Energieeffiziente Lufttechnik

Aufgaben und Einsatz lufttechnischer Anlagen

Lüftungssysteme sind heute feste Bestandteile moderner Fertigungsstätten. Sie finden ihre Anwendung im Bereich der Raumlufttechnik und der Prozesslufttechnik. Die Raumlufttechnik unterstützt oder ersetzt die natürliche Lüftung. Sie sorgt für den Abzug unerwünschter Luftbestandteile (Schadstoffe, feste Stoffe, Dämpfe) und gewährleistet den Betrieb von Reinräumen. Raumlufttechnische Anlagen gibt es in allen Branchen. Man findet sie sowohl im Dienstleistungsbereich als auch in Gewerbebetrieben und in der Industrie. Unterschieden wird zwischen reinen Lüftungssystemen und Klimaanlagen. Während erstere nur für den Lufttransport sorgen, lassen sich mit letzteren auch die Temperatur und Feuchtigkeit einstellen.

Prozesslufttechnik kann spezielle Luftqualitäten für den Produktionsprozess bereitstellen. Bei der Metall- und der Holzverarbeitung, in Chemie-, Pharma- und Lebensmittelproduktion, in Werkstätten und bei der Kunststoffverarbeitung gibt es die verschiedensten Anwendungsfälle. Mal müssen Späne abgesaugt und transportiert werden, mal wird Produkt getrocknet oder gesichtet, mal werden gasförmige Reaktionspartner bewegt. Trotz dieser sehr spezifischen Anwendungen ist die Lufttechnik eine Querschnittstechnologie. Sie gehört in der Regel nicht zur Kernkompetenz des produzierenden Unternehmens. Viele Unternehmen begnügen sich damit, dass die Lufttechnik ihren Zweck erfüllt, so dass oft erhebliche Optimierungspotenziale brachliegen.

Ventilatoren laufen meist viele Stunden am Tag. Schon mittlere Leistungen führen über das Jahr zu einem erheblichen Stromverbrauch. Durch eine genaue Planung und Optimierung der Lüftungssysteme kann der Verbrauch meist um fünf bis sogar 50 % reduziert werden. Oft amortisieren sich die Effizienzmaßnahmen schon nach weniger als zwei Jahren und sind mit Kapitalrenditen von über 20 % wirtschaftlich sehr attraktiv für Unternehmen. Aufgrund der hohen Energiekosten dieser Anlagen sollten nicht nur die Anschaffungs-, sondern die gesamten Lebenszykluskosten betrachtet werden.

Energieeffizienz von neu zu errichtenden lufttechnischen Anlagen

Lufttechnische Anlagen können komplexe Systeme sein. Bei großen Anlagen lässt sich die Energieeffizienz nur durch eine fachgerechte Planung sicherstellen. Entscheidend sind dabei neben der Wahl der besten und effizientesten Systemkomponenten auch das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. Unterschieden werden hier Transportkomponenten wie Luftdurchlässe, Kanäle, Klappen, Ventilatoren und Komponenten zur Aufbereitung (Wärmeüberträger, Trockner, Befeuchter, Entfernen von Schadstoffen).

Die größten Effizienzpotenziale bieten sich meist am Anfang der Prozesskette. Eine optimierte Ablufterfassung führt in der Regel zu einer höheren Einsparung als der Einsatz eines effizienteren Motors. Eine genaue Festlegung des tatsächlichen Luftbedarfs ist besonders wichtig, da dieser den Energiebedarf für den Lufttransport und die Aufbereitung unmittelbar beeinflusst. Dabei müssen bei komplexeren lufttechnischen Anlagen den unterschiedlichen Luftströmen wie Außen-, Fort-, Ab-, Um-, Misch- und Zuluft im Zuge der Berechnung des Luftvolumenstroms differenziert Rechnung getragen werden.

Im Zusammenhang mit der Aufbereitung der Luft (gegliedert in die fünf Grundfunktionen Lüften, Heizen, Kühlen, Ent- und Befeuchten) gilt der Grundsatz: "So viel wie nötig, so wenig wie möglich." Grundsätzlich sollte überlegt werden, ob anstelle einer künstlichen Lüftung die Lüftungsaufgaben auch durch Fensterlüftung erfüllt werden können. Jedoch kann eine künstliche Lüftung in Verbindung mit einer Wärmerückgewinnung auch den Heizenergieverbrauch senken. Die Nutzung der Abwärme aus Produktionsprozessen bzw. die Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft hilft die Kosten für die Konditionierung der Luft zu reduzieren.

Auch der Einsatz erneuerbarer Energien kann sich lohnen: So kann für die Prozessluft benötigte Kälte Erdwärmetauschern entnommen werden. Daneben lässt sich auch über Sorptionskälteanlagen Abwärme zur Erzeugung von Kälte nutzen.

Schließlich muss im Rahmen der Systemauslegung grundsätzlich die Entscheidung getroffen werden, ob die verschiedenen Bereiche durch eine zentrale oder viele dezentrale Anlagen versorgt werden sollen. Dezentrale Lösungen bieten u. a. den Vorteil unkomplizierter individueller Regelungen, erfordern aber einen größeren Platzbedarf und stellen einen höheren Aufwand bei der Wärmerückgewinnung dar.

Durch die Optimierung einer neu errichteten Anlage etwa ein Jahr nach der Inbetriebnahme (nachdem die Maschine "eingefahren" ist und die verschiedenen Lastzustände mindestens einmal aufgetreten sind) kann der Energieverbrauch in vielen Fällen noch einmal um bis zu zehn Prozent gesenkt werden.

Energieeffizienz bei Bestandsanlagen

Bei einer bestehenden Anlage kann die Energieeffizienz im Wesentlichen durch folgende drei Ansätze erhöht werden: Annäherung der Ventilatorleistung an den tatsächlichen momentanen Luftbedarf, Beseitigung von Leckagen und Maximierung des Gesamtwirkungsgrades.

Oft laufen Ventilatoren ohne Pause durch, egal ob gerade tatsächlich gebraucht werden (Produktion, Raumbelegung, etc.). Hier kann oft schon eine einfache Zeitsteuerung Abhilfe schaffen. Luftmengen können beispielsweise über Ventilatoren mit manuell einstellbaren Leistungsstufen angepasst werden. Hierfür sind jedoch eine hohe Motivation und ein Kostenbewusstsein der Mitarbeiter erforderlich. Besser ist es, den momentanen Lüftungsbedarf mit Sensoren zu erfassen und die Ventilatorleistung beispielsweise über einen Frequenzumrichter zu steuern.

Leckagen treten in vielen Lüftungskanälen auf. Sie machen zusätzliche Ventilatorleistung erforderlich und auch der Aufwand für die Luftaufbereitung steigt entsprechend. Einen ähnlichen Effekt können Wärmeverluste bzw. Eintritt von Wärme in den Luftstrom einer Klimaanlage haben. Wenn die Lüftungskanäle schlecht gedämmt sind oder Leckagen haben, müssen größere Luftmengen bewegt werden, um den erforderlichen Nutzen zu erzielen. Bestandsanlagen sollten in regelmäßigen Abständen auf Leckagen und schadhafte Dämmung untersucht werden, insbesondere nach Baumaßnahmen.

Neben den oben genannten Maßnahmen lässt sich der Wirkungsgrad eines Lüftungssystems durch den Austausch ineffizienter Komponenten erhöhen. Hierbei sollten immer auch die Systemzusammenhänge beachtet werden, da die Einflüsse auf den Gesamtwirkungsgrad sich unterscheiden, je nach dem wo Maßnahmen ansetzen. Prinzipiell sollten Maßnahmen zuerst dort ansetzen, wo die geringsten Komponentenwirkungsgrade vorliegen und dort wo möglicherweise nachfolgende Prozessschritte mit entlastet werden können, beispielsweise Lufttransport und Luftkonditionierung.

Eine fachgerechte Energieberatung wird Ihnen u. a. helfen, überdimensionierte Anlagen und Komponenten zu vermeiden, die Anlagenleistung bedarfsgerecht zu steuern bzw. zu regeln, die Wirtschaftlichkeit der Anlage durch Überprüfen und Messen der grundlegenden Leistungsdaten zu sichern sowie alle Möglichkeiten der effizienten Energiegewinnung und -nutzung mit einzubeziehen.