SEW Vortrag Energieforum Garching '09

2. GZ-Energie-Fachforum in Garching, 2.7.2009
Referent: Michael Schilling, SEW ® -Kempen
Thema:
Energieeffizienz
im Lüftungsbereich
- Worauf es wirklich ankommt -
Das Thema Energieeinsparung und Effizienz ist ja zur Zeit überall aktuell und
wird mittlerweile für fast jeden Vorgang gebraucht oder auch missbraucht.
Wann allerdings etwas effizient ist und wann eine Maßnahme überhaupt eine
tatsächliche Energieeinsparung darstellt, dazu muss man etwas genauer
hinsehen.
Speziell für den Bereich Luft- und Klimatechnik sollen hier die wirklich
energiesparenden Maßnahmen aufgezeigt werden. Es werden die wesentlichen
Kriterien benannt, damit die Energieeinsparung gleichzeitig effektiv, effizient,
betriebssicher und rentabel ist und somit die Nutzungsqualität erhöht wird.
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1.
Die hocheffiziente Energie-Einspar-Technik von
SEW ® basiert auf einer Neuentwicklung eines
speziellen Wärmeaustauschers, dem sogenannten
Gegenstrom-Schicht-Wärmeaustauscher.
Dieser dient der Rückgewinnung von Wärme und
Kälte aus den verbrauchten Abluftströmen der luftund
klimatechnischen Anlagen.
Seit der Markteinführung dieser Wärmeaustauscher in
1983 wurden bereits Tausende von Wärmerückgewinnungsanlagen
mit einer Gesamtluftleitung von
etwa 90 Mio. m³/h in allen Branchen ausgeführt,
so z.B. hier in München die Krankenhäuser Schwabing und
Harlaching, das Technische Rathaus Friedenstraße, das
Hochhaus am Georg-Brauchle-Ring, der Bayerische Rundfunk
und viele weitere sowie auch hier an der TUM in Garching.
Damit wurden seit Beginn hochgerechnet etwa 500
Mio. m³ Erdgas eingespart.
Mit den bereits in Betrieb befindlichen Anlagen werden
zur Zeit jährlich etwa 600 Mio. kWh Wärme und
Kälte eingespart, womit 160.000 t CO 2 substituiert
werden.
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Beispiel
gestapelte
Gegenstrom-
Schicht-
Wärmetauscher
Sparkasse
Krefeld 1987
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2.
Das Basisbauteil unserer Energie-Einspar-Technik ist der GSWT ®
Der Gegenstrom-Schicht-Wärmeaustauscher
ist ein Quantensprung in der Wärmeaustauschqualität
zwischen flüssigen und
gasförmigen Medien.
Das spezielle daran ist, dass die
Wärmeaustauscher für jede Luftleistung ab
1.000 m³/h bis Anlagen zu 1 Mio. m³/h aus
einzelnen GSWT ® in einer Modul-Schicht-
Technik ausgeführt werden.
Durch die variablen Abmessungen ist der
Wärmetauscher für jedes Lüftungsgerät
oder aber auch zur freien Aufstellung im
Kanal geeignet.
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3. Das Basisbauteil dieser Energie-Einspar-Technik ist der GSWT ®
Die weiteren Vorteile dazu sind:
• die Wärmetauscher sind in Einzelteile
zerlegbar
• jedes Modul ist separat absperrbar,
entlüft- und entleerbar und damit besitzt
der Wärmetauscher eine hohe Redundanz
und höchste Betriebssicherheit
• Der Betrieb im Massenstromverhältnis
ermöglicht Austauschgrade / Rückgewinnungsgrade
von 90%/90% auf der Luftund
Wasserseite
• die Wärmetauscher sind 100% reinigungsfähig
• geringste Verschmutzungsneigung durch
die Strömungskanäle
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4. Zum allgemeinen Verständnis der Wärmetauscherfunktion
- ein Beispiel für effektiven Wärmeaustausch:
Das untenstehende Schaubild zeigt die Funktion eines Wärmeaustauschers
zwischen einem Wasser- und einem Luftstrom mit einem Austauschgrad von
beidseits 90%. Dieser ist wie folgt definiert:
Lufteintritt
= 30°C
Wasseraustritt
= 28°C
6.036 W Wasserabkühlung
6.036 W Lufterwärmung
Die Vorraussetzungen für diesen Wärmeaustausch sind:
• Massenstromverhältnis 1:1
• Gegenstromverhältnis > 99%
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Luftaustritt
= 12°C
Wassereintritt
= 10°C
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5. Effizienz – am Beispiel Wärmepumpe und Wärmerückgewinnung
Bei einer Wärmepumpe werden mit 1 kWh Stromaufnahme im Jahresmittel aus
Umweltwärme etwa 3 kWh zum Heizen nutzbar gemacht. Im Kraftwerk benötigt
man aber ebenfalls etwa 3 kWh hochwertige Wärme um 1 kWh an Strom
bereitzustellen!? Also ein Nullsummenspiel?
Neue Gesetze erfordern heute eine Mindest-Leistungsziffer von 1:3,5 !
Erste Wärmerückgewinnungssysteme um 1980 erzielten eine Leistungsziffer
(Verhältnis Strommehrbedarf zu Wärmerückgewinnung) von etwa 1:3,
dass heißt, mit 1 kWh Strommehrbedarf für die zusätzlichen Druckverluste
der Wärmetauscher und der notwendigen Pumpen werden 3 kWh an Wärme
zurückgewonnen.
Ist die Wärmerückgewinnung dann noch eine Energieeinsparung ?
Die heutige GSWT ® -Rückgewinnungstechnik erzielt dagegen in der einfachsten
Ausführung - nur Wärmerückgewinnung im Winter - eine Leistungsziffer von ca.
1:20, multifunktional bis 1:100,
dass heißt mit 1 kWh Strommehrbedarf 20 kWh bis 100 kWh an Wärme
zurückgewinnen! Das schafft keine Wärmepumpe.
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6. Das Basis-Wärmerückgewinnungssystem
Schaltschema
einer Lüftungsanlage
mit
integrierter
Wärmerückgewinnung
Mit Einsatz der hocheffizienten GSWT ® werden System-Austauschgrade von
80% erzielt. Diese Austauschqualität erlaubt die multifunktionale Nutzung
dieser Systeme.
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7. Das multifunktionale Wärme- und Kälterückgewinnungssystem
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Wärmeerzeuger (-)
Kälteerzeugung (-)
Rückkühlung (./.)
Jede zusätzliche
multifunktionale
Nutzung erhöht die
Effizienz des
gesamten Systems,
möglich bis 1:100.
Mehr Nutzen bei
gleichem Aufwand!
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8. Ist Effizienz alles?
Die V5-Kriterien:
Effektivität, Effizienz, Sicherheit, Rentabilität und Nutzungsqualität
Jede dieser Eigenschaften ist in sich sicherlich von großer Bedeutung;
aber bei genauerem Hinsehen wird erkennbar, dass diese Werte, für sich
alleine betrachtet, noch keine abschließende Aussage zur Qualität der
Rückgewinnungstechnik erlauben.
Zunächst zum Thema Effektivität:
Bei Wärme- und Kälterückgewinnungssystemen betrifft dies die sogenannten
Austausch- bzw. Rückwärmgrade, womit von dem maximal möglichen
Rückgewinn an Wärme oder Kälte aus der verbrauchten Abluft in Prozent der
tatsächliche Rückgewinn angegeben wird.
Es begann etwa 1980 mit ca. 35 – 40 %. In der weiteren Entwicklung wurden
diese Werte langsam gesteigert auf 50, 60, 70 und 80%; auch bis 95 % bieten
einige Firmen an.
Der Austauschgrad ist ein erster wichtiger Faktor für die Energieeinsparung. Ob
oder inwieweit er nützlich ist, entscheidet ausschließlich der dafür notwendige
Primarenergieeinsatz.
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9. Die V5-Kriterien:
Effektivität, Effizienz, Sicherheit, Rentabilität und Nutzungsqualität
Effizienz bedeutet,
Mit wenig viel erreichen!
Dass heißt, bei minimalem Aufwand einen maximalen Nutzen zu erzielen.
Die Effizienz kann dabei als Quotient definiert werden, wie z.B. 1:3, 1:20 etc.
Dies bedeutet, mit 1 kWh Strom 3 bzw. 20 kWh an Wärme zurückzugewinnen.
Die Austauschqualität steigt, wenn bei hohem Austauschgrad der Aufwand fällt.
Mit jeder multifunktionalen Nutzung wird der Aufwand reduziert und der Nutzen
erhöht.
Für effektiv und effizient gilt, wenn der Aufwand auf ein Minimum und das
Ergebnis auf ein Maximum optimiert wird.
Hinweis:
Dabei ist der tatsächliche gesamte Aufwand als auch der Minderaufwand
zu beachten (Luftzusammenführung bzw. bessere Leistungszahl der
Kältemaschine oder Wegfall des Rückkühlwerkes).
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10. Die V5-Kriterien:
Effektivität, Effizienz, Sicherheit, Rentabilität und Nutzungsqualität
Betriebs- und Funktionssicher:
Erfüllt eine Energie-Einspar-Technologie die Bedingungen effektiv und effizient,
kann dies schon sehr positiv sein. Von Vorteil ist dies allerdings erst, wenn die
Wärmerückgewinnung auch konstruktiv betriebs- und ausfallsicher ist.
Voraussetzung dazu: redundante Anlagetechnik.
Bei der GSWT-Technik ist jedes Wärmetauschermodul ein eigenständiger
Wärmetauscher. Dazu kommt eine Doppelpumpentechnik, eine Hardware-
Betriebsschaltung, schichtweise Kondensatableitung, integrierter Frost- und
Vereisungsschutz.
Erst unter dieser Vorraussetzung können Heizkessel, Kältemaschinen,
Rückkühlwerke etc. verkleinert bzw. ersetzt werden.
Dies alles vorausgesetzt, müssen dazu aber auch noch die
Wirtschaftlichkeitskriterien erfüllt werden.
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11. Die V5-Kriterien:
Effektivität, Effizienz, Sicherheit, Rentabilität und Nutzungsqualität
Rentabilität:
Energie-Einspar-Systeme jeglicher Art sollten sich mindestens in der zu
erwartenden Betriebs- und Lebenszeit durch die eingesparten Energie- und
Betriebskosten mehrfach selbst bezahlen. Dies ist kein Kostenproblem,
sondern es ist davon auszugehen, dass größere Anlagen letzten Endes auch
mehr anstatt weniger Energie verbrauchen, zumal der Preis von Produkten
maßgeblich von dem Energieverbrauch der gesamten Fertigungskette
bestimmt wird.
Rückgewinnungssysteme sollten deshalb den apparativen Aufwand nicht
erhöhen, sondern mindern. Dies gilt auch für den gebäudetechnischen
Aufwand.
Die GSWT-Technik bietet dazu eine Mehrfachamortisation wie folgt:
• zu 100% direkt durch reduzierte Bauflächen für die Heiz- und Kältezentralen
und Aufstellflächen für Rückkühlwerke
• zu 100% direkt durch Reduzierung der Wärme- und Kälteerzeugung
einschließlich aller Nebenleistungen
• zu 20 - 50% pro Jahr durch Energieeinsparung (Wärme, Kälte und
sogar Strom)
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12. Die V5-Kriterien:
Effektivität, Effizienz, Sicherheit, Rentabilität und Nutzungsqualität
Nutzungsqualität:
Alle angesprochenen Kriterien können für eine Energie-Einspar-Technik sehr
positiv sein. Allerdings ist übergeordnet die Nutzungsqualität das Maß der
Dinge, d.h. Energie-Einspar-Technik und Rückgewinnungssystem dürfen und
sollen Energie einsparen, jedoch keinesfalls den Sinn und Zweck der luft- und
klimatechnischen Anlagen verändern.
Wärmerückgewinnungssysteme im sogenannten Kreislaufverbundsystem
besitzen eine absolute Trennung zwischen dem verbrauchten Abluftstrom und
dem frischen Außenluftstrom.
Jegliche Keim- und Schadstoffübertragung ist damit ausgeschlossen.
Auch im Störfall kann über das System keine Rauch- und Brandübertragung
erfolgen.
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13.
Worauf es wirklich ankommt
Mit den V5-Kriterien wird aufgezeigt, worauf es bei Wärmerückgewinnungssystemen
wirklich ankommt und wie hoch letztendlich die
Nutzungsqualität ist.
Einige Kriterien werden sicherlich mehr oder weniger stark bewertet oder
manchmal gibt die mögliche Investitionshöhe die machbare Technik vor,
zumindest sollte die Energiesparmaßnahme anhand dieser Kriterien geprüft
werden.
Wird Geld in energieeinsparende Technik investiert anstatt z.B. in größere
Wärme- und Kälteerzeugungsanlagen, entstehen für die Rückgewinnungstechnik
keine Mehrkosten und mit Betrieb der Anlagen wird von Beginn an und
mit jeder weiteren Betriebsstunde Energie eingespart, statt immer neu erzeugt.
Mit der GSWT-Technologie steht zur hocheffizienten und dauerhaft rentablen
Energieeinsparung eine erprobte Technik zur Verfügung.
Aufgrund der Variabilität ist diese Technik auch nahezu überall einsetzbar.
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14.
Schlussbemerkung zur hocheffizienten Energie-Einspar-Technik
Wir müssen und wollen Energie sparen, aber dies wollen wir nicht durch
Reduzierung an Qualität tun, sondern eben mit einer besseren Technik.
Hier möchte ich auf zwei unserer Leitsätze hinweisen:
Mit Einsatz der multifunktionalen SEW ® -Rückgewinnungstechnik auf
Basis der Gegenstrom-Schicht-Technologie werden luft- und klimatechnische
Anlagen vom einst größten Energieverbraucher zum
Energiesparer für das gesamte Gebäude.
und:
Wer also heute neu plant, baut oder saniert sollte zuvor diese bewährte
Technik in unserem Hause oder bei einem von uns ausgeführten Projekt
in Augenschein nehmen. Machen Sie ....
Und damit zunächst vielen Dank für Ihr Interesse.
Zu weiteren Fragen stehen ich Ihnen natürlich gerne zur Verfügung.
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Vorbildprojekte aus Bayern und Deutschland
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