Effiziente Raumlüftung
erfrischt die Energiebilanz

Kontrolle des Druckverlusts am Luftfilter wichtig für Steuerung

Die Europäische Union macht Druck: Bis 2020 will sie die Energieeffizienz von Gebäuden um 20% erhöhen. Die Mitgliedsstaaten haben entsprechende Gesetzesentwürfe erarbeitet oder bereits verabschiedet. Allein in Deutschland entfallen nach Angaben des Bundesbauministeriums 40% des gesamten Energieverbrauchs auf öffentliche und private Gebäude. Sie verursachen fast ein Drittel des gesamten CO2-Ausstoßes. Maßgeblichen Anteil daran haben die Lüftungssysteme. Sie energetisch optimal zu steuern, ist daher eine der herausfordernden Aufgaben der Messtechnik in den kommenden Jahren.

Im Vergleich zu den Investitionen und Innovationen bei Heizungstechnik, Fassadendämmung oder Dachsanierung spielen Raumlufttechnische (RLT-)-Anlagen in der öffentlichen Wahrnehmung eine eher untergeordnete Rolle. In den Überlegungen für eine optimierte Gebäudeausrüstung allerdings nicht: Das Umweltbundesamt z.B. rechnet, dass allein durch effiziente Lüftungssysteme in Industrie- und Gewerbebetrieben rund 7Mrd. kWh Strom gespart würden. Derzeit schlucken Ventilatoren in RLT-Anlagen bis zu 20% der gewerblich genutzten elektrischen Energie. Davon wird etwa ein Drittel benötigt, um den Strömungswiderstand der Luftfilter zu überwinden – also um einen Druckverlust auszugleichen. Nun sind Druckverluste im Kreislauf einer RLT-Anlage die Regel, sie entstehen u.a. bei der Aufbereitung, am Wärmetauscher, im Kanalsystem und an den Lüftungsklappen.

Strömungswiderstand bis zu sechs Mal stärker

Die Luft muss zirkulieren, und das kostet entsprechend Energie. Innerhalb dieses Zyklus stellen die Luftfilter die größte zu überwindende Hürde dar. Während des Betriebs lagert sich in ihnen zunehmend Schmutz und Staub ab. Je nach Beschaffenheit steigt der Filterwiderstand im Laufe der Zeit um das Drei- bis Sechsfache und analog dazu der Stromverbrauch. Eine unzureichende Überwachung oder eine verspätete Wartung des Filters verschärfen diesen Prozess. Zu stark verschmutzte Filter sind aber nicht nur aus ökologischer und ökonomischer Sicht von Nachteil – sie bergen darüber hinaus ein hygienisches Risiko: Aus Gründen der Energieeinsparung schließen moderne Fenster und Türen die Räume nahezu luftdicht ab. Für Gesundheit und Wohlbefinden, sowohl in Wohnungen als auch am Arbeitsplatz, ist eine einwandfrei funktionierende technische Belüftung umso wichtiger. Denn der typische Mitteleuropäer verbringt im Durchschnitt etwa 90% seiner Lebenszeit in Innenräumen (Verkehrsmittel inklusive).

Stromverbrauch halbiert

Die Investition in exakt kontrollierte und zeitgenau gewartete Luftfilter lohnt sich also aus mehreren Gründen. Wie sehr sie sich auszahlt, hat z.B. die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ) bei ihrem eigenen Lüftungssystem ermittelt. Dessen 232 Filter bewältigten während einer Betriebszeit von 5.800h im Jahr fast 788.800m³ Luft bei einem Druckverlust von 240Pa. Bei einem Wirkungsgrad der eingesetzten Ventilatoren von 0,55 und einem Strompreis von 0,12?/kWh kam die Hochschule unterm Strich auf Energiekosten von insgesamt 66.546?. Berücksichtigt man, dass die Energiekosten in der Life-Cycle-Bilanz eines jeden Luftfilters ohnehin mit 80% zu Buche schlagen, ist die Entscheidung der ETZH für energieeffizientere Luftfilter leicht nachzuvollziehen: Der Energieaufwand hat sich seit dem Umstieg um 50% reduziert. Weitere Maßnahmen zur Energieeinsparung in RLT-Anlagen wären frequenzgeregelte Lüfter und Ventilatoren mit hohem Wirkungsgrad, niedrige Luftströmungsgeschwindigkeiten oder eine bedarfsgeregelte Lüftung über CO2/VOC-Messung. Entscheidend für die Effizienz jeder Filter-Lösung ist die genaue Kontrolle ihres Widerstands, die über die Messung des Druckverlustes erfolgt. Dazu muss an jedem Filter ein Manometer installiert werden, der die Differenz zwischen den Drücken vor und hinter dem Schadstofffänger ermittelt. Von seiner Exaktheit hängt es ab, ob die Filter zum definierten Zeitpunkt gewartet oder ausgetauscht werden. Dazu eignen sich Niederdruckmessgeräte, z.B. aus dem air2guide-Programm von Wika, das speziell auf die Anforderungen der Raumlufttechnik zugeschnitten wurde. Die besondere Herausforderung bei der Entwicklung von Differenzdruckmessgeräten im Niederdruckbereich besteht in den geringen Kräften, die dem Messwerk zur Verfügung stehen. Bei Druckdifferenzen von 50Pa sind es lediglich ein paar zehntel Newton. Der Differenzdruckmanometer aus der air2guide-Reihe umfasst zwei geschlossene Kammern für Plus/Minus-Druck, die mit einer Silikonmembrane von-einander getrennt sind. Die Druckdifferenz bewirkt, dass die Sensoreinheit sich im Verhältnis zur Druckänderung gegen die Messfeder bewegt.