Cleanzone — Energieeffizienz von Reinräumen

In den ver­gan­genen zwanzig Jahren hat sich die Energieef­fizienz von Rein­räu­men zu einem Top-The­ma entwick­elt. Dabei gibt es viele erfol­gsträchtige Stellschrauben. Welche das sind und wie man sie bedi­ent, erfahren die Besucher:innen der Rein­raum-Messe Clean­zone am 25. und 26. Sep­tem­ber 2024 in Frank­furt am Main.

Kriege und Krisen rund um die Welt lassen die zukün­ftige Energiev­er­sorgung unsich­er erscheinen, oder die Kosten steigen. Oder bei­des. Hinzu kommt die Notwendigkeit, den CO2-Fußab­druck und den Ausstoß weit­er­er Treib­haus­gase zu senken. Im „Europäis­chen Green Deal“ find­et das seinen Nieder­schlag: Kli­ma­neu­tral­ität bis 2050. Die EU-Tax­onomieverord­nung steckt dafür den tech­nis­chen Rah­men ab. Nach ihr soll der Grad der ökol­o­gis­chen Nach­haltigkeit ein­er Investi­tion mess­bar wer­den, ver­bun­den mit Offen­le­gungspflicht­en für „nicht finanzielle“ ökol­o­gis­che und nach­haltige Qual­itäten der Unternehmen.

Es ist schon richtig: Ein Rein­raum muss vor allen Din­gen rein sein. Die Energieef­fizienz nimmt dabei eine nach­ge­ord­nete Stel­lung ein. Bis in die 2000er Jahre dachte man kaum über Energiekosten nach, son­dern stellte in erster Lin­ie die für den Prozess nötige Rein­heit her. Nun benötigt aber ins­beson­dere das Kon­di­tion­ieren und Reini­gen von Luft viel Energie, und die wurde und wird immer teur­er. Daher hat sie sich über die let­zten zwanzig Jahre von ein­er stets ver­füg­baren Com­mod­i­ty zu einem kostenbes­tim­menden Fak­tor entwickelt.

So richtet sich der Blick heute stärk­er auf die Energieef­fizienz, auch weil ihre zahlen­mäßige Bedeu­tung stärk­er ins Bewusst­sein rückt. Zum Beispiel lassen sich sage und schreibe 60 Prozent der Kosten für den gesamten Energie­ver­brauch bei der Fraun­hofer-Gesellschaft auf Rein­räume zurück­führen. Das Gute daran: Ideen für Energieeinsparun­gen soll­ten einen großen Mul­ti­p­lika­tor­ef­fekt nach sich ziehen, und bei der Fraun­hofer-Gesellschaft ist man bere­its dabei, das Poten­zial zu heben.

Auch beim Vere­in Deutsch­er Inge­nieure (VDI) ent­fal­ten sich große Aktiv­itäten. Eine Arbeits­gruppe entwick­elt zurzeit eine neue Richtlin­ie zur Energieef­fizienz. Ihr Auf­trag beste­ht in der Über­ar­beitung der seit 2011 beste­hende (und daher nicht mehr ganz „taufrischen“) Richtlin­ie VDI 2083 Blatt 4.2 „Rein­raumtech­nik – Energieeffizienz“.

Mit am Tisch sitzen Vertreter aller inter­essierten Kreise, das bedeutet im Wesentlichen Plan­er, Errichter und Betreiber von Rein­rau­man­la­gen, Vertreter von Forschung und Lehre, Her­steller von Steuer- und Regelung­stech­nik sowie von Reinraumkomponenten.

„Wir hof­fen, dass wir den Entwurf in Kürze ver­ab­schieden kön­nen“, freut sich Thomas Woll­stein, wis­senschaftlich­er Mitar­beit­er in dieser VDI-Arbeits­gruppe. Soviel kann er schon zu den Inhal­ten der neuen Richtlin­ie sagen: Den Schw­er­punkt bilden die bei­den Punk­te „Rein­raum- und Lüf­tungskonzept“ und „Energieef­fizien­ter Betrieb“. Darüber hin­aus wer­den speziell „Energiebe­darf von Rein­räu­men“, „Energierel­e­vante Para­me­ter und Beson­der­heit­en von Rein­räu­men“, „Prozess zur Bew­er­tung und Steigerung der Energieef­fizienz“, „User-Require­ments, Pla­nungsvo­raus­set­zun­gen“, „Inbe­trieb­nahme“ und „Energiebe­zo­gene Betrieb­sop­ti­mierung (eBO)“, behandelt.

Neue Inhalte der VDI 2083 ähneln oft den entsprechen­den Norm-Teilen der DIN EN ISO 14644. Das ist nur fol­gerichtig, denn VDI-Arbeit­skreise sind üblicher­weise an den glob­alen Gremien beteiligt, und so haben ihre Vor­gaben stets inter­na­tionale Bedeutung.

Wer erst ein­mal für das The­ma „Energieef­fizienz im Rein­raum“ sen­si­bil­isiert ist, der find­et schnell eine Rei­he von Ansatzpunk­ten. Zum Beispiel ist daran zu denken, einen Rein­raum nicht sieben 24-Stun­den-Tage lang mit höch­ster Luftwech­sel­rate zu fahren, son­dern nur während der Pro­duk­tion­szeit­en. Auch gibt es zur Erre­ichung bes­timmter Luftzustände und Rein­heit­en immer ver­schiedene – und unter­schiedlich „energiehun­grige“ – Wege. Heizung, Belüf­tung­stech­nik und Ven­ti­la­tion ste­hen oft an erster Stelle. Und nach der Maß­gabe, dass der kostengün­stig­ste Rein­raum der­jenige ist, den man gar nicht braucht, ist bei einem Neubau stets zu erwä­gen: Reicht nicht ein Sauber­raum? Reicht nicht eine gerin­gere Reinraumklasse?

Bei einem beste­hen­den Rein­raum hil­ft zur Energieop­ti­mierung ein strate­gis­ches Vorge­hen. Zum Beispiel kann sich der Betreiber an einem Vier-Punk­te-Schema ori­en­tieren und sich die fol­gen­den Fra­gen stellen:

1. Kann ich beste­hende Fil­ter durch bessere ersetzen?
2. Ver­fügt mein Rein­raum schon über Möglichkeit­en der Wärmerückgewinnung?
3. Wie stark lässt sich wom­öglich die Anzahl der Luftwech­sel pro Stunde reduzieren?
4. Wie lässt sich die Effizienz der Motoren bzw. Antriebe verbessern?

Entschei­dend ist es, diese Fra­gen wirk­lich offen zu stellen. Altherge­brachte Faus­tregeln wie etwa, dass 20-fach­er Luftwech­sel und 30 Prozent Außen­luftbe­darf unum­stößliche Min­dest­werte seien, gehören „in die Mottenkiste“.

Eine wesentliche Stellschraube stellt die Luft­führung dar. Ins­beson­dere sollte von außen durch ein end­ständi­ges Fil­tern in den Rein­raum gesaugte Luft keines­falls nach­her wieder nach draußen gepustet wer­den. Stattdessen sollte schon ein­mal auf­bere­it­ete Luft im Rein­raum bleiben und dort im Kreis­lauf geführt wer­den. Dafür gibt es beispiel­sweise die prak­tis­chen Fil­ter-Fan-Units (kurz: FFU). Sie reini­gen Luft immer wieder und wieder und führen von außen sauer­stof­fre­iche Luft zu. Auch ganz generell stellen Umluftkonzepte das A und O für eine gute Energieef­fizienz im Rein­raum dar.

Eine weit­ere Stellschraube stellen Tol­er­anzen dar. So manch­er Rein­raum­be­treiber hat sie am Anfang ein­mal fest­gelegt, ohne an eine Energieef­fizienz-Opti­mierung zu denken. Verträgt aber das herzustel­lende Pro­dukt 20 Prozent bis 80 Prozent Feuchte, dann braucht man die Gren­zen nicht enger zu set­zen. Und wenn die Tem­per­atur statt auf 21 Grad Cel­sius ± 1 Grad Cel­sius auf 21 Grad Cel­sius ± 3 Grad Cel­sius geset­zt wer­den kann, bringt das eine weit­ere Energieeinsparung. Stim­men Außen- und Innen­tem­per­atur übere­in, bietet sich sog­ar der Über­gang zu ein­er freien Küh­lung an, und man spart sich (zumin­d­est tem­porär) das gesamte energiefressende Kühlgerät.

Wie ein strate­gis­ches Vorge­hen zur Steigerung der Energieef­fizienz im Rein­raum aussieht und welche Pro­duk­te sich dafür auf dem Stand der Tech­nik eignen, zeigt die Rein­raum-Messe Clean­zone am 25. und 26. Sep­tem­ber 2024 in Frank­furt am Main.