Kann eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Energie für Gebäude sparen?

Wie ein Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung den Energieverbrauch von Gebäuden reduziert

Das Verständnis der Rolle der Wärmerückgewinnung bei der Reduzierung von Heiz- und Kühllasten mithilfe von Energierückgewinnungssystemen

Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnungstechnologie reduzieren den Energiebedarf, indem sie die thermische Energie aus der Abluft auf die zuströmende Frischluft übertragen. Diese Systeme, bekannt als HRV (Heat Recovery Ventilatoren) und ERV (Energy Recovery Ventilatoren), funktionieren mithilfe spezieller Wärmetauscher, die etwa 80 Prozent der sonst verlorengehenden Wärme aus der Innenraumluft zurückgewinnen. Diese gewonnene Wärme wird dann genutzt, um die Außenluft zu erwärmen oder zu kühlen, bevor sie das zentrale HLK-System erreicht. Das US-Energieministerium schätzt, dass diese Systeme eine erhebliche Einsparung bewirken können und den Bedarf an vollständigen Heiz- oder Kühlzyklen deutlich senken. Dadurch verbrauchen Gebäude insgesamt etwa 30 bis sogar 50 Prozent weniger Energie für ihre HLK-Anlagen.

Energieeinsparung durch kontinuierlichen Luftaustausch ohne Wärmeverlust

Herkömmliche Lüftungssysteme blenden lediglich die konditionierte Luft nach außen und verschwenden dabei Unmengen an Energie, während moderne Wärmerückgewinnungssysteme die Innenraumluft frisch halten, ohne dass dabei die gesamte Wärme verloren geht. Wenn das System ordnungsgemäß funktioniert, gleicht es die ein- und austretenden Luftströme über ein spezielles Wärmetauscher-Bauteil aus, das üblicherweise aus keramischen Materialien oder bestimmten Arten von Kunststoffpolymeren hergestellt ist. Während dieses Austauschprozesses wird etwa 60 bis 90 Prozent der Wärme zurückgewonnen. Was bedeutet dies für reale Anwendungen? Gebäude verlieren jährlich etwa die Hälfte bis drei Viertel weniger Energie durch Lüftungskosten, sodass die Menschen tatsächlich stabilere Temperaturen über die verschiedenen Jahreszeiten hinweg erleben, anstatt mit den unangenehmen Temperaturschwankungen umgehen zu müssen, die wir alle von älteren Systemen gewohnt sind.

Wie Wärmetauscher in HRV-/ERV-Systemen die zuführende Luft vorkonditionieren, um die Stabilität der Innentemperatur aufrechtzuerhalten

In den Wintermonaten, wenn die Außentemperaturen auf etwa -5 Grad Celsius sinken, funktioniert das System, indem es Wärme aus warmer Abluft (rund 20 °C) in die kalte Außenluft überträgt. Was austritt, ist bereits vor dem Eintritt ins Gebäude auf etwa 11 °C vorgewärmt. Dieser einfache Wärmetausch reduziert den täglichen Heizbedarf von Haushalten um etwa 3 bis möglicherweise 5 Kilowattstunden an Energieeinsparung. Im Sommer kehrt sich der Vorgang um. Der Prozess bleibt derselbe, hilft nun aber dabei, die extrem heiße Außenluft abzukühlen, indem überschüssige Wärme an den abziehenden Abluftstrom abgegeben wird. Dadurch bleibt das Innere von Gebäuden angenehm temperiert, ohne dass die Klimaanlagen den ganzen Tag über ständig laufen müssen. Die Bewohner bemerken tatsächlich eine bessere Temperaturstabilität in ihren Wohnräumen und sparen gleichzeitig Geld bei den monatlichen Kosten für Heizung und Lüftung.

Dateneinblick: Durchschnittliche Reduzierung des Heiz- und Kühlenergieverbrauchs um 50–70 % in Wohngebäuden

Studien der THESEF-Stiftung zeigen, dass Wohngebäude mit Wärmerückgewinnungslüftung 50–70 % weniger Energie für Heizung und Kühlung verbrauchen als Gebäude mit konventionellen Systemen. Bei Passivhäusern, in denen Wärmerückgewinnungssysteme Standard sind, sinkt der Heizbedarf oft unter 15 kWh/m²/Jahr – das entspricht einer Minderung um 80 % im Vergleich zu typischen Wohnhäusern.

Leistung von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung in verschiedenen Klimazonen

Auswirkungen von Wärmerückgewinnungssystemen (HRVs) auf die Dimensionierung von HLK-Anlagen und die Energieeffizienz in kalten Klimazonen

Wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt sinken, reduzieren Wärmerückgewinnungsanlagen (HRV) den Heizbedarf um etwa 38 % bis fast die Hälfte, was bedeutet, dass Klimaanlagen kleiner dimensioniert werden können und effizienter arbeiten. Die Gegenstrom-Wärmetauschertechnologie erwärmt die einströmende Frischluft im Vergleich zur Außenluft um rund 8 bis 12 Grad Celsius, sodass Ingenieure keine großen Heizeinheiten mehr installieren müssen und möglicherweise 1 bis 2 Tonnen an Ausrüstung einsparen können, während weiterhin gute Ergebnisse erzielt werden. Diese modernen Frostschutzfunktionen gewährleisten einen störungsfreien Betrieb in den meisten Fällen auch bei extrem kalten Außentemperaturen und erreichen etwa 89 % Verfügbarkeit bei minus 25 Grad Celsius. Dadurch werden HRVs auch für Regionen mit harschen Winterbedingungen zu praktikablen Lösungen. Eine 2022 in Renewable and Sustainable Energy Reviews veröffentlichte Studie untermauert diese Behauptung über ihre Effektivität in extremen Klimazonen.

Effektivität der Wärmerückgewinnungslüftung in feuchten und gemäßigten Klimazonen

ERV-Systeme überzeugen besonders in heißen, feuchten Gebieten und Regionen mit wechselhaften Wetterbedingungen, da sie gleichzeitig Temperaturregelung und Feuchtigkeitsmanagement bieten. Diese Geräte können den Bedarf an zusätzlicher Kühlung um etwa 18 bis 27 Prozent senken, da sie in der Lage sind, Feuchtigkeit gezielt von einer Seite zur anderen zu transportieren, wodurch sie im Vergleich zu herkömmlichen Systemen deutlich effizienter bei der Trockenhaltung von Räumen sind. Bei mediterranen Klimabedingungen leisten insbesondere Modelle mit Doppelkern im Winter hervorragende Arbeit, indem sie etwa 74 % der ansonsten verlorengehenden Wärme zurückgewinnen. Gleichzeitig verhindern diese Systeme, dass die Innenluft in wärmeren Jahreszeiten zu feucht wird. Dies ist wichtig, da herkömmliche Klimaanlagen häufig zwischen 20 und 30 Prozent Energie verschwenden, wenn sie übermäßig lüften – ein Phänomen, das in vielen Haushalten und Gebäuden häufig auftritt.

Fallstudie: Energieeinsparungen in einem kanadischen Passivhaus mit HRV über einen Zeitraum von 12 Monaten

Ein altes Haus in Saskatchewan wurde zu einem Passivhaus umgebaut, das mit einer Wärmerückgewinnungsanlage ausgestattet ist, die mit einer Effizienz von etwa 92 % arbeitet. Diese Modernisierung hat die Heizkosten um fast zwei Drittel gesenkt, was jährlich etwa 1.240 US-Dollar an Einsparungen bedeutet, verglichen mit der Zeit, als nur herkömmliche Abluftventilatoren vorhanden waren. Laut einer Studie aus dem Fachjournal Energy and Buildings hielt dieses Haus den Kohlendioxidgehalt unter 800 Teilen pro Million und reduzierte gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch um rund 42 %. Das ist tatsächlich 31 Punkte besser als das, was die ASHRAE 62.2-Normen für eine ordnungsgemäße Belüftung vorschreiben. Ziemlich beeindruckende Ergebnisse für eine solch deutliche Verbesserung hinsichtlich Komfort und Kosteneinsparungen.

Maximierung der Energieeinsparungen durch frühzeitige Integration in die Gebäudeplanung

Reduzierung der HVAC-Last durch Integration des Lüftungssystems mit Wärmerückgewinnung in der Planungsphase

Wenn Architekten Wärmerückgewinnungs-Lüftungssysteme bereits von Anfang an direkt in ihre Planungen integrieren, erzielen Gebäude typischerweise eine um etwa 30 bis 50 Prozent bessere HVAC-Leistung im Vergleich zu nachträglich installierten Systemen. Eine korrekte Planung zu einem frühen Zeitpunkt ermöglicht es den Planern, die Kanalzüge ordnungsgemäß auszulegen und die Größe der Wärmetauscher genau an den tatsächlichen Bedarf des Gebäudes anzupassen. Andernfalls verlieren Gebäude, die solche Systeme erst nach der Errichtung installieren, oft etwa 15 bis 25 Prozent an Effizienz, da die Komponenten nicht optimal zusammenpassen. Das US-Energieministerium (Department of Energy) erwähnt etwas Ähnliches in seinen Ressourcen zu Energieprojekten indigener Gemeinschaften. Gebäude mit sachgerecht integrierten Systemen weisen über verschiedene Jahreszeiten hinweg eine sehr gute Leistung auf und behalten selbst bei starken Außentemperaturschwankungen eine Effizienz von rund 80 bis 90 Prozent bei.

Trendanalyse: Einführung von Wärmerückgewinnungs-Lüftungssystemen in Nullemissionsgebäuden

Etwa zwei Drittel aller Netto-Null-Energiegebäude im ganzen Land verfügen mittlerweile über Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung, was größtenteils auf Leitlinien des Energieministeriums zur ganzheitlichen Gebäudedesign zurückzuführen ist. Wenn Bauunternehmen diese Systeme korrekt integrieren, können sie in kälteren Klimazonen den Heizbedarf um nahezu die Hälfte senken und in feuchtwarmen Regionen den Kühlbedarf um etwa ein Drittel reduzieren. Bei speziell nach Passive House-Zertifizierung errichteten Gebäuden hilft die frühzeitige Installation einer WRG-Anlage, eine hervorragende Innenraumluftqualität aufrechtzuerhalten, ohne die für die Energieeffizienz erforderlichen dichten Abschlüsse zu beeinträchtigen. Diese Balance zwischen Frischluftzirkulation und der Aufrechterhaltung einer luftdichten Hülle bleibt entscheidend, um diese ehrgeizigen Netto-Null-Ziele zu erreichen.