Gebaeude Energie Berater Ausgabe: 05-2015

Der Algorithmus regelt’s

1 Die Gruner AG hat mit dem etaMAX ein energiesparendes Gerät für die bedarfsgerechte Regulierung von VAV-Antrieben und zur Ansteuerung von Ventilatoren entwickelt.

1  Die Gruner AG hat mit dem etaMAX ein energiesparendes Gerät für die bedarfsgerechte Regulierung von VAV-Antrieben und zur Ansteuerung von Ventilatoren entwickelt.

Gerät für die energieoptimierte Komfortlüftung  Der Strombedarf mechanischer Lüftungsanlagen schlägt sich spürbar in der Energiebilanz von Gebäuden nieder. Zudem sind die standardisierten Regelungsmethoden zu statisch, um effizient auf die sich ändernden Lasten dynamischer Systeme einzugehen. Die Gruner AG hat nun mit dem etaMAX ein Gerät für die bedarfsgerechte Regulierung von VAV-Antrieben und zur Ansteuerung von Ventilatoren entwickelt, das sich in die Gebäudeautomation integrieren lässt und gegenüber konventionellen Lösungen viel Energie einspart.  

Bis heute werden die Ventilatoren in konventionellen VAV-Lüftungsanlagen konstant so geregelt, dass auch die am ungünstigsten gelegene VAV-Box über genügend Vordruck verfügt. Weil die restlichen Boxen dabei zu viel Luft erhalten, muss dem überhöhten Volumenstrom durch reduzierte Öffnungswinkel der Klappen begegnet werden. Das erhöht den Druckabfall über der Klappe, erzeugt Lärm, verschlechtert das Regelverhalten und verbraucht unnötig viel Energie. Mit dem etaMAX der Gruner AG kann die Ventilatorenleistung einer Lüftungsanlage hingegen gezielt nach dem effektiven Bedarf geregelt werden. „Das Gerät dient dazu, die an einen oder mehrere Lüfter angeschlossenen Volumenstromregler so aufeinander abzustimmen, dass bedarfsgerecht die nötige und gewünschte Luftmenge bei minimalstem Energieaufwand zur Verfügung gestellt werden kann“, erläutert der Geschäftsführer Dr.-Ing. Wolfgang Spreitzer. Ziel ist es dabei, den Druckverlust über den VAV-Boxen so gering wie möglich zu halten und die Betriebskosten nachhaltig zu reduzieren, indem man die Ventilatorenleistungen absenkt.

Mehr als 20 % Energieeinsparung

Um diese flexible Regulierung zu ermöglichen, werden die aktuellen Klappenstellungen jeder VAV-Box erfasst und über den Modbus RTU an den etaMAX übermittelt. Sie bilden die Regelgröße für den Ventilator, der über den Frequenzumformer gesteuert wird. Die Bedarfssignalgeber des Raumtemperaturreglers werden dezentral direkt am VAV-Regler angeschlossen. Diese Klappenstellung der VAV-Boxen wird dann an die Ventilatorregelung weitergeleitet. Auf diese Weise werden Strömungsgeräusche, Betriebssicherheit, Regelverhalten und vor allem der Verbrauch optimiert. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, deren Ventilatoren über den Kanaldruck reguliert werden, lässt sich der Energieverbrauch mit etaMAX bei angemessen dimensionierter Lüftung um mehr als 20 % reduzieren.

Das Einsparungspotenzial hängt nach Angaben des Unternehmens im konkreten Einzelfall sehr stark von der vorhandenen beziehungsweise geplanten Lüftungsanlage und den zugrunde gelegten Lasten ab. Üblicherweise plant ein Architekt im Interesse des Gebäudeeigners grundsätzlich sehr konservativ, das heißt, er berücksichtigt eine Reserve für den Fall einer neuen oder geänderten Nutzung. Die Lüftungsanlage wird dadurch in der Regel „überdimensioniert“, um sie zukunftssicher zu machen und verschiedene Bedarfe und Lasten zu ermöglichen. Eine solche Anlage ist demgemäß nicht optimal ausgelegt, weshalb sich in solchen Fällen sogar bis zu 50 % an Energie einsparen lässt.

Luftmenge entscheidend für bedarfsgerechte Lüftung

Dass eine bedarfsgerechte Lüftung zwingend verschiedene Luftmengen und damit eine Regelung der Ventilatorendrehzahl erfordert, lässt sich ganz einfach am Beispiel eines Mietshauses mit zwölf Wohnungen und einer zentralen Zu-/Abluftanlage veranschaulichen. Angenommen, in drei Wohnungen wird gekocht, in zweien findet eine kleine Party statt, in zwei anderen leben Singles, in zwei weiteren ist nur ein Haustier anwesend und die restlichen Wohnungen sind unvermietet. Schon von den Grundvoraussetzungen her ergeben sich in den verschiedenen Wohnungen sehr unterschiedliche Ansprüche an die Belüftung. Gleichzeitig ändern sich die Verhältnisse unter Umständen täglich oder sogar stündlich.

Kanaldruckmessung nicht flexibel genug

In der Regel arbeiten Anlagen, deren Steuerung auf die Kanaldruckmessung aufbaut, sehr statisch und können auf die im Beispiel genannten, sich abwechselnden Lasten in den Wohnungen nicht angemessen reagieren. Sie senken daher den Energieverbrauch nur geringfügig. Besonders bei der bedarfsorientierten Lüftung – die an sich bereits Energie spart, da nur noch die notwendige Menge angefordert wird, und zwar ausschließlich dort, wo sie auch gebraucht wird – liegt ein hoch dynamisches System mit sich ständig ändernden Lasten vor. Ein solches System lässt sich über eine einfache Kanaldruckmessung nicht sinnvoll steuern.

Das etaMAX dagegen ermöglicht es, die Lüfterdrehzahlen über den integrierten Algorithmus so lange zu regeln, bis alle Wohnungen die benötigte Luftmenge erhalten und dabei gleichzeitig auch der Differenzdruck über der Klappe am kleinsten ist. Damit sind auch die Druckabfälle über der Klappe minimiert, die Luftmengen garantiert und die Lüfterleistung optimiert. „Die Energieeinsparung ist deshalb so hoch, weil sich die Drehzahl dabei kubisch zur Leistung verhält“, so Spreitzer. „Bereits die halbierte Drehzahl benötigt nur noch ein Achtel der Leistung.“ Darüber hinaus sinken durch den tieferen Vordruck die Strömungsgeräusche in den Boxen und im Kanalnetz, was für einen höheren Komfort sorgt.

Standardlösung für kleinere und mittlere Objekte

Natürlich funktionieren die zahlreich installierten Lüftungsanlagen auch ohne etaMAX sehr gut. Dies setzt jedoch voraus, dass ein Fachmann die Gebäudeleittechnik individuell anpasst. „Der mit ihrer Inbetriebnahme verbundene Aufwand ist sehr hoch und rechnet sich letztlich nur bei großen bis sehr großen Objekten, für kleinere und mittlere Objekte eignet sich dieser Ansatz nicht“, so Spreitzer. Im Gegensatz dazu bietet das etaMAX-System eine überschaubare standardisierte Lösung, die von jedem Lüftungsbauer mit Systemerfahrung eingesetzt und in Betrieb genommen werden kann. Sie ist sowohl für neue Anlagen, als auch für Nachrüstungen zur Anlagenoptimierung und bei der Sanierung bestehender Anlagen geeignet.

Bereits der Installationsaufwand für das System von Gruner ist gering, da alle Antriebe über ein Standardkabel für einen Modbus RTU-Anschluss verfügen. Für die Zu- und Abluftregelung ist nur noch ein Gerät notwendig, da beide Regler auf einen einzigen Drehzahl-Optimierer geschaltet werden, was zusätzlich Kosten spart. Insgesamt sind bis zu 240 VAV-Einzelregler auf ein Gerät aufschaltbar. Eine Inbetriebnahme von Druckregelungen ist somit nicht mehr notwendig.

Automatische Inbetriebnahme

Alle Zu- und Abluftregler können zudem am selben Modbus RTU-Strang angeschlossen werden, sodass sich der Verkabelungsaufwand wesentlich reduziert. Das etaMAX unterscheidet mithilfe der Funktionsadresse der verschiedenen Antriebe über die Zu- oder Abluftfunktion der VAV-Box. Dadurch vereinfacht sich die Inbetriebnahme des Systems deutlich und kann zudem automatisch ablaufen: „Die Optimierungsfunktion ist vorprogrammiert, lediglich die Einstellung der Ventilator-Parameter muss noch vorgenommen werden. Das ermöglicht eine große Zeitersparnis“, so Spreitzer. Die Regelfunktion ist zudem selbst-adaptiv. Über standardisierte Schnittstellen und Protokolle ist außerdem eine Integration in die übergeordnete Gebäudeleittechnik möglich, für den Betrieb notwendig ist diese aber nicht. Das etaMAX ist somit ein abgeschlossenes System zur Energieeinsparung.

www.gruner.de

  • 2  Für die Zu- und Abluftregelung braucht es dank etaMAX nur noch ein Gerät, da beide Regler auf einen einzigen Drehzahl-Optimierer geschaltet werden. Insgesamt sind bis zu 240 VAV-Einzelregler auf ein Gerät aufschaltbar.

  • 3  Das etaMAX-Gerät kommuniziert über Modbus RTU und kann auch in ein BMS (Building-Management-System) integriert werden.

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