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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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