Abtaustrategien

Effizienzsteigerungen bei Geräten für die kontrollierte Wohnraumlüftung (KWL) fanden in den vergangen Jahren in vielen Bereichen statt – vor allem bei der Wärmerückgewinnung und der Stromeffizienz. Zu nennen ist hier die Ablösung der Kreuzstromwärmeübertrager, die verhältnismäßig niedrige Rückgewinnungsgrade erzielen, gegen Kreuz/Gegenstromwärmeübertrager Ende der 1990er-Jahre. Ein weiterer Schritt war der Übergang von Aluminium zu Kunststoff als Werkstoff für Übertragerflächen in der jüngeren Vergangenheit.

Bei den Ventilatoren ging die Entwicklung weg vom trafogesteuerten Wechselstrommotor hin zu den wesentlich effizienteren und leichter ansteuerbaren EC-Motoren. Dadurch sind heute Wärmebereitstellungsgrade von deutlich über 80 % bis über 90 % und SFP-Werte von unter 0,45 W/(m³/h) keine Seltenheit mehr. SFP steht für „spezific fan power“ und ist definiert als Verhältnis von verbrauchter elektrischer Ventilatorleistung zum geförderten Luftstrom. Alte Geräte haben SFP-Werte deutlich über 1.

Als Nebeneffekt der verbesserten Wärmebereitstellungsgrade gewinnt das Thema Frostschutz eine höhere Bedeutung, denn bei niedrigen Außentemperaturen unter 0 °C sinken die Fortlufttemperaturen schnell ebenfalls unter die Frost-Grenze. Um das Einfrieren des Plattenwärmetauschers zu verhindern, sind deshalb Frostschutzmaßnahmen notwendig, damit ein kontinuierlicher Luftaustausch aufrechterhalten werden kann.

Traditionelle Frostschutz-Strategien

Beim intermittierenden Betrieb des Zuluftventilators wird durch zeitweises Abschalten des Zuluftventilators bei Frostgefahr eine Disbalance zwischen Zuluft und Abluft erzeugt. Der Abluftüberschuss führt zur Erwärmung des Wärmeübertragers und damit zur Abtauung. Die durch Restleckagen im Gebäude nachströmende Außenluft wird, wie bei der Fensterlüftung, über das Heizsystem erwärmt. In Passiv- und Niedrigenergiehäusern wird diese Art des Frostschutzes aufgrund der dichten Bauweise nicht mehr akzeptiert und verliert dadurch zunehmend an Bedeutung in der Praxis.

Bei Erdwärmeübertragern unterscheidet man zwischen luftdurchströmten Erwärmeübertragern und Sole-Erdwärmeübertragern. Bei ersteren strömt die Außenluft meist durch ein etwa 50 m langes im Erdreich verlegtes Rohr und wird so im Winter auf Tempera­turen um die 0°C vorgewärmt. Beim Sole-Erdwärmeübertrager wird dem Erdreich über ein Wasser/Frostschutzmittel-Gemisch (Sole), welches durch ein ähnlich einer Flächenheizung im Erdreich verlegtes Rohrsystem mit etwa 100 m Länge zirkuliert, Umweltwärme entzogen und in einem Luft/Wasserwärmeübertrager an die Außenluft übertragen.

Der kostenlosen Wärmelieferung aus dem Erdreich stehen jedoch nicht unerhebliche Investitionskosten gegenüber. Ebenfalls erfordern diese Methoden ein entsprechend großes Grundstück, um die Rohre bzw. Kanäle eingraben zu können.

Eine weitere Möglichkeit sind elektrische Vorheizregister (EVH). Über ein in den Außenluftstrom eingebautes Heizelement wird dieser vor dem Eintritt in den Wärmeübertrager so weit erwärmt, dass eine Vereisung des Gerätes sicher verhindert wird. Dies ist die einfachste und häufigste Art, einen unterbrechungsfreien Betrieb der KWL-Anlage bei ausgeglichenen Volumenströmen sicherzustellen. Den kältesten Punkt oder gar Kondensat im Wärmetauscher sicher zu detektieren ist aber sehr schwierig. Deswegen muss mit etwas Sicherheitsabstand, also bei Fortlufttemperaturen deutlich über 0°C, der Frostschutz aktiviert werden. Damit wird der Frostschutz zu einer vorbeugenden Maßnahme mit einem deutlich höheren Energieverbrauch als er eigentlich erforderlich wäre!

Die üblichen und notwendigen Taktzeiten bewegen sich für das Verfahren im Bereich von wenigen Minuten bis hin zum kontinuierlichen Betrieb des Vorheizregisters bei sehr kalten Temperaturen in Verbindung mit hohen Volumenströmen. Von der in den Außenluftstrom eingebrachten Energie kommen lediglich nur etwa 40 % in der Zuluft an. Der Großteil wird beim Durchströmen des Wärmeübertragers an die Abluft gegeben – eben um die Vereisung zu verhindern – und geht dann über die Fortluft verloren.

Effizienzgewinn mit einer neuen Frostschutz-Strategie

Eine von Vallox neu entwickelte Frostschutz-Strategie arbeitet deutlich energieeffizienter. Die Außenluft wird hier nicht vorgewärmt. Das Verfahren nimmt somit eine teilweise Vereisung des Wärmeübertragers auf der Abluftseite in Kauf.

Schaltet der Regler auf Enteisung, wird die Außenluft über einen Bypass am Wärmeübertrager vorbeigeleitet und erst in der Zuluft durch das Frostschutzregister (FSR) vorgewärmt. Die Enteisung des Wärmetauschers erfolgt ausschließlich durch die der Abluft entzogenen Wärme. Sobald die Frostgefahr gebannt ist, wird der Bypass wieder geschlossen und die Außenluft über die Wärmerückgewinnung vorgewärmt. Der Effizienzgewinn liegt darin begründet, dass der beim bisherigen Verfahren vor Eintritt in den Wärmeübertrager erwärmte Außenluftstrom jetzt keine Energie mehr an die Abluft verliert.

Ein wichtiger Bestandteil dieser Innovation ist die intelligente Erfassung des Frostfalles. Herkömmlich wird dieser über die bloße Erfassung der Fortlufttemperatur und der Logik, dass diese im Wärmetauscher nicht unter 0 °C fallen darf, festgestellt. Beim Valloplus 350 wird hierzu die Energieeffizienz der Wärmerückgewinnung sowie im Frostfall die erforderliche Heizleistung mit Hilfe von fünf Temperaturfühlern permanent berechnet. Eigens hierfür entwickelte Algorithmen sind in der Gerätesteuerung hinterlegt. Somit kann die Fortlufttemperatur bei geringer Abluftfeuchte weit unter 0 °C fallen ohne dass die Frostschutzmaßnahmen eingeleitet werden müssen. Denn wenn die Abluft warm und trocken ist, fällt im Wärmeübertrager kein Kondensat an und er kann auch nicht vereisen!

Bestätigungen von Prüfinstituten liegen zum Teil schon vor

Durch dieses Verfahren ist es Vallox gelungen, den Energieaufwand, der erforderlich ist um den vereisungsfreien Betrieb der Wärmerückgewinnung sicherzustellen, erheblich zu reduzieren. Die neue Herangehensweise beim Detektieren des Frostfalles macht es möglich, die Wärmerückgewinnung auch bei sehr tiefen Außentemperaturen zu nutzen. ­Eine deutlich verbesserte Jahresenergiebilanz (Effizienzklasse A+ nach finnischen Kriterien), gegenüber herkömmlichen KWL-Geräten (Effizienzklasse C nach finnischen Kriterien) resultiert daraus. Dies wurde durch das Prüfinstitut „Technical Research Centre of Finland“ ermittelt.

Eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung vom DIBt steht ebenfalls bevor. Die vom Institut geforderten Untersuchungen für die Bestimmung des Wärmebereitstellungsgrades hat der TÜV Süd bereits abgeschlossen. In die Berechnung gehen Werte für die Wärmerückgewinnung bei verschiedenen Temperaturen ein, wobei Messungen sowohl mit feuchter als auch mit trockener Luft erfolgen. Bewertet wird auch die Abtaufunktion, die über einen pauschalen Abschlag auf den Wärmebereitstellungsgrad berücksichtigt wird. Die Regelung des Valloplus 350 aktiviert den Frostschutz unterhalb von –12 °C und erhält deshalb keinen Abschlag. Zum Vergleich: Aktiviert ein Gerät die Funktion oberhalb von –6 °C Außenlufttemperatur, ist der maximal mögliche Abschlag auf den Wärmebereitstellungsgrad zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist davon auszugehen, dass das Valloplus 350 in absehbarer Zeit auch das PHI-Zertifikat für Passivhäuser problemlos erhalten wird.

Seit Sommer 2012 ist das Gerät auf dem Markt und wird gut angenommen. Eine Rolle spielen dabei nicht nur die innovative Frostschutzfunktion und die günstigen Verbrauchsdaten, sondern auch die Kompaktheit des Geräts und der damit verbundene geringe Platzbedarf beim Einbau.