Die europäischen Ökodesign-Anforderungen definieren Mindestwerte für die thermische Effizienz von Wärmerückgewinnungssystemen in Nichtwohnraum-Lüftungsgeräten. Für die meisten Energierückgewinnungssysteme ist eine minimale Temperaturübertragungseffizienz von 73 % ausreichend, um die aktuellen Ökodesign-Anforderungen zu erfüllen.
Während dieser Ansatz ein Mindestniveau der sensiblen Wärmerückgewinnung sicherstellt, bildet er nicht das vollständige Energieeinsparpotenzial von Enthalpiewärmetauschern ab. In Klimazonen mit hohem Kühl- und Entfeuchtungsbedarf kann die Entfeuchtung etwa ein Drittel des Energieverbrauchs für die Klimatisierung ausmachen [I, II]. Die Feuchterückgewinnung hat daher einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtenergieeffizienz eines Lüftungsgeräts.
Im Gegensatz zu den verbindlichen Anforderungen an die thermische Effizienz gemäß der EU-Ökodesign-Verordnung ist die Eurovent-Bewertungsmethodik für die Energieeffizienz im Sommer (Eurovent Summer Energy Efficiency Methodology) ein von Eurovent entwickelter branchenbasierter Bewertungsansatz. Bei der Bewertung der saisonalen Energieeffizienz eines Lüftungsgeräts berücksichtigt sie sowohl die sensible als auch die latente Energierückgewinnung. Dadurch kann das zusätzliche Energieeinsparpotenzial von Enthalpiewärmetauschern in der Gesamtbewertung der Energieeffizienz berücksichtigt werden – insbesondere in Klimazonen mit hohen latenten Kühllasten.
Kühlung in warmen und feuchten Klimazonen: Die versteckten Energiekosten
Die Kühlung von Außenluft umfasst zwei unterschiedliche Prozesse: die Absenkung der Lufttemperatur und die Entfernung von Feuchtigkeit aus der Luft. Der erste Prozess wird als sensible Kühlung bezeichnet, der zweite als latente Kühlung bzw. Entfeuchtung.
In trockenen Klimazonen müssen Kühlsysteme hauptsächlich sensible Wärme abführen, da die Luft vergleichsweise wenig Feuchtigkeit enthält. In feuchten Regionen, beispielsweise entlang der Mittelmeerküste, wird die Entfeuchtung hingegen zu einem bedeutenden Energieverbraucher, da das Kühlregister große Mengen Wasserdampf aus der einströmenden Außenluft kondensieren muss. Diese zusätzliche latente Last erhöht den Kühlenergiebedarf, die erforderliche Kälteleistung, die Betriebskosten und den gesamten Energieverbrauch der HLK-Anlage. Beispielsweise können an zwei Standorten jeweils 35 °C Außentemperatur herrschen, während sich der Kühlbedarf erheblich unterscheidet. Ein heißes, trockenes Klima mit einem Taupunkt von etwa 10 °C erfordert hauptsächlich sensible Kühlung. Feuchte Außenluftbedingungen mit einem Taupunkt von etwa 20 °C erzeugen dagegen eine wesentlich höhere latente Kühllast, da der Luft deutlich mehr Feuchtigkeit entzogen werden muss.
Die Eurovent-Bewertungsmethodik trägt diesem Unterschied Rechnung: Neben der Trockenkugeltemperatur wird auch die Außenluftfeuchte berücksichtigt, sodass bei der sommerlichen Energiebewertung sowohl sensible als auch latente Energierückgewinnung einfließen.
Eurovent-Bewertungsmethodik für die Energieeffizienz im Sommerbetrieb
Eurovent bewertet die sommerliche Leistung eines Lüftungsgeräts aus Sicht der Gesamtsystemeffizienz und nicht ausschließlich anhand der Temperaturübertragungseffizienz der Wärmerückgewinnung. In warmen und feuchten Klimazonen hängt der Kühlbedarf sowohl von der Trockenkugeltemperatur als auch von der Taupunkttemperatur ab: Die Trockenkugeltemperatur bestimmt die sensible Kühllast, während der Taupunkt den Feuchtegehalt der Luft und damit die latente Kühllast widerspiegelt. Aus diesem Grund berücksichtigt die Eurovent-Bewertungsmethodik Außentemperatur, Feuchterückgewinnung, Wärmerückgewinnungsleistung, Druckverlust und Ventilatorenergie gemeinsam.
Der entscheidende Punkt ist, dass ein sensibler Wärmetauscher zwar die Zulufttemperatur reduzieren kann, die in das Kühlregister eintretende Feuchtelast jedoch nicht wesentlich verringert. In feuchten Klimazonen benötigt das Lüftungsgerät daher weiterhin erhebliche Energiemengen für die Entfeuchtung. Durch die Einbeziehung der Feuchterückgewinnung in die Berechnung der Sommerenergieeffizienz berücksichtigt Eurovent, dass der Einsatz eines Enthalpiewärmetauschers anstelle eines rein sensiblen Wärmetauschers den Kühl- und Entfeuchtungsbedarf reduziert. Gleichzeitig wird der Druckverlust berücksichtigt, da thermische Energieeinsparungen teilweise durch einen höheren Energiebedarf der Ventilatoren aufgehoben werden können. Enthalpiewärmetauscher sind daher für diese Betrachtung besonders relevant, da sie unter warmen und feuchten Bedingungen sowohl die sensible als auch die latente Kühllast reduzieren können.
Fallstudie: Energieeinsparungen in einem mediterranen Klima
Um die wirtschaftlichen Auswirkungen zu veranschaulichen, haben wir anhand einer repräsentativen Fallstudie für Barcelona die Leistung eines Enthalpiewärmetauschers mit der eines konventionellen sensiblen Plattenwärmetauschers verglichen. Im Gegensatz zu heißen und trockenen Klimazonen im Landesinneren weist Barcelona warme Sommerbedingungen in Kombination mit einer relativ hohen Außenluftfeuchtigkeit auf, wodurch eine erhebliche latente Kühllast entsteht. Das Kühlsystem muss daher nicht nur die Lufttemperatur reduzieren, sondern auch eine beträchtliche Menge an Feuchtigkeit aus der einströmenden Außenluft entfernen.
Die Kosteneinsparungen wurden für ein Lüftungsgerät mit einem Luftvolumenstrom von 5.000 m³/h berechnet. Dabei wurde von einer durchschnittlichen Belegung von 150 Personen pro Tag und einer Aufenthaltsdauer von 10 Stunden pro Tag ausgegangen. Lokale Klimadaten für Barcelona wurden zur Berechnung des jährlichen Energiebedarfs und der daraus resultierenden Betriebskosteneinsparungen verwendet.
Ergebnisse
Enthalpiewärmetauscher:
- Gesamte Energiekosteneinsparung pro Jahr: 11.136 Euro
- Davon Einsparungen durch Feuchterückgewinnung: 4.163 Euro
Sensibler Wärmetauscher:
- Gesamte Energiekosteneinsparung pro Jahr: 7.437 Euro
- Davon Einsparungen durch Feuchterückgewinnung: 0 Euro
Obwohl die sensible Wärmerückgewinnung beim rein sensiblen Wärmetauscher geringfügig höher ist, erzielt der Enthalpiewärmetauscher aufgrund seiner Fähigkeit zur Feuchterückgewinnung deutlich höhere jährliche Gesamteinsparungen.
Im Klima von Barcelona, in dem die Luftfeuchtigkeit eine bedeutende Rolle bei Kühlung und Luftaufbereitung spielt, führt diese Feuchterückgewinnung
Zusammenfassung
Die Eurovent-Bewertungsmethodik ermöglicht eine umfassende Bewertung der Leistung von Lüftungsgeräten, indem sie sowohl die sensible als auch die latente Energierückgewinnung zusammen mit weiteren Faktoren berücksichtigt, die die Gesamtenergieeffizienz des Geräts bestimmen. In warmen und feuchten Klimazonen wie Barcelona macht die für Kühlung und Entfeuchtung erforderliche Energie einen erheblichen Anteil am jährlichen Energiebedarf der HLK-Anlagen aus. Unter diesen Bedingungen wird eine effiziente Feuchterückgewinnung zu einem wichtigen Faktor für eine verbesserte saisonale Energieeffizienz.
Mit seiner hohen latenten Rückgewinnungseffizienz und seiner hervorragenden Gesamtenergierückgewinnung bietet die VAPOBLOC-Technologie von Polybloc eine effektive Lösung für Wohnraumlüftungen und Lüftungsgeräte mit Luftvolumenströmen von 50 bis 20.000 m³/h. Durch eine effiziente Wärme- und Feuchterückgewinnung erfüllt VAPOBLOC die Leistungskriterien, die im Rahmen der Eurovent-Bewertungsmethodik berücksichtigt werden. In Klimazonen mit hohen latenten Kühllasten trägt VAPOBLOC zu einer verbesserten saisonalen Energieeffizienz des Lüftungsgeräts bei und hilft dabei, Betriebskosten zu reduzieren und gleichzeitig einen hohen Raumkomfort sicherzustellen.
Gleichzeitig unterstützt VAPOBLOC Hersteller und Gebäudebetreiber dabei, die steigenden Anforderungen an einen nachhaltigen Gebäudebetrieb zu erfüllen: durch einen geringeren Energiebedarf der Lüftungs- und Klimatechnik, eine verbesserte ganzjährige Energieeffizienz und die Einhaltung hoher Hygienestandards – ohne die Kostenwettbewerbsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Über Polybloc
Seit mehr als 40 Jahren entwickelt und produziert Polybloc leistungsstarke Wärmerückgewinnungssysteme für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Energieeffizienz, Hygiene und Betriebssicherheit.
Mit VAPOBLOC steht Ingenieuren, Planern und Gebäudebetreibern eine Lösung zur Verfügung, die hohe sensible und latente Energierückgewinnung, maximale Hygienesicherheit und niedrige Betriebskosten in einem System vereint.
[I] Evaluation of the potential energy recovery for ventilation air in dwellings in the South of Europe, Guillén-Lambea et al., 2016
[II] Independent air dehumidification with membrane-based total heat recovery: Modeling and experimental validation, Liang et al., 2009