Betriebskosten und CO2-Ausstoß: Wie langlebige und effiziente RLT-Geräte die ErP-Anforderungen übertreffen

Klimawandel, Ressourcenschonung, steigende Energiekosten – die Themenliste, die für nachhaltige Lüftungstechnik spricht, ist lang. Betreiber und Bauherren sind daher gefragt, ihre Gebäude nicht nur im Hinblick auf geltende Normen und Richtlinien mit frischer Luft zu versorgen, sondern gleichzeitig darauf zu achten, dass Umweltgesichtspunkte ausreichend beachtet werden. So hilft ein möglichst geringer Energieverbrauchbei Lüftung und Klimatisierung sowohl CO₂ als auch Kosten einzusparen. Denn rund 90% vom gesamten CO₂-Ausstoß eines RLT-Gerätes werden im laufenden Betrieb emittiert. Für RLT-Geräte ist hinsichtlich der Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Lüftungsanlagen die EU-Verordnung 1253/2014/EG relevant.

Lüftungsgerät übertrifft Anforderungen der ErP-Richtlinie

Der exemplarische Vergleich eines in der Innenstadt von München installierten Wolf RLT-Geräts mit einem fiktiven, gerade den Anforderungen der aktuellen ErP-Richtlinie genügenden Gerät belegt klar die Vorteile exakt ausgelegter Lüftungstechnik mit Komponenten nach dem neuesten Stand der Technik. Dies zeigt der aktuelle Vergleich auf Basis einer Modellrechnung für 5.000 Betriebsstunden pro Jahr. Der bedachte Einsatz von Ressourcen und Energie war dem Betreiber ein wichtiges Anliegen – umso erfreulicher für ihn war, dass Ökologie und Ökonomie Hand in Hand gehen. Das Einsparpotenzial dieses betrachteten Wolf Lüftungsgerätes gegenüber einer Basis-Ausstattung gemäß den Anforderungen der ErP-Richtline beträgt bei der Leistungsaufnahme 41% und bei der Wärmerückgewinnung 7,9%. Das wirkt sich nicht nur positiv auf den CO₂-Ausstoß aus, sondern die Mehrinvestition in sparsame Technik macht sich für den Betreiber auch sehr schnell bezahlt.

Dichtheitsrate von 98%

In einem Bestandsbürogebäude in der Münchener Innenstadt sollte im 1. Obergeschoss die vorhandene Mietfläche zu einer Büro- und Eventfläche erweitert werden. Das neue Areal ist für Veranstaltungen mit bis zu 800 Teilnehmern konzipiert. Entsprechend wurde zu einem auf dem Dach aufgestellten Bestands-RLT-Gerät ein zusätzliches Gerät plus Kanalverteilnetz geplant. 

Gefordert war ein Volumenstrom von 22.000 m³/h (externe Pressung 500 Pa). Das Gerät musste aus Platzgründen im 3. Obergeschoss des Gebäudes in einem Technikraum aufgestellt und die Verrohrung und Begleit-Installation innerhalb des Gebäudes neu verlegt werden. Der Geräte-Auslegung lagen als niedrigste Außentemperatur minus 14°C und als höchste 32°C zugrunde. Die Geräteklassifikation erfüllt die EN 1886 (7/2009) und die DIN EN 60204, die Wärmedurchgangsklasse entspricht T2 (0,9 W/m²K) und die Wärmebrückenklasse TB3. Weitere Vorgaben waren: Die Filter-Bypass-Leckage liegt bei maximal 0,2%, die Dichtheit des Gehäuses entspricht der Dichtheitsklasse Stufe L1 und die Wärmerückgewinnung erreicht die beste Klasse H1. Das Gerät wurde energetisch in zweierlei Hinsicht optimiert ausgelegt:

1. Niedrige Luftgeschwindigkeit

Um die Stromaufnahme der Ventilatoren möglichst gering zu halten, beträgt die Luftgeschwindigkeit im Gerät durch große Querschnitte nur 1,8 m/s. Ein kompakteres Gerät hätte höhere Luftgeschwindigkeiten erzeugt. Das entspräche zwar durchaus den Vorgaben der ErP-Richtlinie, wirkt sich jedoch nachteilig auf alle anderen Komponenten im Gerät aus. Die Druckverluste der einzelnen Luftbehandlungsfunktionen wie Wärmetauscher und Filter sowie WRG-System steigen mit höheren Luftgeschwindigkeiten systembedingt an und führen zu einer höheren Leistungsaufnahme der Ventilatoren. 

2. Rotationswärmetauscher

Für die Wärmerückgewinnung wurde ein hocheffizienter Rotationswärmetauscher mit niedriger Leckage-Rate gewählt. Das Dichtsystem wird nicht - wie üblich - seitlich an den Rotor herangeführt, sondern die Dichtung rotiert mit dem Rotor. Mehrere Dichtlamellen sind an der Wandung befestigt und gewährleisten mit dem rotierenden Teil eine hohe Dichtigkeit. Die jeweils doppelt, auf An- und Abströmseite montierten Zentraldichtungen sind in mehrstufiger Kaskade als Labyrinthdichtung ausgeführt. Die Labyrinthdichtung SuperSeal ermöglicht eine Dichtheitsrate von 98%. Dies steht im Gegensatz zu klassischen Modellen mit rund 10%iger Leckage-Rate. Hier müssten im Rahmen der Ventilatorauslegung bei der Zu- und Fortluft gemäß VDI 3803/5 zusätzliche Luftmengen berücksichtigt werden. Dies erhöht die Leistungsaufnahme der Ventilatoren entsprechend.

Hohe Wärmerückgewinnung spart 4.000 Liter Heizöl

Die Wärmerückgewinnung des oben beschriebenen Gerätes beträgt 116 kW (nach ErP müsste das Gerät 108,6 kW erfüllen) bzw. die Rückwärmezahl liegt bei 78% (statt 73%). Damit werden 7,9% bzw. 8,2 kW Einsparung gegenüber ErP erreicht. Bei 5.000 Betriebsstunden pro Jahr spart das Wolf RLT-Gerät somit allein durch die Wärmerückgewinnung 41.000 kWh thermische Energie ein. Auf den Verbrauch von Heizöl bezogen, entspricht dies einer Einsparung von ca. 4.180 Litern, die nicht zum Heizen aufgewendet werden müssen, oder rund 11 Tonnen nicht ausgestoßenem CO₂- Äquivalent pro Jahr. Setzt man einen Einkaufspreis von 0,80 Euro pro Liter Heizöl an, ergibt sich für den Betreiber jedes Jahr eine Ersparnis von 3.344 Euro. Ohne steigende CO₂-Bepreisung und sonstige Preissteigerungen entspricht dies innerhalb von 20 Jahren einer Einsparung von insgesamt mindestens 66.880 Euro. 

Hohes Einsparpotenzial bei der Leistungsaufnahme

Sehr gut sieht es auch bei der Leistungsaufnahme aus: Hier werden pro Jahr statt der von der ErP-Richtlinie vorgeschriebenen 950 W/(m³/s) nur 561 W/(m³/s) benötigt. Das sind lediglich 59% des Referenzwertes. Die Einsparung beträgt 389 W/(m³/s) bzw. 2,38 kW. Auf ein Jahr hochgerechnet sind dies bei 5.000 Betriebsstunden insgesamt 11.900 kWh. Setzt man einen Strompreis von 0,40 Euro an, beläuft sich die Einsparung auf 4.760 Euro bzw. 5,18 Tonnen CO₂-Äquivalent. Dies entspricht dem durchschnittlichen Stromverbrauch von drei 4-köpfigen Familien. Innerhalb von 20 Jahren ohne Inflationsausgleich und CO₂-Bepreisung sind dies mindestens 95.200 Euro. 

Summiert man im Rahmen dieser vereinfachten Berechnung die Betriebskosten pro Jahr, ergibt sich bei der technisch optimierten Wolf Standard-Auslegung das bemerkenswert hohe Einsparpotenzial von insgesamt 162.000 Euro bzw. 323,60 Tonnen CO₂-Äquivalent. Der Break-even-Point für die Mehrinvestition in das effizientere Gerät ist also bereits nach etwa einem Jahr erreicht, bei höheren Betriebsstunden pro Jahr bzw. steigenden Energiepreisen auch deutlich früher. 

Positiver Effekt von Regelungstechnik 

Die oben durchgeführte Rechnung wurde ohne den positiven Einfluss einer intelligenten Regelung durchgeführt. Im realen Betrieb können die Verbrauchswerte durch eine intelligente bedarfsgerechte Regelung auf der Grundlage der Raumbelegung weiter gesenkt werden. Sind zu belüftende Räume nicht belegt (z.B. an Wochenenden oder in den Nachtstunden), können die Lüftungsgeräte entweder pausieren, in einen Grundlüftungsmodus schalten oder ohne Wärmeverluste im Umluftbetrieb (nur Entfeuchtung möglich) gefahren werden.

Lebenszykluskosten betrachten

Laut VDI ZRE Kurzanalyse Nr. 28 vom Januar 2021 ist das Ausschöpfen der Energieeffizienzpotenziale bei RLT-Geräten sehr wirtschaftlich: Viele Optimierungsmaßnahmen erreichen Kapitalrenditen von über 20%. Eine einfache Geräte-Ausstattung hat nur auf den ersten Blick den Vorteil, dass ihre Investitionskosten niedrig sind. Über die Jahre kehrt sich dieser vermeintliche Vorteil in der Regel durch hohe Betriebskosten ins Gegenteil um. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, vor einer Investition die Lebenszykluskosten, auch Life Cycle Costs (LCC) genannt, genau zu betrachten. Die hauseigene Forschung und Entwicklung von Wolf arbeitet stetig mit dem Fokus auf noch energieeffizientere RLT-Geräte.

Was sind die Lebenszykluskosten?

Lebenszykluskosten umfassen sämtliche mit dem Gerät verbundenen Kosten - von der Planung bis zur Entsorgung eines Gerätes: 

• Planung, Produktion und Installation 
• Betriebskosten für Energieträger 
• Wartungs- und Inspektionskosten, zum Beispiel für Ersatzteile, Reinigung, Reparatur 
• Entsorgung/Recycling 

Einsparpotenzial bei den Betriebs- und Wartungskosten von RLT-Geräten ergeben sich im Wesentlichen an drei technischen „Stellschrauben“. Dies sind die Leistungsaufnahme des Ventilators, der Druckverlust im System (bzw. die Luftgeschwindigkeit im Gerätequerschnitt) und die Wärmerückgewinnung. Einsparpotenzial liegt sowohl in der Gerätekonstruktion als auch bei der Mess- und Regelungstechnik eines Gerätes. 

1. Leistungsaufnahme Ventilator Ein direkt angetriebener Ventilator mit hohem Wirkungsgrad senkt die Energiekosten. Bauteile mit geringen Druckverlusten (Wärmetauscher und Filter) sorgen indirekt für eine niedrige Leistungsaufnahme der Ventilatoren, Bypass-Schaltungen für temporär nicht genutzte Komponenten ebenfalls. 

2. Regelung Eine bedarfsgerechte oder zeitgesteuerte, im Prinzip also eine raumbelegungsabhängige Regelung senkt die Leistungsaufnahme auf ein Mindestmaß ab. Schließlich sinkt der Stromverbrauch eines Ventilators bereits bei halber Drehzahl auf ein Achtel.

3. Gerätequerschnitte Je größer die Kanaldurchmesser konstruiert sind, desto niedriger können die Luftgeschwindigkeiten bei gleichem Volumenstrom (m³/h) gewählt werden. Daraus ergeben sich geringere Widerstände und entsprechend sinkt die Stromaufnahme der Ventilatoren. Im gleichen Zug verbessern langsame Luftgeschwindigkeiten den Wärmeübergang in Wärmetauschern und damit auch den Wirkungsgrad. 

4. Material und Verarbeitung Langlebige Materialien und sorgfältige Verarbeitung ohne Kanten und Stöße senken nicht nur die Leckage-Raten (und erhöhen die Effizienz), sondern führen auch zu einem reduzierten Aufwand an Service- und Wartungsarbeiten. 

5. Wärmerückgewinnung Wärmetauscher mit niedrigem Druckverlust und geringer Leckage-Rate erhöhen die Effizienz von RLT-Geräten. Die Wärmerückgewinnung durch RLT-Anlagen führt auch zu einem geringeren Wärmebedarf, was wiederum die Investitionskosten beim Heizgerät senkt.

Autoren:
Tim Lorenz ist Produktmanager AHU bei WOLF Mainburg, David Werner ist Projektmanager AHU bei WOLF Mainburg.