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Maßnahme

Klimaanlagen: Drehzahlregulierung

Als Volumenstrom eines HLK-Systems bezeichnet man das transportierte Volumen pro Zeiteinheit. Je mehr Volumen bewegt werden soll, desto mehr Energie wird verbraucht.

Auf einen Blick

Themenkategorie
Energieeffizienz
Bundesland
Bundesweit
Umsetzungszeitraum
Kurzfristig (bis 2 Monate)
Investitionsaufwand
Gering
  • Kälteanlagen
  • Heizung

Beschreibung

Der Energieverbrauch setzt sich aus den folgenden Teilen zusammen: Transportenergie, Heizung und Kühlung, Luftbefeuchtung, Luftentfeuchtung, Wartung. Die Analyse des Volumenstrom ist also eine wichtige Vorgehensweise bei der Reduzierung des Energieverbrauchs einer HLK-Anlage.

Da viele Anlagen auf einen fixen Nennvolumenstrom ausgelegt wurden, wird ständig Luft zu den Verbrauchern transportiert, unabhängig vom derzeitigen Verbrauch. Der volle Nennvolumenstrom wird allerdings selten in einer Anlage benötigt. Eine Regulierung des Volumenstroms kann hier große Energieeinsparungen bringen.

Empfehlung zur Optimierung

Praxiserfahrungen haben gezeigt, dass der Energieverbrauch einer Anlage durch bedarfsorientierte Steuerung des Volumenstroms, signifikant reduziert werden kann. Zur Regelung des Volumenstroms wird ein Regelparameter benötigt, welcher anwendungsspezifisch ausgesucht wird und relativ leicht zu messen ist. Regelparameter können sein:

  • Aktivitätslevel (Bewegungssensor)
  • Personenanzahl (Zählsensor)
  • Konzentration der Luftverunreinigungen (CO2-Sensoren, VOC-Sensoren)
  • Mischgas-Sensoren
  • Infrarotsensoren

Wenn weitere Emissionen bekannt sind, können weitere Sensoren hinzugefügt werden, welche die Konzentration eines bestimmten Stoffes messen können (z. B. CO-Sensoren). Wenn die komplette Heizung bzw. Kühlung von derselben Anlage abgewickelt wird, können folgende Sensoren verwendet werden (auch in Kombination mit anderen Sensoren möglich): Lufttemperaturmesser, Luftfeuchtigkeitsmesser.

Um die erhaltenen Signale optimal verarbeiten zu können, muss ein Hilfssystem, welches dann die Antriebe steuert, installiert werden. Eine Regelung des Volumenstroms kann durchgeführt werden mit: Drehzahlregelung (Variable Speed Drive), Drosselregelung, Drallregelung, Bypass-Regelung. Drossel- und Bypass-Regelung haben eine schlechte Energieeffizienz. Drallregelungen sind hauptsächlich für axiale Ventilatoren, welche in HLK-Anlagen nicht oft verwendet werden. Für die Drehzahlregelung werden Frequenzumrichter (FU) in Kombination mit Elektromotoren verwendet (über 10 kW Asynchron- oder Synchronmotoren). Der Frequenzumrichter reguliert den Volumenstrom über die Leistung des Motors, welcher den Ventilator antreibt. Frequenzumrichter können an fast allen Motoren nachgerüstet werden. Ein System mit bedarfsorientierter Steuerung des Volumenstroms kann, gegenüber einem System mit starrem Volumenstrom bis zu 80 % der Energie sparen.

Relevante technische Überlegungen

Um eine Reduktion des Volumenstroms durchführen zu können, muss der minimal benötigte Volumenstrom erst ermittelt werden. Gemäß EN 16798 setzt sich der minimale Volumenstrom zusammen aus:

  • Mindestvolumenstrom gemäß den Hygienebestimmungen bezogen auf die Anzahl der Personen im Raum,
  • Mindestvolumenstrom, welcher nötig ist, um zusätzliche Emissionen abzutransportieren
  • Mindestvolumenstrom zur Raumkühlung/Raumheizung oder für Prozesse.
Wirtschaftlichkeit

VSD-System: etwa 500 EUR/kW

CO2-Sensors: 100 – 200 EUR

Bewegungsmelder: bis zu 100 EUR

EnergieeinsparungenDie Energieeinsparungen sind eng mit der geringeren elektrischen Leistung verbunden, die für den Betrieb des Systems erforderlich ist (10 – 15 % weniger).
Wirtschaftliche EinsparungenVerminderung der Stromrechnung
Durchschnittliche Amortisationszeit< 3 Jahre
EmissionenDie Emissionen hängen von den Eigenschaften des Kältemittels ab.
Vorteile für die UmweltDer Energieverbrauch von Lüftungsanlagen setzt sich je nach Systemkonfiguration aus Strom (für Lüftung, Lufterwärmung und Befeuchtung), Gas (Lufterwärmung, Befeuchtung) oder Solarthermie (Heizung, Rekuperation/Feuchtigkeitsrückgewinnung) zusammen, die durch die Maßnahme reduziert werden können. Reduktion der CO2-Emissionen durch eine Verringerung des Strombedarfs.
Nicht-Energievorteile (Mehrfachnutzen)
  • Vorteile für die Umwelt
  • Wartung
ReplizierbarkeitHoch

Praxisbeispiel

Installation von Frequenzumrichtern, Firma SALVAGNINI MASCHINENBAU GMBH (Österreich, 2015)

  • Ausgangssituation: Die Produktionshallen werden über die Deckenlüftungsanlage mit Luft versorgt. Die Ventilatoren der Lüftungsanlagen arbeiten im Betrieb mit voller Leistung.
  • Beschreibung der Maßnahme: Durch den Einbau von Frequenzumrichtern können die Ventilatormotoren (2 x 1,6 kW) je nach Sollwert der Umgebungstemperatur (19°C) und je nach Abweichung (bis zu 4°C) im Bereich von 15 bis 50 Hz variabel betrieben werden. Der Betrieb mit niedriger Drehzahl ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen. Alle Riemenantriebe wurden auf effiziente Zahnkeilriemen umgestellt und die Rohre, Armaturen und Flansche des Heizungssystems wurden isoliert.
  • Investitionskosten: etwa 3.500 EUR
  • Amortisationszeit: 1 Jahr

Quellenangabe

Partner

Gear@SME

Die Maßnahmenbeschreibung stammt vom Projekt GEAR@SME. Das Projekt lief von 2020 bis 2023 und wurde durch das Horizon-2020-Programm der Europäischen Union gefördert. Zu den 10 Projektpartnern gehört u.a. die Berliner Energieagentur.
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Datum

Zuletzt geändert am 11. Oktober 2023

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