Energieoptimierung von lüftungstechnischen Anlagen für medizinisch genutzte Räume

Ein Großteil der Arbeit wird befasst sich mit raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen). Diese sind mittels Ventilatoren betriebene Anlagen, die mindestens eine der folgenden Funktionen aufweisen: Filtern, Heizen, Kühlen, Befeuchten Und/ oder Entfeuchten. Die RLT-Anlagen dienen der Zuführung von Zuluft, der Abführung von Stoff- und Wärmelast und zur Raumluftkonditionierung. Ein entscheidender Faktor bei dieser Problematik ist die Rückgewinnung von Wärme- und Kälteenergie und die damit verbundene Ausschöpfung möglicher Einsparungen, unter Berücksichtigung der hygienischen und technischen Grundanforderungen. Zusätzlich entsteht das Problem der Rentabilität. Für den Krankenhausträger stellt sich die Frage der Wirtschaftlichkeit einer solchen Investition bzw. Veränderung. Physikalische Messgrößen von RLT-Anlangen wie Lufttemperatur, Luftqualität, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte und Begriffe der thermischen Behaglichkeit werden einen großen Teil dieser Arbeit einnehmen. Des weiteren soll diese Arbeit, unter Einhaltung der ÖNORM H 6020, den Aspekt der absoluten bzw. relativen Luftfeuchtigkeit berücksichtigt und die damit verbunden Energieeinsparungspotentiale aufgezeigt werden. Ziel ist es, machbare Einsparungspotentiale bei der Umstellung von Regelungssteuerung von Luftqualitätssensoren aufzuzeigen oder zu entwickeln. Bei der Umstellung dieser Regelungen muss vor allem die Einhaltung aller hygienischen Raumlufttechnischen-Bedingungen beachtet werden. Ein spezieller Fokus wird auf die ÖNORM H 6020 und die Norm EN ISO 7730 gesetzt wie auch auf das Einsparungspotential von Lüftungstechnischen Bauteilen. Obwohl bei Beantwortung der Fragestellung vor allem die Energiekostenreduzierung im Mittelpunkt steht, werden Investitions-, Betriebs-, und Instandhaltungskosten nicht außer Acht gelassen. Das Ergebnis dieser Arbeit soll auf Neu-, Um- und Erweiterungsbauten anwendbar sein. Der jetzige Stand der Technik ist, dass Lüftungsanlagen ausschließlich über die relative Luftfeuchtigkeit geregelt werden. Durch die Umstellung der Regelung der Feuchtgrenzen von relativen auf absoluten Sollwert und Entwicklung eines Regelungsbausteins von Siemens, kann der Energieaufwand der Nachwärmung stark reduziert werden. Zusätzlich verringert sich die notwendige Luftbefeuchtung erheblich. In der bisherigen Variante wird oftmals die Zuluft aufgeheizt und befeuchtet. Diese Prozesse laufen meist nur so lange, bis der Sollwert der Luft erreicht wurde. Der enorme Energieverbrauch diese kurzen Prozesse steht jedoch in keinem Verhältnis zur Einhaltung dieser Werte. Die Tatsächliche Einsparung dieser neuen Methode wurde von der Vinzenz Gruppe mittels Regressionsmodell dargestellt und nachgewiesen. Dieses Modell vergleicht ehemalige Zahlen mit dem jetzigen tatsächlichen Strom- und Gasverbrauch. In Summe konnte so in einem Krankenhaus der Vinzenz Gruppe eine Einsparung in Höhe von mehr als 270.000 kWh nachgewiesen werden. Diese Maßnahme zeigt große Wirkung. Die einmalige Investition von 13.000 Euro für die notwendige Regelungstechnik steht einer Kosteneinsparung von 20.000 Euro pro Jahr gegenüber. Zusätzlich zu der Energieeinsparung, verringert sich auch die CO2 Emission um 1,2 Tonnen pro Jahr.Air handling units are devices that are driven by fans and offer at least one of the following functions: filtering, heating, cooling or humidifying. Ventilation and air-conditioning systems supply incoming air, reduce thermal contaminants and thermal loads. Moreover, they are responsible for ambient air conditioning. One of the most crucial factors at play is heat and cool recovery and the consequent maximum utilization of potential cost savings. At the same time, basic hygienic and technical requirements must be considered. Physical parameters of air handling units, such as air temperature, air quality, air velocity, humidity and terms of thermal comfort are at the core of this thesis. In compliance with ÖNORM H6 020, aspects of absolute and relative air humidity are taken into consideration while demonstrating the respective energy saving potentials. The aim of this thesis was the demonstration of potential cost savings associated with the conversion of regulation controls of air quality sensors. During the rearrangement of these regulations, special focus is given to the adherence to any hygienic and ambient air conditions. Emphasis is placed on the importance of ÖNORM H 6020 and EN ISO 7730. Results of this thesis should be applicable to new buildings, expansions and conversions. This work focuses on two different application concepts. In addresses the importance of installations that are already in use, at the same time it evaluates new installations, and their potential adaptations before launch. Although the main research question focuses on energy cost, investment costs, operating costs or maintenance cost are not neglected. Air handling units are currently regulated by relative air humidity. However, this can lead to supply air having to be heated and humidified during colder months. This additional energy input has been shown to be significantly reduced by a control and regulation model provided by Siemens. This system allows transition from relative to absolute humidity limits. At the same time, it has been shown to cause a reduction in the air humidification levels. The current state of the art is to heat and humidify supply air until it reaches a certain threshold. This approach’s disadvantage is reflected by the energy effort required to reach this threshold. This new method provides actual savings as demonstrated by the use of a regression model. Published data are compared to current electricity and gas consumption. In total, savings of up to 270.000 kWh could be documented in a hospital belonging to the Vinzenz Gruppe. This finding demonstrates the significant improvement obtained through the taken measures. A single investment of 13.000 € caused annual savings of 20.000 €. In addition to the energy saving potentials, carbon dioxide emissions were reduced by 1.2 tons annually