Bedarfslüftung. Von der Behaglichkeit zur Bedarfslüftung. oder. Bedarfslüftung mit Behaglichkeit. oder. Bedarfslüftung für Behaglichkeit

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1 Bedarfslüftung Von der Behaglichkeit zur Bedarfslüftung oder Bedarfslüftung mit Behaglichkeit oder Bedarfslüftung für Behaglichkeit Dipl. Ing. Markus T. Kalo

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3 Planen für die äußere Umwelt

4 Planen für die innere Umwelt Planen für die innere Umwelt

5 Energieverbrauch Baujahr 1988 Baujahr 2006

6 Warum Lüftung? Zufuhr von Frischluft Abtransport von Wärme z.t. Kühlen mit Luft z.t. Heizen mit Luft Alternative: Luft / Wasser Systeme

7 Komfort Einfluss des Innraumklimas Temperatur Luftqualität Luftzug Schallpegel

8 CAV Constant Air Volume Konstanter Volumenstrom VAV Variable Air Volume Variabler Volumenstrom DCV Demand Controlled Ventilation Bedarfsgesteuerte Lüftung

9 Funktion SCHULE CAV Gute Luftqualität Hoher Energieverbrauch Dimensionierung 100%, Verbrauch 100%

10 CAV Constant Air Volume Konstanter Volumenstrom VAV Variable Air Volume Variabler Volumenstrom DCV Demand Controlled Ventilation Bedarfsgesteuerte Lüftung

11 CAV Constant air Volume Konstanter Volumenstrom VAV Variable Air Volume Variabler Volumenstrom DCV Demand Controlled Ventilation Bedarfsgesteuerte Lüftung

12 Funktion SCHULE DCV Gute Luftqualität Niedrigerer Energieverbrauch Dimensionierung 80%, Verbrauch 60%

13 Energieverbrauch CAV Energieverbrauch Ventilator DVC VAV Lüftungsbedarf

14 Funktion CAV Luftvolumen l/s Ersparnis DCV 100 Luftmenge pro Tag für DCV ca. 60% von CAV. Maximale Luftmenge ca. 80% von CAV. 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Zeit

15 Warum DCV/Bedarfslüftung? Kleinerer dimensionierender Volumenstrom von mind. 20% Kleinerer Technikraum und Schächte Energieeinsparung Individuelle Regulierung Flexibilität im Gebäude Höhere Behaglichkeit und Komfort Höhere Mieteinnahmen

16 Zukunftseinsparungen Break even Zeit Kosten Projektstart Planung Bau Betrieb

17 Bedarfslüftung/DCV; wo und wie? Gebäudetypen: Öffentliche Gebäude Kommerzielle Gebäude Privatgebäude Systeme: Nur-Luft Luft/Wasser

18 DCV System, Drei Ebenen ZONE SYSTEM Optimierer, Aggregat, Sensoren Volumenstromregler, Sensoren RAUM Aktiver Luftauslass + Sensoren Komfortmodul + Sensoren

19 CAV 20º 20ºC 20º 22ºC 20º 26ºC

20 DCV Bedarfsgesteuerte Lüftung 20º 18ºC 20º 22ºC 20º 20ºC 20º 20ºC

21 Aktiver Luftauslass RJ45, RJ12 & Klemme Regulator und Stellantrieb Volumenstrommessung Sensoren Funktionsindikator Präsenssensor Temperatur Anschluss für Handterminal

22 Charakteristik Aktiver Luftauslass Aktiver Luftauslass Passiver Luftauslass p t Pa 100% db(a) % l/s m 3 /h 0, m l 0,2

23 Handbedieneinheit Variable Einstellungen: Min / Max Volumenstrom Volumenstrom bei Abwesenheit Temperaturen Abwesenheitstemperatursteuerung Lesen/schreiben von Ist-/Sollwerten 2 Ebenen Benutzer Systemtechniker

24 Raumfunktionen Benötigte Produkte und Anschlüsse Nur-Luft System 20 Master 21 Slave 22 Slave 23 Modbus Benötigt: Standardanschlüsse für: Master RJ45 Slave 1 RJ45 Slave 2 RJ45 GLT (BMS) RJ Anschlussleiste für: 24 V Heizen CO 2 / VOC Beleuchtung Präsenzsensor

25 Installationsbeispiele Nur-Luft System Lüftung/Kühlung mit Luft je nach Temperatur und Anwesenheit Zuluft, Überstrom und zentrale Abluft

26 Installationsbeispiele Nur-Luft System 24 V Modbus Lüftung und Kühlung mit Luft, Heizen mit Wasser (in Sequenzen) Ausgeglichene Zu- und Abluft Luftqualität mit CO2 Sensor GLT (BMS)-Kommunikation (z.b. ModBus)

27 Aktive Luftklappen mit traditionellen Luftauslässen Nur-Luft System

28 Installationsbeispiele Nur-Luft System 24 V Lüftung (& Kühlung) mit Luft; abhängig von Temperatur Ausgeglichene Luftmengen Zuluft/Abluft (Abluft ist Master)

29 Installationsbeispiele Nur-Luft System 24 V Modbus Lüftung (& Kühlung) mit Luft Ausgeglichene Zu- und Abluft (Abluft ist Master) Heizung mit Wasser (in Sequenzen) Luftqualität mit CO2 Sensor GLT (BMS)-Kommunikation über Bus-System (z.b. ModBus)

30 Installationsbeispiel Hotelzimmer oder Büroraum Luft/Wasser System 0-10 V RU SD Fensterkontakt Komfortmodul / Induktionsgerät RU = Room unit RE = Regulator Kondensationswächter RE 24 V Modbus SD 0-10 V Präsenzsensor 230 V

31 Installationsbeispiel Konferenzraum Luft/Wasser System 0-10 V SD Komfortmodul / Kühlbalken Komfortmodul / Kühlbalken CO 2 Sensor RE RE = Raumeinheit RE = Regulator Fensterkontakt Kondensationswächter SD 0-10 V On/Off Komfortmodul / Kühlbalken Komfortmodul / Kühlbalken 0-10 V PWM RE 24 V 230 V Modbus SD Präsenzsensor

32 Luft/Wasser System Anschluss zu GLT-System via z.b. ModBus Stellantrieb Kälte Fensterkontakt Kartenhalter oder Präsenzmelder Stellantrieb Heizung Motorklappe 0-10 V Kondensations- Wächter Signal zu externem Relais Motorklappe 0-10 V CO 2 Sensor Bedieneinheit

33 Kommunikation Modbus

34 Energieeinsparung DCV / VAV Luftvolumenstrom abhängig vom Belegungsgrad - Bedarfsgesteuerte Lüftung (DCV) Anzahl Personen Schnitt: 58 m 3 /h Luftvolumenstrom (m 3 /h) Zeit Luftvolumenstrom abhängig vom Belegungsgrad - VAV mit manueller Luftsteuerung bei Bedarf Anzahl Personen Schnitt: 103 m 3 /h Luftvolumenstrom (m 3 /h) Zeit

35 Mögliche Sequenzen für Kühlung Faustregel Wärmelast von Personen Hoch Luft / Wasser Wasser / Luft Niedrig Niedrig Andere Wärmelasten Hoch

36 Was macht eine Zone aus? In großen Systemen wird der statische Kanaldruck für jede Zone durch einen Zonenregler für Zu- und Abluft geregelt. In kleinen Systemen, oder bei dezentraler Lüftung kann die Druckregelung über das Lüftungsgerät erfolgen.

37 Zonen Produkte Zonenregler - Druckregelung - Regelung des Luftvolumenstromes - Slave Steuerung - Bus Kommunikation (z.b. ModBus) - Einstellbar für Zuluft oder Abluft Zubehör: Drucksensor - Druckmessung in der Zone Slave Luftklappe - zur Einstellung des ausgeglichenen Volumenstroms in der Abluft GLT (BMS) Komponente - Zur Optimierung verschiedener Zonen in einem System Handbedieneinheit - Lesen und Einstellungen von Parametern

38 GLT-Komponente zur Optimierung P s P s Kommuniziert mit allen Zonenreglern und dem Lüftungsgerät Zonenregler in mindestens einer Zone immer zu 90% geöffnet Das Lüftungsgerät wird mit minimalem Kanaldruck gefahren Energieverbrauch wird reduziert und optimiert Geräuschpegel des Lüftungsgerätes wird reduziert P s P s

39 Systemprodukte Lüftungsgerät Empfohlene Funktionen Ventilatorensteuerung durch statischen Druck Konstante Zuluftstemperatur (15 C) Außentemperaturkompensation Sommernachtkühlung Bus-Kommunikation bis zur Raumebene (z.b. ModBus) Brandlüftungsfunktionen Kommunikation und zentrale Steuerung Empfohlene Funktionen Zonenoptimierung Grenzschnitt für lesen/schreiben von Ist- und Sollwerten, Alarme, Sicherheitsfunktionen etc. Beleuchtungssteuerung

40 Alternative Systemlösungen P s P s P s P s P s P s P s P s Stand alone = Keine Kommunikation. Lüftungsgerät und Zonenregler brauchen je eine eigene Druckregelung. Optimierung des Systems durch einen GLT (BMS)-Optimierer zur Kommunikation mit allen Zonenreglern und dem Lüftungsgerät durch ein Bus- System. Weiterer Vorteil: Systemdruckfühler können direkt beim Lüftungsgerät platziert werden. GLT (BMS)-System mit Anschlussmöglichkeiten zum lesen/schreiben von Soll-/Istwerten, Alarme, Brandlüftungsfunktionen, Sommernachkühlung etc.

41 SCADA-System Start UZ Raum 214 AHU1 Zuluft Abluft AHU2 Anwesenheit Raum 211 Raum 212 Raum 213 Raum 214 Temperatur 16 ºC Klappenposition 31% Volumenstrom 46,8 m³/h Temperatur 16 ºC Klappenposition 31% CO2 672 ppm Volumenstrom 46,8 m³/h Raum 215 Raum 216 Raumtemperatur Sollerwert 22ºC Maximal CO2 Sollwert 800 ppm

42 Scheint das schwer? Kein Problem mit Autopilot!

43 Schule in Schweden Energieberechnung Projekt: Schule, Südschweden Design: 2005 Baujahr: 2006 Fläche: 3300 m² Luftvolumen: System m³/h CAV, VAV

44 CAV, VAV Raumtyp Systemsteuerung Teilluftmenge Klassenzimmer CAV 17% Gruppenraum CAV 7,8% Personalraum VAV C, CO 2 1,5% Konferenzraum VAV C, CO 2 1,8% Küche, Kantine CAV* 42% Café CAV 2,8% Bücherei VAV C, CO 2 2,5% Büro CAV 3,9% Turnhalle VAV C, CO 2 14% Umkleideraum CAV 4,9% Andere Räume CAV 2,0% * Nur Zwischen Uhr, andere Zeiten, Hygieneluftvolumenstrom 100%

45 Bedarf / Jahr Heizung und Elektrizität Energieberechnung für geplante Lösung Verbrauch / Jahr Einsparung/Jahr Heizung 70 kwh/m 2 /Jahr Elektrizität 64 kwh/m 2 /Jahr Total: 134 kwh/m 2 /Jahr Energieberechnung, DCV, 16 Zulufttemperatur Heizung 57 kwh/m 2 /Jahr Elektrizität 54 kwh/m 2 /Jahr Total: 111 kwh/m 2 /Jahr 6750 CHF/Jahr Energieberechnung, DCV, 16, Beleuchtungssteuerung Heizung 67 kwh/m 2 /Jahr Elektrizität 37 kwh/m 2 /Jahr Total: 103 kwh/m 2 /Jahr CHF/Jahr

46 Energieeinsparung in Schulen Schnitt Wärmeverbrauch in der Schweiz Zielwert für neue Schulen Mit DCV System und Druckkontrolle 113 kwh/m 2 Jahr 70 kwh/m 2 Jahr ~60 kwh/m 2 Jahr Totale m 2 Schulräume in der Schweiz 30 Millionen m 2 Energiekosten 0,2 CHF / kwh Annahme: Wir senken den Schnittverbrauch zu 70 kwh/m 2 Jahr in der Schweiz Totales Einsparpotential 1,3 TWh/ Jahr Verringerte Abgase / Jahr 260 Millionen CHF / Jahr Lehrerjahresgehälter! Tonnen CO 2 /Jahr 70 Millionen Autokilometer! (Abgase von Autos)

47 Anwesenheitsgrad Klassenzimmer 25-35%

48 Beispielrechnung - Bürogebäude Standard Bürogebäude, 400 m² für 15 Personen, Pentry, 2 Toiletten, ein Konferenzraum, Korridor und separater Raum für Kopiermaschine, Drucker etc. Reguläre Arbeitszeit, 5 Tagewoche, 8:00-17:00 Ein paar kommen etwas früher und ein paar arbeiten Überstunden am Abend. Bedarfsgesteuerte Lüftung für jeweiligen Büroraum und Konferenzraum, je nach Anwesenheit und Lasten. Konstanter Volumenstrom für Pentry, Toiletten und Kopierraum. Geld sparen! Umwelt sparen! Ventilatorenenergieeinsparung 50% Wärme- und Kälteenergieeinsparung 30%

49 Anwesenheitsgrad Büro 22-45%

50 Komfort und Energie HLK: Kein Einfluss Klima Orientierung des Gebäudes Gebäudemasse Anzahl der Benutzer Menge von technischer Ausrüstung Bra passande bild

51 Komfort und Energie HLK: Indirekter Einfluss Gebäudedichtigkeit U-Werte Beschattung Wahl der Beleuchtung Glasqualität: HR++ U-Wert: < 1,3 W/m 2 K (Winter) SF (Sonnenfaktor): 0,4 (Sommer)

52 Komfort und Energie HLK: Direkter Einfluss Bedarfsgesteuerte Lüftung (Lüftung, Kühlen, Heizen) Energierückgewinnung (Kälte, Wärme, Feuchtigkeit) Ausgeglichene Lüftungsbilanz Beleuchtungssteuerung für Abwesenheit Dimensionierung vom Kanalsystem Dimensionierung Rohrleitungen Empfehlungen für elektrische Installation Schnittstelle mit möglicher GLT Bra passande bild

53 Bedarfslüftung Entwurfshinweise 1 Pa/m Die Größe der Lüftungskanäle sollten für einen konventionellen Druckverlust von 1Pa/m berechnet werden. Hierdurch entsteht nur eine geringe Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem letzten Luftauslass in einer Zone. 40 m Maximum Zonenlänge sollte 40m nicht überschreiten. Bei längeren Zonen sollte die Auslegung mit einem geringeren Druckverlust pro Meter geplant werden. 2/3 Platzierung von Druckfühlern nach ca. 2/3 in der Zone. 40 Pa Benutze P s =40 Pa als Referenzwert für den Druckfühler. 6-7 m/s Der Zonenregler (Volumenstromregler) sollte dimensioniert sein für eine Luftgeschwindigkeit von 6-7m/s bei maximalem Volumenstrom. Falls benötigt, muss ein kleinerer Zonenregler gewählt werden um die Mindestluftmengen messen zu können. +/-2K Leere Räume können im Sommer etwas wärmer und im Winter etwas kälter sein um Energie zu sparen (gleitende Temperatursteuerung).

54 Bedarfsgesteuerte Lüftung für Besseres Innenraumklima Bessere Betriebsökonomie Zukunftsorientiert Kleinere Dimensionen Erhöhte Flexibilität

55 Bedarfslüftung Bedarfslüftung für Behaglichkeit und Energieeinsparung Dipl. Ing. Markus T. Kalo