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Ener­gie­ef­fi­zi­ente Klima­technik für ein gesundes Raum­klima

Klima­ge­räte von Bösch in neuer Mittel­schule Höchst


Da Klima und Qualität der Raum­luft einen großen Einfluss auf Konzen­tra­ti­ons­fä­hig­keit, Gesund­heit und Wohl­be­finden haben, gilt es z. B. in Unter­richts­räumen eine gute Raum­luft zur Verfü­gung zu stellen. Weil sich im Hinblick auf Ener­gie­ef­fi­zienz die früher übliche Fens­ter­lüf­tung heute eigent­lich verbietet, ist der Einsatz raum­luft­tech­ni­scher Geräte erfor­der­lich, die auch bei geschlos­senen, luft­dichten Fens­tern für einen bedarfs­ge­rechten Luft­aus­tausch und eine opti­male Klima­ti­sie­rung sorgen. Das gilt keines­wegs nur für Neubauten. Auch bei Umbau und Sanie­rungen lassen sich entspre­chende Konzepte inte­grieren. Das Resultat sind nied­rige Ener­gie­kosten und gute Raum­luft­qua­lität. Die in modernen Klima­sys­temen einge­setzten leis­tungs­starken und gleich­zeitig ener­gie­spa­renden EC-Venti­la­toren tragen dazu bei. Die im Folgenden beschrie­bene Anwen­dung liefert ein gutes Beispiel dafür.

In der Gemeinde Höchst im öster­rei­chi­schen Vorarl­berg wurde 2008 die ehema­lige Haupt­schule in eine „Neue Mittel­schule“ umstruk­tu­riert, in der heute etwa 400 Schüler in insge­samt 16 Klassen unter­richtet werden. Dem Gebäude ange­glie­dert ist eine auch der Öffent­lich­keit zugäng­liche Biblio­thek sowie ein Multi­me­di­a­raum. Die Gemeinde Höchst als Betreiber der Schule hat recht­zeitig erkannt, dass ein sehr hoher Teil der Gemein­de­aus­gaben durch Ener­gie­kosten verur­sacht wird. Konse­quen­ter­weise wollte man daher den Umbau der Schule dazu nutzen, hier den Rotstift anzu­setzen und Ener­gie­spar­po­ten­tiale zu erschließen.

Umbau als Chance zum Ener­gie­sparen

Die nur 360 mm flachen Kompakt-Geräte arbeiten mit hoch­ef­fi­zi­enten Wärme­rück­ge­win­nungs­sys­temen

Das Schul­ge­bäude sollte nach Umbau und Reno­vie­rung zum Nied­rig­ener­gie­ob­jekt werden. Ein recht ambi­tio­niertes Vorhaben, bei dem als Vorgaben die Ener­gie­kenn­zahl Ew=40 kW/m²a und die normierte Luft­qua­lität von max. 1.200 ppm CO2-Konzen­tra­tion einzu­halten waren. Was die Zahlen bedeuten, lässt sich einfach erklären: Die Ener­gie­kenn­zahl Ew ist der gebräuch­lichste Vergleichs­wert, um die ther­mi­sche Qualität der Gebäu­de­hülle zu beschreiben. Sie sagt aus, wie viel Energie man pro Quadrat­meter Fläche im Jahr zum Klima­ti­sieren benö­tigt. Bei Werten unter 50 kW/m²a spricht man von Nied­rig­ener­gie­häu­sern, bei Werten unter 15 kW/m²a vom Passiv­haus. Das Befinden des Menschen hängt entschei­dend vom CO2 – Gehalt der Luft ab. Bei einer Konzen­tra­tion unter 0,1 % (1.000 ppm, Parts per Million) fühlt man sich wohl, bei Werten über 0,2 % unbe­hag­lich. Eine maxi­male Konzen­tra­tion von 1.200 ppm ist damit ein guter und realis­ti­scher Grenz­wert für die Luft­qua­lität in Unter­richts­räumen.

Die Vorgaben in Bezug auf Ener­gie­wert bei gleich­zeitig guter Raum­luft­qua­lität ließen sich nur mit einem dichten Gebäude und einer kontrol­lierten Lüftung erzielen. Gemeinsam mit der Firma Bösch wurde ein auf die Gebäu­de­ge­ge­ben­heiten maßge­schnei­dertes luft­tech­ni­sches Konzept entwi­ckelt mit zentralen und semi­zen­tralen Klima­ge­räten.

Luft­tech­ni­sches Konzept passt sich den archi­tek­to­ni­schen Gege­ben­heiten an

In den Decken­flach­aus­füh­rungen der Klima­ge­räte sind vorwärts gekrümmte Radi­al­ven­ti­la­toren in Green­Tech EC-Tech­no­logie einge­setzt.

Für die Klima­ti­sie­rung und Luft­ver­sor­gung der Klas­sen­zimmer wurden in den einzelnen Stock­werken des Haupt­ge­bäudes jeweils in der Decke des Klas­sen­vor­raums insge­samt sieben Zu- und Abluft­ge­räte inte­griert. Diese nur 360 mm flachen Kompakt-Geräte liefern einen Volu­men­strom von jeweils maximal 1.500 m³/h und arbeiten mit hoch­ef­fi­zi­enten Wärme­rück­ge­win­nungs­sys­temen (Rück­wär­me­zahl > 70 %), was eine gute Wieder­ver­wen­dung der Abluft­wärme garan­tiert. Die bei sehr tiefen Außen­luft­tem­pe­ra­turen noch erfor­der­liche Erwär­mung der Zuluft wird mit einem PTC-Elek­tro­luf­t­er­hitzer erreicht. Fein­staub­filter der Klasse F7 nach EN 779 sorgen mit einem Schutz­grad von mehr als 60 % für einen hohen Luft­hy­gie­ne­stan­dard in den Klassen und garan­tieren auch bei schlech­terer Außen­luft­qua­lität ein gesundes Raum­klima.

Die Biblio­thek erhielt wegen der unter­schied­li­chen Betriebs­zeiten und der aufgrund ihrer Größe benö­tigten Luft­menge ein eigenes, zentrales Zu- und Abluft­gerät, das eine maxi­male Luft­menge von 4.000 m³/h liefert. Medi­a­raum und weitere Klas­sen­zimmer, die sich auch im neuen Anbau befinden, werden eben­falls über ein eigenes Zu- und Abluft­gerät versorgt, das für eine maxi­male Luft­leis­tung von 7.000 m³/h ausge­legt ist. Alle luft- und klima­tech­ni­schen Geräte sind in eine intel­li­gente Gebäu­de­leit­technik einge­bunden. Die Klima­ti­sie­rung wird bedarfs­ge­recht entspre­chend der aktu­ellen CO2-Konzen­tra­tion gere­gelt. Die Umbau­maß­nahmen haben sich für die Gemeinde Höchst gelohnt: Der Verbrauch der Anlage wurde über zwei Jahre lang durch das unab­hän­gige Ener­gie­in­stitut Vorarl­berg genau­es­tens erfasst. Dem Betreiber konnten die gefor­derten nied­rigen Verbrauchs­werte bestä­tigt werden.

Ener­gie­spa­rende Radi­al­ven­ti­la­toren in Green­Tech EC-Tech­no­logie

Bei den zentralen Klima­ge­räten sorgen rück­wärts gekrümmte Venti­la­toren in Green­Tech EC-Tech­no­logie für den notwen­digen Luft­strom.

Entschei­dend zu diesem Erfolg beigetragen hat der Aufbau der Klima­ge­räte. So sind für die Erzeu­gung der jeweils erfor­der­li­chen Zu- und Abluft­ströme in den Geräten je zwei Radi­al­ven­ti­la­toren einge­setzt, die sehr ener­gie­spa­rend mit hohen Wirkungs­graden arbeiten. Sie stammen aus dem Produkt­pro­gramm des Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­listen ebm-papst Mulfingen und sind speziell für den Einsatz in der Luft- und Klima­technik konzi­piert. Unter­schied­liche Vari­anten sorgen dafür, dass sich für jedes Klima­gerät eine passende Venti­la­to­ren­lö­sung finden lässt. So setzt Bösch z. B. in den Decken­flach­aus­füh­rungen der Klima­ge­räte vorwärts gekrümmte Radi­al­ven­ti­la­toren in Green­Tech EC-Tech­no­logie mit 225 mm Durch­messer ein. Die charak­te­ris­ti­schen Merk­male vorwärts gekrümmter Schau­feln sind ein beson­ders güns­tiger Geräusch­pegel, relativ hoher Volu­men­strom bei nied­riger stati­scher Druck­erhö­hung sowie vergleichs­weise wenig Platz­be­darf. Bei den zentralen Klima­ge­räten sorgen rück­wärts gekrümmte Ausfüh­rungen für den notwen­digen Luft­strom. Radi­al­ven­ti­la­toren mit rück­wärts gekrümmten Schau­feln werden vorzugs­weise saugend einge­setzt, benö­tigen kein Spiral­ge­häuse und haben einen hohen Wirkungs­grad. In beiden Fällen profi­tiert der Anwender von den zahl­rei­chen Vorteilen der ebm-papst Green­Tech EC-Tech­no­logie.

Bedarfs­ge­rechter und leiser Betrieb

Da die EC-Motoren mit hohen Wirkungs­graden arbeiten, verbrau­chen sie deut­lich weniger Energie als herkömm­liche AC-Antriebe.

Die für die Venti­la­toren als Antrieb dienenden EC-Motoren können durch die inte­grierte Steue­rungs­elek­tronik in der Dreh­zahl stufenlos den Anfor­de­rungen ange­passt werden. Die Ansteue­rung für einen bedarfs­ge­rechten Betrieb ist wahl­weise analog über ein 0…10-V-Signal oder digital über eine RS485-Schnitt­stelle möglich. Da die Motoren zudem mit hohen Wirkungs­graden arbeiten, verbrau­chen sie deut­lich weniger Energie als herkömm­liche AC-Antriebe. Diese Ener­gie­ein­spar­po­ten­tiale sind aber nicht nur im Voll­last­be­trieb, sondern auch vor allem im Teil­last­be­trieb gegeben. EC-Motoren verlieren im Teil­last­be­reich weit weniger von ihrer Effi­zienz als Asyn­chron­mo­toren glei­cher Leis­tung. Eben­falls sehr wichtig im Zusam­men­hang mit Schul­lüf­tungs­sys­temen ist die Geräusch­ent­wick­lung, vor allem wenn die Geräte direkt vor dem Klas­sen­vor­raum montiert sind.

Geräusch­emis­sion von AC- und EC-Motoren im Vergleich.

Auch hier sind EC-Antriebe die bessere Wahl, da sie nahezu keine Motor­ge­räu­sche verur­sa­chen. Bei mit Frequenz­um­rich­tern betrie­benen Asyn­chron­mo­toren hingegen treten vor allem im Teil­last­be­reich Reso­nanz­ge­räu­sche auf, die sich in einem typi­schen Motor­brummen unan­ge­nehm bemerkbar machen. Eine ange­nehme Lern- und Lehr­at­mo­sphäre wäre unter solchen Bedin­gungen sicher nicht gegeben. Die Schüler der Mittel­schule Höchst haben in dieser Rich­tung nichts zu befürchten: Die mit den Venti­la­toren in Green­Tech EC-Tech­no­logie ausge­stat­teten Klima­ge­räte arbeiten ange­nehm leise und sind im Klas­sen­zimmer selbst prak­tisch nicht zu hören. Der von der Behörde vorge­schrie­bene Raum­pegel von 28 dBA in den Klas­sen­zim­mern wird einge­halten.

Kompakte Bauform, einfache Montage und lange Lebens­dauer

Ein weiterer Vorteil dieser Venti­la­toren ist ihre kompakte Bauweise. Der elek­tro­nisch kommu­tierte Außen­läu­fer­motor ist direkt im Laufrad inte­griert, dadurch redu­zieren sich die Einbau­maße. Der sonst oft übliche Riemen­an­trieb zwischen dem Motor und dem Venti­lator ist nicht notwendig. Das senkt aber nicht nur das benö­tigte Einbau­vo­lumen, ein Effekt, der bei den Klima­ge­räten von Bösch sehr erwünscht ist, sondern auch den damit verbun­denen Monta­ge­auf­wand. Gleich­zeitig werden weniger Verschleiß­teile benö­tigt, was lang­fristig gesehen die Service­kosten niedrig hält und so dem Betreiber weitere Kosten spart.

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  • Wie Sie schreiben, beein­flusst die Qualität der Raum­luft die Gesund­heit. Nicht nur in Schulen, sondern auch in Büros und Einkaufs­zen­tren. Deswegen ist es richtig, eine moderne und effi­zi­ente Klima­technik einzu­bauen.