Gebäudelüftungsanlage

Relevante Energieformen

Endenergieform	Nutzenergieform	Nebenenergieform(en)
Elektrische Energie (Strom)	Thermische Energie (Wärme)	Thermische Energie (Wärme)

Kurzbeschreibung

Gebäudelüftungsanalagen dienen der kontrollierten Belüftung über mechanische Mittel.

Prozessablauf (Schönemann et al.):

Außenluft wird über Ventilator angesaugt (Verdichtung)
Filter regeln die Reinheit der Außenluft (evtl. Regelung der Luftfeuchte)
Heiz- und Kühlanlagen regeln die Temperatur, auch über Wärmerückgewinnung aus der Abluft
Gebäudeluft wird über Ventilatoren und durch Filtersysteme aus dem Gebäude nach Außen gesaugt (Verdichtung)

Energetisch interessante Bestandteile der Raumlüftung sind die Wärmerückgewinnung (evtl. mit Feuchteübertragung) und die Luftvorwärmung bzw. Heizregister.

(Handbuch ressourcenorientierte Produktion 2014)

Funktionsskizze

Quelle: Synergiebuch

Berechnung des Umwandlungswirkungsgrades, typische Werte

Ventilator:

$\mu_V = \frac{V * \Delta p_t}{P_w} | \mu = (0,2 . . . 0,7)$

$\mu_V= Wirkungsgrad des Ventilators; V = Volumenstrom; \Delta p_t = Totaldruckerhöhung; P_w = Leistungsbedarf der Ventilatorwelle <em>(Schweizer 2017)</em>$

Abhängig von der Temperaturspreizung zwischen Innen und Außenluft, sowie des Luftvolumenstroms

Heiz und Kühlanlagen:
Heizspule:

$\mu_H = 100 %$

Elektrische Heizspulen wandeln 100% der elektrischen Energie in Wärme um.
ηH = Wirkungsgrad der Heizspule

Kühlanlage:
Wirkprinzip über Verdichter, Verflüssiger, Expansion und Verdampfer. Wirkungsgrad abhängig von Kältemittel und Bauart.
(Dohmann 2016)

Wärmetauscher (-rückgewinnung):

$\mu_W = \frac{t_1-t_{AUL}}{t_{ABL}-t_{AUL}}$

ηW = Wirkungsgrad des Wärmetauschers;
t1 = Temperatur der vorgewärmten Außenluft nach Wärmerückgewinnung;
tAUL = Temperatur der Außenluft;
tABL = Temperatur der Abluft

(Stahl 2013)

Betriebs-Charakteristika

Bauart	Hybride Anlagen	Reine Zuluftanlagen	Reine Abluftanlagen
Typische Lastprofile	Zwischen 100 und 1.000 kW (In Abhängigkeit der Regelungsvariante der Ventilatoren)	k.A.	k.A.
Maximale Schalthäufigkeiten	Wenige Minuten	k.A.	k.A.
Typische Anfahrzeiten	Wenige Minuten	k.A.	k.A.
Mindestlaufzeiten	Wenige Minuten	k.A.	k.A.
Regelbarkeit	Meist über Sensorik (Temperatur, CO2, …) aber auch manuell	k.A.	k.A.

Energetische Kennwerte

Bauart	Hybride Anlagen	Reine Zuluftanlagen	Reine Abluftanlagen
Verfügbare Leistungsklassen	k.A.	k.A.	k.A.
Wirkungsgrad in Abhängigkeit der Auslastung	Mittlere Abhängigkeit, da Volumenstrom und Leistung der Ventilatoren korrelieren, Heiz und Kälteanlagen erhöhen ihren Wirkungsgrad mit zunehmender Auslastung	Geringe Abhängigkeit	Geringe Abhängigkeit
Nutzbarer Anteil der Verlustleistung	k.A.	k.A.	k.A.
Verfügbare Energieniveaus	k.A.	k.A.	k.A.

Wirtschaftliche Kennwerte

Bauart	Hybride Anlagen	Reine Zuluftanlagen	Reine Abluftanlagen
Kosten/kWh	Abhängig von Systemgröße	k.A.	k.A.
Platzbedarf/kW	Abhängig von Systemgröße	k.A.	k.A.
Wartungs- und Instandhaltungskosten/kWh	Abhängig von Systemgröße	k.A.	k.A.
Typische Lebensdauer/h	20–30 Jahre	k.A.	k.A.

Technologische Kennwerte

Bauart	Hybride Anlagen	Reine Zuluftanlagen	Reine Abluftanlagen
Typische Be- und Entladeleistungen	Beladungsleistung: 170 kW Entladungsleistung: 50 kW	Kühlleistungen: 220 kW	Kühlleistungen: 220 kW Kühlleistungen: 30–40 W/m² Heizleistungen: 25–30 W/m²
Typische Be- und Entladeleistungen	$\.{Q}_{BES} = \.{m}_{B}_{BES}\.{c}_{Fluid}(T_{Fluid, ein} - T_{Fluid, aus})$ bzw. $\.{Q}_{BES} = (kA)_{ W\``{a}rme\``{ü}bertrager}(T_{BES,m} - T_{Sp,m})$
Typische Verlustleistungen in Abhängigkeit des Alters des Speichers	Die Verlustleistung ist unabhängig vom Alter des Speichers

Subjektive Technologie-Portfolio-Analyse

Technologieattratktivität	Industrielle Umsetzbarkeit	Umsetzbarkeit	Ist es technisch denkbar, diese Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität einzusetzen? (Grün = Ja, Gelb = Ggf., Rot =Nein)
		Komplexität	Wie komplex wäre der Einsatz dieser Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität? (Grün = einfach, Gelb = eher komplex, Rot = sehr komplex oder nicht möglich)
		Anwendbarkeit bei Industriepartnern	Wäre eine Flexibilisierung solcher Anlagen bei Industriepartnern direkt möglich? (Grün = Ja, Gelb=Nur mit größeren Umbaumaßnahmen, Rot = Nein)
	Einsatzhäufigkeit und Verbreitung	Energetischer Impact	Hat die Technologie typischerweise einen bedeutenden Anteil am Strombedarf eines Fabrikbetriebes? (Grün = Tendenziell ja, Gelb = eher nicht, Rot = Nein (weil z.b. andere Energieträger))
	Einsatzhäufigkeit und Verbreitung	Verbreitung in Deutschland	Wie ist der Verbreitungsgrad der Technologie in Deutschland einzuschätzen? (Grün = hoch, Gelb = mittel, Grün = niedrig)
	Umrüstaufwand und Integration	Technology Readiness Level	Wie weit ist die Technologie entwickelt? (Grün = TRL 7-9 Gelb = TRL 4-6, Rot = 1-3)
		Grad der Prozessentkopplung	Wie stark beeinflusst die Anlage in der Regel den Hauptprozess? (Grün = Zwischen der Anlage und dem Hauptprozess befindet sich i.d.R. ein Speicher oder Netz, Gelb = Anlage ist tendentiell nahe am Prozess verbaut, Rot = Anlage hat i.d.R. direkt Einfluss auf den Prozess)
		Möglichkeit des Energieträgerwechsels	Ist ein Energieträgerwechsel möglich? (Grün = Ja in der gleichen Anlage, Gelb = Mit einer zweiten Anlage, Rot = Nein)
		Umrüstaufwand	Wie wird der Aufwand zur Befähigung der Anlage eingeschätzt? (Grün = niedrig, Gelb = mittel, Grün = noch)
Ressourcenstärke	Übertragbarkeit	Übertragbarkeit	Wie gut lässt sich eine Lösung zur Flexibilisierung dieser Anlage auf andere Anlagen übertragen? (Grün = Technologien sind immer ähnlich aufgebaut, Lösungen sind also übertragbar, Gelb = Keine Aussage möglich, Rot = Sehr Prozessspezifisch bzw. standortspezifisch)
	Wirtschaftlichkeit	Erschließungskosten der Maßnahme	Wie hoch sind die spezifischen Investitionshöhen (Grün = niedrig (z.B. nur andere Regelungsart), Gelb = mittel, Rot = hoch (z.B. teure zweite Anlage muss installiert werden)
		Spezifische Wandlerkosten	Wie hoch sind die spezifischen Speicherkosten (Grün = niedrig, Gelb = mittel, Rot = hoch)
		Abrufkosten der Maßnahme	Wie groß ist die Verlustleistung über die Zeit? (Standverluste, Grün = Langzeitspeicher Gelb = Stundenspeicher, Rot = Kurzzeitspeicher)	sehr stark fallabhängig

Zusammenfassung genereller Vor- und Nachteile

Vorteile

Lange Lebensdauern
Hohe Wirkungsgrade
Gute Speicherbarkeit der Nutzenergie innerhalb der Gebäude

Nachteile

Hohe Anschaffungs- und Betriebskosten
Vor allem in KMUs wenig Know-How über optimale Nutzung

Anwendungsbeispiele

Produktionsanlagen, Bürokomplexe, Reinräume, Hörsäle, Lebensmittelverarbeitung

Literaturverzeichnis

Dohmann, Joachim (2016): Thermodynamik der Kälteanlagen und Wärmepumpen. Grundlagen und Anwendungen der Kältetechnik. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg
Handbuch ressourcenorientierte Produktion (2014). [Elektronische Ressource]. Hanser (Hanser eLibrary), München
Schönemann, Malte; Herrmann, Christoph; Kwade, Arno; Kara, Sami: Multiscale simulation approach for battery production systems. Dissertation (Sustainable production, life cycle engineering and management)
Schweizer, Anton (2017): Formelsammlung und Berechungsprogramme für Anlagentechnik. Online verfügbar, zuletzt aktualisiert am 08.05.2017, zuletzt geprüft am 26.05.2017
Stahl, Manfred (2013): Grundlagen: Wärmerückgewinnung in RLT-Anlagen. Online verfügbar, zuletzt geprüft am 26.05.2017

Technologiematrix

Alphabetische Übersicht

Energetische Übersicht