Multifunktionale Wärmerückgewinnung

Bei seinen hocheffizienten Wärmerückgewinnungssysteme im Kreislaufverbund für alle luft- und klimatechnischen Anlagen setzt SEW den mehrfach international patentierten Luft/Wasser-Wärmeübertrager in Gegenstrom-Schicht-Bauweise (GSWT) ein. Die bewährte Technik weist Austauschgrade bis zu 90 % beidseitig auf und ist somit prädestiniert zur Rückgewinnung von Wärme und Kälte aus den Abluftströmen von luft- und ­klimatechnischen Anlagen. Der Gegenstrom-Schicht-Wärmeaustauscher ist aber nicht nur ein Quantensprung in der Wärmeübertragungsqualität zwischen flüssigen und gasförmigen Medien, ­sondern auch konstruktiv ein Novum: Er kann für jede Luftleistung ab 1000 m³/h bis für Anlagen mit über 1 Mio. m³/h aus einzelnen Modulen konfek­tioniert werden.

Die Basissysteme der Wärmerückgewinnungsanlagen werden mit Rückwärmzahlen von> 60 %, für Spezialanwendungen auch mit 80 %, angeboten. Die Vorteile des GSWT, beispielsweise geringste Verschmutzungsneigung, maximale ­Redundanz und Betriebssicherheit sowie hohe ­Effizienz, sind dabei immer gegeben.

Mit dem multifunktionalen GSWT-Wärme- und Kälterückgewinnungssystem werden System-Austauschgrade von 80 % erzielt. Diese Austauschqualität erlaubt die multifunktionale Nutzung dieser Systeme und öffnet den Weg zur Hocheffizienz. Jede zusätzliche multifunktionale Nutzung erhöht die Effizienz des gesamten Sys­tems, möglich ist ein Effizienzgradient (Verhältnis von elektrischem Aufwand zur nutzbaren Kälte- und Wärmemenge) bis 1:100. Nachstehend werden die fünf Vorteile (V5-Nutzungsqualität) der GSWT-Technik zu den derzeitigen Generalthemen Effektivität, Effizienz, Sicherheit, Rentabilität und hohe Raumluftqualität erläutert.

V1: Effektivität

Bei Wärme- und Kälterückgewinnungssystemen wird die Effektivität durch Austausch- bzw. Rückwärmgrade bewertet, womit von dem maximal möglichen Rückgewinn an Wärme oder Kälte aus der Abluft der tatsächliche Rückgewinn in Prozent angegeben wird. Etwa seit 1980 wurden allgemein erste Systeme mit ca. 35 bis 40 % installiert. In der weiteren Entwicklung wurden diese Werte langsam gesteigert auf 50, 60, 70 und 80 % (gemäß VDI 2071 Wärmerückgewinnung in Raumlufttechnischen Anlagen). Einige Firmen bieten auch bis zu 95 % an. Mit der Entwicklung der GSWT-Technik konnte SEW bereits 1983/84 einen Austauschgrad von bis zu 80 % realisieren. Der Austauschgrad ist ein erster wichtiger Faktor für die Energieeinsparung. Ob oder inwieweit er allerdings nützlich ist, entscheidet ausschließlich der dafür notwendige Primärenergieeinsatz: Die Effizienz, das Verhältnis aus Aufwand und Nutzen.

V2: Effizienz

Mit wenig viel erreichen, das heißt, bei minimalem Aufwand einen maximalen Nutzen zu erzielen. Die Effizienz kann dazu als Verhältnis definiert werden, beispielsweise 1:3 bzw. 1:20. Dies bedeutet, dass im Jahresmittel mit 1 kWh elektrischer Energie 3 bzw. 20 kWh Wärmeenergie zurückgewonnen wird. Die Austauschqualität steigt, wenn bei hohem Austauschgrad der Aufwand fällt. Mit jeder multifunktionalen Nutzung wird der Aufwand reduziert und der Nutzen erhöht. Für effektiv(er) und effizient(er) gilt, dass der Aufwand auf ein Minimum und das Ergebnis auf ein Maximum optimiert wird. Hinweis: Dabei ist der tatsächliche gesamte Aufwand, energetisch wie bautechnisch zu beachten (beispielsweise eine durch die Auswahl des Wärmerückgewinnungssys­tems erforderliche Luftzusammenführung und Möglichkeiten zur multifunktionalen Nutzung).

V3: Betriebs- und Funktionssicherheit

Erfüllt eine Energie-Einspar-Technologie die Bedingungen effektiv und effizient, kann dies bereits sehr positiv sein. Von Vorteil ist dies allerdings erst, wenn die Rückgewinnungstechnik auch kons­truktiv betriebs- und ausfallsicher ist und die Leistung konstant bereitgestellt wird. Die in sich funktionsfähigen Wärmetauschermodule der GSWT-Technik schaffen Redundanz und sind so Voraussetzung für eine hohe Betriebssicherheit. Dazu kommen eine Doppelpumpentechnik, eine vollautomatische SPS-Programmschaltung mittels Siemens S7 mit integrierter Handschaltung, eine schichtweise Kondensatableitung, integrierter Frost- und Vereisungsschutz etc. Dies alles ist Vor­aussetzung für eine multifunktionale Nutzung im bewährten Kreislaufverbundsystem. Damit wird der apparative Aufwand insgesamt gemindert, die vorzuhaltenden Leistungen von Heizkesseln, Kältemaschinen, Rückkühlwerken etc. werden verkleinert bzw. ersetzt. Dies ist Basis für eine dauerhaft wirtschaftliche Anlagentechnik. Wesentlich bei der WRG-Technik im Kreislaufverbund ist außerdem, dass sie absolut keim- und schadstoff­übertragungsfrei ist und bei einem Störfall keine Rauch- und Brandübertragung erfolgen kann.

V4: Rentabilität

Energie-Einspar-Systeme jeglicher Art sollten sich mindestens in der zu erwartenden Betriebs- und Lebenszeit durch die eingesparte Energie von selbst (also ohne Zuschüsse) bezahlt machen. Besser jedoch in der halben Zeit oder direkt von Beginn an. Rückgewinnungssysteme sollten deshalb auch den apparativen Aufwand nicht erhöhen, sondern mindern. Dies gilt auch für den bautechnischen Aufwand. Dies ist nicht nur eine Kostenfrage, sondern es ist davon auszugehen, dass ein höherer Geräteaufwand letzten Endes sogar mehr anstatt weniger Energie verbraucht. Die multifunktionale GSWT-Technik ermöglicht eine Mehrfach­amortisation wie folgt:

• bis zu 100 % direkt durch reduzierte Bau­flächen für die Heiz- und Kältezentralen und Aufstellflächen für Rückkühlwerke
• bis zu 100 % direkt durch Reduzierung der Wärme- und Kälteerzeugung einschließlich aller Nebenleistungen
• zu 20–50 % pro Jahr durch die Energieeinsparung (Wärme, Kälte und sogar Strom)

V5: Raumluftqualität

Alle angesprochenen Kriterien können für eine Energie-Einspar-Technik sehr positiv sein. Allerdings ist übergeordnet die Raumluftqualität 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 Kreislaufverbundsystem besitzen eine absolute Trennung ­zwischen dem belasteten Abluft- und dem Außenluftstrom. Jede Keim- und Schadstoffübertragung ist damit ausgeschlossen. Auch im Störfall kann über das System keine Rauch- und Brandüber­tragung erfolgen. Dies ist Basis für maximale ­Energieeinsparung ohne Verzicht auf höchste Raumluftqualität.

Zusammenfassung

Mit den Anforderungen an die Effektivität, Effizienz, Betriebs- und Funktionssicherheit, Rentabilität und Raumluftqualität sind die wesentlichen Kriterien für eine erfolgreiche und ganzheitliche Betriebsoptimierung aufgezeigt. Jedes der Generalthemen ist für sich von großer Bedeutung; aber wie ein genaueres Hinsehen erkennbar macht, sind diese Werte für sich alleine betrachtet bei weitem noch keine Aussage zum Gesamtnutzen. Wir müssen und wollen Energie sparen, aber dies wollen wir nicht durch Reduzierung an Qualität tun, sondern mit einer besseren Technik – eben mit einer V1-V5-Nutzungsqualität.

Mit dem Einsatz der multifunktionalen Rückgewinnungstechnik (von SEW) auf Basis der Gegenstrom-Schicht-Technologie werden luft- und klimatechnische Anlagen vom einst größten Energieverbraucher zum Energiesparer für das gesamte Gebäude. Wer also heute neu plant, baut oder saniert, sollte darum die GSWT-Technik beim Hersteller oder besser bei einem ausgeführten Projekt in Augenschein nehmen.

Seit der Markteinführung der Gegenstrom-Schicht-Wärmeaustauscher GSWT im Jahr 1983 wurden bereits ­tausende Wärmerückgewinnungs­anlagen mit einer Gesamtluftleistung von etwa 90 Mio. m³/h in allen Branchen ausgeführt. Bekannte Referenzprojekte sind das Bundes­kanzleramt Berlin, die Deutsche Bundesbank Frankfurt ­sowie große Sparkassen, Versicherungen, Pharmaunternehmen, Hallen­bäder usw. Damit wurden seit Beginn hochgerechnet etwa 500 Mio. m³ Erdgas eingespart. Mit den bereits in Betrieb befindlichen Anlagen werden zurzeit jährlich etwa 600 Mio. kWh Wärme und Kälte eingespart und so CO₂-Emissionen von 160000 t/a vermieden.

Ing., VDI, ist Geschäftsführender Gesellschafter der SEW Systemtechnik für Energierecycling und Wärmeflußbegrenzung GmbH, 47906 Kempen, Telefon (0 21 52) 9 15 60, info@sew-kempen.de, https://www.sew-kempen.de/