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Zukunftsorientierte Regeltechnik für energieeffiziente Bedarfslüftung
Dipl. Ing. Stefan Lange Leiter Regeltechnik / Akustik
Fachverband Gebäude-Klima e. V.
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Energieeinsparung / Bedarfslüftung
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Grundlegende Ziele einer lüftungstechnischen Einrichtung 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?
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Bedarfsgerechte Lüftung
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Gesamtlüftungsrate nach DIN EN 15251 (…zur Auslegung und Bewertung von Energieeffizienz in Gebäuden)
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Was ist Bedarfslüftung? Wie wird diese technisch realisiert? Ein Anpassungskriterium ist die Belegungsrate von Räumen
■
Höchstwert = volle nominelle Raumbelegung (Emissionen von Gebäude und Belegung)
VA ■ Mindestwert = Nichtbelegung des Raums (Gebäudeemissionen)
VA,Geb 6
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Eine Regelkette der Bedarfslüftung
Bedarfsabhängige Luftvolumenstromregelung: ■ Nach DIN EN 13779 können RLT-Anlagen bedarfsabhängig gesteuert / geregelt werden ■ Nach DIN EN 15251 wird der notwendigen Außenluftvolumenstrom als personen- und gebäudeabhängige Komponente („Schadstoffarmut“) definiert ■ Für DIN V 18599 werden die gebäudeabhängigen Mindestaußenluftvolumenströme VA,Geb nach DIN EN 15251 für Kategorie II / (nicht) schadstoffarmes Gebäude definiert
DIN EN 15251: schadstoffarm
=
neue und weitgehend sanierte Gebäude mit marktüblichen Baumaterialien
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Was ist Bedarfslüftung? Wie wird diese technisch realisiert? DIN V 18599 Teil 7 Kapitel 5.8: Bedarfsabhängige Luftvolumenstromregelung: ■ Mindestaußenluftvolumenstrom VA,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 VA auf den Mindestaußenluftvolumenstrom VA,Geb verringert werden kann ■ zur bedarfsabhängigen Steuerung der RLT-Anlage müssen Sensoren eingesetzt werden (Präsenzmelder, Personenzähler, CO2-Sensoren, Mischgasfühler) Verweis in DIN V 18599 auf Definitionen in DIN EN 13779 IDA C1 IDA C2 IDA C3
= Anlage läuft konstant = manuelle Steuerung = zeitabhängige Steuerung
IDA C4 IDA C5 IDA C6
= Präsenzmelder = Personenzähler = Gassensoren
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Je mehr Informationen ich sammele, desto besser kann ich den Bedarf abschätzen und sparen! Raumtemperatur Luftqualität Feuchte
Personenzahl / Präsenz
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Sensoren sind wichtig – aber der Einbauort genauso!
… nicht nur Architekten haben Wünsche … 10
KLIMA-FORUM Gleichung zur Berechnung der Bedarfslüftung nach DIN V 18599 Teil 7:
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Auszug aus Tabelle 5 der DIN EN 18599, Teil 7
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Berechnungen zur Bedarfslüftung
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Sonderformen der Lufttechnik hinsichtlich Energieverbrauch Laboratorien: Luftwechsel ca. 8-fach (25m³/m²*h) nach DIN 1946, Teil 7
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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.
P SFP q P = Energieeinsatz[W] . q = V = transportierter Volumenstrom [m³/s]
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KLIMA-FORUM Spezielle Anforderungen wie ein verbesserter SFP erfordern spezielle Entwicklungen: Eine TROX Lösung => der VAV Regler Typ LVC Luftgeschwindigkeit: 0,6 – 6 m/s
Wichtig:
Der SFP Faktor spiegelt nicht den Gesamtenergieverbrauch wieder! 16
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Bedarfsgerechtes Kühlen zentral im Raum
Bei dezentraler Kühlung steigt der notwendige Vordruck und damit der SFP der Anlage, jedoch sinkt der Gesamtenergieverbrauch!
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Vergleich Kühlung mit Luft oder Wasser
Verhältnis Wasser/Luft
Verhältnis Luft/Wasser
Luft
Wasser
Dichte Wärmekapazität Geschwindigkeit Temperaturdifferenz Druckdifferenz Kühlleistung
kg/m³ 1,2 J/kgK 1000 m/s 6,0 8,0 K kPa 0,8 W 1000
1000 4180 1,0 3,0 50,0 1000
833 4,18
0,0012 0,24
0,17 0,38
6,00 2,7
63
0,02
1
1
Luftvolumenstrom Transportenergie ( h =0,8) Strömungsquerschnitt Durchmesser
m³/h W cm² mm
0,287 5,0 0,8 10
0,0008
1306 21 218 15
375 104 174 149
0,048 0,0046 0,07
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Vernetzung aller Komponenten in einem zentralen System
Sekundärgeräte
X-CUBE
Zentralgeräte Sekundäre Komponenten
Zentral-CPU
Automations-Controller
TROX-Zonenregelung
GLT GLT
Volumenstromregler
Visualisierung/Parametrierung
Visualisierung
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Berücksichtigung von Wetterdaten
Ausnutzung der Daten z.B. für: Freie Kühlung Auskühlschutz Zeitmanagement Heizen/Kühlen
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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.
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Regelkreis 1: VAV-Regler
Regelkreis 2: Ventilatordruckregelung P
Kanaldruck geregelt In der Praxis werden heute meist Frequenzumformer gesteuerte Ventilatoren, Kanaldruck geregelt, verwendet.
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Kanaldruck geregelt
a) ∆p [Pa] ma
x
a) Volumenreduktion 30% [U/ m
367
c) Druckregler hält Kanaldruck konstant auf 367 Pa !
b)
in ]
c)
Anlagenkennlinie 1
d)
Druck reguliert
180 mi n
b) Druck folgt Ventilatorkennlinie
Volumenreduktion
8'400
12'000
Volumen [m3/h / l/s]
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Kanaldruck geregelt Volumenreduktion
∆p [Pa]
Anlagenkennlinie
in ]
ma
x
Klappenbild
[U/ m
367
1
d)
Druck reguliert
mi n
180
8'400
12'000
Volumen [m3/h / l/s]
Die VAV-Boxen vernichten den zu hohen Vordruck!
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Proportionalitätsgesetze Grundlage für den Volumenstromtransport
Volumen Reduktion x
[Pa] ma
Anlagenkennlinie
in ]
Druck Reduktion [U/ m
P1
mi n
P2
V2
V1
flow [m3/h]
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geschlossener Regelkreis FU-Ansteuerung über die Volumereduktion
∆p [Pa]
Anlagenkennlinie
Druck reduktion
1
in ]
Klappenbild
ma
x
Winkelstellung -
1
Druck reguliert
2
Optimiser WinkelBetrieb
[U/ m
367 180 mi n
2
8'400
12'000
Volumen [m3/h / l/s]
Optimaler Bereich -> kleiner Druckabfall: reduzierter Energieaufwand, tieferer Geräuschpegel verbesserter Regelbereich. 26
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Klappenstellung zur Optimierung der zentralen Anlagen – Mögliche Reduzierung der Datenpunkte z.B. bei TROX EASYLAB kein Problem!!
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Volumenstromreduktion, Leistungsaufnahme Volumenreduktion ma
] [U/ mi n
367 180
2
Energieeinsparung
m [U/
1.03
Volumenstrom [m3/h / l/s] n
1
Druckgeregelt
2
Optimiser WinkelBetrieb
2
in ] ma x
Die Leistungsaufnahme ändert in der 3. Potenz zum Volumenstromverhältnis.
Anlagenkennlinie
1
mi
Proportionalitätsgesetz 3:
Druckreduktion
mi n
Wie verhält sich die Leistungsaufnahme des Ventilators bei einer Volumenstromreduktion?
x
∆p [Pa]
3
1
P [kW]
8'400
12'000
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…
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
40° 35° 55° 20° 65° 60° 80° 45° 29
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Moderne Kommunikation gehört dazu!
Management layer
Automation layer
Field layer Motoren Sensoren Lokale Alarme
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