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„Lüftungsanlage“

A) Analyse des Lastgangs der Lüftung - Sommertag (Juni 2015)

Als Ausgangsbasis für die Analyse der Messdaten wurde der charakteristische Monat Juni herangezogen. Im Folgenden werden zwei Auszüge aus den Messdaten des Monats Juni dargestellt und kurz analysiert. Abbildung 1 zeigt das Wochenprogramm der Lüftungsanlage und Abbildung 4.12 zeigt den Lastgang des kompletten Monats Juni.

Abbildung 1: Lastgang des 01.06.2016 - 08.06.2016

1: Leistung bei Lüfterstufe 1 - ca. 350W /Strang und 1050W gesamt
2: Leistung bei Lüfterstufe 4 - ca. 1800W /Strang und 5400W gesamt
3: Leistung bei Lüfterstufe 2 - ca. 800W /Strang und 2400W gesamt
4: eingestelltes Wochenprogramm der Lüftungsanlage
5: eingestelltes Wochenendprogramm

Die Lüftungsanlage wird über ein konfigurierbares Wochenprogramm gesteuert, das in zwei Unterabschnitte (Montag bis Freitag und Samstag bis Sonntag) gegliedert ist. In Abbildung 1 werden die Einstellungen (Mo-Fr) in grün und (Sa-So) in blau dargestellt. Weiters sind die einzelnen Lüfterstufen und deren Leistungen ersichtlich.

Abbildung 2: Lastgang der Lüftung des Monats Juni

In Abbildung 2 ist der Lastgang über den kompletten Monat Juni ersichtlich. Die Daten wurden für eine Hochrechnung des Energieverbrauches der Lüftung und für eine Abschätzung der Stromkosten für ein komplettes Jahr verwendet.

B) Analyse des Lastgangs der Lüftung - Wintertag (Jänner 2016)

Die VPM 360 Lüftungsanlage besitzt eine integrierte Wärmepumpe und eine Heat Pipe. Eine Heat Pipe (Wärmerohr) ist ein passiver Wärmetauscher, der vor die Wärmepumpe geschaltet wird. Durch diese Komponenten wird bei niedrigen Außentemperaturen verhindert, dass die kalte Luft durch die Lüftung im Kindergarten verteilt wird. Im Zuge der dritten Messperiode wurden mit dem UMG 511 die Lüftungsaktivitäten aufgezeichnet. Diese Daten wurden nur für Kontrollzwecke ausgewertet. Bei der Auswertung fielen die erhöhten Leistungswerte auf, welche auf die Wärmepumpe zurückzuführen ist (s. Abbildung 3).

Abbildung 3: Lastgang der Lüftung im Winter (Jänner)

Durch den Betrieb der Wärmepumpe ist der Leistungsbedarf ungefähr doppelt so hoch im Vergleich zum Betrieb ohne Wärmepumpe. Die Leistung beträgt ohne Wärmepumpe 2000W /Strang und mit ihr 4000W /Strang.

Abbildung 4: Stromverlauf der Lüftung im Winter (Jänner)

Weiters ist ein deutlicher Stromanstieg von 8 A erkennbar (vgl. Abbildung 4). Dieser wird durch den Gebrauch der Wärmepumpe erklärt. Der Strom überschreitet in Spitzenzeiten die in den technischen Spezifikationen angeführte maximale Strombelastung um ca. 0,5 - 1 A.

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Optimierungsvorschläge (Lüftung)

Das derzeit eingestellte Lüftungsprogramm ist nicht optimal, da die Behaglichkeitsbedürfnisse (CO₂, relative Luftfeuchte) im Kindergarten nicht berücksichtigt sind. Die Lüftung wird auf Grund der Kühlungserfordernisse auch in der Nacht und an den Wochenenden mit sehr geringen Auswirkungen auf den Temperaturverlauf betrieben. Außerdem ist bei der Analyse aufgefallen, dass die Betriebsdauer zu lange gewählt ist und somit hohe Energiekosten verursacht werden. Aus diesem Grund wurden zwei alternative Wochenprogramme für die Lüftungsanlage ausgearbeitet und deren Einsparungspotenzial, im Bezug auf Energie und Kosten, berechnet.

Alternative Wochensteuerung der Lüftung

Die im Kindergarten verbaute Lüftungsanlage VPM 360 verfügt über vier regelbare Lüftungsstufen. Die Leistungen der einzelnen Stufen wurden bei der Analyse der Lüftung bestimmt. Diese Daten dienen nun als Grundlage für die Entwicklung von zwei alternativen Wochenprogrammen. Da der Betriebsbeginn und das Betriebsende bekannt sind (s. Tagesablauf), wurde der Betrieb der Lüftung in der Berechnung entsprechend berücksichtigt. Damit bei Betriebsbeginn im Kindergarten Frischluft vorhanden ist, wird die Lüftung um 5 Uhr gestartet. Da die Lüftungsanlage die Temperatur im Kindergarten über Nacht nur minimal senken kann und durch eine Lüftung in der Nacht eine sehr geringe relative Luftfeuchtigkeit verursacht wird, soll der Lüftungsbetrieb mit Betriebsende abgeschaltet werden.

Alternatives Wochenprogramm mit Raumluftspülung (Wochenprogramm 1)

Bei diesem Vorschlag für ein alternatives Wochenprogramm wird von 5 bis 8 Uhr in der höchsten Lüfterstufe (Stufe 4) gespült. Das bedeutet, es erfolgt ein kompletter Luftaustausch im Kindergarten, wobei die verbrauchte Luft gegen frische Luft von außen ausgetauscht wird. Danach läuft die Lüftung bis 14 Uhr mit der mittleren Lüfterstufe (Stufe 2). Da die meisten Kinder um die Mittagszeit von ihren Eltern abgeholt werden und sich dadurch weniger Kinder im Gebäude befinden, wird die Lüfterstufe nochmals herab geregelt auf die niedrigste Stufe (Stufe 1). Diese wird nun bis zum Betriebsende um 17 Uhr beibehalten, danach wird die Lüftungsanlage abgeschaltet.

Für die Berechnung des neuen Energiebedarfs wurden die Lüfterstufen durch die zuvor ermittelten Leistungswerte ersetzt und somit in Excel der neue Energiebedarf und die daraus resultierende Ersparnis ermittelt. (In diesem Vorschlag wurde auf einen Wochenendbetrieb verzichtet und der Lüftungsverlauf für die komplette Woche verwendet. Für Vergleichszwecke und zur Berechnung der Ersparnis gegenüber dem jetzigen Wochenprogramm wurde die Woche im Juni herangezogen, welche auch für die Analyse der Lüftungsdaten verwendet wurde.)

Alternatives Wochenprogramm ohne Spülung (Wochenprogramm 2)

Bei diesem Wochenprogrammvorschlag wurde auf die Spülung in der Früh verzichtet und die Lüftungsanlage konstant von 5 bis 14 Uhr mit der mittleren Lüfterstufe (Stufe 2) betrieben. Die Abschaltung der Lüftung ab 14 Uhr liegt demselben Gedankengang zugrunde wie die Absenkung im zuvor präsentierten Wochenprogramm.

Kosten und Ersparnisse

Ein großer Vorteil dieser Optimierungsmöglichkeit besteht darin, dass keinerlei Kosten anfallen, da lediglich eine neue Programmierung der Steuerung notwendig ist und keine baulichen Veränderungen vorgenommen werden müssen. Daher würde sofort nach der Neuprogrammierung eine Reduktion der Betriebskosten erzielt werden.

Tabelle 1: Vergleich des Energiebedarfs

Tabelle 1 zeigt den Energiebedarf der einzelnen Wochenprogramme im Vergleich zum jetzigen Wochenprogramm. Da die Lüftung nicht mehr durchgehend auf der höchsten Lüfterstufe betrieben und in der Nacht abgeschaltet wird, wird der Energiebedarf ca. um die Hälfte reduziert. Durch den Spülvorgang des ersten Wochenprogramms werden pro Jahr circa 3000 kWh mehr verbraucht als beim zweiten Wochenprogramm.

Tabelle 2: Vergleich der Kosten und der Ersparnis

In Tabelle 2 ist die jährliche Ersparnis im Gegensatz zur jetzigen Programmierung ersichtlich. Durch die neuen Wochenprogramme könnten die Energiekosten um ca. die Hälfte verringert werden und es würden um die 1 000 € im Jahr eingespart werden. Durch Luftqualitäts- und Luftfeuchtigkeitsmessungen nach der Umprogrammierung des Wochenprogramms kann festgestellt werden, ob sich die Luftsituation im Kindergarten verbessert hat und welcher der beiden Vorschläge für ein Wochenprogramm besser für den Kindergartenbetrieb geeignet ist. Durch zusätzliche Maßnahmen im Bereich der Beschattung und der Querbelüftung der oberen Etage kann auf Grund der verbesserten Temperatursituation die Lüftungsanpassung weiter optimiert werden.