Deckenventilatoren: 4 Jahreszeiten zum Energiesparen?

Wir befinden uns in Deutschland im April 2024. Die Kosten für eine elektrische kWh betragen für eine Privatperson mehr als 45 Cent.

In Frankreich werden für eine kWh etwa 25 Cent berechnet, vor zehn Jahren waren es noch 15 Cent.

Die Aussichten setzen diesen Trend fort, wobei die Stromkosten in jüngster Zeit sprunghaft angestiegen sind.

Das Einsparen von Energie und insbesondere von Strom wird daher zu einem echten Anliegen, sowohl im Wohn- als auch im Dienstleistungsbereich.

Inwiefern können Deckenventilatoren in diesem Zusammenhang eine wesentliche Veränderung bewirken, mit echten Auswirkungen auf den am Zähler gemessenen Verbrauch?

Sommersaison: Wie kann die Kombination von Deckenventilatoren mit Klimaanlagen die Rechnung senken?

Am besten ist es natürlich, wenn man auf eine Klimaanlage verzichtet. Aber wenn eine Klimaanlage sinnvoll ist, werden Deckenventilatoren im Rahmen der hybriden Kühlung eine äußerst vorteilhafte Rolle spielen.

Zunächst sei daran erinnert, dass Deckenventilatoren / Luftumwälzer einen Anstieg der gefühlten Temperatur bewirken, der von der Luftgeschwindigkeit abhängt, wie die folgende Tabelle zeigt.

Abbildung 1: Daten für durchschnittliche Feuchtigkeits- und Bekleidungsbedingungen, Werte aus dem Woods Ventilation Guide

Im Sommer kann die Kombination von Deckenventilatoren und Klimaanlagen durch die Erhöhung der Sollwerte zu erheblichen Energieeinsparungen führen.

In einer üblichen Konfiguration mit Deckenventilatoren (Luftgeschwindigkeit = 0,7 m/s) beträgt der gefühlte Temperaturgewinn 2°C

Die Einsparung von 2 °C (z. B. durch eine Erhöhung des Sollwerts von 26 auf 28 °C) führt zu Energieeinsparungen zwischen 14 und 20 %, Wie eine im Australian Architects’ Journal veröffentlichte Studie zeigt (siehe Kap. 5.1 auf S. 8).

Eine Studie der Universität von Kalifornien in Berkeley vom Oktober 2023, die in Singapur an 10 Büro- und Unterrichtsgebäuden durchgeführt wurde, untermauert diese Daten und zeigt, dass der Verbrauch um 27% gesenkt werden kann, wenn die Klimaanlage von 24°C auf 26,5°C erhöht wird, was 10,8% pro Grad entspricht.

Die Association Française Professionnelle des Ventilateurs de Plafond (AFPVP) hat ihrerseits in einem Artikel[i] die Auswirkungen einer hybriden Kühlung (Kopplung von Deckenventilatoren und Klimaanlage) auf den Verbrauch der Türme von La Défense aufgezeigt. Auf Quartiersebene würde der jährliche Verbrauch für die Klimatisierung von 93 Mio. € auf 72 Mio. € sinken (bei Einsparungen von 105 GWh). Die Amortisationszeit wird auf weniger als 8 Jahre geschätzt.

Wie kann man die Einsparungen bei der Klimaanlage einfach simulieren?

Auf der Website des CBE (Center For the Built Environment) der Universität Berkeley in Kalifornien ist ein Tool online, mit dem die Auswirkungen von Änderungen der Klimasollwerte auf VRV-Systeme (Variable Refrigerant Volume) gemessen werden sollen.

Mit dem hier verfügbaren Tool können Sie die Sollwerte für Heizen und Kühlen einstellen.

Es zeigt sich also, dass eine Erhöhung des Kühlsollwerts um 2 °C zu einer Einsparung von 22,3 % führt. Beachten Sie, dass der unterhalb der Grafik erwähnte Ventilator den Hilfsmitteln für die Klimaanlage entspricht.

In dieser Simulation ist der Verbrauch in Verbindung mit Deckenventilatoren nicht enthalten.

Um Simulationen für andere Städte in Frankreich durchzuführen, können Sie einen Wettervergleichsrechner verwenden..

Das hier vorgestellte Beispiel zeigt, dass ein Gewinn zwischen 7 und 10% pro Erhöhung der Klimaanlage um ein Grad durchaus stimmig erscheint, da :

• eine Luftgeschwindigkeit von 0,7 m/s spart 2°C beim Klimasollwert,
• der Verbrauch von Deckenventilatoren nur einen geringen Teil des Verbrauchs von Klimaanlagen ausmacht.

Welche Auswirkungen hat die „vermiedene Klimatisierung“?

Das Konzept der „vermiedenen Klimatisierung“ gewinnt in den Tropen zunehmend an Bedeutung und wird nun auch auf die gemäßigten Zonen ausgeweitet.

Es geht darum, eine der großen Herausforderungen unserer Zeit zu bewältigen: die Ausbreitung von Klimaanlagen zu verhindern.

Eine Studie der ADEME aus dem Jahr 2020[ii] gibt einen Überblick über die Situation: 2020 sind 25 % der Privathaushalte im französischen Mutterland mit Klimaanlagen ausgestattet, gegenüber 14 % in den Jahren 2016/2017. Der Bestand wächst also schnell und es müssen Lösungen gefunden werden, um einen übermäßigen Anstieg des entsprechenden Energieverbrauchs zu verhindern.

In der folgenden Tabelle nehmen wir eine Schätzung des Bedarfs an Klimaanlagen in Frankreich in einem typischen Wohnhaus vor.

Natürlich variieren diese Werte je nach Region und dem entsprechenden Klima, aber sie geben einen interessanten Anhaltspunkt: Etwas mehr als 1000 kWh (kiloWattstunde) werden pro Wohnung mit Klimaanlage verbraucht.

Der Stromverbrauch in Frankreich im Jahr 2023 beläuft sich auf 445,4 TWh (zur Erinnerung: eine TWh = eine Milliarde kWh).

Bei 31 Millionen Hauptwohnsitzen in Frankreich und einer Ausstattungsrate von 25% kann man davon ausgehend den Verbrauch für Klimaanlagen im Sommer auf 8,3 TWh schätzen.

Diese Zahl ist zwar höher, scheint aber mit der von ADEME veröffentlichten Schätzung für 2020 übereinzustimmen, die davon ausgeht, dass sich der Verbrauch in Privathaushalten 4,9 TWhⁱ nähert.

Diese Daten beziehen sich jedoch nur auf Wohnungen! Im Dienstleistungssektor wird die Klimatisierung im Jahr 2020 auf 10,6 TWh geschätzt, wobei ¾ davon aus Büros und Geschäften stammen.

Die möglichen Einsparungen in Bildungs- und Bürogebäuden durch die Vermeidung von Klimaanlagen sind im Bericht Natürliche Lüftung für thermischen Komfort im Sommer in effizienten Bürogebäuden aufgeführt.[vi]

In diesem Dossier liegen die Gewinne zwischen 5 kWh/m²/Jahr (Alpen-Auvergne) und 35 kWh/m²/Jahr (Mittelmeerraum).

Es sei noch einmal daran erinnert, dass ein vollständiger Verzicht auf Klimaanlagen eine Reihe von Maßnahmen an Gebäuden und Verhaltensweisen erfordert, um vollständig zufriedenstellend zu sein:

• Sonnenschutz,
• Manuelle oder automatische Schließung von Öffnungen,
• nächtliche Belüftung,
• Dachisolierung,
• Begrünung,
• Farbe der Tischlerei und der Wände…

In einer Zeit, in der es um viel Energie geht, liegt es natürlich im Interesse der Allgemeinheit, die Ausbreitung von Klimaanlagen zu bremsen. Jede Lösung, die in diese Richtung geht, ist daher zu begrüßen.

Zwischensaison: Den Start der Klimaanlage verzögern, ihre Abschaltung vorwegnehmen?

In der Zwischensaison kann in nicht klimatisierten Räumen durch das Vorhandensein von Deckenventilatoren die Ausrüstung mit einer Klimaanlage vermieden werden.

Was bereits klimatisierte Räume betrifft, so ermöglichen Deckenventilatoren einen späteren Start der Klimatisierung und ein frühzeitiges Abschalten der Klimatisierung in der heißen Jahreszeit.

In Frankreich ist zu beobachten, dass die frühe Hitze meist im Mai einsetzt und der Sommer häufig bis in den Oktober hineinreicht.

Die genaue Einschätzung der Dauer der Klimatisierungsperiode hängt natürlich einerseits von der Gestaltung des Gebäudes und andererseits vom Verhalten der Nutzer ab.

Eine Modellierung mit dynamischen thermischen Simulationen, die mittlerweile üblich ist, kann die Anzahl der Stunden angeben, in denen man sich bei verschiedenen Temperaturschwellenwerten unwohl fühlt. Auf dieser Grundlage ist es leicht, die Anzahl der Stunden, die durch Deckenventilatoren gelöscht werden können, anhand von Abbildung 1 zu erkennen.

Wir können jedoch davon ausgehen, dass an 30 Tagen im Jahr allein durch die Anwesenheit von Luftumwälzern der Start der Klimaanlage verschoben werden kann. In Anlehnung an die vorangegangene Studie würde die Einsparung an kWh etwa 300 kWh pro Jahr betragen.

Im Winter erhebliche Einsparungen durch Destratifizierung?

Im Winter führt die durch die Deckenventilatoren bewirkte Destratifikation zu einer Energieeinsparung von bis zu 3% pro Meter Deckenhöhe.

Dies funktioniert sowohl in Wohn- als auch in Geschäftsräumen.

In hohen Räumen[vii] (Hypermärkte, beheizte Lagerhallen…) betragen die Energiegewinne mehr als 30 %.[viii]

Im Bereich der Industriegebäude gibt es übrigens ein Energiesparzertifikat[ix], das den Einbau von Luftumwälzern zur Destratifizierung aufwertet.

Die Luftumwälzer GVFR (Grand Volume Low Speed) oder HVLS (High Volume Low Speed) sind die Modelle, die für diese Art von Konfiguration empfohlen werden. Dabei handelt es sich um Geräte mit einem Durchmesser von mehr als 2,13 m[x].

Berechnen Sie die Kapitalrendite von Deckenventilatoren

Eine ROI-Berechnung ist kontextabhängig, und wir empfehlen dem Leser, sie von einem spezialisierten Ingenieurbüro durchführen zu lassen.

Im Folgenden wird jedoch eine Berechnung vorgeschlagen, die zu einer groben Rentabilitätsanalyse führt. Die Berechnung basiert auf einer typischen Wohnung mit einer Deckenhöhe von 2,50 m, die komplett elektrisch ausgestattet ist.

Die Argumentation berücksichtigt den Betrieb in beiden Jahreszeiten, Sommer und Winter.

Die Preise für Deckenventilatoren werden inklusive Montage geschätzt.

Unsere Tabelle summiert die Sommer- und Wintergewinne von Deckenventilatoren.

In unserem Ansatz für eine hybride Kühlung im Sommer (durch die Kombination von Klimaanlage und Deckenventilatoren) planen wir, die Temperatur auf 29°C statt 26°C einzustellen. Da der Betrieb des Deckenventilators einen gefühlten Temperaturgewinn von 2°C ermöglicht, wird das Ergebnis 27°C betragen, was zufriedenstellend ist. Normalerweise geht man davon aus, dass thermisches Unbehagen ab einer Temperatur von 28°C einsetzt.

Bei der Winterentschichtung basiert die Energieeinsparung auf 7,5%. Dies entspricht einer Reduzierung von 3% pro Meter Deckenhöhe.

Der Verzicht auf die Klimaanlage führt zu einer Wiederkehrzeit von 4 Jahren; die Kopplung der Deckenventilatoren mit der Klimaanlage und der Heizung führt zu einer Zeit von 13 Jahren. In diesem zweiten Fall bleibt der Nutzen der Klimaanlage auch bei extremen Hitzeperioden erhalten.

Hier sind die Annahmen für die Berechnung.

Allgemeine und sommerliche Daten

• Fläche: 90 m²
• Anzahl der Deckenventilatoren: 2 (Ausstattung Bereich von 1/3 der Wohnfläche, siehe Abbildung 4)
• Kosten Deckenventilator: 500 € inkl. MwSt. verlegt
• Jährlicher Verbrauch für Klimaanlagen: 1069 kWh (siehe Abbildung 4)
• Einsparungen bei der Klimaanlage: 30% (10% pro Grad Sollwert mit 3°C; man erhöht den Sollwert auf 29°C, bei Kopplung ergibt das ein Gefühl von 27°C)
• Durchschnittliche Sommerleistung Deckenventilator: 36 W (Stufe 5, Modell Samarat)
• Betriebsdauer Deckenventilator Sommer: 4 Std./Tag
• Betriebsdauer der Klimaanlage im Sommer: 90 Tage
• Kosten kWh inkl. MwSt.: 0,25 €.

Winterdaten

• Jährlicher Heizenergieverbrauch: 9.000 kWh (Basis 100 kWh/m²)
• Energieeinsparung bei Destratifikation (auf 1/3 der Fläche, siehe Abbildung 4): 7,5%, basierend auf einem Gewinn von 3% pro Meter Deckenhöhe, bei minimaler Geschwindigkeit
• Durchschnittliche Winterleistung Deckenventilator: 6 W (Stufe 1, Modell Samarat)
• Betriebsdauer Deckenventilator Winter: 12 Std./Tag
• Betriebsdauer Heizung Winter: 210 Tage

Auf der Grundlage der oben genannten Daten werden im Folgenden die Ergebnisse hinsichtlich des Verbrauchs, der Kosten, der Einsparungen und der Bruttorücklaufzeiten dargestellt.

Über Energieeinsparungen hinaus?

Energieeinsparung und Kosteneffizienz sind klassische und wirksame Argumente, die zum Handeln führen.

Insofern sollen die in diesem Artikel vorgestellten Daten zu Veränderungen anregen, die rationales Denken und gute Umweltabsichten miteinander verbinden.

Dennoch gibt es viele weitere Argumente, die für eine großflächige Installation von Deckenventilatoren sprechen.

Dazu gehört beispielsweise die Bekämpfung von Hitzeinseln. In den Städten erzeugt die Installation von Klimaanlagen einen Teufelskreis: Um drinnen zu kühlen, wird draußen warme Luft erzeugt, was wiederum die Wärmeinseln verstärkt. Die Präsenz von Klimaanlagen im Großraum Paris erhöht so die gemessene durchschnittliche Außentemperatur um zwei Grad[xv].

Kurz gesagt: Lassen Sie uns auch jenseits von Geldfragen unseren gesunden Menschenverstand einsetzen.

[i] https://www.afpvp.fr/tours-de-la-defense-comment-faire-100-000-mwh-deconomies-par-an/

[ii] Referenz : https://presse.ademe.fr/2021/06/la-climatisation-vers-une-utilisation-raisonnee-pour-limiter-limpact-sur-lenvironnement.html

[iii] Engie-Website : https://particuliers.engie.fr/depannages-services/conseils-equipements-chauffage/conseils-installation-climatisation/calcul-puissance-clim.html

[iv] Siehe INSEE : https://www.insee.fr/fr/statistiques/3303460?sommaire=3353488

[v] Quelle: https://www.cairn.info/revue-responsabilite-et-environnement-2018-2-page-5.htm?contenu=resume

[vi] Rapport Ventilation naturelle pour le confort thermique d’été dans des bâtiments de bureaux « performants » – 2022 – Robert Célaire, Loïc Frayssinet, Khedidja Mamou, Thierry Rieser und Benoit Ramos – S.57

[vii] Quelle: Studie veröffentlicht in der revue australienne des architectes (siehe S. 9).

[viii] EDF R&D-Studie : https://www.edf.fr/entreprises/le-mag/le-mag-entreprises/conseils-energie-competitivite/pourquoi-s-equiper-d-un-destratificateur-d-air

[ix] Auf der Website des Ministeriums für Ökologie : https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/IND-BA-110%20v%20A20-2.pdf

[x] Nach der Definition des Energieministeriums der Vereinigten Staaten von Amerika, siehe S.19 : https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/09/f18/ceiling_fans_nopr.pdf

[xi] Diese Berechnung ergibt den Heizverbrauch in dem von der Schichtung betroffenen Bereich während der Betriebszeit der Luftumwälzer.

[xii] Rücklaufzeit bei Abschaffung der Klimaanlage = [Gesamtkosten der Ventilatoren] / [Gesamtverbrauch der Klimaanlage – spezifischer Verbrauch der Ventilatoren im Sommer + Einsparungen durch Destratifizierung im Winter – spezifischer Verbrauch der Ventilatoren im Winter].

[xiii] Rücklaufzeit bei Kopplung von Klimaanlage und Heizung = [Gesamtkosten der Ventilatoren] / [Einsparungen durch Erhöhung des Klimasollwerts + Einsparungen durch die Winterabstraktion + spezifischer Verbrauch der Ventilatoren im Sommer und Winter].

[xiv] Erfahrungsbericht Enerpos, St-Pierre de la Réunion – https://cdn.s-pass.org/SPASSDATA/attachments/2020_04/17/5f7f4e34a5fe6-d78852.pdf

[xv] Quelle: https://www.wedemain.fr/dechiffrer/a-paris-la-climatisation-risque-daggraver-les-canicules/