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Nachhaltige Belüftung von Schwimmbädern
Nachhaltigkeit
Es ist keine Überraschung, dass das Raumklima in Schwimmbädern eine aggressive Umgebung ist. Die Belüftung von Schwimmbädern ist ein komplexes Thema, bei dem viele Faktoren eine Rolle spielen. Daher mag es manchem noch komplizierter erscheinen, über Nachhaltigkeit in einem Schwimmbad nachzudenken - und nein, es ist nicht einfach.
Von Peter Thygesen
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Nachhaltigkeit kann ein unklares Konzept sein, da das Wort in vielen verschiedenen Zusammenhängen verwendet wird und in den letzten Jahren zu einem Schlagwort geworden ist, das auf alles von Energie bis hin zu Einwegbesteck angewendet wird.
Nachhaltigkeit ist kein Wort, sondern ein Konzept, das sich auf die drei Säulen der Nachhaltigkeit bezieht:
Ökonomische Nachhaltigkeit
Ökologische Nachhaltigkeit
Soziale Nachhaltigkeit
Die Gewichtung der drei Säulen ist je nach Zertifizierungssystem unterschiedlich, aber bei der DGNB, der in Dänemark am weitesten verbreiteten Nachhaltigkeitszertifizierung, sind sie gleich.
Nachhaltigkeit ist kein Wort, sondern ein Konzept, das drei Arten von Nachhaltigkeit beschreibt.
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Drei Arten von Nachhaltigkeit
Ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit bedeutet, den Ressourcenverbrauch und die Umweltauswirkungen zu begrenzen, und zwar nicht nur kurzfristig während der Bauphase, sondern auch langfristig während des Betriebs und bis zum Recycling der Materialien. Mit anderen Worten, der Energieverbrauch soll minimiert und die Nutzung der verbrauchten Energie maximiert werden.
Die soziale Nachhaltigkeit betrifft unter anderem ein angenehmes und gesundes Raumklima für die Menschen, die sich im Schwimmbad aufhalten. Mit anderen Worten: Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Beseitigung von Schadstoffen (THMs). Wenn man soziale Nachhaltigkeit will, kann man nicht die Energie einsparen, die man hinzufügt, sondern nur die Energie, die man dem Gebäude entzieht.
Die Energiebilanz eines Schwimmbades ist in Abbildung 1 zusammengefasst. Eine Lüftungsanlage in einem Hallenbad entzieht dem Gebäude ca. 60 % der Energie. Damit ist die Lüftungsanlage die energieintensivste technische Anlage und somit die wichtigste, die es zu optimieren gilt.
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Die Effizienz eines Lüftungsgerätes wird häufig anhand des Wärmerückgewinnungsgrades nach EN 308 (für trockene Luft) bewertet. EN 308 gilt für trockene Luft. Wenig bekannt ist jedoch, dass die Luft in Schwimmbädern sehr feucht ist. Hier enthält die Feuchtigkeit mehr als die Hälfte der entzogenen Energie. Ein Gerät mit einem Wirkungsgrad von 100 % nach EN 308 kann also weniger als die Hälfte der Energie zurückgewinnen, wie diese Formel zeigt:
30 ⁰C / 0% RH => Enthalpie = 30,0 kJ/kg
30 ⁰C / 54% RH => Enthalpie = 66,8 kJ/kg
Daher sollte die passive Wärmerückgewinnung mit einer aktiven Wärmerückgewinnung in Form einer Wärmepumpe kombiniert werden, die einen größeren Teil der Feuchtigkeit und damit der Energie zurückgewinnen kann.
Elektrizitätsverbrauch im Lufttransport
Eine weitere Kenngröße für die Effizienz eines Lüftungsgerätes ist die spezifische Ventilatorleistung für den Lufttransport - auch bekannt als SFP-Wert.
Der Stromverbrauch von Ventilatoren hängt davon ab, wie viel Arbeit sie leisten, d. h. wie viel Druck sie erzeugen müssen, um die Luft im Lüftungssystem zu bewegen, und wie effizient sie dabei sind.
Ein Ventilator kann nicht die gesamte Energie umwandeln, die er benötigt, um Luft zu bewegen. Ein Teil der Energie wird in Wärme umgewandelt, was durch den Wirkungsgrad des Ventilators und des Motors ausgedrückt wird. Der Druckverlust kann durch Vergrößerung der Rohrleitungen und des Geräts verringert werden.
Sie müssen Energie aus einer anderen Quelle zuführen, da Sie die zugeführte Energie gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik nicht speichern können:
Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik:
Die innere Energie eines isolierten Systems ist konstant. Daraus folgt, dass Energie zugeführt oder abgeführt werden muss, um die innere Energie eines Systems zu ändern.
Dies ist sinnvoll, wenn Sie eine Wärmepumpe haben, da jedes eingesparte kW in 3 bis 7 kW umgewandelt werden kann, je nach Wirkungsgrad, auch bekannt als COP-Wert bei Wärmepumpen. Das bedeutet, dass für jedes eingesparte kW nur 1/3 bis 1/7 Energie zugeführt werden muss.
Auch die Wahl des Materials ist entscheidend
Nicht nur der Betrieb oder das Raumklima beeinflussen die Nachhaltigkeit. Auch die Wahl der Materialien spielt eine Rolle, wenn es um die Emissionen von gebundenem CO2 und die Recyclingfähigkeit geht. Gebundenes CO2 ist ein Maß dafür, wie viel Energie für die Herstellung, den Transport und die Installation eines bestimmten Materials verbraucht wurde. Daher ist es wichtig, qualitativ hochwertige Materialien mit einer langen Lebensdauer zu wählen.
Allein auf dieser Grundlage wäre die Kathedrale von Roskilde in Dänemark das nachhaltigste Gebäude in Bezug auf die eingebetteten CO2-Emissionen.
Ein weiterer Faktor ist die Lebensdauer des Gebäudes. Daher ist es wichtig, ein Schwimmbad mit einem Vakuum zu schützen, um zu verhindern, dass aggressive Luft in die Struktur eindringt und sie zersetzt.
Nicht alle Gebäude halten 1000 Jahre, daher ist es wichtig, dass die Materialien recycelbar sind.
Eine besondere Herausforderung bei Lüftungssystemen für Schwimmbäder ist der Wärmetauscher, der groß ist und oft viel CO2 enthält. Traditionell wird er aus Aluminium gefertigt, das der chlorhaltigen Luft nicht standhält. Der Wärmetauscher ist oft beschichtet, was bedeutet, dass für das Recycling des Aluminiums noch mehr Energie benötigt wird, da die Beschichtung beim Einschmelzen verbrannt werden muss.
Auch die Lebensdauer des Gebäudes spielt eine Rolle.
Das Schwimmbad in seiner Gesamtheit
Ein Schwimmbad ist technisch sehr komplex, da viele verschiedene Disziplinen zusammenwirken. Ohne ganzheitliches Verständnis laufen die verschiedenen technischen Systeme Gefahr, gegeneinander zu arbeiten und sich im schlimmsten Fall gegenseitig zu zerstören. Dies stellt hohe Anforderungen an die Interdisziplinarität, insbesondere an die Managementlogik. In der Lüftungstechnik besteht beispielsweise häufig das Missverständnis, dass eine zu 50 % geöffnete Klappe einen Luftdurchsatz von 50 % bedeutet.
Ein Schwimmbad ist technisch sehr komplex, da viele verschiedene Disziplinen zusammenwirken.
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Ein Lüftungsgerät mit integrierter Wärmepumpe würde die Disziplinen Energie-, Regelungs-, Luft-, Wasser- und Kältetechnik umfassen. Gerade die Energietechnik ist komplex, da sie von allen Disziplinen beeinflusst wird, aber nicht von jedem beherrscht wird. Um ein nachhaltiges System zu erreichen, müssen alle diese Disziplinen perfekt zusammenarbeiten.
Ein Beispiel für ein System, dem dieses ganzheitliche Verständnis fehlt, ist das alte 3-Lüfter-System, das in Abbildung 2 dargestellt ist.
Der Vorteil dieses Systems war angeblich, dass man mit nur einem Ventilator (V3) für die Umluft zum Heizen auskam und so Energie sparen konnte. Leider ist dieser Vorteil ein Trugschluss, da zwei Ventilatoren bei Halblast (½Δp) nicht mehr Energie verbrauchen als einer bei Volllast (1Δp). Dies liegt daran, dass die Ventilatorkennlinien von EC-Ventilatoren annähernd linear sind, so dass die Wirkungsgrade von Ventilator (ɳv) und Motor (ɳm) bei Halblast und Volllast gleich sind.
Dies kann aus der Formel für die elektrische Leistungsaufnahme abgelesen werden.
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Das bedeutet, dass im Betrieb keine Energie eingespart wird, sondern der zusätzliche Ventilator die Baukosten und den CO2 -Ausstoß erhöht. Im Sinne der Energieeinsparung wird auch der Lüftungsbedarf vernachlässigt, da mit nur einem Ventilator kein Unterdruck im Gebäude gewährleistet werden kann.
Die Folge wäre die Zerstörung des Gebäudes und eine Verkürzung der Lebensdauer des CO2, das in dem Gebäude gespeichert ist.
Das Wärmerückgewinnungssystem ist nur passiv, d.h. mit einem Kreuz- oder Gegenstromwärmetauscher, und daher wird weniger als die Hälfte der Energie zurückgewonnen.
Das System ist eine maßgeschneiderte Lösung, bei der die Steuerungslogik von einem Automatisierungsanbieter ohne ganzheitliches Verständnis geliefert wird, was im besten Fall zu einem ineffizienten System und im schlimmsten Fall zur Zerstörung des Gebäudes führt.
Maximale Nutzung mit einem nachhaltigen Lüftungssystem
Mit einem nachhaltigen Lüftungssystem aus langlebigen und wiederverwertbaren Materialien erreichen Sie eine maximale Nutzung des eingebauten CO2.
Ein Wärmerückgewinnungssystem mit integrierter Wärmepumpe sorgt für maximale Energierückgewinnung, ebenso wie eine Steuerungslogik, die von einem Programmierer programmiert wurde, der alle Disziplinen beherrscht.
Aus diesem Grund muss das Lüftungsgerät für die Umgebung des Schwimmbades ausgelegt sein, was bei einem maßgeschneiderten Komfortgerät nicht der Fall ist.
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Je nach Verhältnis der CO2-Emissionen und der Preisdifferenz zwischen Wärme und Strom kann ein Lüftungssystem mit niedrigem Kanaldruck und einem überdimensionierten Lüftungsgerät einen guten SFP-Wert erreichen.
Dieser Artikel wurde zuerst in Svømmebadet und HVAC Magasinet veröffentlicht. Dänische Fachzeitschriften für Schwimmbad- und HLK-Fachleute, Herbst 2023.