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Ausgewählte Ausgabe: 11-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Die mehrdimensionale Optimierung von Wärmerückgewinnungssystemen

Für eine Optimierung von Wärmerückgewinnungssystemen (WRG) müssen Rahmenbedingungen festgelegt werden, die sich von Fall zu Fall signifikant unterscheiden können. Die Berechnungsmethodik zur Optimierung ist komplex und kann sinnvoll nur relational und mehrdimensional durchgeführt werden.


Aus solchen Berechnungen ergibt sich eine Vielzahl von Optima, die den jeweiligen Flächen und den daraus resultierenden Luftgeschwindigkeiten und Anströmflächen zugeordnet sind. Durch eine Maximalwertbetrachtung kann das größte Optimum (Maximum der Einsparung oder maximaler Ertrag) bestimmt werden. Dass es auch aus ökonomischer Sicht sinnvoll ist, die WRG mit niedrigen Luftgeschwindigkeiten zu betreiben, wurde schon an den Beispielen des Fachberichts in Heft 7-8 und 91) ersichtlich. In Heft 10 wurde der Einfluss des Standorts europaweit dargestellt, um die gesetzlichen Anforderungen an die Wärmerückgewinnung gemäß EU 1253/20142) zu bewerten3). Auch aus dieser Betrachtung ergibt sich, dass niedrige Luftgeschwindigkeiten selbst europaweit wirtschaftlich sinnvoll sind.

Rahmenbedingungen

Um den Einfluss der Änderung von verschiedenen Rahmenbedingungen aufzuzeigen, wurde eine Auslegung mit folgenden Grundlagen verwendet:
- Volumenstrom, der einem mittleren Zu- und Abluftvolumenstrom von 14 400 m³/h entspricht
- WRG-System als Doppelplattenwärmeübertrager mit einer Rückwärmzahl von 73,1 %
- Druckverluste der WRG mit 232 Pa auf der Zuluftseite und 240 Pa auf der Abluftseite
- Als Ventilatorsysteme freilaufende Ventilatoren mit einem Systemwirkungsgrad von 60 % (Antriebe IE3)
- Effizienzklasse der Antriebe mit der Klasse P1 (nach EN 13053)
- SFPint. mit 1 019 s/m³. Damit wird die ErP-Verordnung EU 1253/2014 für die Stufe 2016 erfüllt. Die Stufe 2018 wird jedoch verfehlt, da der interne Druckabfall mit dPint. = 609 Pa zu hoch ist.
- Luftgeschwindigkeit im lichten Querschnitt des RLT-Gerätes mit 1,9 m/s, welche der Klasse V3 nach EN 13053 entspricht.
Es wird im Weiteren nur auf eine ökonomische, also auf eine monetäre Bewertung eingegangen, da eine ökologische Bewertung auf Basis von CO2-Äquivalenten den Rahmen eines Artikels sprengen würde. Zur Berechnung der Aufwendungen und der Erträge wurden weiterhin folgende Basisdaten verwendet:
- Kosten für Wärme mit 0,10 €/kWh
- Kosten zur Kälteerzeugung mit 0,15 €/kWh
- Elektroenergie mit 0,15 €/kWh
- Zinssatz mit 5 % zur Abzinsung der Beträge über die Zeitperioden
- Preissteigerungsrate von 2 %
- Lebensdauer mit 15 a
- Ablufttemperatur mit 20 °C im Winter und 26 °C im Sommer
- Zulufttemperatur ganzjährig mit 20 °C
- Volumenstrom während des Tages mit 100 % (Volllastbetrieb) und 50 % während der Nacht (Teillastbetrieb)
- Verwendung von zwei Laufzeitmodellen mit 2 350 h/a (8 h/d) und 8 760 h/a (24 h/d)
- Als Standort für die WRG wurde Mannheim als „mittlerer“ Standort in Europa gewählt. Die meteorologischen Daten wurden mit der Software Meteonorm 7.1 erzeugt.

Änderung der Rahmenbedingungen

Nachfolgende Parameter werden im Folgenden jeweils verändert, um deren Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der WRG mit einem Softwaretool darzustellen:
- Änderung des Wärmepreises von 0,02 bis 0,2 €/kWh
- Änderung der Preises für Elektroenergie von 0,04 bis 0,4 €/kWh
- Änderung der Laufzeit von 1 bis 7 Tage/Woche
- Änderung der spezifischen Druckverluste von 60 bis 340 Pa pro Luftseite
- Änderung der Sollwerte (Heizen und Kühlen) von 16 bis 24 °C
- Änderung der Ablufttemperatur (Winter) von 17 bis 24 °C und Änderung der Ablufttemperatur (Sommer) von 16 bis 26 °C
Dabei ergaben sich aufschlussreiche Erkenntnisse, die so nicht offensichtlich waren und bis heute noch nicht als allgemein anerkannter Stand der Technik gelten. Im Folgenden werden diese Erkenntnisse einzeln dargestellt und erläutert.

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Autoren

Prof. Dr.-Ing.  Christoph Kaup

Geschäftsführender Gesellschafter von HOWATHERM Klimatechnik GmbH. Honorarprofessor am Umwelt-Campus Birkenfeld, Hochschule Trier, für Energieeffizienz und Wärmerückgewinnung. Mitglied in verschiedenen Normungsgremien wie zum Beispiel EN 16798, EN 13779, EN 308, EN 13053 und EN 1886 sowie in verschiedenen Richtlinienausschüssen wie VDI 6022 und VDI 3803.

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