KLIMA-FORUM. Zukunftsorientierte Regeltechnik für energieeffiziente Bedarfslüftung. Dipl. Ing. Stefan Lange Leiter Regeltechnik / Akustik

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1 Zukunftsorientierte Regeltechnik für energieeffiziente Bedarfslüftung Dipl. Ing. Stefan Lange Leiter Regeltechnik / Akustik Fachverband Gebäude-Klima e. V.

2 Energieeinsparung / Bedarfslüftung 2

3 Grundlegende Ziele einer lüftungstechnischen Einrichtung KLIMA-FORUM Gesundheit (Atmung sauberer Luft => Luftqualität) Komfort (thermische Behaglichkeit) Bautenschutz (Abführung von Feuchte) Frage: Wie weit kann ich die Energiekosten senken, ohne diese Aufgaben zu gefährden? 3

4 Bedarfsgerechte Lüftung 4

5 Gesamtlüftungsrate nach DIN EN ( zur Auslegung und Bewertung von Energieeffizienz in Gebäuden) KLIMA-FORUM 5

6 Was ist Bedarfslüftung? Wie wird diese technisch realisiert? Ein Anpassungskriterium ist die Belegungsrate von Räumen Höchstwert = volle nominelle Raumbelegung (Emissionen von Gebäude und Belegung) V A Mindestwert = Nichtbelegung des Raums (Gebäudeemissionen) V A,Geb 6

7 Eine Regelkette der Bedarfslüftung Bedarfsabhängige Luftvolumenstromregelung: Nach DIN EN können RLT-Anlagen bedarfsabhängig gesteuert / geregelt werden Nach DIN EN wird der notwendigen Außenluftvolumenstrom als personen- und gebäudeabhängige Komponente ( Schadstoffarmut ) definiert Für DIN V werden die gebäudeabhängigen Mindestaußenluftvolumenströme V A,Geb nach DIN EN für Kategorie II / (nicht) schadstoffarmes Gebäude definiert DIN EN 15251: schadstoffarm = neue und weitgehend sanierte Gebäude mit marktüblichen Baumaterialien 7

8 Was ist Bedarfslüftung? Wie wird diese technisch realisiert? DIN V Teil 7 Kapitel 5.8: Bedarfsabhängige Luftvolumenstromregelung: Mindestaußenluftvolumenstrom V A,Geb ist unabhängig von der Steuerung und Regelung während der Nutzungszeit sicherzustellen Einsparungen ergeben sich, wenn aufgrund einer guten Raumluftqualität (z. B. bei Nichtbesetzung des Büros) der maximale Außenluftvolumenstrom V A auf den Mindestaußenluftvolumenstrom V A,Geb verringert werden kann zur bedarfsabhängigen Steuerung der RLT-Anlage müssen Sensoren eingesetzt werden (Präsenzmelder, Personenzähler, CO 2 -Sensoren, Mischgasfühler) Verweis in DIN V auf Definitionen in DIN EN IDA C1 = Anlage läuft konstant IDA C4 = Präsenzmelder IDA C2 = manuelle Steuerung IDA C5 = Personenzähler IDA C3 = zeitabhängige Steuerung IDA C6 = Gassensoren 8

9 Je mehr Informationen ich sammele, desto besser kann ich den Bedarf abschätzen und sparen! Raumtemperatur Luftqualität Feuchte Personenzahl / Präsenz 9

10 Sensoren sind wichtig aber der Einbauort genauso! nicht nur Architekten haben Wünsche 10

11 Gleichung zur Berechnung der Bedarfslüftung nach DIN V Teil 7: KLIMA-FORUM 11

12 Auszug aus Tabelle 5 der DIN EN 18599, Teil 7 12

13 Berechnungen zur Bedarfslüftung 13

14 Sonderformen der Lufttechnik hinsichtlich Energieverbrauch Laboratorien: Luftwechsel ca. 8-fach (25m³/m²*h) nach DIN 1946, Teil 7 14

15 Specific Fan Power => SFP Sie definiert in der Klimatechnik das Verhältnis von verbrauchter elektrischer Ventilatorleistung zum geförderten Luftvolumenstrom und wird specific fan power genannt. Die spezifische Ventilatorleistung dient zur Kennzeichnung des elektrischen Energieverbrauchs und kennzeichnet den Leistungsgrad einer Ventilatoranlage, inkl. Riementrieb, Getriebe und Frequenzumrichter. SFP P q P = Energieeinsatz[W]. q = V = transportierter Volumenstrom [m³/s] 15

16 Spezielle Anforderungen wie ein verbesserter SFP erfordern spezielle Entwicklungen: Eine TROX Lösung => der VAV Regler Typ LVC Luftgeschwindigkeit: 0,6 6 m/s KLIMA-FORUM Wichtig: Der SFP Faktor spiegelt nicht den Gesamtenergieverbrauch wieder! 16

17 Bedarfsgerechtes Kühlen zentral im Raum KLIMA-FORUM Bei dezentraler Kühlung steigt der notwendige Vordruck und damit der SFP der Anlage, jedoch sinkt der Gesamtenergieverbrauch! 17

18 Vergleich Kühlung mit Luft oder Wasser Verhältnis Verhältnis Luft Wasser Wasser/Luft Luft/Wasser Dichte kg/m³ 1, ,0012 Wärmekapazität J/kgK ,18 0,24 Geschwindigkeit m/s 6,0 1,0 0,17 6,00 Temperaturdifferenz K 8,0 3,0 0,38 2,7 Druckdifferenz kpa 0,8 50,0 63 0,02 Kühlleistung W Luftvolumenstrom m³/h 375 0,287 0, Transportenergie ( h =0,8) W 104 5,0 0, Strömungsquerschnitt cm² 174 0,8 0, Durchmesser mm ,

19 Vernetzung aller Komponenten in einem zentralen System Sekundärgeräte Sekundäre Komponenten X-CUBE Zentralgeräte Zentral-CPU Automations-Controller GLT TROX-Zonenregelung Volumenstromregler Visualisierung/Parametrierung Visualisierung 19

20 Ausnutzung der Daten z.b. für: Freie Kühlung Auskühlschutz Zeitmanagement Heizen/Kühlen Berücksichtigung von Wetterdaten 20

21 Tag- Nachtbetriebe müssen nicht nur dezentral möglich sein! Ventilatorkennlinien lassen keinen Betrieb unterhalb spezifischer Volumenströme zu. Daher muss bei der Planung eine ganzheitliche Betrachtung im Focus stehen. 21

22 Regelkreis 2: Ventilatordruckregelung Regelkreis 1: VAV-Regler P Kanaldruck geregelt In der Praxis werden heute meist Frequenzumformer gesteuerte Ventilatoren, Kanaldruck geregelt, verwendet. 22

23 Kanaldruck geregelt a) Volumenreduktion 30% b) Druck folgt Ventilatorkennlinie p [Pa] min [U/min] max c) Volumenreduktion Anlagenkennlinie d) 180 a) b) Druck reguliert c) Druckregler hält Kanaldruck konstant auf 367 Pa! 8'400 12'000 Volumen [m 3 /h / l/s] 23

24 Kanaldruck geregelt - Klappenbild p [Pa] min [U/min] max Volumenreduktion Anlagenkennlinie d) 180 Druck reguliert 8'400 12'000 Volumen [m 3 /h / l/s] Die VAV-Boxen vernichten den zu hohen Vordruck! 24

25 Proportionalitätsgesetze Grundlage für den Volumenstromtransport [Pa] Druck Reduktion P1 P2 min [U/min] max Volumen Reduktion Anlagenkennlinie V2 V1 flow [m 3 /h] 25

26 FU-Ansteuerung über die Winkelstellung - Klappenbild p [Pa] Druck reduktion geschlossener Regelkreis min [U/min] max 1 2 Volumereduktion Anlagenkennlinie 1 2 Druck reguliert Optimiser Winkel- Betrieb 8'400 12'000 Volumen [m 3 /h / l/s] Optimaler Bereich -> kleiner Druckabfall: reduzierter Energieaufwand, tieferer Geräuschpegel verbesserter Regelbereich. 26

27 Klappenstellung zur Optimierung der zentralen Anlagen Mögliche Reduzierung der Datenpunkte z.b. bei TROX EASYLAB kein Problem!! 27

28 Volumenstromreduktion, Leistungsaufnahme p [Pa] Volumenreduktion Wie verhält sich die Leistungsaufnahme des Ventilators bei einer Volumenstromreduktion? Druckreduktion min [U/min] max 1 2 Anlagenkennlinie Proportionalitätsgesetz 3: Die Leistungsaufnahme ändert in der 3. Potenz zum Volumenstromverhältnis min [U/min] max 2 1 Volumenstrom [m 3 /h / l/s] 1 2 Energieeinsparung Druckgeregelt Optimiser Winkel- Betrieb P [kw] 8'400 12'000 28

29 Vorteile Regelung nach Klappenwinkel: Energiekosteneinsparung für den Betrieb des Hauptventilators in Höhe bis zu 50% (gegenüber der Konstantdruckregelung) Steigerung des Komforts (geringere Strömungsgeräusche in der Volumenstrombox) Verbesserung des Regelverhaltens / stabiler Regelkreis. FU

30 Moderne Kommunikation gehört dazu! Management layer Automation layer Motoren Field layer Sensoren Lokale Alarme 30