Von Vorteil ist, wenn Lüftungs-, Klima- und Regelungstechnik aus einer Hand zur Verfügung stehen. Eine aktuelle Entwicklung in diesem Bereich ermöglicht nun auch die flexible Einbindung externer Komponenten, wodurch überflüssige Schnittstellen vermieden, der Installationsaufwand vereinfacht und Klimakomfort sowie Systemeffizienz weiter erhöht werden.
Wärme- und Kühllasten effizient abführen
Das Raumklima spielt eine wesentliche Rolle bei der Realisierung adäquater Aufenthalts- und Arbeitsbedingungen. Zur Sicherstellung angenehmer Temperaturen und hoher Luftqualität kommen in modernen Gebäuden den jeweiligen Anforderungen entsprechend konzipierte lüftungs- und klimatechnische Systeme zum Einsatz. Diese sollen dabei nicht nur Behaglichkeit und Nutzerkomfort bieten, sondern mit Blick auf einen möglichst effektiven Betrieb auch bedarfsorientiert und energieeffizient arbeiten.
Demzufolge erfolgt vor allem im Objektbereich die Abfuhr der anfallenden Wärme- und Kühllasten immer häufiger über dezentrale, wasserführende Systemkomponenten, wodurch die Luftvolumenströme auf den hygienisch erforderlichen Wert reduziert werden können. Der Markt stellt heutzutage eine breite Vielfalt von lüftungs- und klimatechnischen Produkten zur Verfügung, aus der sich objektbezogene Systemlösungen für sämtliche Anforderungsprofile zusammenstellen lassen.
Zonenregelung für optimalen Systembetrieb
Besonders wichtig ist, dass die gewähltenKomponenten nicht nur einzeln, sondern vor allem in Kombination miteinander einen energetisch sinnvollen Systembetrieb bei hohem Nutzerkomfort gewährleisten. Einen zentralen Stellenwert erhält in diesem Zusammenhang ein intelligentes Regelungskonzept, das das wirksame Zusammenspiel von Bedarfslüftung und Temperierung in den einzelnen Nutzungszonen überwacht.
Dies erfolgt beispielsweise bei einem kombinierten Betrieb eines dezentralen Lüftungsgerätes mit einem Hochleistungs-Unterflurkonvektor. Hierbei ist das Lüftungsgerät für die primäre Deckung des Außenluftbedarfs sowie die Abfuhr der Grundheiz- und Grundkühllasten zuständig. Sobald die Temperierung mit Mindestaußenluftrate ihre Leistungsgrenze erreicht, findet eine gezielte Zuschaltung des Unterflurkonvektors statt. Die Folge sind nicht nur eine energiesparende Betriebsweise und ein hoher thermischer Komfort, sondern ebenfalls geringe Schallemissionen durch eine optimierte Drehzahlanpassung.
Dafür kann die Vernetzung der Lüftungs- und Klimatechnik in ein übergeordnetes Raumautomationssystem erfolgen. In dieses werden zur Steigerung der Energieeffizienz auch weitere, für das Raumklima relevante Komponenten – etwa Fensterkontakte oder Verschattungssysteme – eingebunden. Die Raumautomation erfasst dann in jeder Nutzungszone die erforderlichen Konditionen bezüglich Belegung, Temperatur, Fensterstellung etc. und stimmt daraufhin die Heizung bzw. Kühlung, Lüftung, Beleuchtung und den Sonnenschutz aufeinander ab. Generell lässt sich mit einem gut konzipierten Raumautomationssystem der Energiebedarf eines Büro- oder Schulgebäudes um bis zu 40 Prozent reduzieren, was gleichzeitig zur Senkung der Betriebskosten führt.
Herausforderungen für Raumautomation
Die Umsetzung übernimmt üblicherweise ein Spezialist für Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR), der auch für die gesamte Gebäudeautomation zuständig ist. Der Komplexitätsgrad des Regelungskonzeptes ist dabei von der Art und Vielfältigkeit der Komponenten abhängig, die miteinander vernetzt werden müssen. So erweist sich die optimale Einstellung von Betriebsparametern – beispielsweise für ein dezentrales Fassadenlüftungsgerät – für den MSR-Techniker aufgrund fehlender Fachkenntnisse im Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik oftmals als eine zusätzliche Herausforderung. Hier kann bereits eine kleine Messgrößenabweichung oder die Nichtberücksichtigung bestimmter Zusammenhänge die Energieeffizienz des Gesamtsystems direkt negativ beeinflussen.
Darüber hinaus erhöhen eine Vielzahl von Schnittstellen und unterschiedliche Kommunikationsprotokolle zwischen Anlagen- und übergeordneter Regelung das Risiko für Störungen beim gegenseitigen Datenaustausch und damit für ein optimales Zusammenspiel im Gesamtsystem. Gibt es eine Störmeldung aus einer Nutzungszone – etwa wenn Lüftungs- oder Klimatechnik die geforderte Leistung nicht erbringt – ist die genaue Fehleranalyse nicht selten erst durch Einbeziehung des Herstellers möglich, weil die Raumautomation die einzelnen Geräte nicht detailliert auslesen kann.
Klimatisierungstechnik und Zonenregelung aus einer Hand
Diesen Problemstellungen begegnen viele Hersteller von lüftungs- und klimatechnischen Komponenten inzwischen, indem sie für ihre Systemlösungen eigene Regelungskonzepte anbieten. Langjährige Branchenerfahrung sowie detaillierte Produktkenntnisse sorgen dafür, dass ihr System in der jeweiligen Nutzungszone hinsichtlich Außenluftrate sowie Heiz- und Kühlleistung energetisch sinnvoll arbeitet und sämtliche Überwachungsfunktionen exakt auf die Komponentenanforderungen abgestimmt sind. Integrierte Sensoren erfassendabei den Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft,die relative Feuchte oder auch die An- bzw. Abwesenheit von Personen in einem Raum und stellen einen bedarfsorientierten Systembetrieb sicher. Ein weiterer Vorteil bei herstellereigenen Regelungskonzepten liegt darin, dass die Unternehmen damit für die eigenen Geräte die Einhaltung der ausgewiesenen Leistungsdaten und Schallemissionswerte garantieren können.
Für eine möglichst hohe Flexibilität ist zu beachten, dass die Regelung nicht nur alle gerätespezifischen Anforderungen seitens des eigenen Produktspektrums ab-deckt, sondern auch genügend Raum für die Implementierung kundenspezifischer bzw. ergänzender Funktionen bietet. Je umfangreicher das Funktionsangebot sowie die Integrationsmöglichkeit von Sonderregelfunktionen sind, umso besser lässt sich das Regelungskonzept auf die individuellen Kundenanforderungsprofile abstimmen. Ein nachträgliches Umprogrammieren einer bestehenden Funktionszuordnung sowie eine Anbindung der Zonenregelung an die übergeordnete Gebäudeleittechnik sollten ebenfalls möglich sein.
Einbindung externer Einflussfaktoren
In derartigen Regelungskonzepten blieben allerdings bisher lüftungs- und klimatechnische Komponenten anderer Hersteller sowie externe Einflussfaktoren häufig unberücksichtigt. So lassen sich beispielsweise Sensoren und Aktoren, die eine manuell ausgelöste Fensterlüftung oder die Stellung eines Verschattungssystems registrieren, in die meisten Regelungen nur schwer oder gar nicht integrieren. Diese werden dann entweder von Vornherein weggelassen oder einzeln angesteuert, was ein optimales Zusammenspiel der Komponenten erschwert und beim Einsatz einer zentralen Gebäudeleittechnik zusätzliche Schnittstellen und einen erhöhten Installationsaufwand zur Folge hat.
Da die unmittelbare Berücksichtigung dieser Faktoren jedoch für einen energieeffizienten Betrieb der Lüftungs- und Klimatechnik unerlässlich ist, entwickelte der Lingener Hersteller emco Klima seine Multifunktionsregelung derart weiter, dass sie jetzt die zusätzliche Einbindung und Ansteuerung externer Komponenten ermöglicht. Neue, selbst entwickelte Aktoren und Sensoren werden hierfür per Plug and play automatisch erkannt und dann objektorientiert in die Programmierung eingebunden. Auf diese Weise können über die Integration von Fensterkontakten, Präsenzmeldern, Verschattungssystemen oder der Raumbeleuchtung wesentliche Einflussfaktoren auf das Raumklima – wie etwa die manuelle Fensterlüftung oder die Sonneneinstrahlung – je nach Bedarf bei der Zonenregelung berücksichtigt werden. Hierdurch lassen sich überflüssige Schnittstellen im Gesamtsystem vermeiden und Klimakomfort sowie Systemeffizienz weiter erhöhen.
Die Basis für dieses Regelungskonzept des Herstellers dezentraler Lüftungs- und Klimatechnik liegt darin, dass alle Bestandteile selbst entwickelt und gefertigt werden. Auf diese Weise entsteht eine flexible Zonenregelung aus einer Hand, die neben Produkten anderer Hersteller auch externe Einflussfaktoren nutzbringend einbinden kann. Dadurch sind alle Teilnehmer einer Zone – von den klima- und lüftungstechnischen Komponenten über die Sensoren und Aktoren bis zum Raumbediengerät – gut aufeinander abgestimmt und bewirken einen energetisch sinnvollen Systembetrieb bei hohem Nutzerkomfort. Bei direkter Sonneneinstrahlung wird beispielsweise zunächst die Verschattung herunter gefahren und erst danach die Kühlung bedarfsgerecht mit der optimalen Leistungskurve zugeschaltet.
Einfache Inbetriebnahme durch den Anlagenbauer
Die Multifunktionsregelung basiert auf einem herstellereigenen Bussystem, dem sogenannten emcoBus. Alle Teilnehmer einer Zone werden hier über eine durchgeschliffene vieradrige Ringleitung miteinander verbunden. Dies können Bodenkonvektoren, Fassadenlüftungsgeräte oder Kühldecken ebenso wie Sensoren für Präsenzmelder und Aktoren für das Auf- und Zufahren der Verschattung sein. Durch die Plug-and-play-Fähigkeit der Teilnehmer werden diese automatisch erkannt und mit einer eindeutigen Adresse versehen. Sie dient dem Empfang der über den Bus versendeten Telegramme, die vielfältige Informationen wie etwa Angaben zu Absender, Empfänger, Nachrichten oder Prüfstatus enthalten.
Das Herzstück der Multifunktionsregelung ist das Raumbediengerät, welches bis zu 30 Teilnehmer miteinander vernetzt und über eine Vielzahl von standardisierten Programmen regelt und steuert. Zudem kann der Nutzer hier Statusinformationen wie Temperatur, relative Feuchte, CO2-Gehalt der Luft oder auch die jeweiligen Lüfterstufen abrufen. Angesichts der einfachen Struktur kann die Multifunktionsregelung direkt vom Anlagenbauer mit wenig Aufwand installiert und in Betrieb genommen werden. Hierbei lässt sich der Großteil aller Funktionen über das intuitive Menü des Raumbediengeräts oder über frei erhältliche Windows-Software konfigurieren. Nach Anschluss eines Laptops per USB an das Raumbediengerät kann eine detaillierte Konfiguration des Zusammenspiels aller aufgeschalteten Komponenten erfolgen.
Für besonders komplexe Geräte- und Zonenkonstellationen bietet der Hersteller ergänzend die Unterstützung durch den eigenen Werkskundendienst an. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Anlagenparameter direkt vor Ort mit einbezogen werden müssen, um individuelle Kundenwünsche zu realisieren. Dabei kann es sich um eine Anpassung der Benutzeroberfläche der Raumbediengeräte mit spezieller Menüführung und Firmenlogo, die Programmierung von komplexen Betriebsparametern oder auch die Abstimmung verschiedenster Funktionen mit der Gebäudeleittechnik handeln.
Interoperabilität mit GLT und anderen Systemen
Um den zuverlässigen Datenaustausch zwischen verschiedenen Kommunikationsarten oder Systemen zu gewährleisten, bedient sich die Multifunktionsregelung des Einsatzes von Gateways. Mit diesen Schnittstellen lassen sich beispielsweise Komponenten anderer Hersteller in den in der Zone verwendeten emcoBus integrieren oder auch die Multifunktionsregelung in eine übergeordnete Gebäudeleittechnik (GLT) einbinden. Hierfür übersetzt das Gateway das herstellereigene Bussystem etwa in das offene Netzwerkprotokoll BACnet.
Auf diese Weise können zur Durchführung einer zentralen Geräteüberwachung detaillierte Statusinformationen sowie Warn- und Signalmeldungen aller emcoBus Teilnehmer aus der jeweiligen Nutzungszone an die Gebäudeleittechnik übermittelt werden. Gleichzeitig ermöglichen die Gateways das Senden von Befehlen an die Zonenteilnehmer, das Auslesen und Beschreiben einzelner Parameter und damit auch die nachträgliche Anpassung der Programmierung per Fernzugriff – etwa wenn sich die Belegung oder Nutzung der Zone ändern. Fernwartungsfunktio-nen sowie zentrale Firm- und Software-updates sind ebenfalls problemlos realisierbar. Die Anbindung an die Gebäudeautomation setzt dabei stets die projektspezifische Konfiguration der Gateways samt Inbetriebnahme der Zonenregelung durch emco Klima voraus.
Dipl.-Ing. Frank Bolkenius,
Geschäftsführer der emco Bau und Klimatechnik GmbH & Co. KG, Lingen (Ems)
