BG BAU Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft

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Anhang 3

Wärmenutzung in lufttechnischen Anlagen

Der Austausch von Raumluft durch Außenluft (Frischluft) führt während der Heizperioden zu Wärmeverlusten, die z.B. durch die Beheizung der Zuluft ausgeglichen werden müssen.

Auf Grund gesetzlicher Bestimmungen (§ 5 Abs. 1 Nr. 4 Bundes-Immissionsschutzgesetz) hat der Betreiber solcher Anlagen diese Wärmeverluste auf ein technisch erreichbares Maß zu begrenzen. Die in der Abluft (Raumabluft, Erfassungsluft) enthaltene Wärme muss einer Wiedernutzung zugeführt und gegebenenfalls überschüssige Wärme an Dritte abgegeben werden.

Zur Wärmenutzung bei lufttechnischen Anlagen sind zwei unterschiedliche Verfahren zu berücksichtigen:

Bei der Wärmerückgewinnung wird die Wärme über Wärmetauscher von der Abluft oder Erfassungsluft an die Zuluft übertragen.
Wird die Abluft aus dem Raum teilweise oder insgesamt der Zuluft zugeführt, spricht man von Umluft (Wärmenutzung durch Umluft). Siehe
Bild 4 in Abschnitt 3.4.2.1.

Bei der Reinluftrückführung wird die Erfassungsluft gereinigt und anschließend insgesamt oder teilweise in den Arbeitsraum zurückgeführt. Siehe Bild 3 in Abschnitt 3.4.1.1.

Während bei der Wärmerückgewinnung auf Grund von Übertragungsverlusten nur ein Teil der Wärme zurückgewonnen wird, wird bei der Reinluftrückführung die in der Erfassungsluft enthaltene Wärme nahezu vollständig wieder genutzt.

Wärmerückgewinnung

Nach VDI 2071 „Wärmerückgewinnung in Raumlufttechnischen Anlagen" werden die Wärmerückgewinner entsprechend ihrer Wirkungsweise in vier Kategorien eingeteilt (Bild 1):

Kategorie nach
VDI 2071
Bezeichnung
Aufbau
I
Rekuperator oder Trennflächen-Wärmetauscher,
z.B. Plattenwärmetauscher
Abbildung: Rekuperator
II
Kreislauf-Verbundwärmetauscher Abbildung: Kreislauf-Verbundwärmetauscher
Wärmerohr-Wärmetauscher Abbildung: Wärmerohr-Wärmetauscher
III

Regenerator oder Rotationswärmetauscher

  1. Sorptionswärmetauscher mit hygroskopischen Speichermassen
  2. Kondensationswärmetauscher ohne hygroskopischen Speichermassen
Abbildung: Rotationswärmetauscher
IV
Wärmepumpen Abbildung: Wärmepumpen

Bild 1: Einteilung der Wärmerückgewinner

Rekuperatoren (Kategorie I)

Der Wärmeaustausch erfolgt über Trennflächen. Die Abluft- und Zuluftströme werden entlang gemeinsamer Trennflächen geführt; die Wärme wird konvektiv und durch Wärmeleitung in der Trennwand übertragen.

Verbundsysteme (Kategorie II)

Der Wärmerückgewinner ist eine aus verschiedenen Wärmetauschern zusammengesetzte Einheit. Die Wärme wird mit Hilfe eines Wärmeträgermediums übertragen.

Regeneratoren (Kategorie III)

Die Wärmerückgewinnung erfolgt über sich drehende Wärmespeicher (Rotor), die wechselweise von der warmen Abluft und der kühlen Zuluft durchströmt werden.

Wärmepumpen (Kategorie IV)

Mit Hilfe der Wärmepumpen wird aus einem Energieträger bei niedriger Temperatur Wärme entzogen und dem anderen Energieträger, z.B. Zuluft, Wärme mit höherer Temperatur übertragen.

Welches dieser Systeme für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet ist, muss im Einzelfall entschieden werden. Ausführlichere Hinweise hierzu sind in VDI 2262 Blatt 3 enthalten.

Wichtige Unterscheidungsmerkmale hinsichtlich der Auswahl solcher Wärmerückgewinnungssysteme können neben konstruktiven und anlagentechnischen Vorgaben (z.B. Platzbedarf, Einsatzbereiche, Temperaturen)

  • mögliche Übertragungen von Gefahrstoffen von der Abluft an die Zuluft
    und
  • Rückwärmezahlen

sein.

Bei den Rekuperatoren können Stoffübertragungen ausgeschlossen werden, wenn sichergestellt ist, dass die Trennflächen zwischen Ab- und Zuluft dicht sind und auch während des Betriebes keine Undichtigkeiten (z.B. durch Korrosion oder Abrasion) auftreten können.

Eine Stoffübertragung ist bei den Verbundsystemen und Wärmepumpen auf jeden Fall ausgeschlossen, da die Wärmetauschersysteme für die Ab- und die Zuluft räumlich voneinander getrennt sind.

Bei den Regeneratoren sind dagegen Stoffübertragungen über die Dichtflächen am Rotor nicht völlig auszuschließen. Sie lassen sich jedoch durch bestimmte Maßnahmen derart beschränken, dass sie unbedeutend bzw. nur sehr gering sind.

Eine der wichtigsten Maßnahmen zur Vermeidung der Stoffübertragung bei Regeneratoren ist, die Anordnung der Ventilatoren für die Ab- und die Zuluft so zu wählen, dass von der Zuluftseite zur Abluftseite ein Druckgefälle und somit Überströmverluste an den Dichtstellen von der Zuluft zur Abluft hin entstehen (Bild 2). Das bedeutet, dass der Zuluftventilator in Strömungsrichtung vor und der Abluftventilator hinter dem Wärmerückgewinner anzuordnen ist. Weitere Maßnahmen zur Vermeidung von Stoffübertragungen sind:

  • dichte und verschleißfeste Abdichtungen,
  • Einrichtung von Spülkammern.

Abbildung: Anordnung der Ventilatoren

Bild 2: Anordnung der Ventilatoren bei Wärmerückgewinnern

Der Vorteil der regenerativen Systeme liegt im deutlich höheren Wärmerückgewinnungsgrad gegenüber den Rekuperatoren und zum Teil auch gegenüber den Verbundsystemen. Regeneratoren können außerdem platzsparender in der Lüftungsanlage integriert und häufig einfacher instand-
gehalten werden. Nachteilig ist jedoch zu vermerken, dass unabhängig von Leckverlusten eine Stoffübertragung von der Abluft an die Zuluft nicht ausgeschlossen werden kann.

Wärmerückgewinnungssysteme sparen zwar zum Teil erhebliche Energien, verursachen jedoch zusätzliche Investitionskosten, so dass häufig Wirtschaftlichkeitsrechnungen zweckmäßig sind.

Reinluftrückführung

Die effektivste Methode der Wärmenutzung ist die Reinluftrückführung. Nach der Reinigung der Erfassungsluft in Abscheidern wird die Reinluft insgesamt oder teilweise in den Arbeitsraum zurückgeführt. Dadurch wird je nach Abscheidegrad ein Teil der in der Erfassungsluft enthaltenen Stoffe wieder in den Raum zurückgeführt. Zur Vermeidung der Erhöhung der Gefahrstoffkonzentrationen am Arbeitsplatz muss dieser Anteil jedoch deutlich unterhalb der Grenzwerte für Arbeitsplatzkonzentrationen.

Solche Abscheideanlagen für Anlagen mit Reinluftrückführung müssen daher dauerhaft, d.h. während der Betriebszeiten zwischen zwei Wartungsintervallen, einen hohen Abscheidegrad gewährleisten. Störungen wie Undichtigkeiten, Verschleiß usw. dürfen nicht auftreten bzw. müssen durch eine regelmäßige Instandhaltung ausgeschlossen werden (siehe hierzu Abschnitt 4.1 und BIA Handbuch, Sicherheitstechnisches Informations- und Arbeitsblatt Nr.: 130 220).

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