Das Felsland Badeparadies in Dahn

Zu kalt oder zu feucht im Winter

Ein seit Langem kritischer Bereich des Schwimmbads war die Luftkonditionierung der innenliegenden Beckenbereiche im Winter. Trotz bereits durchgeführter Sanierungsmaßnahmen konnte die vorhandene RLT-Anlage die Beheizung der Schwimmhalle und die gleichzeitige Ableitung der Verdunstungsfeuchte nicht gewährleisten. „Im Winter war das Hallenbad meist entweder zu kalt oder zu feucht. Wir hatten keine andere Wahl, als immer wechselweise manuell im Umluft- oder Außenluftbetrieb fahren“, erinnert sich Reiner Burkhard, Betriebstechniker der Anlage. „Dabei musste das alte BHKW teilweise dauerhaft am oberen Limit seiner Wärme­leistung betrieben werden. Als kritisch erwies sich überdies die fehlende Redundanz des BHKW. Zumindest im Winter hatte das Badeparadies daher den Ruf eines zu kalten Bades.“

Dieser Missstand sollte durch eine erneuerte Lüftungsanlage behoben werden. Das erste Konzept eines abgegebenen Angebotes sah den Einsatz eines Absorptions-Kaltwassererzeugers zur Entfeuchtung mit anschließender Nacherwärmung durch die BHKW-Abwärme vor. Diese Lösung wurde jedoch aufgrund unerwartet hoher Investitions- und Betriebskosten verworfen.

Kurz darauf erfuhr das Frankfurter Vertriebsbüro des Klimatechnikherstellers Menerga von der Problematik und der geplanten Sanierung. Durch nachfolgende Erkundigungen bei dem mit der Umsetzung betrauten Ingenieurbüro Mager bezüglich der Rahmenvorgaben für die zu konzipierende Lüftungsanlage konnten die Kernpunkte der gewünschten Schwimmbadentfeuchtung gemeinsam festgelegt werden. Wichtig war es dabei, im kombinier­ten Außen-/Umluftbetrieb auch die Beheizung der Schwimmhalle sicherzustellen. Hinsichtlich der Effizienz des energetischen Ge­samt­konzeptes sollte sich der Stromverbrauch nicht erhöhen und gleichzeitig die Laufzeit der BHKW gesteigert werden. „Es ging uns von Anfang an auch darum, parallel zur Sanierung der Lüf­tungs­technik die Effizienz unseres Gesamtenergiekonzeptes zu verbessern. Die Nutzung der thermischen Reserven ist der bestim­men­de Faktor für die Expansion der Stromerzeugung“, so das Ingenieurbüro Mager.

Zunächst sollte ein „ThermoCond“-Komfortklimagerät mit mehrstufiger Wärmerückgewinnung sowie einer Wärmepumpe zur Luftentfeuchtung eingesetzt werden. Dabei wird die beim Kälteprozess anfallende Abwärme anschließend entweder zur Nacherwärmung der Zuluft oder zur Erwärmung des Beckenwassers genutzt. Mit diesem System hätte die BHKW-Abwärme nicht mehr zur Entfeuchtung genutzt werden können. Als alternative Lösung entschied man sich deshalb dafür, die enthaltene Wärmepumpe durch die Sorptionsentfeuchtung zu ersetzen. Bei dieser von Menerga entwickelten Technik erfolgt die Entfeuchtung der Luft durch die Absorption über eine Salzlösung, die anschließend mit Niedertemperaturwärme regeneriert wird.

Prinzip der Flüssigsorption

Beim Sorptionsprozess wird die Luft an der Oberfläche eines Rieselfilms der konzentrierten Salzlösung entlanggeführt und dabei getrocknet. Die Lithiumchlorid-Lösung ist umweltverträglich und bleibt unter physikalischen Gesichtspunkten dauerhaft stabil. Beim Entfeuchtungsprozess wird die Lösung zunehmend wässriger, wobei ihre Sorptionskapazität abnimmt. In einem Kreislaufprozess muss sie deshalb bei Bedarf ausgetauscht und regeneriert werden. Bei diesem Desorptionsvorgang wird die Feuchtigkeit unter Einsatz zugeführter Wärme wieder ausgetrieben.

Ein grundsätzlicher Vorteil der Flüssigsorption besteht darin, dass der Wärmestrom nicht zeitgleich mit der Absorption verfügbar sein muss. Je nach Disponibilität der Wärmeenergie kann die Regeneration demnach kontinuierlich oder zeitversetzt erfolgen. Dies unterscheidet die in der Klimatechnik relativ junge Technologie der Flüssigsorption von den bisher bekannten Systemen. Beim Einsatz von festen Sorptionsmaterialien und Rotationsentfeuchtern muss die Regeneration zwangsweise kontinuierlich erfolgen. Der energetische Vorteil der Absorption mit einer wässrigen Salzlösung liegt darin, dass sich die Luft direkt und ohne Nacherwärmung auf den Behaglichkeitspunkt konditionieren lässt. Konventionelle Konzepte kühlen erst die Luft zur Entfeuchtung und müssen sie danach wieder erwärmen. Im Vergleich zum Ein­satz von Kaltwassererzeugern sind die Betriebskosten bei der Entfeuchtung mit der Absorptionstechnik sehr niedrig.

In die Trickkiste gegriffen

Mit der durch den Klimatechnikhersteller modifizierten Lüftungsanlage wurde die Anwendung der Absorptionstechnologie erstmals in einem Hallenbad realisiert.

Die Pilotanlage ist auf einen Luftvolumenstrom von 32 000 m³/h bei einer Entfeuchtungsleistung von 125 kg/h ausgelegt. Bei der Absorption der Feuchtigkeit wird die Sorptionswärme freigesetzt, durch die sich die Temperatur der Salzlösung erhöht. Diese Wärme wird im Entfeuchtungskreislauf ausgekoppelt und an das Freibadwasser abgeführt. Daraus resultiert eine verbesserte Entfeuchtungsleistung. Für diese Auskopplung ist im Lüftungsgerät ein Wärmeübertrager mit einer Leistung von 110 kW integriert.

Die Absorption der Luftfeuchtigkeit führt zu einer zunehmen­den Verwässerung der Salzlösung. Diese wird im weiteren Prozess auf der Desorptionsseite unter Nutzung der BHKW-Abwärme wieder getrocknet und der Prozess kann von Neuem beginnen. Die effektive Auskoppelung der Sorptionsabwärme ins Beckenwasser des Freibades war durch die räumliche Nähe von Technikzentrale zum Außenbecken begünstigt.

Die Entfeuchtung im Badebetrieb erfolgt je nach Witterung und Raumluftzustand über die Außenluft oder in Kombination mit der Sorption. Für die Einhaltung der erforderlichen Luft­wechselraten sind im Bade­betrieb Regenerationsluft­volu­menströme von 8000 bzw. 9000 m³/h ausreichend.

Entwicklung der Betriebskosten

Allein durch den Einsatz des Komfortklimagerätes reduzierte sich der Stromverbrauch gegenüber der alten Lüftungsanlage um jährlich 250 000 kWh. Ausschlaggebend sind hierfür effizienter arbeitende Ventilatoren, eine durchdachte Luftführung im Gerät sowie die permanente Ausregelung der Luftklappen. Da die Ent­feuch­tung der Luft mittels Absorptionstechnik keine elektrische Energie für die Kältebereitstellung benötigt, ergeben sich für den Betreiber weitere Kosteneinsparungen. Einzig die Umwälzpum­pen für die Salzlösung benötigen einen geringen Teil Strom. Gegenüber einem vergleichbaren konventionellen Lüftungsgerät mit Kondensationsentfeuchtung fallen die Betriebskosten so um rund 40 000 € im Jahr niedriger aus.

Weitere Einsparungen ergeben sich auf der thermischen Seite. Das Komfortklimagerät ist mit Rekuperatoren ausgestattet, die eine Rückwärmzahl von bis zu 0,78 erreichen. Damit lässt sich auch der über die großen Glasflächen erzielte Solareintrag effektiv zur Beheizung der Hallenbäder nutzen. Dementsprechend ist die Wärmeversorgung des Gebäudes auch bei Abschaltung von zwei BHKW noch ausreichend gesichert.

Enge Räumlichkeiten

Organisatorisch und logistisch erwies sich die Montage als besondere Herausforderung. Der knappe Zeitplan erlaubte lediglich fünf Wochen für den Austausch der Lüftungsanlage. Parallel zum Ersatz der Geräte waren noch diverse Arbeiten an der Luftführung im Hallenbereich notwendig. So wurde beispielsweise ein Abluftkanal zum Zuluftkanal umgerüstet sowie mit Weitwurfdüsen ausgestattet. Zudem machten die engen Platzverhältnisse in der Technikzentrale zusätzliche Anstrengungen erforderlich.

Normalerweise sind die Klimageräte des Mülheimer Herstellers in Kompaktbauweise ausgeführt und enthalten alle Komponenten bis hin zur Regelung sowie der Entfeuchtungseinheit. Im vorgestellten Projekt kamen noch die entsprechenden Wärmeübertrager hinzu. Damit misst das Gerät etwas über 10 m in der Länge und über 4 m am höchsten Punkt. Entgegen der bis dahin üblichen Bauweise wurde hier das Gerät aus Modulen zusammengesetzt. In enger Abstimmung mit dem Anlagenbauer und dem Planungsbüro wurde die Lüftungsanlage in Einzelsegmente zerlegt.

Auf fünf Sattelzüge verteilt erfolgte die Anlieferung an der Baustelle. „Die Module mussten danach nicht nur sortiert werden, sondern systematisch bezeichnet und vor allem in der richtigen Reihenfolge aufgestellt werden. Das spätere Drehen der Teile war in der Technikzentrale nicht mehr möglich“, erinnert sich Anlagenbauer Andreas Müller. Sechs Monteure waren damit beschäftigt, die Teile praktisch ohne Maschineneinsatz über Rollen einzubringen. Anschließend wurden die Teile zu vertikalen, schmalen Segmenten zusammengesetzt und erst dann in Position geschoben.

Fazit

Die Ergebnisse des Pilotprojektes sprechen für sich. Allein durch das Komfortklimagerät reduzierte sich der jährliche Stromverbrauch der Lüftungsanlage um 250 000 kWh. Die Anwendung der sorptionsgestützten Luftentfeuchtung unter Einsatz einer Salzlösung überzeugt funktionell und in puncto Energieeffizienz. Im Hinblick auf die Montage der Geräte erwies sich die modulare Rahmenbauweise als hilfreich. Im Vergleich zur ursprünglich geplanten Installation einer Absorptions-Kältemaschine ergeben sich wesentlich geringere Investitions- und Betriebskosten. Daneben profitieren die Betreiber von der erweiterten Nutzung der BHKW-Abwärme.