BINE. Heizungs- und Lüftungssteuerung im Mehrfamilienhaus. Informationsdienst

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1 HK1: VORLAUF...MAX 12:...9, grd.c WARM- HEISSWASSE WÄRMEZÄHLER MULTIFUNKTIONSREGLER t: C 22.1 t: K Volumengeber im R cklauf Temperaturf hler Pt 1 nach DIN IEC D BINE Informationsdienst Heizungs- und Lüftungssteuerung im Mehrfamilienhaus Abb 1 volumenstromgeregelter Ventilator, Drucksensor Dach Feuchte und Mischgaskonzentration kann mit bedarfsgeführter Lüftungssteuerung gesenkt werden Dachventilatorsteuerung Abluftventil 5. Etage Außenwanddurchlasselement Heizwärmebedarf ist durch Sanierungsmaßnahmen und Steuerungssystem um ca. 5% gegenüber 1999 reduziert worden Küche innenliegend + Abluftventilsteuerung in Küche/Bad Wohnungszentrale Raumelektronik Heizkörper mit Raumelektronik STE MRC Regieregler Steuerrechner Laptop oder Modem-Anschluss Schema der bedarfsgeführten Heizungs- und Lüftungssteuerung in der obersten Etage eines Mehrfamilienhauses mit innenliegenden Küchen und Bädern I n den neuen Bundesländern wurde eine Erfassung der Heizenergieverbräuche erst 199 gesetzlich vorgeschrieben. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderten Projektes wurde Mitte der 9er Jahre ein System zur Einzelraumtemperaturregelung und Energiekostenverteilung für den industriell errichteten Wohnungsbau entwickelt und in Demonstrationsvorhaben eingesetzt. Ziel war es, die gesetzlichen Bestimmungen einzuhalten sowie einen Komfortgewinn für den Mieter durch individuelle Raumtemperaturen zu erreichen. Die Untersuchungsergebnisse aus 5 Wohnungen zeigen, dass neben der für Mieter und Vermieter komfortablen Handhabung zusätzlich der Heizwärmeverbrauch im Mittel um bis 3 kwh/m 2 a reduziert werden kann. Die wärmetechnische Sanierung von Plattenbauten führt zu einem zunächst wenig beachteten Problem. Der Einbau neuer, dichter Fenster ergibt eine fast luftdichte Wohnung. Der bauphysikalisch und hygienisch notwendige Mindestluftwechsel von,45 h -1 -,6 h -1 muss durch regelmäßige Fensterlüftung eingehalten werden. Andernfalls steigt die Schadstoffkonzentration und Feuchtigkeit der Raumluft stark an und es kann zu Feuchteschäden und zur Schimmelpilzbildung kommen. In nicht sanierten Wohnungen führen undichte Fenster zu einem nicht regulierbaren Luftstrom, der zwar den notwendigen Luftwechsel gewährt, aber unkomfortable Zugerscheinungen mit sich bringt und den Heizenergieverbrauch erhöht. Eine kontrollierte Lüftung mit Steuerung in sanierten Gebäuden kann den notwendigen Luftwechsel bei geringen Heizenergieverlusten realisieren. Auf der Grundlage des genannten Projektes und einem weiteren, das sich mit der Sanierung der Haustechnik im Plattenbau und der Entwicklung von Außenluftdurchlasselementen in Fensterrahmen befaßt hat, fördert das BMWi die bedarfsgeführte Steuerung des Raumluftzustandes. Das System wird in das Automatisierungssystem für die Einzelraumtemperaturregelung und Heizkostenverteilung integriert und in einem sanierten Mehrfamilienhaus in Eberswalde mit konventionellen Heizflächen und Abluftanlagen erprobt. Ziel ist die Sicherung der raumlufthygienischen Anforderungen, d. h. ein Normluftwechsel von,5 h -1 soll weitgehend unabhängig vom Nutzerverhalten eingehalten werden, um die Bausubstanz vor Feuchte und Schimmelpilzbefall zu schützen. Außerdem sind die Lüftungswärmeverluste zu reduzieren und der Stromverbrauch der kontrollierten Lüftungsanlage zu vermindern. Für den Erfolg der Anlage ist es wichtig, die Akzeptanz der Mieter zu erreichen.

2 Demonstrationsgebäude Das bedarfsgeführte Heizungs- und Lüftungssystem wird in einem sanierten Gebäude (Plattenbau Typ P2, Sanierungszeitraum 1. Juli bis 31. Dezember 1999) auf seine Einsatzfähigkeit und Nutzerakzeptanz untersucht (Abb 2). Die Wohnungen verfügen über innenliegende Bäder und Küchen, die an eine Schachtlüftung mit Dachventilator angeschlossen sind. Außenwände, Kellerdecke, Dach und Bodenplatte erhielten einen Wärmeschutz. Das Zweirohrhei- zungssystem wurde im Kellergeschoss isoliert, nicht aber die Verteilungsleitungen im Wohnbereich. Sämtliche Heizkörper wurden ausgetauscht. Abb 2 Gebäudekenndaten Mietwohnfläche: m 2 Wohneinheiten: 64 * A/V-Verhältnis:,36 Heizenergieverbrauch: kwh/m 2 a Heizenergieverbrauch geschätzt: 59 kwh/m 2 a Solaranlage: Kollektorfläche 75 m 2 Absorberfläche 67 m 2 k-werte: [W/m 2 K] Außenwände,4 Kellerdecke,49 Waagerechtes Dach,29 Bodenplatte 2, Fenster 1,3 *24 1-Raum-, 9 2-Raum-, 27 3-Raum- und 4 4-Raum-Wohnungen Einzeltemperaturregelung und Heizkostenverteilung Das System besteht aus verschiedenen Komponenten, mit denen die Raumtemperatur nach Bedarf geregelt und sämtliche Daten zur Auswertung gespeichert werden. Die Erfassung der Verbräuche erfolgt zentral, so dass keine Wohnung zu diesem Zweck betreten werden muss. Abb 3 Komponenten des Systems Verbraucherzentrale in der Wohnung Raummodul in jedem beheizbaren Raum Elektrothermischer Ventilantrieb Gebäudezentrale Einstellen von Raumtemperaturen, Nutzungszeiten, Kontrolle der individuellen Raumheiz-, Warm- und Kaltwasserverbräuche Raumelektronik mit Heizkörperfühler, Regelung der Raumtemperatur gemäß der vom Mieter eingestellten Werte Steuerung der Wärmeabgabe eines Heizkörpers Speicherung der Verbrauchsdaten aller Wohnungen, Analyse- und Servicefunktionen, Ermittlung der Adaptionswerte für die Heizkurvenanpassung Lüftungssystem und bedarfsgeführte Steuerung In das Automatisierungssystem für die Einzelraumtemperaturregelung und Heizkostenverteilung wird die bedarfsgeführte Lüftungssteuerung integriert (Abb 1). Somit ist der hygienisch notwendige Luftwechsel (,5 h -1 ) in Wohnungen mit Abluftanlage unabhängig vom Bewohner und von meteorologischen Schwankungen realisierbar. Die Integration in das Raumtemperatursystem ermöglicht einen Luftaustausch mit möglichst geringen Heizenergieverlusten und Stromverbräuchen für die Ventilatoren. Bedarfsgeführte Lüftungssteuerung Ziel der Lüftungssteuerung ist ein geringer Lüftungswärmeverlust. Die Steuerung wird mit den Angaben aus dem Heizungssystem koordiniert, wobei die Mess- und Stellinformationen aus der Einzelraumregelung genutzt werden. Das System schaltet automatisch in verschiedene Betriebszustände (Grundlüftung, Nachlüftung), um den Normluftwechsel für jede Wohnung zu erreichen. Die Kenntnis der aktuellen Luftwechsel resultiert aus den definierten Luftvolumenströmen der Abluftventile in Küchen und Bädern. Auf den Einsatz zusätzlicher Sensorik zur Feuchte- und CO 2 -Messung wird verzichtet, um den messtechnischen und Wartungsaufwand gering zu halten. Lüftungstechnische Ausstattung (Abb 1) Außenluftdurchlasselemente Die erforderlichen Luftvolumenströme werden mit zentralen Dachventilatoren angesaugt und durch Luftleitungssysteme befördert (Abb 5). Der notwendige Außenluftvolumenstrom in wärmetechnisch sanierten Wohnungen wird auf Grund der dichten Gebäudehülle nicht mehr erreicht und kann durch den Einsatz von Außenluftdurchlässen gewährleistet werden. Diese werden in den Blendrahmen der Fenster montiert, so dass ein kontrollierter Zustrom frischer Luft möglich ist. Eine obere Volumenstrombegrenzung verhindert bei hohen Windlasten oder thermischem Auftrieb Zugerscheinungen und einen Abb 4 Komponenten des Lüftungssteuerung Volumenstrombegrenzende Abluftventile Volumenstrombegrenzende Wanddurchlässe Ventilsteuerung Lüfterregelung Steuerungsrechner in Küche, Bad mit motorischem Antrieb im Fensterrahmen integriert Abluftventilsteuerung in Küche und Bad, der Mieter kann in einer wählbaren Zeit (15- Minuten) eine Bedarfslüftung auslösen Regelung des Dachventilators optimierte Regelung und Steuerung der Lüftungsund Raumheizanlagen, Nutzung von Simulationsmodellen erhöhten Heizenergiebedarf (Abb 6). Abluftventile In Küche und Bad sind volumenstrombegrenzende Abluftventile notwendig, um von der Stellung anderer Ventile im jeweiligen Luftschacht weitestgehend unabhängige wohnungsbezogene Abluftvolumenströme zu erhalten (Abb 7). Dachventilatoren Über Dachventilatoren wird die abgesaugte Luft nach außen befördert (Abb 5). Die elektrische Antriebsenergie kann über das Steuersystem den Erfordernissen optimal angepasst werden. Empfehlenswert sind Ventilatoren mit Gleichstrommotoren bzw. volumenstromgeregelten Wechselstrommotoren und spezifischen Leistungen zwischen,1 bis,2 W/m 3 h -1. Grund und Bedarfslüftung Das Lüftungssystem unterscheidet zwischen verschiedenen Betriebszuständen. Grundsätzlich wird über 24 h eine Grundlüftung mit einer Luftwechselrate von ungefähr,3 h -1 erzeugt. Der Nutzer hat die Möglichkeit, in Bad oder Küche eine Bedarfslüftung mit einer Luftwechselrate von,8 h 1 auszulösen. Die Steuerung führt diesen Befehl sofort aus und abhängig von der gewählten Zeit verbleibt das Abluftventil in Küche oder Bad in Bedarfsstellung. Anschließend wird wieder der Zustand der Grundlüftung hergestellt. 2 BINE projektinfo 9/

3 Nachlüftungsbedarf Um die erforderliche Luftwechselrate von,5 h -1 in der Wohnung zu erreichen, wird über einen definierten Zeithorizont eine Nachlüftungszeit für eine zusätzliche Bedarfslüftung aus den Grundlüftungs- und Bedarfslüftungszeiten errechnet. Falls durch die Bewohner ausreichend gelüftet wurde, entfällt die Nachlüftung. Die Nachlüftung wird bei Abwesenheit der Mieter aktiviert, um Zugerscheinungen und Heizenergieverluste zu reduzieren. Als Abwesenheit wird vom System interpretiert: keine Nutzungszeit bzw. Warmzeit für alle Räume oder längere Aus-Zeiten von Heizkörpern. Bei Anwesenheit der Mieter wird mit der Nachlüftung gewartet, bis ein Schwell-Wert überschritten ist. Während des Nachlüftungsvorgangs werden über das Steuersystem die Heizkörperventile geschlossen. Bei geöffneten Fenstern entfällt die Nachlüftung. Das System erkennt über den Raumtemperaturgradienten, ob ein Fenster geöffnet ist. In Abhängigkeit von der Außentemperatur z. B. bei sehr tiefen Außentemperaturen wird die Luftwechselrate angepaßt. Das System bietet eine frei wählbare Blockierzeit für die Bedarfslüftungszyklen. Gleichfalls kann ein Zeithorizont für mögliche Nachlüftungszeiten eingestellt werden. Abb 6 Volumenströme eines Außenluft durchlasselementes mit und ohne Begrenzung Volumenstrom (m 3 /h) ohne obere Volumenstrombegrenzung mit oberer Volumenstrombegrenzung Druckdifferenz (Pa) Abb 5 Dach des Gebäudes mit Ansicht auf die Dachventilatoren Abb 7 Volumenstrombegrenzendes Abluft ventil in Grund- und Bedrafsstellung Volumenstrom (m 3 /h) 1 8 Bedarfslüftung Grundlüftung Druckdifferenz (Pa) Messtechnische Untersuchungen Im Labor wurden an einem prototypischen Versuchsstand einer Lüftungsanlage die lüftungstechnischen Komponenten untersucht, die Regelparameter und elektrischen Leistungswerte ermittelt und die Steuerung in das Automatisierungssystem der Einzelraumtemperaturregelung integriert. Im Mehrfamilienhaus in Eberswalde soll der Nachweis für mögliche Energieeinsparpo- tentiale erbracht und die Nutzerakzeptanz untersucht werden. Folgende Messungen werden über einen Zeitraum von 12 Monaten durchgeführt: Heizwärmeverbräuche aller Wohnungen, differenziert nach der Lage Analyse der Energieeinsparpotentiale im Wohngebäude Analyse des Regelverhaltens der Heizungs- und Lüftungssteuerung Ermittlung der Luftvolumenströme pro Abluftschacht Energieverbrauch der Dachventilatoren Durchführung von Luftqualitätsmessungen zur Kontrolle, Mischgas- und Feuchtemessungen in 6 ausgewählten Wohnungen (Schlafräumen) im 5.OG (vier 3-RW, zwei 1-RW) Erste Messeregbnisse Am 1. Januar wurde mit den Mess-reihen begonnen. Demzufolge liegen noch keine Auswertungen über eine vollständige Heizperiode vor. Die klimabereinigten Heizwärmeverbräuche von Januar bis Juni zeigen eine deutliche Reduktion der Heizwärmeverbräuche von ca. 5% gegenüber 1999, wobei hier wärmetechnische Sanierung und Lüftungssteuerung zusammenspielen (Abb 8). Für die Mischgas- und Feuchtemessungen liegen einzelne Tagesgänge ohne und mit Steuerstrategie vor, die erste Tendenzen aufzeigen. Insbesondere bei der Mischgaskonzentration zeigt sich die Wirkungsweise der Steuerstrategie (Abb 9/1). Die Mischgaskonzentration wird mittels eines Raumluftqualitätsfühlers nach ISO 9 vorgenommen, der keine selektive CO 2 -Messung beinhaltet. Die kompletten Auswertungen und Analysen der Daten können erst nach Abschluss der Messreihen dargestellt werden. Abb 9 Tagesgang der Messwerte vom Mischgas WE 5 ohne Steuerstrategie rel. Feuchte WE 5 1 Mischgas WE 6 mit Steuerstrategie rel. Feuchte WE 6 8 [ rel. Feuchte und Mischgaskonzentration in % ] [ h.min ] Abb 8 Klimabereinigter Heizwärmeverbrauch MWh Januar Februar März April Mai Juni Abb 1 Tagesgang der Messwerte vom [ % ] 1 Mischgas Raum [%] WE 64 9 Feuchte Raum [& r.f.] WE 64 8 Mischgas Raum [%] WE 54 7 Feuchte Raum [& r.f.] WE ohne Steuerstrategie 26 9 mit Steuerstrategie [ h.min ] BINE projektinfo 9/ 3

4 Nutzungserfahrungen Um eine möglichst optimale Nutzung der Heizungs- und Lüftungssteuerung zu erreichen, wurden die Mieter durch schriftliche Unterlagen und eine persönliche Einführung mit dem System vertraut gemacht. Eine Bewohnerumfrage ist geplant und wird im Anschluss an die Messperiode mittels Fragebogen durchgeführt. Es soll nach Möglichkeit jeder Mieter ggf. in einem persönlichen Gespräch nach seinen Erfahrungen und seiner persönlichen Bewertung befragt werden. Planungserfahrungen PROJEKTORGANISATION Förderung der Vorhaben Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Villemombler Straße 76, Bonn Projektbegleitung im Auftrag des BMWi Projektträger Biologie, Energie, Umwelt (BEO) Forschungszentrum Jülich GmbH Horst Dummin Jülich Förderkennzeichen 32975D Für den Einsatz eignen sich Gebäude mit vorhandenen Luftschächten oder Kanälen und innenliegenden Küchen und/oder Bädern, bei denen eine Sanierung der Heizungs- und Lüftungsanlagen vorgesehen ist. Ebenso sind Neubauten geeignet, die den Niedrigenergiestandard erfüllen und luftdicht ausgeführt werden. Bei der Planung des Systems ist darauf zu achten, dass die Lüftungssteuerung in Verbindung mit geeigneter Lüftungstechnik zum Einsatz kommt. Dazu zählen volumenstromgeregelte Ventilatoren, möglichst mit Gleichstromtechnik und volumenstrombegrenzende Abluftventile. Bei der Auslegung dieser Komponenten sind die gültigen Normen zu beachten. In das Leistungsverzeichnis sind eine Dichtheitsmessung des ersten Luftschachtes, um Leckluftvolumenströme zu erkennen und eine Blower Door Messung zum Nachweis der Luftdichtheit der Fassade, Sanitärschächte und Eingangstüren aufzunehmen. Sind bei der ersten Messung Undichtigheiten festgestellt worden, wird empfohlen, nach Beseitigung der Mängel eine weitere Blower Door Messung durchzuführen. PROJEKTADRESSEN. Dr. Riedel Automatisierungstechnik Sabine Bentscheff Greifswalder Straße 4, 15 Berlin Unterauftragnehmer. Fraunhofer Institut für Verkehrs- Fazit Nennenswerte Energieeinsparpotentiale sind im mehrgeschossigen Wohnungsbau neben der Verbesserung des Wärmeschutzes nur möglich, wenn Lüftungswärmeverluste und Raumtemperaturen reduziert werden. Das vorgestellte System erfüllt diese Anforderungen, indem den Räumen Wärme nur während ihrer Nutzungszeit zugeführt wird und bei Abwesenheit oder geöffneten Fenstern die Wärmezufuhr bis zu einer Mindesttemperatur unterbrochen wird. Der Energieverbrauch des Lüftungssystems wird reduziert, indem wohnungsbezogene Luftwechselraten eingehalten werden und die jeweiligen Raumtemperaturen, die Raumnutzung, die Fensterstellungen, die Außentemperatur sowie die durch die Mieter ausgelösten Bedarfslüftungszeiten berücksichtigt werden. Unabhängig vom Mieterverhalten und seiner Anwesenheit wird ein energieeffizienter Betrieb der Anlage realisiert, der den hygienischen und bauphysikalischen Anforderungen entspricht. Erste Ergebnisse aus dem Demonstrationsvorhaben deuten daraufhin, dass die gewünschten Ziele erreicht werden können. Eine abschließende Bewertung des Systems ist erst nach Durchführung und Auswertung aller Messreihen möglich. und Infrastruktursysteme Außenstelle Prozesssteuerung Matthias Klingner, Gunter Lauckner Zeunerstraße 38, 169 Dresden. Institut für Erhaltung und Modernisierung von Bauwerken e. V. an der TU Berlin Ehrenfried Heinz Salzufer 14, 1587 Berlin. Wohnungsbau- und Hausverwaltungs-GmbH Dorfstraße 9, Eberswalde 4 BINE projektinfo 9/ ERGÄNZENDE INFORMATIONEN Literatur. Entwurf: Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung EnEV, Stand ). DIN Raumlufttechnik Teil 6; Lüftung von Wohnungen (Anforderungen, Ausführung, Abnahme); Oktober Ehrenfried Heinz; Kontrollierte Wohnungslüftung, Verlag für Bauwesen, Service. Ein ausführliches Literaturverzeichnis zum Thema sowie eine Adressenliste zu den Projekten ist im Internet unter abrufbar ( Service/InfoPlus ). Weitere Informationen stehen auch unter IMPRESSUM ISSN Herausgeber Fachinformationszentrum Karlsruhe, Gesellschaft für wissenschaftlich-technische Information mbh Eggenstein-Leopoldshafen Nachdruck Nachdruck des Textes nur zulässig bei vollständiger Quellenangabe und gegen Zusendung eines Belegexemplares; Nachdruck der Abbildungen nur mit Zustimmung der jeweils Berechtigten. Redaktion Mica Münter BINE INFORMATIONEN UND IDEEN ZU ENERGIE & UMWELT BINE ist ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderter Informationsdienst. BINE informiert über neue Energietechniken und deren Anwendung in Wohnungsbau, Industrie, Gewerbe und Kommunen. BINE bietet Ihnen folgende kostenfreie Informationsreihen Projekt-Infos Profi-Infos basisenergie Nehmen Sie mit uns Kontakt auf, wenn Sie vertiefende Informationen, spezielle Auskünfte, Adressen etc. benötigen, oder wenn Sie allgemeine Informationen über neue Energietechniken wünschen BINE Informationsdienst Fachinformationszentrum Karlsruhe Büro Bonn Mechenstr Bonn Fon: 228 / Fax: 228 / bine@fiz-karlsruhe.de Internet: eden design, bonn

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