Energetische Qualität von Lüftungs- und Klimaanlagen Anforderungen bei Neubau – Sanierung – Bestand

Natürlich gilt auch hier: Wer Gesetze und Verordnungen nicht beachtet, handelt ordnungswidrig und kann entsprechend der gesetzlich verankerten Bußgeldregelungen (in diesem Falle entsprechend EnEG § 8 und EnEV § 27) belangt werden.
Nachdem für die verwendeten Baumaterialien und neu zu errichtende Heizungs- und Lüftungsanlagen sowie bei wesentlichen Sanierungen deren energetische Qualität über den rechnerischen Nachweis durch Anwendung der Normen DIN 4108 Teil 64 und DIN V 4701 Teil 105 bereits mit Inkrafttreten der Energieeinsparverordnung EnEV 2001 Bestandteil einer Baugenehmigung war, wurden die Nachweise mit der seit Oktober 2007 geltenden EnEV 2007 erweitert und mit EnEV 2009 deutlich verschärft. Diese Anpassungen der nationalen Anforderungen an Gebäude und Anlagentechnik in 2007 beruhen auf einem europäischen Konsens, der in der „Energy Performance of Buildings Directive“ EPBD formuliert ist. Neben den physikalischen Anforderungen an die verwendeten Baumaterialien, den energetischen Vorgaben für die Beheizungssysteme und die bis dahin in der BRD bereits erfassten Lüftungsanlagen sind zusätzlich für alle Systeme zur Belüftung und Klimatisierung ab einer gewissen Mindestgröße, sowie für Systeme zur Beleuchtung von Nichtwohngebäuden, unterschiedliche energetische Mindestqualitäten einzuhalten.
Für Anlagen der Heiz-, Kühl- und Raumlufttechnik sowie der Warmwasserversorgung gelten die in EnEV § 11 „Aufrechterhaltung der energetischen Qualität“, für Klimaanlagen mit einer Kälteleistung größer 12  kW und Lüftungsanlagen mit einem Luftvolumenstrom größer 4000 m³/h zusätzlich die in den §§ 12 „Energetische Inspektion von Klimaanlagen“ und 15 „Klimaanlagen und sonstige Anlagen der Raumlufttechnik“ erhobenen Anforderungen. Die für die genannten Anlagen der Lüftungs- und Klimatechnik festgeschriebenen Randbedingungen zu deren Planung, Bau und Betrieb werden im Folgenden weiter behandelt.

Wartung ist verpflichtend
Ein dauerhaft optimaler Anlagenbetrieb kann nur erreicht werden, wenn die beiden Aspekte „Gewährleistung des geforderten Raumkomforts“ und „geringer Ener­gieverbrauch“ für den gesamten Lebenszyklus der Anlage zur Grundlage gemacht werden. Sind die Aufgaben der raumlufttechnischen Systeme unter Berücksichtigung der Inhalte der DIN EN 15251 formuliert, kann im Rahmen der Planung die jeweils beste Anlagentechnik ausgewählt und schließlich installiert werden. Erst durch die Berücksichtigung energetischer und raumklimatischer Aspekte in jeder der einzelnen Lebensphasen einer Anlage, also bei Planen, Bauen und Betreiben, kann eine echte Betriebsoptimierung erreicht werden.

Nach der fachgerechten Anlagenplanung und der Ausführung der Systeme durch kompetente Anlagenbauer ist es die Aufgabe des Betreibers oder Eigentümers, die Betriebsweise der Anlagen den sich ändernden Betriebsbedingungen anzupassen. Zeitprogramme oder Temperaturen sowie die weiteren Regelparameter sind den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Vorhandene Einrichtungen, die sich mindernd auf den Energieverbrauch auswirken, dürfen dabei nicht außer Betrieb gesetzt werden. Die EnEV beschreibt dieses in § 11 mit der Forderung nach einer bestimmungsgemäßen Nutzung und dem sachgerechten Bedienen. Dies setzt voraus, dass die Anlagen und Komponenten betriebsbereit gehalten werden. Sie sind kontinuierlich und durch fachkundiges Personal zu warten und instand zu halten. Regelmäßiges Warten und Instandhalten werden folgerichtig ebenfalls in EnEV § 11 verordnet. Es ergibt sich daraus die mit Bußgeld bewehrte Verpflichtung für den Anlagenbetreiber bzw. den Eigentümer, die eingesetzten Systeme betriebsbereit zu erhalten, bestimmungsgemäß zu nutzen, sachgerecht zu bedienen und auch warten zu lassen. Für ein sachgerechtes Bedienen ist es zumindest erforderlich, dass die bedienende Person über ein Mindestmaß an Kenntnissen der Anlagentechnik sowie der physikalischen Zusammenhänge bei der thermodynamischen Luftbehandlung und der Förderung von Luft verfügt. Die alleinige Teilnahme an den Einweisungen der Anlagenersteller von Personen ohne einschlägige Vorbildung ist bei entsprechend komplexen Anlagen dazu möglicherweise nicht ausreichend. Gerade für den Betrieb der vielfältig verknüpften modernen Systeme mit übergeordneten Automationsfunktionen sind zudem weiterführende Kenntnisse beispielsweise bezüglich des richtigen Umgangs mit den rechnergestützten Gebäudeautomationssystemen unerlässlich.

Bild 3: SFP-Werte in Bestandsanlagen.

Bei Fragen zu Art und Umfang der Wartungsarbeiten, welche die Betriebsbereitschaft der energetisch relevanten Systeme sicherstellen, können langjährig bewährte technische Regeln, wie beispielsweise die VDMA-Einheitsblätter der Reihe 241866, herangezogen werden. Auch für bestimmte Nutzergruppen speziell erstellte Hinweise, wie sie unter anderem in den AMEV-Empfehlungen7 enthalten sind, können hierzu Ansätze bieten. Wichtig ist, die bei eigener Durchführung der Wartungsarbeiten bzw. bei Beauftragung an externe Firmen notwendige Aufgabenstellung individuell auf die jeweilige Anlage und deren Konfiguration anzupassen. Verständlicherweise sollen mit der Durchführung der Arbeiten nur entsprechend ausgebildete Fachpersonen betraut werden.

Energetische Inspektion
Ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Betreiberpflichten für den Umgang mit den Lüftungs- und Klimaanlagen hat der Verordnungsgeber auch die periodische Überprüfung der Anlagenkomponenten und der Anlagendimensionierung vorgesehen. Dazu dient die Anordnung der energetischen Inspektion von Klimaanlagen nach § 12 der Verordnung. Alle Anlagen oberhalb der bereits genannten Grenzen (Kälteleistung größer 12 kW, Luftvolumenstrom größer 4000 m³/h) müssen periodisch einer energetischen Inspektion unterzogen werden. Für neu installierte Anlagen ist ein Inspektionsintervall von 10 Jahren vorgesehen, bestehende Klimaanlagen sind abhängig vom Jahr der Inbetriebnahme gestaffelt zu inspizieren. Dabei gilt, dass alle Anlagen, die vor 1987 in Betrieb genommen wurden, bereits seit Oktober 2009 eine solche Inspektion nachweisen müssen. Anlagen, die seit 1995 betrieben werden, müssen spätestens ab Oktober dieses Jahres die Durchführung der energetischen Inspektion belegen. Für alle anderen Anlagen, die vor Oktober 2003 in Betrieb genommen wurden, gilt als späteste Inspektionsfrist der 1. Oktober 2013 (Bild  1 „Inspektionsfristen“). Zum Nachweis der erfolgten Inspektion kann beispielsweise eine entsprechende Fachunternehmererklärung herangezogen werden. Der Betreiber hat die Bescheinigung über die Durchführung der Inspektion der nach Landesrecht zuständigen Behörde auf Verlangen vorzulegen. Die Komplexität dieser Inspektion spiegelt sich auch darin wider, dass diese entsprechend der Verordnung nur durch fachkundige Personen durchgeführt werden darf. Fachkundig sind dabei insbesondere Personen mit berufsqualifizierendem Hochschulabschluss und entsprechender Berufserfahrung. Allerdings ist diese Forderung bei der Inspektion kompakter Anlagen im kleineren Leistungsbereich keinesfalls zwingend zu sehen.

Systematik der Inspektion
Zu prüfen sind zunächst die eingesetzten Komponenten mit Auswirkung auf den Wirkungsgrad der Anlage, bezüglich der Feststellung ihrer Effizienz. Sind diese in einem einwandfreien, betriebsbereiten, sauberen und gewarteten Zustand, handelt es sich bei der komponentenbezogenen Inspektion vorrangig um die Auswertung von Messdaten zu Leistungen, Temperaturen und Volumenströmen sowie deren fachliche Deutung. Die erforderlichen Messungen werden üblicherweise im Rahmen der normalen Wartungstätigkeit durchgeführt sowie dokumentiert und bilden die Grundlage der fachlichen Interpretation. Sie sind mit den ursprünglich vorgesehenen Planungsdaten zu vergleichen und unter dem Gesichtspunkt eines möglichen Fortschrittes des Standes der Technik zu untersuchen. Die ursprünglichen Komponentendaten können den Wartungsunterlagen entnommen werden, sofern diese vollständig vorliegen und im weiteren Verlauf des Anlagenbetriebes gepflegt wurden. Stichproben bezüglich der Übereinstimmung von aus den Unterlagen gewonnenen Daten mit denen der tatsächlich installierten Komponenten, beispielsweise anhand der Typenschilder, können helfen, Mängel bei der Pflege der Wartungsunterlagen zu erkennen und diese im Rahmen der Datenauswertung zu berücksichtigen.

Wartung und Inspektion von RLT-Anlagen werden vom Verordnungsgber in der EnEV gefordert.

Die alleinige Bewertung der Komponenten ohne Untersuchung der Anlagenkonfiguration in Verbindung mit möglichen Änderungen der energetischen Qualität der Gebäudehülle und der aktuellen Gebäudenutzung lässt jedoch keinen zuverlässigen Rückschluss auf die Effizienz des Anlagenbetriebs zu. Wurden neue Fenster installiert oder die Dachdämmung ergänzt? Entspricht die derzeitige Nutzung noch dem, was ursprünglich Planungsgrundlage war? Entsprechen die eingestellten Betriebsparameter den Anforderungen? Werden die vorgegebenen Toleranzbänder noch so benötigt? Die­se und weitere Fragen sind im Rahmen der energetischen Inspektion zu beantworten.

Bewertung der Ergebnisse
Die durch Auswertung der Messergebnisse gewonnenen Erkenntnisse sind für sich genommen jedoch nicht ausreichend aussagekräftig. Um sie bewerten zu können, müssen sie in einen Zusammenhang mit einer gleich aufgebauten, jedoch energetisch optimierten Anlage gestellt und an diesem Vergleich beurteilt werden. Analog zum Energieausweis für Gebäude nach EnEV und dem dort zur Berechnung der energetischen Qualität eingesetzten „Referenzgebäudeverfahren“, dessen Grundlage die Inhalte der DIN V 185998 bilden, kann hierzu ein „Referenzanlagenverfahren“ aufgebaut werden. Wie eine solche Anlage zu konfigurieren ist und welche Referenzwerte für den Anlagenbetrieb unterstellt werden können, wird beispielsweise im Rahmen einer bundesweit angebotenen Seminarreihe des BHKS gemeinsam mit dem FGK9 vorgestellt. Die Grundlagen dieser Seminarreihe werden aktuell in den DIN SPEC 1524010, welche im Frühjahr 2011 herausgegeben wird, normativ gefasst. Diese Spezifikation (SPEC) bildet den nationalen Anhang zu den Europäischen Inspektionsnormen DIN EN 1523911 und DIN EN 1524012, deren Inhalte zur Durchführung einer energetischen Inspektion nur bedingt geeignet sind. Der neue nationale Anhang zu den Normen beschreibt, ebenso wie das Seminar, umfassend die Methodik der Inspektion und die Herkunft möglicher Vergleichswerte zur Berechnung der Referenzanlage. Weiterhin werden Hinweise zur Beurteilung des gesamten Systems gegeben und Inspektionsberichte exemplarisch zur Verfügung gestellt.

Die Inspektion schließt mit der von der inspizierenden Person ausgestellten Bescheinigung über die gewonnenen Erkenntnisse, die auch kurz gefasste fachliche Hinweise zu kostengünstigen Verbesserungsmaßnahmen oder Alternativlösungen enthalten muss. Bestandteil weiterer, dann jedoch separat zu beauftragender, Untersuchungen ist es, den jeweils für den Einzelfall geeigneten Verbesserungsvorschlag zu ermitteln. Werkzeug dazu können beispielsweise detaillierte Wirtschaftlichkeitsberechnungen sein.

Wärmerückgewinnung muss sein
Haben Sie es gewusst? Bei dem erstmaligen Einbau und bei Ersatz von Anlagen der Lüftungs- und Klimatechnik oberhalb der bereits genannten Grenzen (also Kälteleistung größer 12 kW, Luftvolumenstrom größer 4000 m³/h), sind diese gemäß §15 der EnEV mit Wärmerückgewinnungssystemen auszustatten. Die Qualität der WRG-Systeme muss mindestens der Klasse H3 nach der Produktnorm DIN EN 1305313 entsprechen. Bei neuen Systemen ist deren Einbau meist eine Selbstverständlichkeit, bei Austausch von Zentralgeräten kann die­se Forderung durchaus zu Problemen führen. Was tun, wenn im Bestand der Platz zur Montage von WRG-Systemen nicht ausreicht? Oder wenn die Art der Luftführung nur KVS-Systeme zulässt, die möglicherweise aufgrund der zu fördernden Massenströme nicht wirtschaftlich arbeiten können? Bietet auch eine ingenieurtechnische Untersuchung des Gesamtsystems keine Lösung, bedarf es der Beantragung einer Ausnahmeregelung durch die überwachende bzw. genehmigende Behörde. Dieser Antrag ist in der Regel mit einer fundierten fachlichen Begründung zu hinterlegen.
Doch nicht nur an die Wärmerückgewinnung stellt die aktuelle Energieeinsparverordnung Anforderungen. Auch der auf das Fördervolumen bezogenen elektrischen Leistungsaufnahme von Ventilatoren werden Grenzen gesetzt. Der sogenannte SFP14-Wert, also die spezifische Leistungsaufnahme von Laufrad und Antrieb, wird auf die Klasse SFP 4 nach DIN EN 13779 begrenzt (siehe Bild  2 „Spezifische Ventilatorleistung nach DIN EN 13779“). Der SFP-Wert hängt im Wesentlichen vom Druckabfall im Gesamtsystem, dem Wirkungsgrad des Ventilators und der Auslegung von Motor und Antriebssystem ab. Sind bei Austausch von Zentralgeräten auch Wärmerückgewinnungssysteme nachzurüsten, ist deren zusätzlicher Druckverlust bei der Wahl der Ersatzanlage ebenfalls zu berücksichtigen. Untersuchungen des RWTÜV an bestehenden Anlagen zeigen eindrucksvoll, dass ein hohes Einsparpotenzial gerade bei der elektrischen Leistungsaufnahme besteht (Bild  3: SFP-Werte in Bestandsanlagen). Insbesondere bestehende Zuluftanlagen überschreiten mehrheitlich die Anforderungen nach Einhaltung von SFP 4. Dieses Potenzial kann, bzw. soll, im Rahmen der energetischen Inspektion erkannt und anschließend durch wirtschaftliche Sanierungsmaßnahmen gehoben werden.

Regelungstechnik
Auch mit der Regelungstechnik von Lüftungs- und Klimaanlagen befasst sich die EnEV in § 15. Bei Anlagen, die zur geregelten Be- und / oder Entfeuchtung vorgesehen sind, ist eine Taupunktregelung nicht mehr zulässig. Hier wird sogar in bestehende Anlagen eingegriffen, in dem diese Art der Regelung auch ohne weitere Änderungen der Anlagentechnik verändert und innerhalb der Inspektionsfristen nach § 12 eine moderne Regelung nachgerüstet werden muss. Ob eine Klimaanlage diese Art der Feuchteregelung aufweist, wird die energetische Inspektion aufdecken. Die Regelung der Volumenströme ist hingegen an einen Luftwechsel größer 9 m³/h und an die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme gebunden. Zusätzlich sollten im Rahmen der energetischen Inspektion die Informationsinhalte einer rechnergestützten Regelung herangezogen werden. Sie können wesentliche Hinweise auf mögliche Verbesserungen geben.

Ausblick
Was wird die Zukunft bringen? Die Europäische Richtlinie EPBD aus 2002 wurde bereits überarbeitet und ist in einer neuen, verschärften Fassung im Mai 2010 in Kraft getreten. In den politischen Gremien ist EnEV 1012 bereits in Vorbereitung, vorrangig zur Umsetzung der in der neuen EPBD formulierten Anforderungen. Ein wesentlicher Aspekt liegt dabei in der staatlich organisierten Überwachung der bereits mit EPBD 2002 formulierten Anforderungen. Die bereits angekündigte weitere Verschärfung der energetischen Anforderungen der EnEV an Gebäude um weitere 30 % hingegen wird derzeit deutlich infrage gestellt.
Die Potenziale zur Vermeidung von CO2-Emissionen im Gebäudebereich, wie sie in der vom BDI15 beauftragten Studie16 bereits 2007 beschrieben wurden, sind vielfältig. Klima- und Lüftungsanlagen stellen nur einen, wenn auch wesentlichen, Teil der möglichen Maßnahmen zur Vermeidung von Treibhausgasemissionen in diesem Sektor dar. Für alle Beteiligten – Planer, Anlagenbauer und Anlagenbetreiber, bieten sich interessante Ansätze zum aktiven Klimaschutz, die wirtschaftlich und energiepolitisch sinnvoll sind und weiterhin der Umsetzung harren.

Autor: Dipl.-Ing. Clemens Schickel, Technischer Referent im BHKS, Bonn

www.bhks.de

1 DIN 1946 Teil 6 „Raumlufttechnik – Lüftung von Wohnungen, Allgemeine Anforderungen - Anforderungen zur Auslegung, Ausführung und Kennzeichnung, Inbetriebnahme und Übergabe sowie Instandhaltung“

2 DIN EN 13779 „Lüftung von Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und Klimaanlagen und Raumkühlsysteme“

3 DIN EN 15251 „Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik“

4 DIN V 4108 Teil 6 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs“

5 DIN V 4701 Teil 10 „Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung“

6 VDMA 24186 „Leistungsprogramm für die Wartung von technischen Anlagen und Ausrüstungen in Gebäuden“

7 Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen

8 DIN V 18599 Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung

9 Fachinstitut Gebäude-Klima e.V., Bietigheim-Bissingen

10 DIN SPEC 15240 Lüftung von Gebäuden – Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Energetische Inspektion von Klimaanlagen

11 DIN EN 15239 Lüftung von Gebäuden – Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Leitlinien für die Inspektion von Lüftungsanlagen

12 DIN EN 15240 Lüftung von Gebäuden – Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden – Leitlinien für die Inspektion von Klimaanlagen

13 DIN EN 13053 Lüftung von Gebäuden – Zentrale raumlufttechnische Geräte – Leistungskenndaten für Geräte, Komponenten und Baueinheiten

14 SFP – specific fan power

15 BDI Bundesverband der Deutschen Industrie

16 Kosten und Potenziale der Vermeidung von Treibhausgasemissionen in Deutschland, Mc Kinsey September 2007