Energieeffizienz im Einzelhandel

Die Betriebskosten für die Gebäudetechnik und die Kühlanlagen im Supermarkt sind ein erheblicher Posten auf der Ausgabenliste eines Marktleiters. Eine deutliche Kostenreduzierung, ohne dabei den Komfort für die Kunden zu beeinträchtigen beziehungsweise die Qualität der Lebensmittel zu gefährden, ist daher ein wichtiges Betriebsziel. Moderne Regelungstechnik bietet dabei ideale Ansatzpunkte, den Energieverbrauch deutlich zu senken.

Einsparpotentiale vollständig ausschöpfen

In der Gesamtbetrachtung bot die in einem bayerischen Supermarkt eingebaute Lüftungsanlage besonders großes Potential, um den Betrieb durch eine intelligente Regelungstechnik effizienter zu gestalten. Auch die Regelung der Heizungsanlage wurde erneuert und wird nun bedarfsgeführt betrieben.

Bei der Regelung der Lüftungsanlage wird zwischen Tag- und Nachtbetrieb unterschieden, da je nach Tageszeit unterschiedliche Anforderungen erfüllt werden müssen: Tagsüber versorgt die Anlage bis zu 500 Kunden und Mitarbeiter stündlich mit komfortabel temperierter Luft entsprechend Indoor Air Quality-Anforderung IDA2. Nachts muss lediglich die geforderte Mindesttemperatur gewährleistet werden, ohne auf die Luftqualität Rücksicht zu nehmen.

Energieeffizienz im Tagbetrieb

der Lüftungsanlage

Umfangreiche Funktionen gewährleisten, dass die Lüftungsanlage tagsüber so effi­zient wie möglich betrieben wird:

1. Bedarfsgeführte Luftmengenregelung je nach Regelabweichung der Raumtemperatur

Das bedeutet, dass im sogenannten Komfortbereich, also wenn die Raumtemperatur nicht wesentlich vom Raumsollwert abweicht, nur ein geringer Frischluftanteil zugeführt wird, um Energie einzusparen. Ist die Raumtemperatur wesentlich niedriger als der Sollwert, wird geheizt und der Volumenstrom erhöht, um schneller in den Komfortbereich zurückzukommen. Wenn die Raumtemperatur wesentlich höher als der Sollwert ist, wird gekühlt und gleichzeitig der Volumenstrom erhöht.

2. Energieeffizienz durch Frequenzumrichter

Je größer die Regelabweichung der Raumtemperatur ist, desto höher ist die Lüfterdrehzahl. Bei maximal zulässiger Regelabweichung ist die Lüfterdrehzahl maximal und transportiert somit die maximale Luftmenge in den Supermarkt. Da der Verbrauch an Elektroenergie mit der dritten Potenz der Lüfterdrehzahl steigt, ist es wichtig, mit der jeweils geringst möglichen Lüfterdrehzahl zu fahren, aber trotzdem den bedarfsgerechten Betriebszustand bei Einhaltung des vorgeschriebenen Mindestluftwechsels zu erreichen. Durch den Einsatz von CentraLine-Frequenzumrichtern zur Ansteuerung der Ventilatoren wird eine Optimierung des elektrischen Verbrauchs gewährleistet.

3. Luftqualitätsregelung durch Erhöhung der Lüfterdrehzahl und damit des Volumenstroms je nach Anzahl der Kunden im Supermarkt

Je mehr Kunden und Mitarbeiter sich im Supermarkt befinden, umso mehr Frischluft muss zugeführt werden, um die Anforderungen an die Luftqualität und das Wohlbefinden der Kunden zu sichern. Die Anzahl der Kunden wird indirekt über den CO₂-Wert erfasst, der mit dem CentraLine-Mischgasfühler gemessen wird.

4. Wärmerückgewinnung

Durch Wärmerückgewinnung werden bis zu 72 % der Heiz- und Kühlenergie wieder der Zuluft zugeführt, statt ungenutzt mit der Abluft in die Umwelt zu entweichen.

5. Gleitende Sollwerte mit Sommer- und Winterkompensation

Durch gleitende Sollwerte wird im Sommerbetrieb die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen möglichst gering gehalten, um „Temperaturschocks“ beim Betreten oder Verlassen des Gebäudes zu vermeiden, bleibt aber gleichzeitig im Komfortbereich. Im Winter gleichen gleitende Sollwerte Transmissionswärmeverluste aus.

6. Nullenergieband

Das Nullenergieband definiert einen akzeptablen Komfortbereich für den Kunden. Befindet sich die Anlage innerhalb dieses Temperaturbereiches, wird auf eine Energiezufuhr verzichtet (Heizen/Kühlen).

Energieeffizienz im Nachtbetrieb der Lüftungsanlage

Weitere Funktionen sorgen für Energieeffizienz und Sicherheit der Lüftungsanlagen während der Nacht:

1. Überwachung der Mindestraumtemperatur im Winter

Wird die Mindestraumtemperatur unterschritten, ist ein erhöhter Energieaufwand zur Aufheizung bis zum Sollwert zu Beginn der Nutzungszeit notwendig. Ein Auskühlschutz in der CentraLine-Regelung verhindert dies effektiv.

2. Überwachung der maximalen Raumtemperatur im Sommer

Bei Überschreitung des Grenzwertes für die maximale Raumtemperatur ist ein erhöhter Energieaufwand zur Abkühlung bis zum Sollwert zu Beginn der Nutzungszeit erforderlich. Auch dieser Mehraufwand wird durch die Regelung vermieden.

3. Freie Nachtkühlung

Im Sommer wird die Raumtemperatur nachts durch die kühle Außenluft so weit abgesenkt, dass in den ersten Stunden der Belegungszeit ein wesentlicher Anteil an Kühlenergie gespart wird.

Energieeinsparungen gegenüber einer Standard-Lüftungsanlage

Durch den Einsatz der CentraLine-Regelungstechnik wird der durchschnittliche Volumenstrom unter Einhaltung von Ansprüchen an Komfort und Luftqualität im Vergleich zu standardmäßig eingesetzten Regelungskonzepten um mindestens 22 % reduziert. Den größten Anteil an der Einsparung hat die bedarfsgeführte Luftmengenregelung mithilfe der variablen, temperaturunabhängigen Luftströme, der Luftqualitätsregelung und der Wärmerückgewinnung:

1. Variable temperaturabhängige Volumenströme

Die Lüfter sind nach der Klasse SFP 3 (Specific Fan Power) gemäß EN 13779 sowie der Geschwindigkeitsklasse V2 nach EN 13053 ausgelegt und entsprechen dem empfohlenen Wert für Anlagen mit Wärmerückgewinnung (WRG). Die hohe Einsparung an Elektroenergie wird durch die intelligente Regelungstechnik erreicht, die den Anforderungen der allerhöchsten Regelungsgüte IDA-C6 (EN 13779) gerecht wird.

2. Luftqualitätsregelung

Die Luftqualitätsregelung erhöht den Luftstrom nur bei Bedarf, wird aber gleichzeitig den Anforderungen der Raumluftqualitätsklasse IDA 2 und der Wärmerückgewinnung der Klasse H1 nach DIN EN 13053 gerecht. Damit sind auch die Anforderungen des „Erneuerbare Energien Wärmegesetzes“ erfüllt, die eine WRG dann als erneuerbare Energie anerkennt, wenn sie

a) einen Wirkungsgrad von mindestens 70 % hat und

b) die aus der Wärmerückgewinnung stammende und genutzte Energie mindestens zehn Mal höher ist als die Elektroenergie für den Betrieb der raumlufttechnischen Anlage.

Insgesamt sind damit alle Kriterien der Energieeffizienzklasse A+ nach EN 13053 erfüllt.

Abb. 4 verdeutlicht die Energieeinsparung durch eine Gegenüberstellung der monatlichen Energieverbräuche für die Lüftungsanlagen im Supermarkt, die mit einer CentraLine-Regelung im Vergleich zu einer standardmäßigen Regelung erzielt werden. Die Darstellung berücksichtigt die Erhöhung der Raumtemperatur durch Kunden und technische Geräte. Diese Erwärmung führt zu einer Reduzierung der Heizlast im Winter, erhöht jedoch die Kühllast im Sommer. Außerdem fließt der durchschnittliche Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung von 72 % über die gesamte Heiz- und Kühlperiode in die Grafik ein.

Aus dem Schaubild geht deutlich hervor, dass die Verbräuche für Heiz- und Kühlenergie proportional zum Volumenstrom sinken, während der Verbrauch an Elektroenergie für die Lüfter mit der dritten Potenz fällt. Der Gesamtenergieverbrauch sinkt dadurch überproportional um 27 %.

Eingesetzte Regelungstechnik

Für die Regelung der gesamten Anlage ist der „Lion“-Regler von CentraLine zuständig. Aufgrund seiner modularen Struktur kann er, wie im vorliegenden Fall, für große Anlagen ausgelegt werden. Im Supermarkt wurde der Regler mit insgesamt 16 Eingangs-/Ausgangs-Modulen ausgerüstet. Sie verfügen zusammen über 148 Ein- und Ausgänge und sind daher in der Lage, alle Anlagenbestandteile in Echtzeit zu regeln. Durch Verwendung eines einzigen Reglers für mehrere Lüftungen, Wärmeerzeuger und Brauchwasser spart der Marktbetreiber Investitionskosten und die Amortisationszeit verkürzt sich deutlich.

Die benötigten Anlagenfunktionen hat der System-Partner mit der Projektierungssoftware „Coach“ von CentraLine erstellt, deren Regelalgorithmen hinsichtlich ihrer Energieeffizienz optimiert sind. „Coach“ ist eine effiziente Software zur Erstellung der Regelungsanwendungen für HLK-Anlagen und vereint alle Vorteile, die eine einfache Konfigurationssoftware bietet, mit einer Flexibilität, die bislang nur von frei programmierbaren Systemen bekannt war.

Einfache Bedienung und Wartung

Über die CentraLine-Leitzentrale „Arena“, die im Technikraum installiert wurde, kann der Betreiber den Zustand der Anlagen nachverfolgen und bei Bedarf über die Anlagengrafiken bedienen. Die „Arena“ zeichnet Trends aller relevanten Messwerte auf, die dann ausgewertet werden können.

Alle Störfälle werden von der Leitzentrale protokolliert, wobei kritische Alarme automatisch auf das Mobiltelefon des Wartungspersonals übertragen werden. Über Fernzugriff auf die Leitzentrale kann sich der Service-Partner jederzeit in die Anlage einwählen, die Ursache der Störfälle erkennen, die erforderlichen Eingriffe vornehmen und bei Bedarf die richtigen Ersatzteile mit zum Einsatz bringen.

Um den einwandfreien und energieeffi­zienten Betrieb zu gewährleisten, wird die Anlage regelmäßig von einem Service-Partner gewartet. Diese Wartung ermöglicht es, die optimalen Betriebsparameter der Anlage zu erhalten. Dabei überprüft und optimiert der Partner die Regelung, analysiert die Messwerte und vergleicht sie mit den Vorjahreswerten. Daraus leitet er Optimierungsmaßnahmen ab, die dann nach Absprache mit der Geschäftsleitung des Supermarktes umgesetzt werden.

Fazit

Der CentraLine-Partner hat die Regelung der Heizungs- und Lüftungsanlage auf die besonderen Anforderungen eines Supermarktes abgestimmt und dabei alle Einsparpotentiale ausgeschöpft. So trägt das eingesetzte Regelungskonzept maßgeblich dazu bei, die hohen Anforderungen an die Energieeffizienz zu erfüllen.