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einfluss des Klimawandels auf die auslegung von RLt-Geräten

Klimazonen Klimawandel testreferenzjahr Deutschland-wetter

Der Klimawandel hat bereits heute Auswirkungen auf die Aus-legung von RLT-Geräten. Daher wurden die klimatischen Ver-änderungen der 15 Klimazonen in Deutschland für die Testre-ferenzjahre 2015 und 2045 analysiert und beispielhaft an ei-nem RLT-Gerät für ein Krankenhaus ausgewertet. Die zu er-wartenden Veränderungen bei AUL-Temperatur und Feuchte zeigen, dass eine aktive Kühlung und Entfeuchtung im Som-mer auch in Deutschland immer wichtiger wird. Demgegen-über wird der Bedarf an Heizenergie zukünftig sinken.Neben den regionalen Veränderungen wurde auch mit Hilfe eines integralen Deutschlandwetters eine ganzheitliche Ana-lyse für Deutschland durchgeführt, die eine Bewertung der Energiewende im Gebäudesektor ermöglichen soll.

Influence of climate change on the design of air handling units climate zones climate change test Reference Year German Wea-ther

Climate change has already an impact on current AHU design. Therefore, the climatic changes of the 15 climatic regions in Germa-ny for the test reference years 2015 and 2045 were analyzed and evaluated for an air handling unit in a hospital. The expected chan-ges in ODA temperature and humidity show that active cooling and dehumidification in summer is becoming more and more important in Germany. In contrast, the future demand for heating energy will decline. In addition to the regional changes, a holistic analysis for Germany prepared with the help of an integral German weather, which serves as a means to assess the energy transition in the building sector.

Autorenv.l.: Dominik Demmelhuber B.eng., ZWP Ingenieur-AG, Prof. Dr. christian fieberg, Professor für Gebäudetechnik an der Westfälischen Hochschule Gelsenkirchen

Klimawandel und WetterdatenDie Diskussion über die Erderwärmung ist nicht erst seit den „Fridays for Future“-Demonstrationen in aller Munde. Der Klimawandel sollte daher auch bei der Projektierung von Raumlufttechnischen Anlagen berücksichtigt werden.

RLT-Geräte werden meist auf eine Le-bensdauer von 15 Jahren ausgelegt. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass viele Anla-gen mehr oder weniger unverändert bis zu 25 Jahren betrieben werden. Damit müssen aktuell projektierte RLT-Anlagen auch bei dem erwarteten Klimawandel die gewünschten Zuluftparameter (Tem-peratur und Luftfeuchte) einhalten.

Auslegungsgrundlage sind heute standortbezogene Wetterdaten. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) bietet so-genannte Testreferenzjahre (Engl: Test Reference Year, TRY) für zahlreiche Stand-orte in Deutschland mit einer Auflösung von 1 km² aus Daten zurückliegender Jahre (1995 – 2012) und darüber hi-

naus zukünftige Prognosen für das Jahr 2045 an.

TRY-Datensätze sind generische Wet-terdaten für jede Stunde im Jahr, die ei-nen repräsentativen Witterungsverlauf beinhalten. Damit werden auch sehr kal-te oder warme Stunden im Jahr abgebil-det und nicht durch Mittelwerte ver-wischt. Die Daten fließen in dynamische Energiesimulationen und Kühllastbe-rechnungen ein.

Die zukünftigen Wetterdaten basie-ren auf Berechnungen und Szenarien von bis zu 12 regionalen Klimamodellen für den Zeitraum 2031 bis 2060 [1].

Diese Klimamodelle stammen aus Be-rechnungen des Weltklimarats. In sei-nem aktuellen Bericht (5. Sachstandsbe-richt [2]) werden dabei vier sogenannte RCP (Representative Concentration Path- ways) entwickelt. RCPs werden als Pfade bezeichnet, um zu betonen, dass ihr Hauptzweck darin besteht, zeitabhängi-ge Projektionen der atmosphärischen

Treibhausgaskonzentrationen darzule-gen. Darüber hinaus soll mit dem Begriff „Pfade“ betont werden, dass nicht nur bestimmte langfristige Konzentrations- oder Strahlungsantriebsergebnisse von Interesse sind, sondern auch die Ände-rung, die im Laufe der Zeit erforderlich ist, um dieses Ergebnis zu erreichen. Pfa-de sind repräsentativ, da sie eines von mehreren unterschiedlichen Szenarien sind, die ähnliche Strahlungsantriebs- und Emissionsmerkmale aufweisen. Die Zahlen am Ende der RCP’s beschreiben den Anstieg des Strahlungsantriebs in W/m² im Jahr 2100 bezogen auf den vor-industriellen Stand im Jahr 1750. Das Szenario RCP 6 beschreibt somit einen zusätzlichen Strahlungsantrieb von 6 W/m² im Jahr 2100. In den RCP wu- rde auch entgegen den älteren Szenarien die Landnutzungsänderung berück- sichtigt [3].

Eine wichtige Variable ist die Höhe der zukünftigen klimarelevanten Spurengas-

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emissionen. Ebenfalls berücksichtigt werden müssen technologische Entwick-lungen, Änderungen in der Energieerzeu-gung und Landnutzung, globale und re-gionale wirtschaftliche Bedingungen und das Bevölkerungswachstum.

Für das Jahr 2045 beträgt demnach die globale Erderwärmung je nach Modell-rechnung und Pfad zwischen ein und zwei Kelvin (Mittelwert 1,5 K), Abbildung 1.

Die Wetterdaten des DWD für die bei-den Referenzjahre 2015 und 2045 wur-den für die 15 TRY-Regionen Deutsch-lands nach VDI 4710, Blatt 3 [5] ausge-wertet. Darüber hinaus wurde erstmalig ein „Deutschlandwetter“ auf Basis der Regionen berechnet. Dieses basiert auf den nach der Fläche gemittelten Wetter-daten der einzelnen Regionen. Dieser Ansatz liefert eine deutschlandweite Be-schreibung der stündlichen Witterungs-verhältnisse. Zukünftig soll die Gewich-tungsmethode auch für die tatsächli-chen Wetterdaten der zurückliegenden Jahre angewandt werden, um damit ana-log zum Windindex für Windkraftanla-gen einen Heiz- bzw. Kühlindex für kon-krete Jahre zu beschreiben. Dadurch las-sen sich Effekte der Energiewende besser miteinander korrelieren. Klimatisierung einer IntensivstationAm Beispiel der Intensivstation eines Krankenhauses sollen die Auswirkungen der einzelnen TRY-Wetterdaten auf die Erzeugergrößen (insbesondere Wärme

und Kälte) analysiert werden. Die Inten-sivstation wird von einem Zentralluftge-rät mit Frischluft versorgt. Dabei werden hohe Anforderungen an die Luftqualität gestellt, sodass die Luft neben der Erwär-mung und Kühlung auch be- bzw. ent-feuchtet werden muss.

Die weiteren Betriebsparameter und Randbedingungen sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst.

Die Zulufttemperatur wird in Abhän-gigkeit der Außenlufttemperatur gere-gelt.

Anhand der Sollwerte und der vor-gegebenen Ablufttemperaturen werden mithilfe der stündlich aufgelösten Wetterdaten die erforderlichen Leistun-gen zum Konditionieren der Zulufttem-peratur und -feuchte berechnet, Abbil-dung 4.

Globale Erderwärmung, 5. Sachstandsbericht IPCC [4]

1

TRY-Regionen und Flächenanteil

2

Anlagenschema des Zentralluftgeräts mit Auslegungsdaten (Sommer)

3

1 Betriebsparameter des RLt-GerätsAußenluft-volumenstrom

24.000 m³/h

Zulufttemperatur 20 °C < tZUL < 24 °Ablufttemperatur 20 °C < tABL < 26 °CZuluftfeuchte 6,0 g < xZUL < 10,5 g

Wärmerück-gewinnung

RWZ = 72 %

Betriebszeiten 8760 h/a

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Ergebnisse Vor der Betrachtung des Energie- und Wasserbedarfs der RLT-Anlage für die TRY-Jahre 2015 und 2045, sollen die kli-matischen Unterschiede am Beispiel der Region 5 (Referenzort: Essen) für den Ja-nuar und August näher betrachtet wer-den. Die Temperaturunterschiede im Ja-nuar der beiden TRYs betragen ∆t = 3,5 K und im August sogar ∆t = 4,9 K. Damit spiegelt sich hier die Klimaerwärmung sehr deutlich wider, Abbildung 5.

Darüber hinaus erhöht sich auch die absolute Feuchte (die Luft kann durch die höheren Temperaturen im Mittel mehr Feuchtigkeit aufnehmen). Hier steigen die Werte im Januar um ∆x = 1,1 g/kg und im August um ∆x = 1,5 g/kg, Abbil-dung 6.

Die mittlere Temperatur- und Feuch-teerhöhungen für das gesamte TRY-Jahr der flächenmäßig größten Regionen sind

in Tabelle 2 gegenübergestellt. Die Simu-lationsergebnisse werden exemplarisch für die Region 5 sowie gemittelt für Deutschland dargestellt. Dabei werden für Kühler, Erhitzer und Luftbefeuchter die Spitzenleistung (Abbildung 7), der jährliche Endenergie aufwand (Abbil-dung 8) sowie die Betriebsstunden im Jahr (Abbildung 9) für die beiden TRY-Datensätze verglichen. Beim Luftbe-feuchter wird statt der Endenergie der Wasserverbrauch in Litern angegeben.

Wie aufgrund der höheren Tempera-turen zu erwarten, steigt die Kühlleis-tung und die Heizleistung kann geringer ausfallen. Weiterhin sinkt die Befeuch-terleistung, da die absolute Feuchte der Außenluft zunimmt. Entsprechend fällt bis auf den Kühler der Energie- bzw. Was-serbedarf.

Der Blick auf die Betriebsstunden (Ab-bildung 9) zeigt, dass diese für alle Kom-ponenten zunehmen. Die Kühlanforde-rung zur Konditionierung der Zuluft er-

2 temperatur- und feuchteänderung in den größten Regionen und DeutschlandRegion(flächenanteil)

Referenzort Ø-temperaturänderung 2015 → 2045

Ø-feuchteänderung2015 → 2045

3 (12 %) Hamburg 1,4 K 0,5 g/kg4 (19,4 %) Potsdam 1,2 K 0,1 g/kg6 (12,5 %) Bad Marienberg 1,7 K 0,4 g/kg13 (18,2 %) Passau 2,1 K 0,6 g/kgDE (100 %) DE 1,4 K 0,4 g/kg

Regelung der Zu-lufttemperatur (links); vorgege-bene Ablufttem-peratur im Jah-resverlauf

4

Ausgewählte Temperaturverläufe TRY 2015 und TRY 2045 für die Region 5 (Referenzort: Essen)

5

Ausgewählte Verläufe der abs. Feuchte für die Region 5 (Referenzort: Essen)

6

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Betriebsstunden des Kühlers, Erhitzers und Luftbefeuchters (links: Region 5, rechts: Deutschland)

9

Spitzenleistung für Kühler, Erhitzer und Luftbefeuchter (links: Region 5, rechts: Deutschland)

7

folgt an mehr Stunden im Jahr. Da zu-sätzlich die Entfeuchtung zunimmt (s.u.), steigt auch die Betriebszeit des Erhitzers (als Nacherhitzer). Die Befeuchterstun-den in Deutschland bleiben näherungs-weise konstant (- 4 %).

Um besser zu verstehen, warum die Betriebsstunden des Erhitzers steigen, stellt Tabelle 3 den Entfeuchtungskühl-bedarf der beiden TRYs für die größten Klimazonen gegenüber.

Endenergieaufwand für Kühler und Erhitzer, Wasserverbrauch des Luftbefeuchters (links: Region 5, rechts: Deutschland)

8

Mit Ausnahme der Region 4 steigt die latente Entfeuchtungsenergie in alle an-deren 14 Klimazonen. Für das „Nord-westdeutsche Tiefland“, Region 3, be-trägt die Änderung sogar 72 %. Im Mittel ist mit einer Steigerung von knapp 30 % zu rechnen.

FazitAm Beispiel eines RLT-Gerätes für eine Intensivstation wurden die verfügbaren

TRY-Wetterdaten der Jahre 2015 und 2045 für alle 15 Regionen in Deutschland verglichen. Zusätzlich wurde auf Basis der Flächenanteile ein gewichtetes „Deutschlandwetter“ eingeführt, um übergeordnete Abschätzungen für die Energiewende zu ermöglichen.

Die Analyse der Wetterdaten zeigt ei-ne mittlere Temperaturerhöhung um 1,4 K und eine Erhöhung der Feuchte um 0,4 g/kg. Dadurch ändern sich die Leis-

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3 entfeuchtungsenergie für tRY 2015 und 2045Region(flächenanteil)

Referenzort entfeuchtungs-kühlbedarf 2015

entfeuchtungs-kühlbedarf 2045

änderung

3 (12 %) Hamburg 6.471 kWh/a 11.159 kWh/a 72 %4 (19,4 %) Potsdam 15.574 kWh/a 14.557 kWh/a -7 %6 (12,5 %) Bad Marienberg 8.278 kWh/a 9.284 kWh/a 12 %13 (18,2 %) Passau 20.829 kWh/a 23.342 kWh/a 12 %

tungsdaten für das RLT-Gerät. In einzel-nen Regionen können die Änderungen jedoch deutlich stärker ausfallen.

Die detaillierte Auswertung der Be-triebsdaten zeigt eine klare Zunahme der nötigen Kühlleistung sowie längere Be-triebszeiten des Kühlers, aber auch des Erhitzers im Falle der Entfeuchtung.

Wird die benötigte Kühlenergie in sensible Kühlung und latente Entfeuch-tung unterteilt, muss davon ausgegan-gen werden, dass zukünftig der Anteil der Entfeuchtung steigt. Im Mittel steigt der Anteil um knapp 30 % in einigen Re-gionen deutlich stärker (max. 72 %).

Für die aktuelle und zukünftige Pro-jektierung von RLT-Geräten kann daher gefolgert werden, dass der Bedarf

■ an Kühlung zunimmt ■ an Entfeuchtung zunimmt ■ an Heizung abnimmt

Um diesen Effekten Rechnung zu tragen, sollte bei heutigen (trockenen) Küh-lungsanwendungen eine Entfeuchtung vorgesehen werden (größerer Kühler, Leerkammer für Nacherhitzer zur Nach-rüstung). Im Falle von reinen Lüftungsan-

lagen kann eine adiabate Abluftbefeuch-tung den steigenden Kühlbedarf abde-cken. Die sinkende Heizleistung kann nur durch Wärmeerzeuger mit optimierter Teillasteffizienz energetisch genutzt werden. Aktuell ergibt sich der Heizwär-mebedarf noch aus den heutigen Nor-men und Auslegungstemperaturen nach DIN EN 12831 [6].

Literatur[1] vgl. https://www.dwd.de/DE/leistungen/

testreferenzjahre/testreferenzjahre.html?nn=507312, abgerufen am 12.08.2019

[2] o.V.: IPCC (AR5), 2013-2014, Fünfter Sach-standsbericht, Arbeitsgruppe 1

[3] https://www.dwd.de/DE/klimaumwelt/kli-mawandel/klimaszenarien/rcp-szenarien_

node.html;jsessionid=1FF7C5403BDC83407C380B1F2E3153FC.live21064, abgerufen am 14.08.2019

[4] https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/summa-ry-for-policy-makers/, abgerufen am 6.08.2019

[5] VDI 4710-3:2011-03. Meteorologische Grundlagen für die technische Gebäudeaus-rüstung

[6] DI EN 12831-1:2017-09. Energetische Be-wertung von Gebäuden – Verfahren zur Be-rechnung der Norm-Heizlast – Teil 1: Raum-heizlast

PuBLiKationKI KäLtE . LuFt . KLImAtEchnIK

Georg tale-Yazdi

Lüftung von Gewerbeküchen: Komponenten, anlagen

Anwohner und Touristen leiden vor allem in eng bebauten In-nenstädten nicht selten unter den Geruchsbelastungen von gewerblichen Küchen. Eine nützliche Hilfe bei der Planung der Lüftungsanlagen für ge-werbliche Küchen liefert der Au-tor mit der aktuellen Publikati-on. Damit schließt er nach Er-scheinen des Bandes „Grundla-gen, Berechnungen“ im Vorjahr nahtlos an diese Veröffentli-chung an. In diesem zweiten Band „Komponenten, Anlagen“ stellt er die Komponenten von Gewerbeküchen, wie Dunstab-zugshauben und Küchenlüf-tungsdecken sowie Aerosolab-scheider, ausführlich vor. Zu-dem werden die für Küchenlüf-tungsanlagen spezifischen An- forderungen an Ventilatoren und RLT-Geräte sowie die we-

sentlichen Forderungen des Brandschutzes erläutert.In einem eigenen Kapitel wer-den die Verfahren zur Abluft-nachbehandlung und Abluftrei-nigung thematisiert und die Möglichkeiten für ihren Einsatz aufgezeigt. Ein weiteres Kapitel behandelt die Anforderungen an stationäre Feuerlöschein-richtungen in Küchen.Aus der eigenen Erfahrung häu-figer Probleme, u. a. durch falsch einregulierte Anlagen, widmet sich das Buch ausführlich den Möglichkeiten zur Einregulie-rung und verschiedenen Verfah-ren zur Messung der Luftvolu-menströme. Weitere Aspekte der Planung lüftungstechni-scher Anlagen für Küchen wie Wärmerückgewinnung oder Aufstellung werden ebenso be-leuchtet. Anschauliche Grafiken

und nachvollziehbare Beispiel-rechnungen gehören zu den weiteren Pluspunkten des Bu-ches. Ein Blick auf die Anforde-rungen nach der Muster-Lüf-tungsanlagen-Richtlinie rundet das gelungene Werk ab.Der Autor Dipl.-Ing. Georg Tale-Yazdi ist Inhaber eines Ingeni-eur- und Sachverständigenbü-ros für Lüftungs- und Klima-technik. Er ist darüber hinaus Autor diverser Fachbeiträge, hält Schulungen und ist in ver-schiedenen Verbänden, Fach-gremien und Normenausschüs-sen aktiv.Das nützliche Werk richtet sich an Einsteiger, Auffrischer und Profis der Klima- und Lüf-tungsbranche, aber auch an Quereinsteiger aus verwandten Gewerken, insbesondere Pla-ner, ausführende Unterneh-

men, Sachverständige, Behör-den, Schornsteinfegermeister, Betreiber und Planer von Groß-küchen.

Georg Tale-YazdiLüftung von Gewerbeküchen: Komponenten, anlagen2019, 149 Seiten, BroschurEUR 34,- Buch: ISBN 978-3-8007-4757-3E-Book: ISBN 978-3-8007-4758-0VDE Verlag GmbH, Berlin, Offenbachwww.vde-verlag.de