Magazin Luftfeuchte 2020 OKT 01

Autor:
Christian Bremer

Lukrative Abgas-Abführung und Wärmerückgewinnung über die RLT-Anlage


Liebe Leser,

bislang mussten die bei der Verbrennung von Erdgas entstehenden Abgase aufwändig über eine Abgasleitung und einen separaten Schornstein über das Dach ins Freie abgeführt werden. Neu bei den DVGW-geprüften Condair GS-Geräten ist, dass nun das Abgas aus dem Dampferzeuger der Abluft aus dem Gebäude zugemischt werden darf. Und das hat mehrere Vorteile:
Erstens wird nun kein eigner Schornstein mehr benötigt. Dies vereinfacht die Anlageninstallation erheblich und verringert die Investitionskosten.
Zweitens steigt durch das Zumischen der Abgase in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis Abluft/Abgas die Temperatur des Abluftstroms um einige Kelvin an. Infolge dieser Temperaturerhöhung steht nun für die Wärmerückgewinnung im RLT-Gerät ein höheres Potenzial zur Verfügung, wodurch die Wärmerückgewinnungsleistung steigt. Welche zusätzliche Wärmemenge durch die Abgasbeimischung zurückgewonnen wird, hängt letztendlich von der Betriebsweise ab. Die Abgase beinhalten wegen ihrer hohen Temperatur sensible, aber auch latente Wärme in Form von Wasserdampf.

Die Tabelle 1 zeigt, wie viel sensible Wärme durch das Einspeisen der Abgase in Abhängigkeit von der Effizienz der Wärmerückgewinnung (Rückwärmezahlen 75, 70 und 65 %) mindestens auf die Außenluft übertragen wird. Und um diese Leistung wird der im RLT-Gerät der Wärmerückgewinnung nachgeschaltete Lufterhitzer entlastet. Bei kondensierender Betriebsweise der Wärmerückgewinnung steht die anfallende Kondensationswärme als weiterer Energiegewinn zur Verfügung und erhöht die Wärmerückgewinnungsleistung zusätzlich.
Dampfleistung Abgaswärme WRG 65 % WRG 70 % WRG 75 %
23 kg/h 2,6 kW ˜ 1,7 kW (1) ˜ 1,8 kW (1) ˜ 2,0 kW (1)
45 kg/h 5,1 kW ˜ 3,3 kW (2) ˜ 3,6 kW (2) ˜ 3,8 kW (2)
65 kg/h 7,3 kW ˜ 4,7 kW (2) ˜ 5,1 kW (3) ˜ 5,5 kW (3)
90 kg/h 10,1 kW ˜ 6,6 kW (3) ˜ 7,1 kW (4) ˜ 7,6 kW (4)
130 kg/h 14,6 kW ˜ 9,5 kW (5) ˜ 10,2 kW (5) ˜ 11,0 kW (6)
195 kg/h 21,9 kW ˜ 14,2 kW (7) ˜ 15,3 kW (8) ˜ 16,4 kW (9)
260 kg/h 29,2 kW ˜ 19,0 kW (10) ˜ 20,4 kW (11) ˜ 21,9 kW (11)

Die gesamte nutzbare Abgas-Heizleistung ergibt sich aus sensibler Wärme durch die hohe Abgas-Temperatur und latenter Wärme in Form von Wasserdampf. Die Werte in Klammern stellen den sensiblen Wärmegewinn ohne Kondensationswärme dar.
Beim Lüftungs-Wärmebedarf vorhandenes Einsparpotential inklusive Kondesationswärme
Wärmerückgewinnung [kW]
Einsparpotenzial
Dampfleistung [kg/h]
Mit einer überschlägigen Beispielrechnung werden nachfolgend die Potenziale und Leistungen des neuen Condair-Systems verdeutlicht. Eine RLT-Anlage fördert einen Zuluft- und Abluft-Volumenstrom von je 20.000 m³/h = 24.000 kg/h. Um den Außenluftvolumenstrom um Δx = 5 g/kg zu befeuchten, wird eine Dampfmenge von 24.000 kg/h x 5 g/kg = 120 kg/h benötigt. Zur Erzeugung dieser Dampfmenge ist eine thermische Arbeit (Gasbrenner) von 109,5 kWh nötig. Beim Einsatz von Erdgas zur Dampferzeugung entspricht dies einer Abgasmenge von 0,045 kg/s (= 162 kg/h). Dieser heiße Abgasstrom wird der 23 °C warmen Gebäudeabluft zugemischt, wodurch die Temperatur der Abluft um etwa 1 K auf 24 °C ansteigt. Mit dieser Temperatur erreicht die Abluft die Wärmerückgewinnung (Effizienz η = 70 %) und trifft dort auf die -5 °C kalte Außenluft. Gemäß der Gleichung η = (t1 – tAUL) : (tABL – tAUL) strömt die Außenluft mit einer Temperatur t1 = 15,3 °C aus der Wärmerückgewinnung aus. Ohne die Zugabe der Abgase hätte die Außenluft nach der Wärmerückgewinnung eine Temperatur von lediglich 14,6 °C erreicht. Aus der Differenz von 0,7 K ergibt sich eine Einsparung an Wärmeleistung im Nacherhitzer von Q = (24.000 kg/h : 3.600 s/h) x 1 kJ/kg x 0,7 K = 4,7 kW beziehungsweise ein Anstieg der Wärmerückgewinnungsleistung um 3,6 %. Dieser Wert bezieht sich zunächst aber nur auf die trockene Abgas-Heizleistung. Kommt es in der Wärmerückgewinnung zur Kondensation, was bei -5 °C Außentemperatur wahrscheinlich ist, werden entsprechend höhere Wärmegewinne erzielt.


Keine Auswirkungen auf die Zuluftqualität

In der DIN EN 13779 „Lüftung von Nichtwohngebäuden“ und in der VDI 6022 „Hygieneanforderungen an RLT-Anlagen und -Geräte“ werden zur Planung und zum Betrieb von Lüftungs- und Klimaanlagen verschiedene Luftarten und deren Qualitäten definiert. So gibt es zum Beispiel die Raumluftklassen IDA 1 (hoch) bis IDA 3 (mäßig) (IDA = Indoor Air), die Zuluftklassen SUP 1 (sauber) bis SUP 3 (stark belastet) (SUP = Supply Air) und die Abluftklassen ETA 1 (gering) bis ETA 3 (stark wesentlich verunreinigt) (ETA = Exhaust Air). Die zum Beispiel aus einem Bürogebäude ohne Raucherlaubnis entnommene Abluft hat in der Regel die Qualität ETA 1. Wenn nun dieser guten Abluft beim Betrieb des Condair-Systems die Abgase aus der Erdgasverbrennung zugemischt werden, stellt sich die Frage, ob und wie stark die Abluftqualität und möglicherweise auch durch geringe Übertragungen in der Wärmerückgewinnung die Zuluftqualität beeinträchtigt werden können.

Bei dem zuvor erwähnten Beispiel mit 120 kg/h Dampfleistung beträgt die Abgasmenge 0,045 kg/s. Vermischt mit dem Luftmassenstrom von 24.000 kg/h (= 6,67 kg/s) beträgt der Abgasanteil in der Abluft somit lediglich 0,67 %.

Darüber hinaus ermöglicht die Gerätesteuerung den Befeuchtungsbetrieb nur oberhalb eines nach DVGW-Anforderung festgelegten Mindest-Abluftstromes. Dieser beträgt bei 120 kg/h Dampfleistung insgesamt 5.475 m³/h. Selbst bei der Annahme, dass bei diesem geringen Luftstrom tatsächlich die volle Befeuchtungsleistung erbracht würde – was aber nur bei fehlerhafter Anlagenfunktion zutreffen kann, ergäbe sich ein Abgasanteil in der Abluft von lediglich 2,4 %.

Nun stellt sich die Frage, in wie weit die Zuluftqualität durch eine gegebenenfalls vorhandene geringe Übertragung von Abluft in der Wärmerückgewinnung beeinträchtigt werden kann. Geht man bei der vorherigen Beispielrechnung von einer maximalen Leckrate von der Abluft- auf die Zuluftseite von 5 % aus, beträgt die mögliche Übertragung bei voller Luftmenge und Dampfleistung im schlechtesten Fall 5 % von 0,67 %, also 0,03 %. Selbst bei dem zuvor angenommenen Betrieb mit voller Dampfleistung und minimaler Luftmenge käme nur eine maximale Übertragung von 5 % von 2,4 %, also 0,12 %, zustande.

Die Verbrennungsgase werden also durch die Vermischung mit dem Abluftstrom so stark verdünnt, dass der Mischluftstrom nicht mehr als Abgas einzustufen und dessen Abführung ins Freie über die RLT-Anlage problemlos möglich ist – ohne dass diese ansonsten an Abgasanlagen zu stellende Dichtheitsanforderungen erfüllen muss. Insofern können also weiterhin alle gängigen Wärmerückgewinnungssysteme in RLT-Geräten (Rekuperatoren, Regeneratoren) eingesetzt werden.

Somit sind die Vorteile der neuen Condair GS-Geräte überzeugend:
  • Die Installation wird erheblich erleichtert und die Investitionskosten werden verringert, da kein eigener Schornstein mehr benötigt wird
  • Zudem kann die im Abgas gespeicherte Wärme über die Wärmerückgewinnung im RLT-Gerät regenerativ für die Beheizung der Außenluft genutzt werden.


Darüber hinaus können die Dampf-Luftbefeuchter der Serie Condair GS standardmäßig bereits über eine Modbus- oder optional über eine BACnet- oder LonWorks-Schnittstelle auf die Gebäudeautomation aufgeschaltet werden. Dies ermöglicht zum Beispiel die Kontrolle und das Abrufen von aktuellen und historischen Betriebsdaten sowie das Anzeigen und Weiterleiten von Störungs- und Wartungsmeldungen.

Die Baureihe Condair GS umfasst sechs Leistungsklassen mit Dampfmengen von 40 bis 240 kg/h (stufenlos regelbar ab 10 kg/h) und ist verfügbar in den Ausführungen GS (Verbrennungsluft wird aus dem Aufstellraum angesaugt), GS RS (Verbrennungsluft wird gesondert zugeführt) und GS OC (für Außenaufstellung).

Mit freundlichen Grüßen

Christian Bremer
Geschäftsführer Condair GmbH