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Oct 11, 2023

Schlüsselfaktoren für die Auswahl eines ERV

Ventilatoren mit Energierückgewinnung (ERVs) sollen das HVAC-System verbessern

Energierückgewinnungsventilatoren (ERVs) sind darauf ausgelegt, die Leistung von HVAC-Systemen zu verbessern, indem sie die Energie aus der abgesaugten Gebäudeluft nutzen und diese zur Vorkonditionierung der einströmenden Außenluft nutzen. Diese Vorkonditionierung reduziert die Belastung der HVAC-Einheit und senkt gleichzeitig die Energiekosten erheblich. Bei der Festlegung eines ERV gibt es mehrere Faktoren, die dabei helfen können, die optimale Einheit für die Anwendung zu bestimmen. Funktions- und Leistungsmerkmale sind wichtig, aber Überlegungen zur Installation, Wartung und sogar zur Langzeitbeständigkeit sollten nicht außer Acht gelassen werden.

Ein Hauptgrund für die Installation eines ERV ist die Energierückgewinnung, wenn ein Frischluftbedarf für ein Gebäude besteht. Wenn Frischluft in ein Gebäude gebracht wird, wird die klimatisierte Luft wieder nach draußen abgegeben, um den Luftdruck im Gebäude auszugleichen. Die Luft, die ein Gebäude verlässt, enthält Energie – warme Energie im Winter und kühle Energie im Sommer. Ein ERV kann 70 Prozent oder mehr der Energie aus der das Gebäude verlassenden Luft auffangen und an die in das Gebäude eintretende Frischluft übertragen. Diese Energiegewinnung bedeutet, dass eine HVAC-Einheit auf dem Dach nicht so stark arbeiten muss, was zu niedrigeren Stromrechnungen führen kann. Die Dacheinheit kann auch kleiner dimensioniert werden, da sich das ERV die Arbeitslast teilt.

Zusätzlich zur Energieeinsparung tragen ERVs dazu bei, CO2 zu reduzieren und die Luftqualität in Innenräumen (IAQ) zu verbessern, indem sie verbrauchte Luft durch frische Luft ersetzen, was dazu beiträgt, dass die Bewohner wachsam und gesund bleiben. Büro- und Schulumgebungen weisen in der Regel eine höhere Auslastung auf und benötigen viel Frischluft, was sie ideal für die ERV-Installation macht. ERVs tragen auch dazu bei, Gerüche zu zerstreuen und können dabei helfen, die Luftfeuchtigkeit zu regulieren, indem sie im Winter feuchte Luft drinnen und im Sommer draußen halten.

Parameter für behördliche Vorschriften und bauliche Anforderungen helfen dabei, die anfängliche Dimensionierung und Spezifikation des ERV voranzutreiben, um sicherzustellen, dass das Gerät groß genug ist, um die Standards für Luftbewegung und Energieeffizienz zu erfüllen. Beispielsweise legt der ASHRAE-Standard 62.1 „Lüftung für eine akzeptable Raumluftqualität“ die Mindeststandards für die Menge an Frischluft fest, die in ein Gebäude gebracht werden muss, während der ASHRAE-Standard 90.1 „Energiestandard für Gebäude außer niedrigen Wohngebäuden“ vorschreibt, wie wie viel Energie ein Gebäude verbrauchen kann. ERVs mit der richtigen Größe können dazu beitragen, sowohl die Anforderungen an die Luftbewegung als auch an die Effizienz zu erfüllen.

Wichtige Faktoren, die bei der Erstspezifikation zu berücksichtigen sind, sind die Anordnung der Rohrleitungen und die Kompatibilität anderer Geräte, wie z. B. der HVAC-Einheit und der Lüftungsgeräte, die im Tandem mit dem ERV arbeiten. Es stehen Online-ERV-Berechnungstools zur Verfügung, mit denen spezifizierende Ingenieure die richtige ERV-Größe und -Konfiguration ermitteln können. Nachdem diese ermittelt wurden, gibt es mehrere weitere Aspekte, die bei der Auswahl des optimalen ERV-Systems berücksichtigt werden sollen.

Bei der Betrachtung des funktionalen Designs und der Leistung von ERV sind die Bedienelemente und die internen Komponenten die wichtigsten Überlegungen. Im Inneren vieler ERVs ist das Energierückgewinnungsrad die Hauptkomponente. Dieses Rad dreht sich zwischen den Abluft- und Außenluftströmen und nimmt Wärme und Feuchtigkeit von einem Strom auf und überträgt sie auf den anderen. Einige ERVs verfügen über Räder mit einer Stopp-Start-Jog-Funktion, die es dem Gerät ermöglicht, sich bei optimalen Außenbedingungen automatisch in den Sparmodus abzuschalten. Darüber hinaus sind einige Räder so konzipiert, dass sie aus dem Luftstrom herausschwenken, wodurch ein Druckabfall vermieden wird und das ERV in den Sparmodus versetzt wird. Das Rad erkennt automatisch die Außen- und Innentemperatur und passt sich entsprechend an.

Ein weiterer zu berücksichtigender Leistungsfaktor ist, ob das ERV mit einem Frequenzumrichter (VFD) oder manchmal mehreren Antrieben ausgestattet ist. Der VFD steuert den Elektromotor im ERV (typischerweise für ein Gebläse), passt die Motorgeschwindigkeit an und reduziert die Anzahl der verbrauchten Ampere, wodurch Energie gespart wird. Außerdem bietet der VFD eine bessere Steuerung des Gebläsemotors, was eine präzisere Steuerung des einströmenden Luftstroms ermöglicht. Als zusätzlichen Vorteil kann die Auswahl eines ERV mit leisen Gebläsen den Umgebungslärm reduzieren und das Raumklima weniger stören.

Ebenso wichtig sind die kommunizierenden Steuerungen, die das ERV mit dem Rest des Gebäudesystems verbinden. Die meisten ERVs sind heute für die Kommunikation mit dem Gebäudemanagementsystem (BMS) ausgestattet. Ein Open-Source-Protokoll wie BACnet™ erleichtert die Integration des ERV in das BMS und ermöglicht mehr Funktionalität, wenn Gerätehersteller neue elektronische Funktionen entwickeln.

Für eine verbesserte Funktionalität können ERVs mit einer Vielzahl elektronischer Sensoren ausgestattet werden, die Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Frischluft, Abgase, Luftstrom und Filternutzung überwachen. Einige Hersteller wie Ruskin bieten auch Sensoren an, die den CO2-Gehalt in einem Raum erfassen und den ERV entsprechend anpassen können, wodurch die Energiekosten weiter gesenkt und die Gebäudeumgebung für die Bewohner optimiert werden. Darüber hinaus bietet die Auswahl eines ERV, das effektiv mit einer separat installierten motorisierten Ansaugklappe kommunizieren kann, eine weitere Ebene der Kontrolle des Luftstroms für mehr Effizienz.

Auch raues Klima kann sich auf die ERV-Spezifikation auswirken. In kalten Umgebungen kann ein Vorheizsystem oder ein Kit für niedrige Umgebungstemperaturen verwendet werden, um die Bildung von Frost und Eis am Rückgewinnungsmodul zu verhindern. Bei Verwendung eines Vorwärmsystems ist es wichtig, dass zwischen dem Vorwärmsystem und dem Rad ausreichend Platz vorhanden ist, damit die Luft zirkulieren und abkühlen kann, bevor sie auf das Rad trifft.

Einige Designspezifikationen erfordern möglicherweise kleinere Mini-ERV-Geräte für den Innenbereich, die sich ideal zur Reduzierung der Luftfeuchtigkeit oder zur Reduzierung des CO2-Gehalts in einem Klassenzimmer oder Besprechungsraum eignen. Diese Geräte unterscheiden sich von Outdoor-Modellen dadurch, dass sie manchmal statische Kernplatten mit weniger beweglichen Teilen enthalten. Bei diesen statischen Kerneinheiten bewegt sich kein Rad zwischen den Luftströmen, um Energie zu übertragen, sondern die Luftströme passieren einander durch eine Reihe von Kanälen oder Kernplatten. Diese Platten oder Kanäle erwärmen oder kühlen die Luft dazwischen und übertragen Energie. Statische Kernplatten können aus Metall, Kunststoff oder sogar Papier bestehen. Der Nachteil von Papierhülsen besteht darin, dass sie sich mit der Zeit verschlechtern und die Raumluftqualität eines Gebäudes beeinträchtigen können. Suchen Sie nach statischen Kernplatten, die für zusätzliche Haltbarkeit zu 100 Prozent aus Polymer bestehen. Im Allgemeinen sind für diese Anwendungen auch ERV-Räder erhältlich, die tendenziell mehr Energie zurückgewinnen, aber auch mehr bewegliche Teile enthalten, was möglicherweise einen zusätzlichen Wartungsaufwand erfordert.

ERVs können bei Neubauten installiert oder in ein bestehendes HVAC-System nachgerüstet werden. Der Grad der Installationsschwierigkeiten hängt von der Art des ERV sowie von der Lage der Rohrleitungen und der Gebäudekonfiguration ab. Durch die Verbindung mit den Kommunikationssteuerungen des ERV können Installateure sofort Diagnosetests durchführen, um sicherzustellen, dass das Gerät ordnungsgemäß installiert und kalibriert ist.

Für die Nachrüstung in ein bestehendes HVAC-System sind modulare ERVs eine gute Wahl, da sie so konfiguriert werden können, dass sie vorhandene Rohrleitungen nutzen. Unitisierte ERVs sind häufig die kostengünstigsten Produkte zur Energierückgewinnung. Sie werden direkt an den Ansaugluftabschnitt einer kompakten Dacheinheit (RTU) montiert, um die Verwendung von Dachrändern und zusätzlichen Dachdurchdringungen zu vermeiden. Einheitliche ERVs verfügen über verstellbare Beine, um eine schnelle und einfache Installation zu ermöglichen. Darüber hinaus sind diese modularen ERVs häufig mit integrierten Gebäudekommunikationssteuerungen ausgestattet, um eine Plug-and-Play-Installation mit vorhandenen HVAC-Systemen zu ermöglichen.

Die Wartung eines ERV kann häufig von technisch nicht versiertem Personal durchgeführt werden. Es gibt jedoch einige wichtige Designfaktoren, die die Wartung erleichtern können. Aufklappbare oder abnehmbare Platten ermöglichen einen einfachen Zugang zum Rad und den Filtern des Geräts. Die in Einzelteile segmentierten Energierückgewinnungsräder können einzeln entnommen werden und erleichtern die Reinigung des Geräts. Räder, bei denen zum Reinigen das gesamte Chassis entfernt werden muss, können die Wartungszeit verlängern und erfordern möglicherweise einen professionellen Techniker. Bei fortschrittlicheren Modellen ermöglichen Funktionen wie die Stopp-Start-Jog-Funktion dem Wartungspersonal, Kondenswasser aus der Ferne zu entfernen und das Rad zu reinigen. Aus Gründen der Haltbarkeit können Räder aus einem nicht auf Zellulose basierenden Material mit einem hydrophoben Harz nahezu unbegrenzt halten, was Zeit und Austauschkosten spart.

In fortschrittlicheren Einheiten können eingebaute Sensoren auch eine wichtige Rolle bei der Überwachung der ERV-Leistung für eine vorausschauende Wartung spielen. Radrotationssensoren bieten beispielsweise eine Fernmethode zur Überprüfung, ob sich das Energierückgewinnungsrad zwischen den Luftströmen weiter dreht. Sensoren für verschmutzte Filter geben Alarm, wenn Filter gereinigt oder gewechselt werden müssen. An strategischen Punkten in den Luftströmen angebrachte Temperatur- und Drucksensoren können als Grundlage für vielfältige vorausschauende Wartungsfunktionen genutzt werden.

Die meisten ERVs sind auf eine Lebensdauer von 20 Jahren oder länger ausgelegt. Es gibt jedoch einige Konstruktionsmerkmale, die der Einheit helfen können, diesen Meilenstein zu übertreffen. ERVs mit doppelwandiger Konstruktion bieten Haltbarkeit und verbesserten Wärmeschutz, sodass während des Betriebs weniger Energie verloren geht. Neben der Langlebigkeit tragen diese Designmerkmale auch zu einem leiseren Gerät bei. Im Laufe der Zeit wurden viele Fortschritte bei ERV-Systemen gemacht, die moderne Versionen äußerst zuverlässig und mit sehr geringem laufenden Wartungsaufwand machen.

Für Außenanwendungen in Gebieten mit starkem Wind sollten Sie die Installation eines ERV mit hurrikansicheren Dachrändern für zusätzlichen Schutz in Betracht ziehen. Stellen Sie sicher, dass die elektrischen Komponenten im Gerät vor Funken geschützt sind, die bei Kombination mit einer Erdgas-HLK entstehen können.

ERVs sind eine sinnvolle Investition, die die Heiz- und Kühlkosten erheblich senken und gleichzeitig ein gesünderes Raumklima für die Bewohner eines Gebäudes schaffen kann. Die Auswahl des ERV sollte eine kalkulierte Entscheidung sein, die die Leistung, den Wartungsbedarf, die Haltbarkeit und die Langlebigkeit des Geräts berücksichtigt. Zusätzlich zur richtigen Dimensionierung und Konfiguration sollten die Planungsingenieure die oben genannten Kriterien bewerten, um zu bestimmen, welches ERV-System die beste Kapitalrendite und Gesamtbetriebskosten über die Lebensdauer der Einheit bietet.

Veröffentlichungsdatum: 20.08.2018

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Tony Moffett ist Executive Vice President und General Manager von Ruskin® Rooftop Systems. Er kam 2008 zu Ruskin und hat die Aufgabe, die Entwicklung und Produktion wertorientierter und energieeffizienter Produkte für die HVAC-Branche voranzutreiben. Zu seinen früheren beruflichen Erfahrungen gehört eine 16-jährige Tätigkeit bei Lau Industries, wo er Positionen vom Werksqualitätsmanager bis zum Vertriebs- und Marketingdirektor innehatte. Tony hat einen Bachelor-Abschluss der Indiana University Bloomington und einen MBA der Wright State University.