Klimatechnik

Effizienz durch Intelligenz

Die Energieeffizienz eines Gebäudes wird nicht nur aus baulichen Gegebenheiten wie Wärmedämmung und Größe der Außenflächen bestimmt, sondern auch von der Güte der Regelungstechnik. Mit moderner, intelligenter Regelungstechnik lassen sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen. Dazu werden zunehmend klassische Regelalgorithmen durch innovative, Lösungen abgelöst. Diese bieten höchste Energieeffizienz bei optimaler Einhaltung der Komfortanforderungen, längere Lebensdauer der Anlagen und Verlängerung der Wartungszyklen. So sind Ersparnisse bis zu 15 % allein durch Optimierung der Regelparameter erzielbar
Die Einflussfaktoren zur Energieeinsparung und die Optimierungsmöglichkeiten mithilfe wissensbasierter Regler lassen sich folgendermaßen beschreiben:

Energieeffizienz durch intelligente Regeltechnik

Hohe Ansprüche: Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen in Konzertsälen genau geregelt werden.

1. Energieeffiziente Regelfunktionen
Energieeffiziente Regelungsanlagen starten die Wärmeerzeuger nur dann, wenn ein Verbraucher Wärme anfordert. Da die Nutzungszeiten für jeden Verbraucher individuell einstellbar sind, wird keine unnötige Wärme bereitgestellt, was wiederum die Verlustleistungen senkt.

2. Heizkreisregelung
In den meisten Anlagen werden aus Kostengründen lediglich Heizungsregelungen mit witterungsgeführter Vorlauftemperaturregelung eingesetzt. Neben der Dimensionierung der Heizkörper hat aber auch die Heizkurveneinstellung einen großen Einfluss auf die Energieeffizienz. Höhere Heizkörperleistung erlaubt bei optimierter Regelung schnellere Aufheizung und stärkere Absenkung der Vorlauftemperatur. Das bedeutet geringere Rohrleitungsverluste.
Bei Niedertemperatur- und Brennwertkesseln lässt sich so auch die Rücklauftemperatur absenken, was sich wiederum günstig auf die Abgas- und Strahlungsverluste auswirkt und die bessere Ausnutzung der Kondensation ermöglicht. Eine Verschiebung der Ausgangskurve um ± 5 K verändert den Energieverbrauch um ± 19 %.
Mit witterungsgeführter Regelung ist es lassen sich auch die Einflüsse der Sonneneinstrahlung, die durch Geräte erzeugte Wärme oder die Anzahl der Menschen im Raum nicht erfassen. Jeder Mensch erzeugt immerhin 60 – 100W Wärmeleistung. Diese Nachteile können nur mit einer Einzelraumregelung kompensiert werden.

3. Pumpenregelung
Weitere Einsparungen ermöglichen bedarfsgesteuerte Heizungspumpen: In vielen Fällen laufen Pumpen 24 Stunden am Tag bei maximaler Drehzahl. Vor allem bei großen Zubringerpumpen mit über 100kW Leistung ergibt dies ein hohes Einsparpotenzial. Bei Frostgefahr ist es zwar erforderlich, dass die Pumpen  durchlaufen. Doch wenn sie oberhalb der Frostschutzgrenze nur dann betrieben werden, wenn tatsächlich Energie benötigt wird, lasssen sich 30 bis 60% Elektroenergie einsparen.

4. Regelung der Wärmeerzeuger

Steht im Rahmen der Modernisierung der Regelungstechnik auch eine Sanierung der Kesselanlage an, lohnt es sich, Brennwertkessel einzusetzen. Die höheren Anschaffungskosten amortisieren sich durch geringere Energiekosten innerhalb weniger Jahre. Auch alternative Wärmeerzeuger wie Wärmepumpen sollten in Betracht gezogen werden.
Einzelne Regelstrategien enthalten auch Funktionen zur effizienten Regelung von Kesseln, Kesselfolgen oder zur Integration alternativer und umweltfreundlicher Wärmeerzeuger. Diese werden dabei so gruppiert, dass die umweltfreundlichen immer die führenden Wärmeerzeuger sind und die herkömmlichen zur Abdeckung der Spitzenlast dienen.
Die Regelstrategie basiert auf einem Vergleich der von den Verbrauchern benötigten und der von den Wärmeerzeugern zur Verfügung gestellten Wärmeleistungen. Dabei arbeiten die Wärmeerzeuger mit maximalem Wirkungsgrad. Möglichst lange Laufzeiten und somit eine möglichst geringe Anzahl von Ein- und Ausschaltvorgängen verlängert die Lebensdauer der Kessel.

5. Wissensbasierte Regelalgorithmen

Klassische Klimaanlage: Temperatur-, relative Feuchte- und Lüfterdrehzahlgeber arbeiten unabhängig voneinander. Dabei können Probleme auftreten wie beispielsweise gleichzeitiges Schwingen von Temperatur und relativer Feuchte.

Klassische Klimaanlage: Temperatur-, relative Feuchte- und Lüfterdrehzahlgeber arbeiten unabhängig voneinander. Dabei können Probleme auftreten wie beispielsweise gleichzeitiges Schwingen von Temperatur und relativer Feuchte.

Bestimmte Regler nutzen auch einen wissensbasierten Regelalgorithmus, was eine deutliche Verbesserung des Regelverhaltens ermöglicht. Folgekessel werden nur dann eingekoppelt, wenn tatsächlich Bedarf vorhanden ist.
Zusätzlich zur Regelabweichung berücksichtigt der wissensbasierte Regler Störgrößen wie die Rücklauftemperatur oder den sekundärseitigen Durchfluss. Der Regelblock bestimmt daraus die benötigte Kesselleistung der Gesamtanlage und steuert entsprechend die Wärmeerzeuger. Die Wissensbasis, die einen beträchtlichen Anteil des Stellsignals ausmacht, wird über die Regelabweichung automatisch angepasst.
Der Regelalgorithmus ist mit einer Optimierungsfunktion ausgestattet, welche bei Regelabweichungen selbstständig Anpassungen an die Wissensbasis vornimmt. Die aufwändige Einregulierung der Anlagenparameter bei der Inbetriebnahme entfällt damit

6. Effiziente Regelung der Lüftung
Der hohe Energieverbrauch von Lüftungsanlagen entsteht oftmals durch Überdimensionierung der Lüftungsanlage. Die Reduzierung des Volumenstromes auf die erforderlichen minimalen Luftwechselraten kann 30 bis 50% Energie einsparen. Und eine optimal koordinierte Regelung von Temperatur, Feuchte und Volumenstrom bietet zusätzliche 10 bis 15% Einsparung.
In herkömmlichen Lüftungsanlagen arbeiten Temperatur-, relative Feuchte- und Lüfterdrehzahlregler unabhängig voneinander. Damit sind Schwingungen und Energievergeudung fast unausweichlich.
Regler von CentraLine bieten die Möglichkeit, einen wissensbasierten Regelalgorithmus einzusetzen, der alle genannten Nachteile beseitigt und wesentlich zur effizienten Nutzung der Anlagen beiträgt. Dem Grundgedanken wissensbasierter Informationsverarbeitung folgend, wird im Klimaregler der Stelleinsatz nicht mehr nur von der Reglerkomponente bestimmt, sondern von der Auswertung einer Wissensbasis auf der Grundlage von Expertenvorgaben.
Zur Ermittlung eines bedarfsangepassten Stellsignals für die Anlagenkomponenten wie Lufterhitzer, Luftkühler, Wärmerückgewinnung und Luftklappen muss eine Stellsequenz erzeugt werden, die Komponenten wie Wärmerückgewinnung oder Mischklappen vollständig ausnutzt, bevor energetisch aufwändigere Anlagenteile angefordert werden.

7. CO2-Regelung und Wärmerückgewinnung
Eine Einsparung von 30 bis 50% kann auch durch Einsatz einer CO2-Regelung erzielt werden. Diese übersteuert den Außenluftanteil und den Volumenstrom durch die Drehzahl der Lüfter. Somit wird Frischluft nur dann zugeführt, wenn der CO2-Sollwert unterschritten ist. Die Nutzung einer Wärmerückgewinnung mit hohem Wirkungsgrad bis 80% beim Einsatz von Brennwertkesseln oder freie Nachtkühlung können die Energieeffizienz weiter steigern.

8. Regelmäßige Wartung der Anlagen
Eine wichtige Voraussetzung für hohe Energieeffizienz ist die regelmäßige Wartung der Anlagen. Beim Einsatz moderner Regelungstechnik lassen sich die Wartungspläne direkt in die Regler eingeben. Für jeden einzelnen Schaltbefehl oder jeden Antrieb kann so ein Wartungsintervall definiert werden. Nach dessen Ablauf wird auf dem Regler ein Wartungsalarm ausgegeben. Diese werden nur aktiviert, wenn mit dem Anwender vereinbart ist, dass eine regelmäßige Wartung gewünscht wird. Dazu ist eine moderne Gebäudeleittechnik erforderlich.
Edgar Mayer

CentraLine, c/o Honeywell GmbH
Tel.: 07031 637 551
Mail: info@centraline.com
www.centraline.com

 
 
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