 10-2017 Ansicht: Modernes Layout
| Artikelseite 1 von 4

Die mehrdimensionale Optimierung von Wärmerückgewinnungssystemen

Eine Optimierung von Wärmerückgewinnungssystemen (WRG) kann nur durch Variation aller drei Dimensionen grundlegend und tatsächlich erfolgen. Dazu ist der geografische Standort von Bedeutung, wie im folgenden Beispiel aufgezeigt wird. Sowohl der Querschnitt (Höhe und Breite des WRG-Systems) als auch in einer zweiten Berechnungschleife die Bautiefe muss in eine mehrdimensionale und relationale Optimierung einfließen und dienen daher als Variablen zur Berechnung des maximalen Ertrags.
Hieraus ergab sich eine Vielzahl von Optima, die den jeweiligen Flächen und den daraus resultierenden Luftgeschwindigkeiten bzw. Anströmflächen zugeordnet sind. Aus dieser Vielzahl konnte durch eine Maximalwertbetrachtung das größte Optimum (Maximum der Einsparung oder maximaler Ertrag) bestimmt werden.


Dass es auch aus ökonomischer Sicht sinnvoll ist, die WRG mit niedrigen Luftgeschwindigkeiten zu betreiben, da damit einerseits der Übertragungsgrad steigt und andererseits der elektrische Aufwand bedeutend sinkt, wurde schon an den bisherigen Beispielen des Fachberichts in Heft 7-8 und 91) ersichtlich.
Im Folgenden soll nun die Auswirkung der mehrdimensionalen Optimierung an einem Beispiel betrachtet werden, das eine durchschnittliche Wärmerückgewinnung bei verschiedenen Laufzeiten und in verschiedenen Orten in Europa aufzeigt.
Damit soll der Einfluss des Standorts europaweit dargestellt werden, um die gesetzlichen Anforderungen an die Wärmerückgewinnung gemäß EU 1253/20142), zu bewerten. Am 07. Juli 2014 verabschiedete die Europäische Kommission die Verordnung, die die Durchführung der Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG3) regelt. Diese Richtlinie bestimmt die Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Lüftungsgeräten.
Die spezifischen Anforderungen an Nichtwohnungslüftungsgeräte betreffen im Wesentlichen die europaweite Festlegung der minimalen thermischen Übertragungsgrade der Wärmerückgewinnungssysteme, aber auch die maximale elektrische Leistungsaufnahme der verwendeten Ventilatoren.
Es stellt sich immer häufiger die Frage, ob die pauschalen und starren Mindestanforderungen nach EU 1253/2014 in allen Einzelfällen sinnvoll sind und zu positiven Ergebnissen führen. Die Grundidee der Verordnung beruht auf dem grundsätzlichen politischen Willen, Energie und CO2-Emissionen einzusparen. Doch darf sie nicht dazu führen, dass es zur Verschwendung von Energie und Ressourcen kommt.
Es wurden folgende Rahmenbedingungen angenommen:
- Ein Volumenstrom, der einem mittleren Zu- und Abluftvolumenstrom von 14 400 m³/h entspricht,
- ein WRG-System als Doppelplattenwärmeübertrager mit einer Rückwärmzahl von 73,1 %,
- die Druckverluste der WRG mit 232 Pa auf der Zuluftseite und 240 Pa auf der Abluftseite,
- als Ventilatorsysteme freilaufende Ventilatoren mit einem Systemwirkungsgrad von 60 % (Antriebe IE3),
- die Effizienzklasse der Antriebe mit der Klasse P1 (nach EN 13053),
- der SFPint. mit 1 019 Ws/m³ – damit wird die ErP-Verordnung EU 1253/2014 für die Stufe 2016 erfüllt, die Stufe 2018 wird jedoch verfehlt, da der interne Druckabfall mit dPint. = 609 Pa zu hoch ist,
- eine Luftgeschwindigkeit im lichten Querschnitt des RLT-Gerätes mit 1,9 m/s, die der Klasse V3 nach EN 13053 entspricht.

Zur Berechnung der Aufwendungen und der Erträge wurden weiterhin folgende Annahmen berücksichtigt:
- Die Kosten für Wärme mit
 0,10 €/kWh,
- die Kosten zur Kälteerzeugung mit 0,15 €/kWh,
- Elektroenergie mit 0,15 €/kWh,
- ein Zinssatz mit 5 % zur Abzinsung der Zeitperioden,
- eine Preissteigerungsrate von 2 %,
- eine Lebensdauer mit 15 Jahren,
- die Ablufttemperatur mit 20 °C im Winter und 26 °C im Sommer,
- die Zulufttemperatur ganzjährig mit 20 °C,
- CO2-Emissionen für die Wärmeerzeugung mit 340 g/kWh (Öl), 630 g/kWh für den Strommix und „graue“ CO2- Emission für die Investitionen und sonstige Betriebskosten mit 600 g/€,
- der Volumenstrom während des Tages mit 100 % (Volllastbetrieb) und 50 % während der Nacht (Teillastbetrieb),
- es wurden zwei Laufzeitmodelle verwendet, die bei 2 350 h/a und 8 760 h/a liegen,
- insgesamt 46 Orte in Europa vom Süden (Paphos) bis zum äußersten Norden (Turku). Die meteorologischen Daten wurden mit der Software Meteonorm 7.1 erzeugt.

Die Meteonorm-Software ist eine umfassende meteorologische Referenz, die Zugang zu einem Katalog von meteorologischen Daten für jeden Punkt der Erde gewährt. Sie basiert auf über 25 Jahren Erfahrung in der Entwicklung meteorologischer Datenbanken für Energie-Applikationen.

Seite des Artikels
Autoren

Prof. Dr.-Ing.  Christoph Kaup

Geschäftsführender Gesellschafter von HOWATHERM Klimatechnik GmbH. Honorarprofessor am Umwelt-Campus Birkenfeld, Hochschule Trier, für Energieeffizienz und Wärmerückgewinnung. Mitglied in verschiedenen Normungsgremien wie zum Beispiel EN 16798, EN 13779, EN 308, EN 13053 und EN 1886 sowie in verschiedenen Richtlinienausschüssen wie VDI 6022 und VDI 3803.

Verwandte Artikel

Wende in Gebäude und Energie wandelt Unternehmenskultur

Urbane Energieversorgungskonzepte und Sanierungsfahrpläne

Bestimmung des sommerlichen Außenluft-Auslegungszustands für Komfortklimatechnik

Mit Energieeffizienz Wettbewerbsvorteile behaupten