Schwimmhallenentfeuchtungsgeräte sollen die Bausubstanz schützen und für ein angenehmes Klima sorgen. Diese Grundanforderungen lassen sich auf verschiedene Weisen lösen. Die meistverbreitete Variante ist die Mischluft-/Umluft-Lösung mit Kompressoranlage. Hier wird die Zuluft während des Tagbetriebs (entsprechend der Richtlinie VDI 2089) mit Frischluft gemischt; während der Ruhezeit wird im Umluftbetrieb ge-fahren und im 2-Punkt-Kompressorbetrieb entfeuchtet.
Die Umluftentfeuchtung erfordert eine Dimensionierung der Kompressor-anlage anhand des Entfeuchtungsbedarfs der Schwimmhalle bzw. deren Wasserflächen. Die Abluft wird dabei über einen Verdampfer entfeuchtet und mit einem im Zuluftstrom installierten Luftkondensator wieder erwärmt. Da die für den Umluftbetrieb ausgelegte Kompressoranlage auch tagsüber aktiv ist, führt dies tagsüber unweigerlich zu Übertemperaturen, nachts reichern sich gesundheits-belastende und korrosive Schadstoffe an. Um diese beiden Probleme zu minimierenund zugleich die Energieeffizienz deutlich zu steigern, entwickelte GEA Heat Exchangers das neue Entfeuchtungsgerät GEA CAIRpool, dessen Konzept eine 24-h-Entfeuchtung der Schwimmhalle mit variablen Frischluftanteilen vorsieht.
Bei GEA CAIRpool wird im Badebetrieb gemäß VDI 2089 mindestens 30 Prozent Frischluft zugeführt und während der Ruhephase der minimal benötigte Anteil zur Entfeuchtung. Die Frischluftmenge kann in beiden Betriebsmodi stufenlos angepasst werden. Die Kompressoranlage arbeitet als Wärmepumpe – ebenfalls stufenlos regelbar – und liefert der Schwimmhalle die notwendige Restwärme. Ein kleines Nachheizregister liefert (z. B. in der Aufheizphase oder an kalten Wintertagen) zusätzliche Wärme.
Simulation bestätigt das Sparpotenzial
Um beide Konzepte energetisch vergleichen zu können, wurde ein Schwimmbad mit einem 322 m² großen Schwimmer- und einem 140 m² großen Nichtschwimmerbecken simuliert. Als Grundlage dienten Daten gemäß der VDI 2089 und die Konditionierung auf Standardwerte. Dabei wurde die Temperatur in der Halle auf 30 °C bei einer relativen Feuchte von 54 Prozent gesetzt. Dieser Wert entspricht einem Wasserdampfgehalt von 14,3 g/kg und definiert die Schwülegrenze, die den Behaglichkeitsbereich einschränkt. Eine höhere Hallenfeuchte könnte außerdem mittelfristig zu Schäden an der Gebäudehülle führen. Ein Überschreiten dieser absoluten Feuchte ist nur zulässig, wenn die absolute Außenluftfeuchte über 9 g/kg liegt. Die Wassertemperatur in den Becken wurde gemäß VDI 2089 mit 28 °C angesetzt. Da in der Simulation nur die Entfeuchtung betrachtet werden sollte, konnten Transmissionswärmeverluste unberücksichtigt bleiben und die Solltemperatur der Zuluft mit 30 °C angesetzt werden. Die Höhe der Beispiel-Schwimmhalle beträgt 8 m, das Hallenvolumen 6 880 m³. Als Standort wurde Essen gewählt. Für eine energetische Betrachtung war ein auf statistischen Untersuchungen basierendes Feuchtelastprofil gemäß VDI 2089 erforderlich. Im Badebetrieb erfolgte die Entfeuchtung vor allem durch Luftwechsel bzw. durch Hinzumischen von trockenerer Außenluft. Ein mehrstufiger Rekuperator und eine Wärmepumpe dienen der Energierückgewinnung. Der Rest der benötigten Heizleistung wurde über den Nacherhitzer gedeckt.
Es wurde zwischen Ruhe- und Badebetrieb unterschieden. Im Badebetrieb variiertdie erforderliche Entfeuchtungsleistung jenach Auslastung, also abhängig vom Wochentag und der Tageszeit. Zwischen 22 und 6 Uhr herrschte an allen WochentagenRuhebetrieb. Für beide Konzepte (Standardlösung, Konzept 1, und CAIRpool, Kon-zept 2) wurde auf Basis stundengenauer Wetterdaten eine Energiesimulation der Schwimmbadentfeuchtung mit Jahreslastgang durchgeführt.
Im Fall der Standardregelung (Konzept 1)wurden für jede Stunde alle Betriebszustände berechnet. Es können mehrere Betriebszustände vorliegen, da die Entfeuchtungsregelung nicht unabhängig von der Nachheizung ist. Anschließend erfolgte eine Auswahl und zeitliche Mittelung von bis zu drei Betriebszuständen, um die an die Regelung gestellten Bedingungen (Feuchtelast abzuführen und Zulufttemperatur auf Sollwert zu konditionieren) bestmöglich zu erfüllen. Dies stellt eine Idealisierung der realen Regelung dar, denn es wird vorausgesetzt, dass diese die entsprechenden Zustände mit optimalen Stundenanteilen einstellen würde. Die unterschiedlichen Betriebszustände des Gerätes können mit an- und mit abgeschalteter Wärmepumpe vorliegen. In der Realität wäre ein häufiges Hin- und Herwechseln innerhalb einer Betriebsstunde aufgrund des Motorschutzes nicht möglich. Daher ist zu erwarten, dass die reale Standardregelung zu einem leicht höheren Energiebedarf führen würde, als in dieser Simulation errechnet wurde.
Konzept mit verbesserter Regelstrategie
Im Konzept 2 war für jeden stündlich vorliegenden Außenluftzustand ein eindeutiger Betriebszustand definiert. Das Abführen der Feuchtelast und das Konditionieren der Zuluft auf Solltemperatur wurden unabhängig voneinander behandelt. Alle Betriebszustände galten sowohl für den Bade- als auch für den Ruhebetrieb. Das Nutzungsprofil des Schwimmbades wurde hier durch die abzuführende Feuchtelast in der Regelung berücksichtigt. Das Lastprofil spiegelte dabei die Grundfunktionen der Schwimmhallenentfeuchtung, beispielsweise Ruhebetrieb, Badebetrieb mit geringer Feuchtelast und Badebetrieb mit hoher Feuchtelast, wider.
Die Energiekosten summieren sich im Falle des Konzepts 1 auf ungefähr 26 000 Euro, beim Konzept 2 liegen sie mit etwa 14 500 Euro um ca. 45 Prozent niedriger. Die stetige Entfeuchtung führt augenscheinlich zu einer erheblichen Verringerung des Energiebedarfs. Die größte Kostenreduktion liefert die Wärmepumpe, da diese nur den Nachheizbedarf decken muss und somit kleiner ausfallen konnte. Weiterhin sorgt der kontinuierliche Teillastbetrieb zu einem geringen Energieverbrauch. Relativ betrachtet zeigt aber auch die Position Nachheizen eine deutliche Verbesserung: Bedarf und Kosten sind hier nahezu halbiert.
Eigenschaften der Serie GEA CAIRpool
Die Regelstrategie der Geräteserie GEA CAIRpool beruht auf den Anforderungen der VDI 2089. Der Controller überwacht jederzeit die Luftkonditionen in der Schwimmhalle und optimiert kontinuierlich den Entfeuchtungsprozess. Die integrierte DDC-Regelung, welche über ein Touchscreen bedienbar ist, ermöglicht das Einstellen und Anpassen aller wichtigen Parameter. Über das interne MODbus-System sind alle Komponenten miteinander vernetzt. Zur Fernwartung und Diagnose besteht die Möglichkeit, alle marktüblichen Gebäudeleittechniken wie MODbus, LONbus oder BACnet anzubinden. Weitere spezielle Features sind: Energie-Monitoring mittels Datenbus zur Anlagenoptimierung, interne Datenspeicherung für Ereignisse, Fehler und Trenddaten, Feuerwehrschaltung (Frischluftspülung/Entrauchung) sowie die automatische Feuchteregelung gemäß VDI in Abhängigkeit von der Hallentemperatur.
Im Zuge der Entwicklung der neuen Geräteserie sollten die Energieeffizienz sowie der Hygienestandard und die Funktionssicherheit gesteigert werden. Durch sequentielle Klappensteuerung ließen sich die Umschalt-Druckverluste reduzieren. Die zweifachen Rekuperatoren sind zur Einbringung teilbar und mit einer Revisionskammer ausgeführt. Hygienewartung gemäß VDI 6022 und Reinigung sind damit allseitig möglich. Weiterhin sind die Fanwall-EC-Ventilatoren redundant ausgeführt, sodass ein Ventilatorausfall durch die verbleibenden Ventilatoren kompensiert wird. Diese CAIRpool Optimierungen konnten patentrechtlich geschützt werden.
Bessere Hygiene, weniger Risiken
Die permanente Frischluftzufuhr hat Vorteile bez. der Hy-giene: Die Verwendung von Chemikalien zur Einstellung der Wasserqualität, zur Reinigung und Desinfektion von Laufwegen führt unweigerlich zu einem aggressiven Mix, der sich in der Luft anreichert und zur Korrosion der Bausubstanz und Geräte führen kann. Die Verdünnung dieser Stoffe verringert das Korrosionspotenzial. Ferner können sich bei der Desinfektion anfallende Nebenprodukte wie Trihalogenmethane (THM) nicht in hoher Konzentration ansammeln. THM gilt als krebserregend und entsteht bei der Reaktion von Chlor mit organischen Stoffen, die in das Schwimmbadwasser getragen werden. Das kontinuierliche Abführen dieser THM – auch in Nachtstunden – ist somit ein Gewinn zum Wohl der Badegäste und des Personals.
Kleine Geschichte der Schwimmhallenklimatisierung
Als in den 60er-Jahren mehr und mehr Schwimmhallen zur sportlichen Betätigung gebaut wurden, war die Entfeuchtung mit Frischluft die einzige verfügbare Möglichkeit, Feuchtigkeit zu eliminieren. Als die Preise für Energie stiegen, fanden erste Wärmerückgewinnungssysteme Verwendung. Nach der Ölkrise in den 70er-Jahren stand Energiesparen im Fokus und es wurden Misch-/Umluftentfeuchtungsanlagen entwickelt, die vom Prinzip her bis heute üblich sind. Um Geräte weiter entwickeln zu können, bedarf es neuer Ideen und Verfahren. Über viele Jahre begleitete GEA die Entwicklung der Schwimmhallenentfeuchtungsgeräte kontinuierlich. Mit den Gerätetypen Fritherm und Aerotherm sowie CAIRfricostar setzte GEA Heat Exchangers in der Vergangenheit Meilensteine als einer der Marktführer für Lufttechnik. Mit der neuen Serie GEA CAIRpool möchte GEA erneut Geschichte schreiben“.
Dipl.-Ing. Andreas Linck, Handling Units, GEA Air Treatment GmbH / GEA Heat Exchangers, Herne
Product Manager Air
B. Eng. Nora Wetzel,
Product Support Air Handling Units / Dehumidifiers, GEA Air Treatment GmbH / GEA Heat Exchangers, Herne
