Neukonzeption von RLT-Geräten

Die heutigen RLT-Geräte zeichnen sich durch ein Höchstmaß an Flexibilität aus und sind seit jeher Voraussetzung für das Funktionieren von RLT-Anlagensystemen. Sie bilden das Herzstück einer jeden lufttechnischen Anlage und gewährleisten, dass Funktionen und Prozesse optimal aufeinander abgestimmt sind. Heute sind im Wesentlichen folgende Basisanforderungen zu erfüllen:

Wesentlich zu dem hohen Qualitätsstandard von RLT-Geräten hat der Herstellerverband Raumlufttechnische Geräte e.V. mit seinen Richtlinien, Zertifizierungsverfahren und Effizienzlabeln beigetragen. Sie geben den Investoren, Planern, Nutzern und Betreibern ein hohes Maß an vorgegebener Qualität und insbesondere energetischer Sicherheit. Im Rahmen der aktuellen Ökodesign-Richtlinie wurden die Kriterien zum 1. Januar 2016 verschärft und werden vom 1. Januar 2018 an weiter angehoben. Den Nachweis, dass ein ausgeliefertes RLT-Gerät die Grundvoraussetzungen (WRG-System und Filter) sowie die Energieeffizienzanforderungen (SFP-Wert) der Verordnung erfüllt, hat der RLT-Gerätehersteller zu liefern. Im RLT-Gerätemarkt werden weitestgehend nur Lieferkomponenten eines Fabrikats eingesetzt, wenn die vom Komponentenhersteller angegeben Werte von einer zugelassenen Zertifizierungsinstitution, wie dem TÜV Süd beispielsweise, verifiziert sind.

Nachdem Ende der 1980er Jahre RLT-Geräte mit Radialventilatoren ohne Gehäuse (die sogenannten Freiläufer) die damals üblichen laufschaufelgeregelten Axialventilatoren in Großklima­zentralanlagen ablösten, wurden Axialventilatoren nur noch vereinzelt eingesetzt. Der deutschsprachige Markt hatte sich auf die Freiläufer eingestellt. Davon betroffen sind im Wesentlichen die seit Jahren auf dem Markt befindlichen Hochleistungsaxialventilatoren in Kurzbauweise mit ErP-Werten (Ventilator, FU und Motor) bis über 80 % sowie Luftmengen bis über 300.000 m³/h bei ebenso hohen wie niedrigen statischen Drücken. Diese für den deutschen Markt neue Art der Axialventilatoren reduziert insbesondere die hohen Energieverbräuche von RLT-Anlagen in Industrieanlagen über den Lebenszyklus in einer ganz neuen Dimension. Der größte Teil der elektrischen Energiekosten einer RLT-Anlage wird durch die elektrische Antriebsleistung für die Zu- und Abluftventilatoren aufgebracht. Damit erklärt sich, dass Einsparungen in diesem Bereich deutlich zielführender sind als bislang durchgeführte Maßnahmen, da die Investition meist kos­ten­neu­tral dargestellt werden kann. Es versteht sich von selbst, dass auch die zum Einsatz kommenden Hochleistungsventilatoren zertifiziert sind und somit den Ansprüchen des Herstellerverbandes Raumlufttechnische Geräte e.V. voll entsprechen.

Energiebedarf und Abmessungen

Betrachtet man die Suche nach der Idealgröße von RLT-Geräten, beispielsweise für die Produktionshalle eines Industrieunternehmens, so muss man ausgehend von den Luftbehandlungsfunktionen zwei Aspekte optimieren: den Energiebedarf sowie die Abmessungen der jeweiligen RLT-Geräteeinbaukomponenten für den Betrieb der RLT-Geräte. Die Abmessungen sind unter dem Gesichtspunkt geltender und verschärfter Auslegungsrichtlinien, Transporte, Zusammenbau am Einbringungsort sowie die spätere Wartung und Reinigung, zu wählen. Die Optimierung im Hinblick auf die Energiebedarfe für den Betrieb der RLT-Geräte erfolgt unter der Maßgabe, auftretende energetische Verluste zu minimieren. Die geometrische sowie die energetische Optimierung der RLT-Geräte ist somit stets einer detaillierten Betrachtungsweise zu unterziehen.

Die meist notwendige Reduzierung der Luftgeschwindigkeit durch das RLT-Gerät ist relativ einfach umsetzbar, wenn da nicht die Vergrößerungen der RLT-Gerätequerschnitte eine problema­tische Größe annehmen könnten. Immer wieder steht der RLT-Gerätehersteller vor dem Problem des nur unzureichend zur Verfügung stehenden Platzes. So muss sich immer die gebäudetechnische Infrastruktur den Anforderungen von Architekt und Investor unterordnen. Anstatt Technikräume ausreichend zu dimensionieren, werden nach wie vor die technischen Einrichtungen immer noch zu häufig stiefmütterlich behandelt. Dann bleibt dem Planer oft nur die Wahl, sein Konzept zu ändern oder RLT-Geräte drastisch zu kürzen. Aber wie?

Ungewöhnliche Platzierung

Die Zusammenarbeit des RLT-Gerätehersteller Trubel Luft- und Klimatechnik GmbH mit dem dänischen Ventilatorenhersteller Novenco führte nun im Rahmen entsprechender Versuchsreihen zu außergewöhnlichen Ergebnissen. Die RLT-Gerätelängen lassen sich bei gleichzeitig reduzierter Leistungsaufnahme zertifizierter Hochleistungs-Axialventilatoren geradezu dras­tisch reduzieren. Das führte nach langen Versuchsreihen zu einer Vielfalt von Varianten, gleichgültig ob in horizontaler oder vertikaler Anordnung dieser Hochleistungsaxialventilatoren. Bedeutsam ist jedoch die ungewöhnliche Platzierung der Ventilatoren jeweils am Ende des RLT-Gerätes (Bild 1).

So lassen sich generell die dynamischen Energien für das System nutzen, wenn der Ventilator am RLT-Geräteaustritt angeordnet wird und behandelte Luft direkt dem angeschlossenen Kanalsystem zuführt. So werden energieoptimierte RLT-Geräte weitgehend vom Eintritt bis zum letzten Bauteil mit nahezu gleichbleibender Geschwindigkeit durchströmt. Nur bei Axialventilatoren lässt sich diese Strömungsenergie ohne Umlenkung und mittels eines symmetrisch angeströmten Diffusors optimal nutzen und dem System weitgehend wieder zuführen. Übliche stark verlustbehaftete Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge werden reduziert, was dem inneren Gesamtdruckverlust des RLT-Gerätes zu Gute kommt. Die unvermeidliche Beschleunigung der Strömung am Geräteaustritt übernimmt der Axialventilator und kann dabei die gesamte Energie des Luftstroms mittels des Diffusors weitgehend verlustfrei dem System wieder zuführen. Darüber hinaus besteht zusätzlich die Möglichkeit, den Diffusor als eine Art Rohrschalldämpfer auszuführen, als sogenannten „akustischen Diffusor“. Damit sind die erforderlichen Schallreduktionen austrittsseitig realisierbar und es besteht damit die Möglichkeit, den druckseitigen Schalldämpfer entfallen zu lassen und dadurch den Gesamtdruckverlust des RLT-Gerätes weiter zu reduzieren.  

Planungsbeispiel mit 15 Dach-RLT-Geräten

Das folgende Planungsbeispiel aus der Großindustrie mit insgesamt 15 Dach-RLT-Geräten mit je einer Luftförderung von 60.000 m³/h für eine Produktionshalle verdeutlicht dies. In den beiden Abbildungen sind das Zu- und das Abluftgerät mit einer Wärmerückgewinnung als Hochleistungs-KVS erkennbar. Bild 2 entspricht einer gängigen RLT-Gerätekonfiguration mit einem Radialventilator als freilaufendem Rad. 

Ein nunmehr optimiertes RLT-Gerät mit vertikal eingebauten Hochleistungsaxialventilatoren und akustischen Diffusoren druckseitig zeigt Bild 3.

Durch den Einsatz der im Bild 3 dargestellten Fall senkrecht eingebauten Hochleistungsaxialventilatoren und dem Entfall von zwei Schalldämpfern ergeben sich folgende Vorteile: Bei Hintereinanderschaltung ist das RLT-Gerät 7,7 m kürzer (–33 %), 3,7 t leichter (–28 %) und es verfügt über eine um 10,5 kW (–21 %) geringere elektrische Leistungsaufnahme.

Die Einsparung an der elek­tri­schen Leistungsaufnahme von 10,5 kW führt bei dem Projekt, bei dem die Lüftungsanlage an 6.500 h pro Jahr betrieben wird, zu Betriebskostenein­sparungen von 10,5 kW x 6.500 h/a x 0,1 €/kWh = 6.825 € pro Jahr und RLT-Gerät. Durch den Einsatz dieser optimierten RLT-Geräte ergibt sich eine kurze Amortisationszeit von ca. 10 Monaten. Bei einer vorgegebenen Lebensdauer von 25 Jahren bedeutet dies bei 15 baugleichen RLT-Geräten eine Einsparung an elektrischer Leistung von über 25 Mio. kWh. 

Einsparwerte bestätigt

Im Rahmen der ISH-Messe in Frankfurt am Main im März 2017 wurden die hier dargestellten Daten erstmals veröffentlicht. Da diese hohen Einsparmöglichkeiten einen Quantensprung gegenüber herkömmlichen RLT-Geräten darstellen, wurde nach mehreren erfolgreichen Messungen in Zusammenarbeit mit zwei bekannten Großunternehmen ein bedeutendes Prüfinstitut damit beauftragt, bei zwei vollkommen vergleichbaren RLT-Geräten des Herstellers Trubel mit unterschiedlichen Ventilatorsystemen bei je 20.000 m³/h Luftleistung einen absolut neutralen Leis­tungs­nach­weis zu ermitteln. Die umfangreichen Messungen des TÜV Süd bestätigen eindrucksvoll die von der Trubel Luft- und Klimatechnik GmbH zuvor ermittelten Werte (Bilder 4 bis 8).

Fazit

Durch die Optimierung der in allen Belangen hocheffizienten Einflussgrößen – energie­effi­zien­ter, kürzer und leichter – auch auf die Lebens­zykluskosten (Life Cycle Costs) von RLT-Anlagen bezogen, steigern sich die Marktchancen dieser hocheffizienten RLT-Geräteversion deutlich. Diese Art der RLT-Geräteausführung zeigt in beeindruckender Weise auf, welche Möglichkeiten es im Bereich der Energieeinsparung noch gibt.