Der Swiss Tower ist ein 40-geschossiges Hochhaus in Dubai, das Büros und Luxusapartments beherbergt (Bild 1). Das Gebäude wird konstant mit frischer, gekühlter Luft aus insgesamt vier Air Handling Units (AHUs) versorgt. Dabei ist jede AHU für die Frischluftversorgung mehrerer Etagen zuständig und war bisher mit riemengetriebenen AC-Ventilatoren ausgestattet. Die alten Anlagen liefen stets unter Volllast, und es bestand keine Möglichkeit sie bedarfsgerecht zu regeln, was aufgrund der wechselnden Belegung der Büroräume sinnvoll wäre. Unterm Strich war der Betrieb kostenintensiv und führte zu einer hohen Energieverschwendung.
Für diese Probleme war ein Retrofit der AHUs die sowohl wirtschaftlichste als auch in der geforderten Zeit am besten umsetzbare Lösung. Hauptanforderung des Projekts war es, die Leistungsaufnahme der Ventilatoren zu reduzieren und durch die Etablierung einer Regelung weiteres Energiesparpotenzial zu erschließen. Auch die Lebensdauer der AHUs sollte dank der Modernisierung verlängert werden. Den Auftrag für das Retrofit erhielt Jon Davies mit seiner Firma Qey Energy Solutions, die zur Erarbeitung einer effizienten Lösung eng mit ebm-papst Middle East und Taka Solutions zusammenarbeitete.
Eine effiziente Komplettlösung
Um den Stillstand der AHUs während der Umbauarbeiten möglichst kurz zu halten, wurden sie nacheinander modernisiert. Das bedeutete aber, dass während des Stillstands, Teilbereiche des Gebäudes nicht mehr mit frischer Luft versorgt werden konnten. Der Zeitdruck erforderte daher einen schnellen, unkomplizierten Einbau der neuen Ventilatoren. Mit der „MatrixAir+ EC“-Lösung von Qey war das möglich. Dieses Ventilatorpaket bestehend aus EC-Ventilatoren, Ventilatoranschlusskästen, Ventilatorschotten und Schalttafeln wurde, als Komplettlösung vorbereitet, direkt an die AHU geliefert und verbaut.
Bei der ersten Komponente fiel die Wahl auf EC-Radialventilatoren der RadiPac-Reihe von ebm-papst. Seine Kompaktheit und sein geringes Gewicht verglichen zu einem einzelnen großen AC-Ventilator sorgte für einen einfachen und entspannten Austausch, denn kein schweres Gerät war für den Einbau nötig, was Zeit und auch Kosten sparte. Da der RadiPac als Plug & Play Lösung geliefert wird, ist auch die Inbetriebnahme des EC-Ventilators schnell erledigt. Die insgesamt 26 Radi-Pacs wurden als FanGrid jeweils in die Zu- und Abluft-Sektion der vier AHUs eingebaut (Bild 2).
Betriebssicherheit dank FanGrid
Ein FanGrid besteht aus mehreren, kleinen Ventilatoren, die neben- oder übereinander angeordnet werden und parallel betrieben werden. Dieser redundante Aufbau erhöht die Zuverlässigkeit der Anlage und sorgt für mehr Betriebssicherheit (Bild 3). Sollte ein Ventilator ausfallen, kompensieren die restlichen EC-Ventilatoren die fehlende Luftmenge. Das bietet gerade bei großen Anlagen, noch dazu in besonders heißen Regionen wie in Dubai, die benötigte Sicherheit. Ein weiterer Grund für ein FanGrid war das Ziel, die Lebensdauer der Anlage zu verlängern. Dies kann realisiert werden indem mehrere kleine Ventilatoren bedarfsgerecht in Teillast betrieben werden statt eines großen Ventilators konstant unter Volllast.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Aufbaus ist, dass vor- und nachgeschaltete Komponenten wie Filter oder Wärmeübertrager gleichmäßiger von der Luft durchströmt werden können. Das führt zu einer effizienteren Filterung der Luft, sowie besseren Wärmeübertragungsleistung und damit zu einer Senkung der Betriebskosten der Anlage. Mehrere kleine Ventilatoren benötigen zudem meist weniger Bauraum und sind leichter als ein einzelner großer Ventilator, was den Austausch vereinfacht.
Energiesparen mit EC-Technologie
Das vorrangige Ziel des Retrofits war es, Energie zu sparen, weshalb die Wahl auf einen Ventilator mit EC-Motor fiel. Schon allein durch dessen hohen Motorwirkungsgrad von über 90 % sind große Einsparungen im Vergleich zum AC-Motor möglich. Außerdem waren mit den alten AC-Ventilatoren nur zwei Betriebsstufen möglich, entweder sie waren aus, oder sie wurden mit Maximaldrehzahl betrieben, etwas dazwischen gab es – aufgrund der fehlenden Steuerungselektronik – nicht. Das heißt, dass unabhängig von der tatsächlichen Auslastung des Gebäudes alle Anlagen immer mit voller Leistung liefen, selbst wenn zu bestimmten Zeiten die Versorgung einzelner Gebäudeteile mit einem geringeren Luftvolumen ausreichend gewesen wäre.
Die EC-Ventilatoren sind hingegen stufenlos zwischen 0 und 100 % regelbar, d. h. die Drehzahl kann immer bedarfsgerecht angepasst werden. Damit ergeben sich signifikante Einsparpotentiale, denn die Leistungsaufnahme steigt oder sinkt in der dritten Potenz zur Drehzahl (P~n³). Wenn also die Drehzahl im Vergleich zur Nenndrehzahl um die Hälfte reduziert wird, verringert sich die Leistungsaufnahme um den Faktor 8 und beträgt somit nur noch 12,5 % der Nennleistung. Schaltet man hingegen eine Hälfte der Anzahl an AC-Ventilatoren ab und betreibt die andere Hälfte immer noch auf Volllast, so kann nur 50 % der Leistungsaufnahme eingespart werden.
Bedarfsgerechte Frischluftversorgung
Der zweite Teil des Retrofits beinhaltete die Modernisierung der Steuerung. Der Swiss Tower verfügte bereits über ein Gebäudemanagementsystem, das Ziel hinsichtlich der Lüftungsanlagen war nun, eine zeitbedingte Strategie zur Steuerung der Lüftungsanlagen zu entwickeln. Der Vorteil war, dass dank der Security-Scans am Ein- und Ausgang bereits Daten über die tageszeitabhängige Auslastung des Gebäudes vorlagen. Daraus ermittelte Qey in Zusammenarbeit mit Taka Solutions zeitabhängig den Luftstrombedarf und programmierte mithilfe einer eigens für Retrofit-Projekte entwickelten Software einen internen Zeitplan (Bild 4).
Morgens und gegen Abend ist die Bürobelegung geringer, weshalb die Leistung hier heruntergefahren wird, wohingegen während des Nachmittags die höchste Gebäudeauslastung vorliegt, tendenziell die höchsten Temperaturen herrschen, die AHUs ein höheres Luftvolumen fördern müssen und der höchste Kühlbedarf besteht (Bild 5). Perfekte Voraussetzung dafür ist die RS485/MODBUS RTU-Schnittstelle des RadiPac, dank der die Ventilatoren einerseits intelligent gesteuert werden können, andererseits aber auch ein Monitoring der Betriebsdaten jedes einzelnen Ventilators ermöglicht wird. Außerdem ermöglicht der RadiPac eine Differenzdruckmessung, da er über einen Druckentnahmestutzen zum Anschluss eines Differenzdrucktransmitters verfügt. Damit können auch Rückschlüsse auf den aktuell beförderten Luft-Volumenstrom gezogen werden. Die Software von Qey kann dank der MODBUS-Schnittstelle die Drehzahl, wie vom Zeitplan vorgegeben, überwachen und regeln, sowie den Luftstrom, den Energieverbrauch und im Fall des Falles auch Alarme monitoren und wenn notwendig schnell Gegenmaßnahmen einleiten.
Ziel erreicht – Energieverbrauch um mehr als 60 % gesenkt
Die Dokumentation und das Monitoring der Betriebsdaten sind für eine Überprüfung der realisierten Energieeinsparung des Retrofits wichtig und können in einem weiteren Schritt weitere Optimierungen aufseiten der Steuerung ermöglichen. Denn nach einer gewissen Zeit, in der der interne Zeitplan erprobt wurde, sind eventuell weitere Anpassungen und eine Verfeinerung der Steuerung nötig. Die konstante Überwachung jedes einzelnen Ventilators bietet außerdem Sicherheit: Probleme können zügig identifiziert und negative Folgen frühzeitig verhindert werden.
Mittels des Monitorings und der Dokumentation der Betriebsdaten lässt sich schließlich auch ermitteln, wie viel Einsparung das Retrofit gebracht hat: Der Spitzenbedarf des alten Motors betrug 31 kW. Nach dem Retrofit liegt der Spitzenbedarf für den maximal geforderten Luftstrom bei 16,5 kW. Durch die bedarfsgerechte Steuerung wurde es zudem noch ermöglicht, dass die neue maximale Leistungsaufnahme nur noch gelegentlich und bei Bedarf beansprucht wird und nicht mehr Nonstop (Bild 6). Die Kombination aus den effizienten RadiPac Ventilatoren von ebm-papst, Taka Solution’s umfangreichen Wissen über die Gebäudeanalyse und der MatrixAir Nachrüstungslösung von Qey, resultierte in einer erfolgreichen Projektumsetzung. Der Energieverbrauch konnte um mehr als 60 % gesenkt werden.
Schreiben Sie einen Kommentar