Energetische und wirtschaftliche Bewertung von dezentralen Ventilatoren in zentralen Lüftungsanlagen

Mechanische Lüftungsanlagen sind ein zentrales Element energieeffizienter, nachhaltiger Gebäude. Die Luftförderung erfolgt bei zentralen Lüftungsanlagen üblicherweise über einen Zuluft- und einen Abluftventilator in der Lüftungszentrale. Jeder Zentralventilator erzeugt eine konstant gehaltene Druckdifferenz, die sich an dem Widerstand des ungünstigsten Stranges orientiert. Zum Aufteilen des Gesamtvolumenstroms auf die einzelnen Gebäudebereiche wird die Druckdifferenz in den anderen Strängen gezielt abgedrosselt. Die Abdrosselung stellt eine Art „Energievernichtung" dar, der kein direkter Nutzen gegenübersteht und die zumindest theoretisch vermieden werden kann bzw. sollte. Mit dem hier vorgestellten Ansatz soll die Luftförderung in zentralen Lüftungsanlagen durch den Einsatz dezentraler Ventilatoren energieeffizienter realisiert werden. Dabei wird die Druckdifferenz zur Luftförderung durch dezentrale Ventilatoren an dem Ort und in der Höhe erzeugt, wie sie zum Lufttransport erforderlich ist. Auf Drosselorgane wie Volumenstromregler wird im Dezentrale-Ventilatoren-System verzichtet. Die Energieeinsparung des Dezentrale-Ventilatoren-Systems gegenüber Systemen mit Variabel-Volumenstromreglern und konstantem Vordruck liegt bei 20 % bis 54 %. Diese Einsparung ist bezogen auf den elektrischen Energiebedarf zur Luftförderung bei definierten Standardrandbedingungen und typischen Nutzungen wie z.B. in Hörsälen, Besprechungs-, Sitzungs- oder Seminarräumen, Klassenzimmern und Großraumbüros. Bei primärenergetischer Betrachtung, d.h. unter Einbeziehung des Energiebedarfs zur thermischen Luftaufbereitung und des Energiebedarfs von Nebenverbrauchern wie Sensoren und Klappen, liegt das Einsparpotenzial bei 14 % bis 41 %. Bei Büronutzungen mit kleinen Volumenströmen, wie z.B. in Einzel- und Gruppenbüros, ist gegenüber dem VSR-System nur mit einer geringen Einsparung < 10% zu rechnen, welche auch negativ werden kann. Dies ist der Fall bei geringen Raumvolumenströmen sowie bei geringen Anteilen an Teillastbetrieb. Die Bewertung der Wirtschaftlichkeit ergibt, dass bei typischen Randbedingungen und den betrachteten Varianten das Dezentrale-Ventilatoren-System wirtschaftlicher als ein konventionelles Volumenstromregler-System ist, wenn eine kostengünstige, autarke Regelung eingesetzt wird, wenn passende, hocheffiziente Rohrventilatoren verfügbar sind, und wenn Systemvarianten ohne kostenintensive Einzelkomponenten wie motorische Absperrklappen verwendet werden. Die wichtigsten Randbedingungen der Wirtschaftlichkeitsbewertung sind: die Höhe der Druckverluste im Kanalnetz und der Energiepreis bei Nutzungsarten mit viel Teillastbetrieb; die Verteilung der Druckverluste im Kanalnetz und der Wirkungsgrad der dezentralen Ventilatoren bei Nutzungsarten wenig Teillastbetrieb; sowie die Investitionskosten bei geringem Energiebedarf je Raum. Als Fazit kann festgestellt werden, dass das Dezentrale-Ventilatoren-System für viele Anwendungen in Neubau und Bestand ein potenziell ausgesprochen energieeffizientes und zudem wirtschaftliches Lüftungssystem darstellt, welches aus diesen Gründen zur kommerziellen Vermarktung weiterentwickelt werden sollte.