Technische Gebäudeautomation (TGA) TGA:

Gesamtheit von Überwachungs-, Steuer- und Regelungseinrichtungen in Gebäuden, die das Ziel haben, Funktionsabläufe aufgrund der vom Betreiber vorgegebenen Einstellwerte selbstständig durchzuführen.

Raumlufttechnik Raumlufttechnik Heizungstechnik Heizungstechnik Wasseraufbereitung Wasseraufbereitung Abwassertechnik Abwassertechnik Beleuchtungstechnik Beleuchtungstechnik AufzugsAufzugs- und und Förderanlagen Förderanlagen MeldeMelde- und und Sicherheitstechnik Sicherheitstechnik Schwimmbadtechnik Schwimmbadtechnik Umweltschutz Umweltschutz ... ... 1.1 Sensorik in der TGA

TGA-System TGA-System Leitzentrale Leitzentrale

Unterstationen Unterstationen

Automatisierungsgeräte Automatisierungsgeräte Schnittstellen Schnittstellen

Feldgeräte Feldgeräte

Temperatur, Feuchte Helligkeit, Druck, Differenzdruck ...

Sensorik Sensorik 1

Bedeutung der Temperatur- und Feuchtesensoren

Sensorart

Bedeutungsgrad

Temperatursensor T / °C,K

absolut wichtig " zur Energieeinsparung " zum Wohlfühl-Management

Feuchtesensor rF,Td / Fabs %, °C , g/m3

wichtig ! im Feuchtraum – u. Hygienemanagement bedingt erforderlich " zur Komfort-Klimatisierung sehr wichtig " Schimmelpilz-Prävention

1.2. Bedeutung der Messgrössen „Temperatur und Feuchte“

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Temperaturbereiche und Temperatursensoren in der TGA

Standardmessbereich der TGA: mögliche Erweiterungen (kleine Stückzahlen): min: z.B. Kryogenik – Applikationen max: z.B. Abgasmanagement

- 30°C ...+150 °C ...- 80°C ...+600°C

Berührende „TGA-Temperatursensoren“ Temperaturmesswiderstände (MW)

Sensor-IC‘s

Mechanische Thermometer

• Pt-MW • Ni-MW • MW mit NTC (NTC) • Si-Halbleiter-MW

• Si-Sensorschaltkreise • Temperaturabhängige Stromquellen

• Bimetall-Thermometer • GasdruckFederthermometer

2.1. Messprinzipien und Temperatursensoren - 2.1.1 Allgemeine Übersicht

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Temperatur-Widerstandssensoren ...Kennlinien-Übersicht...

Ö Metall-Messwiderstände Platin-Sensoren Nickel-Sensoren Ö Halbleiter-Messwiderstände NTC (Heissleiter) Silizium-Sensoren

2.1. Messprinzipien und Temperatursensoren - 2.1.2 Temperaturmesswiderstände

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Temperaturmesswiderstände - Platinmesswiderstände Temperaturabhängigkeit der Pt-Widerstände

R(T)= R0 (1+AT + BT²+C (T-100°C)T³) A,B,C...... Fittingkonstanten nach EN 60751 R0 = Nennwiderstand bei 0°C A = 3.9083 10-3 °C-1 B = -5. 7750 10-7 °C-2 C = -4. 183 10-12 °C-11 C=0 für T≥0

Verschiedene Bauformen Kennlinie eines Pt-100 Messwiderstandes

Platindünnschichtsensor in SMDBauform

Bedrahteter Temperatursensor in Platin Dünnschichttechnik

Quelle: Fa. Heraeus

2.1. Messprinzipien und Temperatursensoren - 2.1.2 Temperaturmesswiderstände

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Temperatursensor – IC`s

Ausführung Standard Kalibrier-IC PTAT - Strom Sensor

Messbereiche

Messgenauigkeit

-40° ... +125°C -50° ... +150°C -50° ... +150°C

±0,5 ... 3K ±0,2 ... 1,0K ±0,5 ... 5,0K

2.1. Messprinzipien und Temperatursensoren - 2.1.3 Sensor- IC‘s

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Prinzipaufbau des TS-IC

– Die Verknüpfung eines PTAT-Moduls mit einem Controller und einem Speicherchip inclusive Kalibriertechnologie führt zum kalibrierbaren Temperatursensor-IC (TSIC): Kalibrierung

PTATModul

Controller

Speicher

SignalConditionierung

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PTAT-Schaltkreis

UT = T

k lnτ q

IT = T

k lnτ qR

Anmerkung: T1 … T4 = Transistoren q, k = Konstanten T = (abs.) Temperatur τ = Verhältnis der Emitterströme P – Proportional T – To A – Absolute T – Temperature

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Übersicht zu TGA-Temperaturfühlervarianten

2.2 Thermometerbauformen und Applikationen - 2.2.1 TGA-Grundtypen

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Temperaturfühler für Heizkostenzähler

2.2 Thermometerbauformen und Applikationen - 2.2.2 Rohrleitungsfühler (Einbau-Temperaturfühler)

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Aussentemperaturfühler

2.2 Thermometerbauformen und Applikationen - 2.2.4 Raum- und Aussentemperaturfühler

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Darstellung thermaler Einflüsse an Raum- bzw. Aussenfühlern

Darstellung der therma len Problema tik Z3

Wa nd Sensor Sonde T(t) Z5

Ra um Umgebung

Z4

Z1 Z1 - Störung / Fehler durch Wärmeleitung Z2 - Störung / Fehler durch Wandströmung Z3 - Störung / Fehler durch Strahlung

Z2

Z4 - Störung / Fehler durch Eigenerwärmung Z5 - Störung / Fehler durch Windbefall

2.2 Thermometerbauformen und Applikationen - 2.2.4 Raum- und Aussentemperaturfühler

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Fehlereinflüsse

FAKTOREN MIT FEHLEREINFLUSS

MESSUNSICHERHEIT .... PROZESSUNSICHERHEIT

2.3 Faktoren mit Messfehlereinfluss - 2.3.1 Messfehlerkette

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Fehlerbeispiele in der Gebäudemesstechnik

Fehler von Anlegetemperaturfühlern bei T=90°C

1.Sonder: 2. Normal: 3. Tkn:

Eigenerwärmungseinfluss bei Raumfühlermodulen ohne erzwungene Belüftung Messfehler bei Querverspannung von Mittelwertfühlern im Luftkanal Ni-1000-Einschraubfühler bei T=150°C (nur Sensortoleranz)

2.3 Faktoren mit Messfehlereinfluss - 2.3.2 Einzelfehler und Beispiele

1...2 K 5...8 K -10...-12 K 1...4 K

-3...-8 K 1,5 K

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VDI/VDE Richtlinie 3512, Blatt 1...4, Stand 2/2006

VDI/VDE Richtlinie 3512 Arbeitstitel „Temperaturmessung für die Gebäudeautomation“ Blatt 1: Grundlagen Blatt 2: Sensoren (auch Güteklassen) Blatt 3: Fühlerausführungen und Einbauhinweise Blatt 4: Prüfung von Fühlern Ziel: Energieeinsparung durch verbesserte Temperaturmessung Wie? ¾ Definition von allg. Güteklassen für Temperaturfühler ¾ Erarbeitung von Prüfvorschriften, die auch die „Einbauprobleme“ erfassen (Kopplungsfaktor B) ¾ Einarbeitung der Behaglichkeit bzw. Behaglichkeitstemperatur bisher VDI/VDE 3511, Blatt 1...5

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Definition des Kopplungsfehlers

B=

Tist − TSoll Fehler (= !) TSoll − TStör Ursache (z. B. bei Rohranlegefühler): =

Rechenbeispiel: Medientemperatur

T − TM TM − TU

TM = 80 °C

Umgebungstemperatur TU = 30 °C gemessene Temperatur T = 73 °C

B=

73 − 80 = 0,14 80 − 30

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Klima-Michel

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Behaglichkeit

Entsprechend der DIN EN ISO 7730 „Ermittlung des PMV und des PPD und Beschreibung der Bedingungen für thermische Behaglichkeit“ definiert man einen Behaglichkeitsbereich der operativen Temperatur wie folgt:

t 0 = 0,5(t a + t st ) t 0 = operativeTemperatur t a = örtlicheLufttemperatur t st = örtlicheStrahlungstemperatur bei v ≤ 0,2m / s und (t a − t st ) ≤ 4 K Der große Einfluß der Luftströmung wird durch folgenden Term widergegeben:

DR = (34 −t a ) ⋅ (v − 0,05) 0, 62 ⋅ (0,37 ⋅ v ⋅ TU + 3,14) TU = Turbulenzgrad v = Strömungsgeschwindigkeit der Luft DR = Beeinträchtigungsgrad durch Luftströmung (-Draft Risk-)

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Abhängigkeit der Behaglichkeitstemperatur von der Strömung

Behaglichkeitstemp. TBH

(°C)

26 25

20%

24 23

0%

TRaum = const.

22 21 Turbulenz

20

0

0,25

0,5

v (m/s)

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Neuheiten bei TGA-Temperaturfühlern

– energieautarke wireless Fühler (für Raumfühler) – Einbaufühler mit flexiblem Schutzrohr (Teleskopstab / herausziehbares Kabel) – Steckeranschluß (Einsparung von Montagezeit) – Einbau digitaler TSIC – Kombifühler (Bewegungsfühler, Temperaturfühler u.a.) – Behaglichkeitsfühler (Komfortklasse) – Unwetterfühler (Wind, Regen) ... (Fensterschließung) – ... 20