Leitfaden Betriebsoptimierung von RLT-Anlagen

Ziel des Forschungsprojektes RLT-Opt war es, Methoden für die ganzheitliche Betriebsoptimierung von raumlufttechnischen Anlagen zu entwickeln und validieren.

Im ersten Schritt erfolgt mit Excel-basierten Tools eine Bestandsaufnahme, um das Einsparpotential schnell erfassen zu können und die Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen abschätzen zu können. Über eine Anpassung der benötigten Volumenstrom-Sollwerte können dabei bereits deutliche Strom-Einsparungen realisiert werden.

Im zweiten Schritt wird ein Betriebsmonitoring-System etabliert, welches temporär oder dauerhaft betrieben wird. Sensordaten und Kennzahlen werden automatisiert ausgewertet und in Dashboards visualisiert. Somit können Optimierungsmaßnahmen zielgerichtet durchgeführt werden.

In diesem Leitfaden werden die wesentlichen Erkenntnisse des Projektes anwendungsnah dokumentiert. Der Leitfaden gliedert sich in zwei Kapitel:

1. Methoden und Tools zur Erstinspektion von RLT-Anlagen
2. Methoden und Tools für Betriebsmonitoring und Optimierung von RLT-Anlagen

Motivation und Ausgangslage

Das Thema Energie erfährt derzeit eine besondere Aufmerksamkeit. Die Bundesregierung hat beschlossen, bis 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. Daher wurden in den letzten Jahren die maßgeblichen nationalen und europäischen Verordnungen (z. B. Energieeinsparverordnung (EnEV), Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG), Energy Performance of Buildings Directive (EPBD)) zunehmend verschärft. Dabei wird neben erhöhten Anforderungen an die Gebäudehülle und Gebäudetechnik auch ein wachsender Anteil erneuerbarer Energien gefordert.

Der Anteil des Energieverbrauchs in Gebäuden liegt EU-weit bei knapp 40 % des Gesamtenergiebedarfs der Länder. Der Anteil von raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen), d. h. Lüftungs- und Klimaanlagen, ist nicht genau bekannt. Schätzungen gehen davon aus, dass über eine Million RLT-Geräte in Betrieb sind. Nur ein Teil hiervon wird von der Pflicht einer energetischen Inspektion erfasst (ca. 250.000) und nur bei geschätzten 10 % hiervon wurde bisher (Stand 2015) eine energetische Inspektion durchgeführt.

Eine RLT-Anlage besteht nicht nur aus dem zentralen Lüftungs- bzw. Klimatisierungsgerät, sondern auch aus einem Luftverteilsystem mit verschiedenen Komponenten. Dies bedeutet, dass die RLT-Anlage immer als Gesamtsystem betrachtet werden muss. Eine energetische Optimierung von RLT-Anlagen erfordert daher die integrative Betrachtung aller Gewerke (Heizen, Kühlen, Lüften) der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA). Aus der praktischen Erfahrung des Konsortiums (insbesondere Partner IBDM) von ca. 10.000 messtechnisch untersuchten TGA-Anlagen ist das Ergebnis sehr ernüchternd. Fast alle RLT-Anlagen (über 90 %) werden nicht nach dem Energieeinspargesetz betrieben.

Mit der nach EPBD bzw. EnEV vorgeschriebenen Energetischen Inspektion von Klimaanlagen wird jedoch nur ein kleiner Teil der RLT-Anlagen erfasst. Anlagen ohne Kühlung und Anlagen im industriellen Bereich werden hier nicht betrachtet. Die Wärmeübergabe spielt keine Rolle, obwohl der Heizbetrieb in aller Regel den größeren Energieanteil ausmacht. Aber auch bei den Klimaanlagen, für die die Inspektion alle zehn Jahre durchzuführen ist, wurde bisher nur ein Teil des Bestands überprüft. Hier mangelt es an Sensibilität der Betreiber für das Thema Energieeffizienz und an Fachpersonal für die Durchführung. Die DIN SPEC 15240 kann zwar grundsätzliche Einsparpotentiale aufzeigen, aber sie bietet kein Vorgehensmodell, mittels dessen ermittelt werden kann, wie viel Energie praktisch (nicht nur rechnerisch) bei konkreten Anlagen eingespart wird.

Die Energieeffizienz von Lüftungsanlagen ist deutlich schwieriger zu erfassen als in wasserführenden Heiz- und Kühlsystemen, da der Luftvolumenstrom nur aufwendig zu messen ist und Leckagen in der Luftführung oft nicht erkannt werden und die Bilanzierung erschweren. Des Weiteren ist der Hygiene und Luftqualität ein hoher Stellenwert einzuräumen, da die in der Anlage aufbereitete Luft stets nicht nur auf die Behaglichkeit einwirkt, sondern direkt Lebensmittel für die im Raum befindliche Personen ist.

Zielstellungen des Projektes

Die globale Zielstellung des Projektes bestand darin, durchgängige Methoden für die ganzheitliche Betriebsoptimierung von raumlufttechnischen Anlagen zu entwickeln und zu validieren. Im Einzelnen wurden die folgenden Ziele verfolgt:

1. Entwicklung von Methoden und Tools für eine umfassende und kostengünstige Erstinspektion und Bestandsaufnahme von RLT-Anlagen (einschließlich Einsatz von innovativer Messtechnik für temporäre Messungen)
2. Entwicklung von Methoden und Tools zum effizienten Monitoring von RLT-Anlagen (Integration stationärer Sensoren, manuelle/automatisierte Datenanalyse, Generierung aussagekräftiger KPIs, automatisierte Reports, Kurz-/Mittelfrist-/Langzeit-Monitoring; Vision: „Anlagen-EKG“)
3. Entwicklung von Methoden und Tools zur optimierten Prozessführung und Instandhaltung von RLT-Anlagen (Neu- und Bestandsanlagen)
4. Evaluierung der neuen Methoden und Tools anhand von vier Demonstrator-RLT-Anlagen
5. Nachweis der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf unterschiedliche RLT-Anlagen; Erstellung eines Leitfadens und Schulungskonzeptes; umfassende Öffentlichkeitsarbeit

Mit den Ergebnissen des Projektes sind Methoden, Software-Tools und Vorgehensweisen verfügbar, mit den Energieeinsparmaßnahmen an RLT-Anlagen deutlich einfacher als bisher durchgeführt und auch messtechnisch nachgewiesen werden können.