Die Mehrzonen-Installationen sind bei der Konzeption von Lüftungsanlagen in Profiküchen schon seit längerem Stand der Technik und als solche auch in der VDI 2052 aufgeführt. Im Vergleich zu Büros oder Serverräumen ist in Großküchen der Bedarf an Lüftung in bestimmten Zeitfenstern nicht nur besonders hoch, sondern auch punktuell stark verteilt.
Bei Mehrzonen-Lüftungsanlagen wird für jede Zone einer Küche der Abluftstrom separat angepasst. Kochfeld, Speisenausgabe, Spülküche und Vorbereitung – dort entwickeln sich unterschiedliche Wärme- und Dampflasten. Um den Abluftstrom über den Küchengeräten der aktuellen Bedarfssituation rechtzeitig anpassen zu können, reagieren in den Lüftungsdecken und -hauben Sensoren schon im Vorfeld auf die aufsteigenden Küchendämpfe und fahren bei Bedarf den Betrieb hoch.
Halton geht mit seiner M.A.R.V.E.L.-Lüftung jedoch mehrere Schritte weiter. Die beschriebenen Bereiche einer Profiküche werden dafür in noch feinere Zonen unterteilt. Große und kleine Kessel, Multifunktionsgeräte, Kippbratpfannen, Nudelkocher, Induktionsfelder oder Bain-Maries: Die Kochgeräte finden das Spiegelbild ihrer Nutzungszonen in der Lüftungsinstallation an der Decke. Drei bis vier Zonen pro Arbeitszeile sind bei einer solchen Lüftung nicht ungewöhnlich, hinzu kommen Zonen über Kombidämpfern, Fritteusen und anderen Einzel-Geräten. Allein in der Garküche einer Gastronomie finden sich schnell einmal zehn Zonen mit divergierenden Ansprüchen an die Lüftung. Die intelligente Steuerung der M.A.R.V.E.L.-Lüftung steuert jede dieser Zonen einzeln.
Bedarfsgeregelte Lüftungssteuerung durch Algorithmus
Zusätzlich schaltet sich das M.A.R.V.E.L.-System nicht erst an, wenn die Schwaden oben ankommen, sondern agiert vorausschauend. Spezielle Infrarot-Sensoren erfassen neben diversen Raumparametern das Kochfeld unter ihnen. Die Herausforderung bei dieser Entwicklung bestand darin, eine Änderung der Küchengerätenutzung durch kleinste Anzeichen vorauszusehen. Bereits geringe Temperaturdifferenzen, wie sie etwa beim Ein- oder Ausschalten eines Kessels, der Beschickung einer Fritteuse oder beim Öffnen des Kombidämpfers entstehen, werden von den Sensoren erfasst.
Ein selbst lernender Algorithmus nimmt diese Signale auf und leitet entsprechende Änderungen im Zustand der jeweiligen Abluftkanäle ein. Die intelligente Steuerung reagiert und regelt die Stellung der Klappen sowie den Betriebszustand der Ventilatoren in jedem einzelnen Lüftungskanal, und damit in jeder Zone neu. Auf diese Weise lässt sich der jeweils wirtschaftlichste Betriebspunkt entlang der Ventilatorkennlinie erreichen.
Es wird beispielsweise möglich, eine Zone auf Maximalbetrieb zu fahren und gleichzeitig den Abluftstrom in einer anderen Zone stark zu drosseln. Eine solche bedarfsgeregelte Steuerung ist bei herkömmlichen Küchenabluftanlagen bislang nicht möglich. Mit dieser Installation lässt sich die aus dem Raum abgeführte Luft insgesamt deutlich verringern – um bis zu 60 Prozent – und der Energieverbrauch sowie die Betriebskosten deutlich senken.
Eine Besonderheit ist auch die intelligente Klappenkalibrierung bei Inbetriebnahme der M.A.R.V.E.L.-Lüftung. Während klassisch Techniker rund drei Tage lang die Klappenstellung optimieren, benötigt die neue Steuerung im Selbstbetrieb für die gleiche Aufgabe etwa eine Stunde – dann ist die Feinabstimmung der Lüftungsklappen bereits hergestellt und die Küche kann in Betrieb genommen werden.
Je mehr Zonen, desto kürzere Amortisationszeit
Die Folge all dieser intelligenten Anpassungen sind Kosteneinsparungen von bis zu 30 Prozent im Vergleich zu einfachen Mehrzonenanlagen. Diese ergeben sich durch das besonders wirtschaftliche Betreiben der Anlage mit einer reduzierten Heiz- bzw. Kühlleistung sowie geringerer elektrischer Antriebsleistung, durch die Vorwegnahme der Lüftungssituation und das sofortige Abführen belasteter Luft sowie durch geringere Luftmengen, die unter anderem geringere Filterwartungskosten mit sich bringen.
Untersuchungen von Halton sowie Auswertungen von installierten Systemen haben gezeigt, dass sich die Amortisationszeit einer Lüftungsanlage mit zunehmender Anzahl an Zonen verkürzt. Dies zeigt sich in einer Verschiebung des Break-Even-Points in der Kostenrechnung, jenem Zeitpunkt also, ab dem die Netto-Einsparungen die eingesetzten Kosten überschreiten. Die Abbildungen zeigen, dass bei Einteilung der Garküche in zehn Zonen der Break-Even bereits nach 3,1 Jahren Betriebszeit erreicht ist. Über eine Betriebsdauer von 15 Jahren gerechnet ergeben sich damit Netto-Einsparungen, die 5,3-mal über der Investitionssumme liegen. Richtet man dagegen nur vier Lüftungszonen ein, so wird der Break-Even-Point erst nach 4,3 Jahren, erreicht und die Einsparungen über 15 Jahre betragen „nur“ das 3,4-fache der Anschaffungskosten.
Vom Gebäudeenergiegesetz gefordert
Werden für ein Gebäude DGNB- oder Leads-Zertifikate angestrebt, so lässt sich mit der Planung einer bedarfsgerechten Lüftung die Energiebilanz der Anlage bis auf wenige Abweichungsprozent im Vorfeld genau ermitteln, ganz so, wie es für den Erhalt der Zertifikate vorgeschrieben ist. Die Energieeinsparungen der Anlage fließen begünstigend in die Zertifizierung ein.
Zudem fordert das neue Gebäudeenergiegesetz (GEG) in § 67 explizit die Ausstattung neuer Lüftungsanlagen mit Einrichtungen zur selbsttätigen Regelung der Volumenströme in Abhängigkeit von thermischen und stofflichen Lasten oder in Abhängigkeit von der Zeit. Das GEG vom 08.08.2020 ist zum 1.11.2020 in Kraft getreten. Es umfasst inhaltlich den Umfang von EnEG, EnEV, und EEWärmeG und setzt diese Gesetze gleichzeitig außer Kraft.
Diese Forderung gilt bei Nichtwohngebäuden für den Fall, dass der Zuluftstrom größer ist als 9 m³/m² versorgter Nettogrundfläche und gilt nur dann, wenn auf Grund des Arbeits- und Gesundheitsschutzes erhöhte Zuluftströme erforderlich sind, oder wenn Laständerungen weder messtechnisch noch zeitlich erfassbar sind.
Systeme der aktuellen Generation von M.A.R.V.E.L. beinhalten eine Cloud basierende Datenerfassung und Auswertung. Dies ermöglicht dem Anlagenbetreiber einen permanenten Zugang zum System. Betriebszustände werden kontinuierlich aufgezeichnet und ausgewertet. Damit lässt sich die Anlage permanent durch Einstellungen von Schaltpunkten optimieren und warten. Softwareupdates lassen sich leicht aufspielen.
Fazit: M.A.R.V.E.L.-Lüftungstechnik
Beim M.A.R.V.E.L.-Lüftungssystem handelt sich um eine tatsächlich intelligente, reaktionsschnelle und vollkommen bedarfsgesteuerte Anlage, die speziell für Küchenhauben und -decken entwickelt wurde. Die Abkürzung M.A.R.V.E.L. steht dabei für „Model-based Automated Regulation of Ventilation Exhaust Levels (modellabhängige automatische Abluftregelung). Die wichtigsten installationstechnische Merkmale des Systems sind:
Bild: Halton
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Interview mit Heinz Ritzer, Geschäftsführer der Halton Foodservice GmbH
Bild: Halton / Ritzer
KK: Herr Ritzer, Halton hat mit „M.A.R.V.E.L.“ eine bedarfsgesteuerte Küchenlüftungsanlage
im Programm. Welche Vorteile hat sie?
RITZER: Je weniger Luft abgeführt wird, umso
weniger Strom benötigt die Anlage und umso weniger
Wärme- und Energieverluste entstehen. Unser Augenmerk muss also darauf liegen, die umgewälzten Luftmengen bei maximaler Raumluftqualität zu reduzieren. Das haben wir mit der feinen Aufteilung der Lüftungszonen in Verbindung mit einer intelligenten Steuerung geschafft.
KK: Mehrzonentechnik ist seit langem in der VDI 2052 verankert, viele Lüftungshersteller haben sie im Programm. Was also ist bei Ihrer Lösung anders?
RITZER: Wir teilen bestehende Lüftungszonen noch einmal in Unterzonen auf. Die Steuerung lernt selbst,
in jeder einzelnen Lüftungssituation den besten Betriebspunkt für die einzelne Zone und in Abstimmung mit allen anderen Zonen zu finden. Sie erfasst nicht nur die Zustände einzelner Küchengeräte, sondern regelt auch die Stellung der Lüftungsklappen und der damit verbundenen Druckverluste an jeder einzelnen Stelle.
Das Gebäudeenergiegesetz GEG fordert explizit eine selbsttätige Regelung der Volumenströme in Abhängigkeit von thermischen und stofflichen Lasten, allerdings abhängig von Luftvolumina und Nettogrundfläche, und auch nur, wenn der Arbeits- und Gesundheitsschutz dabei nicht vernachlässigt wird. Im Gegensatz dazu messen wir der Befindlichkeit und dem Wohlgefühl der Menschen, die in diesen Küchen arbeiten, oberste Priorität bei.
KK: Ist denn so viel High-Tech bei der Lüftungsanlage überhaupt noch zu bezahlen?
RITZER: Ja, denn die M.A.R.V.E.L.-Technik spart Geld ein. Zwar kostet die Installation vielleicht 15 bis 20 Prozent mehr als eine einfach zonierte Lüftungsanlage. Je feiner aber die Aufteilung der Zonen ist, umso geringer wird die Amortisationszeit.
Halton hat die Anlage entwickelt und umfangreich getestet sowie optimiert. Dazu wurden Techniken aus anderen Lüftungsspezialgebieten in die auf Großküchen und die Lebensmittelproduktion spezialisierten Installationen integriert.
KK: Herr Ritzer, vielen Dank für das Gespräch!