Energieverbrauch auf geringem Niveau

Klima
werden muss, denn nur an
wenigen Tagen des Jahres ist
die Außenluft wärmer als die
Hallenluft.
EnergieEinsparpotenziale
Ein Beispiel für die gelungene
Sanierung eines Hallenbades aus
den späten 1950er-Jahren ist das
Agrippabad in Köln. Es wurde um
viele Attraktionen erweitert, wie
hier das Schwimmerbecken mit Wellenball, der auf der linken Bildseite
zu sehen ist. Zudem konnten durch
den Einsatz moderner Klimatechniken Energie-Einsparpotenziale erschlossen werden.
Energieverbrauch
auf geringem ­Niveau
Erschließung von Energie-Einsparpotenzialen in
Hallenbädern
In einem Schwimmbad verdunsten durchschnittlich etwa
1,25 t Wasser pro m2 Becken­oberfläche und Jahr. Diese Zahl
offenbart bereits ein großes Einsparpotenzial, das sich mit
einer modernen Klimatechnik erschließen lässt, die fühlbare und vor allem latente Wärme aus dem Wasserdampf
zurückgewinnen kann. Aufgrund der großen Energieströme
lohnen sich in Schwimmbädern darüber hinaus meist auch
weitere Maßnahmen, wie die Wärmerückgewinnung aus
dem Abwasser.
W
ie groß der Energiebedarf
und damit auch die Einsparpotenziale beim Klimatisieren von Hallenbädern sind,
zeigt bereits ein einfaches
Zahlenbeispiel: In einem
Schwimmbecken mit 400 m2
Wasseroberfläche verdunstet
jedes Jahr eine Wassermenge
von etwa 500 m3. Die Wärmeenergie, die zur Verdampfung
dieser beeindruckend großen
Wassermenge erforderlich ist,
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wird dem Beckenwasser und
der Schwimmhallenluft entzogen. Die Folge: Der Wasserdampfgehalt der Raumluft nimmt zu. Aus Behaglichkeitsgründen und zum Schutz
des Baukörpers darf die Luft
jedoch nicht zu feucht werden. Daher schreibt die VDI
2089 eine maximale absolute
Feuchte von 14,3 g/kg trockene Luft vor, die nur an schwülen Hochsommertagen überschritten werden darf.
Die einfachste Form der
Klimatisierung und damit
des Abtransports des Wasserdampfes ist die – heute in
der Praxis immer noch häufig
anzutreffende – Entfeuchtung
durch den Austausch der Innenluft. In diesem Fall erfolgt
die Aufheizung der Außenluft
auf die erforderliche Temperatur über ein Heizregister.
Für das Beispiel lässt sich der
Heizwärmebedarf mit etwa
700 000 kWh/a bestimmen.
Grundlage der Rechnung sind
täglich 14 Stunden Badebetrieb und 10 Stunden Ruhebetrieb sowie eine über das Jahr
gemittelte Außentemperatur
von 9,05 °C und ein Wassergehalt von 6,23 g/kg trockene Luft – typische Werte für
das Rheinland.
Bei der Erschließung von
Einsparpotenzialen sind die
Rahmenbedingungen für den
Betrieb von Schwimmhallen
zu berücksichtigen. Eine Forderung der VDI 2089 sind zum
Beispiel erhöhte Lufttemperaturen in der Schwimmhalle von 30 bis 34 °C. Diese sind
für das Behaglichkeitsempfinden des unbekleideten Menschen notwendig, haben jedoch zur Folge, dass fast das
ganze Jahr über dem Hallenbad Heiz­energie zugeführt
Wie in Bild 1 dargestellt,
kann bei der Erschließung von
Energie-Einsparpotenzialen –
je nach eingesetzten Verfahren und Gerätekomponenten
– der Heizwärmebedarf drastisch reduziert werden. In der
ersten Optimierungsstufe wird
ein einfacher Kreuzstromwärmetauscher als Rekuperator
eingesetzt, der in der Praxis
einen Temperaturwirkungsgrad von 55 % erzielt. Dadurch sinkt der Wärmebedarf für die Klimatisierung bereits auf etwa 500 000 kWh/a,
was einer Verbesserung von
knapp 30 % entspricht. Wird
statt des einfachen Kreuzstromwärmeübertragers ein
Hochleistungsrekuperator
mit vergrößerter Fläche eingesetzt, so lässt sich eine weitere
Reduktion des Wärmebedarfs
auf rund 450 000 kWh/a erzielen. Diesem Zahlenwert liegt
ein Temperaturwirkungsgrad
von 75 % zugrunde.
Sehr häufig wurden in den
letzten Jahren rekuperative
und regenerative Wärmerückgewinnungen eingesetzt, wie
zum Beispiel Plattenwärme­
über­trager,
Wärmerohre
oder Kreislaufverbundsysteme. Der Effizienzgewinn ist
dabei allerdings begrenzt, da
die im Wasserdampf gebundene Energie mit der Fortluft
der Schwimmhalle entzogen
wird. Für alle Wärmeübertrager gilt grundsätzlich, dass sie
nur bei besonderen Außenluftbedingungen – insbesondere im Winter – einen kleinen Teil der latenten Wärme
aus der Abluft zurückgewinnen können.
Entfeuchtung erschließt große
Einsparpotenziale
Der nächste Optimierungsschritt ist die Integration einer
IKZ-FACHPLANER · Heft 3 /2007
Klima
∂ Bild 1: Das Bild zeigt den Energieverbrauch für die Klimatisierung einer Schwimmhalle mit 400 m2 Wasseroberfläche.
Im unteren Teil ist der Umluft- und der Zuluftbetrieb für ein Klimagerät mit Wärmepumpe zur Entfeuchtung dargestellt.
Wärmepumpe in das Klimasystem, um die Schwimmhallenluft zu entfeuchten. Nach
der Vorkühlung im Rekuperator des Klimagerätes wird die
feuchte Luft durch den Verdampfer des Kälteprozesses
geleitet, sodass Wasser auskondensiert. Der abgekühlte und getrocknete Umluftanteil bzw. die Umluft wird
anschließend im Rekuperator und im Kondensator der
Wärmepumpe wieder aufgeheizt. Die latente Wärme des
Wasserdampfes bleibt somit
innerhalb des Prozesses und
kommt der Zuluft als sensible Wärme zugute. Die Zuluft
wird dadurch erheblich wärmer als die Abluft. Bei günstiger Platzierung der Wärmepumpe lässt sich zusätzlich
die elektrische Antriebsener­
gie der Wärmepumpe als
Wärmegewinn für das Hallenbad verbuchen.
Energetisch hat der Einsatz
der Wärmepumpe zur Entfeuchtung große Vorteile. Allerdings muss beachtet werden, dass elektrische Energie
deutlich teurer ist als thermische Energie. Das wirtschaftliche Ergebnis hängt im
Wesentlichen davon ab, ob es
gelingt, die notwendige Luftentfeuchtung mit einem möglichst geringen Energieverbrauch zu erreichen. Hochwertige Kältekomponenten
mit richtig dimensionierten
Kältemittelunterkühlern verbessern den COP-Wert (Jahresarbeitszahl) der Wärmepumpe. Die besten Ergebnisse
werden jedoch erst mit einer
an die Bedürfnisse angepassten Steuerung und Regelung
erreicht. Die VDI 2089 schreibt
zum Beispiel für den Badebe-
∂ Bild 2: Der sanierte Technikraum des Kölner Agrippabades verfügt jetzt
∂ Bild 3: Das Klimagerät „ThermoCond 37“ von Menerga für öffentliche Hal-
über moderne technische Komponenten zur effizienten Energienutzung.
lenbäder ist mit einem Hochleistungsrekuperator und einer Wärmepumpe zur
Rückgewinnung der latenten Wärme aus der Abluft ausgerüstet.
Heft 3 /2007 · IKZ-FACHPLANER
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Klima
∂ Bild 4: Die Klimabirne im h,x-Diagramm visualisiert die klimatischen Bedingungen, die über das Jahr verteilt auftreten. In 20 % der Fälle kommt es dabei
zu absoluten Feuchten über 9 g/kg trockene Luft. Dann wird es bei konventioneller Klimatechnik im Schwimmbad schwül.
trieb eine notwendige Außenluftrate zur Austragung von
Schadstoffen aus der Hallenluft vor, die durch die Oxidation des Chlors mit organischen
Substanzen frei werden. Moderne Regelungen sind meist
in der Lage, sich den momentanen Bedürfnissen genau anzupassen. Denn wird mehr als
die notwendige Außenluftrate
gefahren, bedeutet das einen
unnötigen Energieverlust.
Für das Rechenbeispiel lässt
sich die Klimatisierung mit
einem Aufwand von jährlich
rund 60 000 kWh elektrischer
und 100 000 kWh thermischer
Energie betreiben. Eine prozentuale Angabe der Ersparnis gegenüber der einfachen
Variante mit 700 000 kWh
Heizleistung soll an dieser
Stelle nicht erfolgen, da sich
die Kosten für die elektrische
und die thermische Energie
regional und zeitlich unterscheiden.
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Die Zahlen des Rechenbeispieles gelten für ein einfaches Schwimmbecken in
einem Hallenbad. Moderne Freizeitbäder bringen wesentlich höhere Anforderungen an die Klimatechnik
mit sich. Die Badegeäste erwarten Attraktionen wie Wasserrutschen, Wildwasserflüsse, Wellen, Wasserfälle oder
Sprudler, die zu weit höheren
Verdunstungsraten und auch
zur Aerosolbildung führen.
Unverzichtbar ist deshalb
die Abstimmung der Technik
auf diese erschwerten Konditionen, bei denen vor allem der
Korrosionsschutz eine wichtige Rolle spielt.
keiten der Luft kommt. Bislang gilt für die Auslegung
der Klimatechnik die Forderung nach einer maximalen
Feuchte der Schwimmhallenluft von 14,3 g/kg trockene
Luft mit der Einschränkung,
dass die absolute Feuchte der
Außenluft unterhalb von 9 g/
kg trockene Luft liegt. Der Planer darf zur Berechnung der
erforderlichen Luftmenge für
die Entfeuchtung deshalb die
Differenz von 5,3 g/kg trockene Luft zugrunde legen. Ist der
Wassergehalt der Außenluft
höher als der für die Auslegung genutzte Grenzwert, so
sind auch in der Schwimmhalle höhere Feuchtewerte erlaubt. Der Bausubstanz schade das im Sommer nicht, wohl
aber klagen Badegäste dann
über Schwüleempfinden.
In der Vergangenheit war
dieses Problem selten praxisrelevant, da die Hallenbäder in den Sommermonaten
zum großen Teil geschlossen
waren und überwiegend nur
Freibäder genutzt wurden.
Für moderne Freizeitbäder ist
dies heute allerdings ein wichtiger Betriebsfall, denn sie
werden meist ganzjährig betrieben. Dabei treten in etwa
20 % der Betriebsstunden absolute Feuchten der Außenluft oberhalb von 9 g/kg trockene Luft auf (Bild 4). Abhil-
Sommerbetrieb bei hohen
Außenluftfeuchtigkeiten
Eine weitere Schwierigkeit
bei der klassischen Methode
der Außenluft-Abluft-Klimatisierung ergibt sich im Sommerbetrieb, wenn es bei hohen Außentemperaturen zu
hohen absoluten Feuchtig-
∂ Bild 5: Mit dem „AquaCond“ von
Menerga lässt sich Wärme aus dem
Abwasser der Duschen über einen Rekuperator und eine Wärmepumpe entziehen und zur Brauchwassererwärmung nutzen.
fe schaffen Klimageräte, die
mit den gleichen Komponenten, die im Umluftbetrieb die
Hallenluft entfeuchten, auch
der Außenluft Wasser entziehen können. Eine solche Zusatzfunktion ist für die Behaglichkeit im Hallenbad heute
im Prinzip unverzichtbar geworden.
Wärmerückgewinnung
aus Abwasser
Die großen Energieströme
in Hallenbädern begünstigen
auch andere Maßnahmen
wie die Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser der
Duschen für eine wirtschaftliche Betriebsweise. Hierfür
bietet zum Beispiel der Mülheimer Klimatechnik-Hersteller ­Menerga ein Gerät an
(Bild 5), das über einen Rekuperator und eine Wärmepumpe kaltes Frischwasser
auf Brauchwassertemperatur erwärmen soll. Das Abwasser durchströmt dabei
zunächst den Wärmeübertrager, in dem das Frischwasser ohne weiteren Energieaufwand vorgewärmt wird, wie
der Hersteller erklärt. Im Verdampfer des Wärmepumpenprozesses wird das Abwasser
durch das Kältemittel weiter
abgekühlt, während sich die
Temperatur des Frischwassers
im Kondensator der Wärmepumpe auf Brauchwasserniveau anheben lasse.
Eine automatische Einrichtung zur Reinigung der abwasserseitigen Wärmeübertragungsflächen drückt in regelmäßigen Zeitabständen
Reinigungskörper durch die
Abwasserwege. Das verhindere ein Zuwachsen der Abwasserrohre mit Seifenresten,
Fetten und anderen Stoffen,
die zudem auch die Wärmeübertragung behindern. ∂
B i l d e r : Menerga Apparatebau
GmbH, Mülheim an der Ruhr
@ Internetinformationen:
www.menerga.de
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