Von Lüftungsgeräten erwarten Anwender auf der Basis von Messdaten wie CO2 oder Feuchte einen bedarfsgerechten Betrieb und diesen außerdem angepasst an Rahmenbedingungen wie Raum- und Anwenderprofile. Dass bei der zunehmenden Komplexität herstellerseits vorinstallierte Regelungstechnik etliche Vorteile erschließt, soll hier aufgezeigt werden. Ein wesentlicher davon ist, dass die Komplexität in den industriellen Prozess vorverlegt und der Ablauf auf der Baustelle professionalisiert wird. Auch die zukünftige ErP-Richtlinie berücksichtigt diese Zusammenhänge.
Regelungstechnik früher und heute
Beim Vergleich der Lüftungsgeräte-Generationen der 1970er Jahre bis heute stellt man fest, dass sich in diesem Zeitraum sehr viel verändert hat. Im Rahmen dieser „RLT-Geräte-Evolution“ sind sowohl die Zahl der einzelnen Komponenten in den Lüftungsgeräten als auch die Anforderungen an die Regelungstechnik enorm gestiegen. Der größte Sprung bei der Komplexität ergab sich durch die Einführung von hocheffizienter Wärmerückgewinnung (WRG). Wird darüber hinaus auch Wärmepumpentechnik mit einem RLT-Gerät kombiniert, ist dies heute eine der komplexesten Regelungsformen.
Die durchschnittlichen Anforderungen an eine „Regelung“ (damals eigentlich eine „Steuerung“) vor rund 50 Jahren waren recht simpel, denn zu diesem Zeitpunkt gab es praktisch noch keine WRG. Die Geräte wurden üblicherweise mit einstufigen Ventilatoren betrieben – im besten Fall mit Dahlanderwicklung ausgestattet. Das RLT-Gerät wurde morgens an- und abends wieder ausgeschaltet.
Bild: Wolf
Regelungstechnik für den bedarfsorientierten Betrieb
Deutlich komplexer wurde es mit Einführung von drehzahlgeregelten Ventilatoren – entweder mit Frequenzumformern oder EC-Technik. Außerdem wurde es möglich, mit Hilfe der WRG (Plattenwärmeübertrager, Rotationswärmeübertrager und Kreislaufverbundsysteme) Wärme von der Abluft auf die Zuluft zu übertragen bzw. umgekehrt im Sommer. Für einen bedarfsorientierten Betrieb müssen Sensoren die relevanten Größen messen und die Regelungstechnik muss die einzelnen Komponenten der Geräte entsprechend regeln. Ein solches RLT-Gerät verfügt in der Regel über mehr als 20 Ein- und Ausgänge.
Heute geht im Bereich Airhandling ein wichtiger Trend in Richtung Wärmepumpe. Je nachdem, ob es sich um eine interne oder externe Wärmepumpe handelt, wird die Wärmeenergie entweder der Fortluft oder der Außenluft entzogen bzw. im Betriebsmodus „Kühlen“ an sie abgegeben. Ein RLT-Gerät mit Wärmepumpe erfüllt neben der Nutzung von regenerativer Energie parallel eine Vielzahl von Funktionen, die von „A“ wie Abtaumanagement bis „Z“ wie Zuluft-Feuchteregelung reichen. Alle Parameter müssen mit niedriger Latenz über intelligente Regelstrategien und bedarfsgerecht aufeinander abgestimmt sowie höchst energieeffizient geregelt werden.
Zahl der Ein- und Ausgänge nimmt zu
Der Input für die eigentliche Regelung kommt von einer Vielzahl von Sensoren: VOC- (Volatile Organic Compounds) und CO2-Sensoren, Differenzdruckschalter oder Sensoren, Temperatur- und Feuchtefühler. Dass für diese „Premiumklasse“ zur Regelung der Ventilatoren, Verdichter, Volumenstromregler, WRG-Systeme, Klappen, Heiz- und Kühlregister sowie Befeuchter sehr viel Know-how und Präzision erforderlich ist, liegt auf der Hand. Die Anzahl der Ein- und Ausgänge für ein solches RLT-Gerät hat sich dabei gegenüber einem Gerät ohne Wärmerückgewinnung mehr als verdreifacht.
Über smarte Algorithmen werden gewünschter Luftvolumenstrom, Temperatur, Feuchte, Nutzung freier Kühlung sowie WRG präzise geregelt. Gewissermaßen „dazwischen“ sind das Frostschutzmanagement der WRG und das Abtaumanagement der Wärmepumpe angesiedelt, denn diese greifen bei Minusgraden regelmäßig in den Standardbetrieb eines RLT-Gerätes ein. Beide Vorgänge lösen komplexe Szenarien aus:
Beispiel 1: Frostschutzmanagement eines Plattenwärmeübertragers
Bei Außentemperaturen etwas unterhalb des Gefrierpunkts kühlt sich wegen der hohen Rückwärmzahlen eines Gegenstrom-Wärmeübertragers die Fortluft in den Minusbereich hinein ab. Ohne Gegenmaßnahmen würde das Kondensat aus der Abluft anreifen /anfrieren und es besteht die Gefahr, dass das Plattenpaket luftseitig blockiert wird oder sogar Schaden nehmen kann.
Kann eine leichte Luftmengenimbalance zwischen Zu- und Abluft akzeptiert werden (es entsteht ein leichter Unterdruck im Raum), wird zuerst die Zuluftdrehzahl geringfügig reduziert. Bei aktiver Luftmengenimbalance kann so auch bei relativ niedrigen Außentemperaturen der gesamte Luftstrom dauerhaft über die WRG geleitet und auf diese Weise die Eiskristallbildung verhindert werden.
Reicht diese Maßnahme nicht mehr aus oder ist die Luftmengen- imbalance nicht zulässig, wird zum Abtauen des Plattenwärmeübertragers die Bypassklappe etwas geöffnet, um einen kleinen Teil des Außenluftstroms am Plattenpaket vorbeizuleiten. Um nur die minimal notwendige Menge an Außenluft an der WRG vorbeizuführen, wird die Temperatur der Fortluft stetig mit einem Temperaturfühler überwacht. Bei Unterschreiten eines Grenzwertes regelt die Bypassklappe die Fortlufttemperatur sehr präzise aus und gewährleistet, dass die WRG aktiv bleibt und dennoch sehr hohe Effizienzen erreicht werden. Diese Methode hat sich bewährt und ist in der Praxis dem Differenzdruck-basierten Reifschutz überlegen.
Neben den regelungstechnischen Abhängigkeiten ist außerdem die exakte Positionierung des Vereisungsfühlers eine wichtige Stellschraube: Wird er nur um wenige Zentimeter versetzt zur optimalen Position angebracht, startet der Abtauprozess entweder zu früh oder zu spät, was die Energieeffizienz reduziert und im letzteren Fall zusätzlich Leistungseinbußen oder sogar Schäden verursacht.
Beispiel 2: Abtaumanagement einer externen Wärmepumpe
Auch bei einer externen Wärmepumpe besteht besonders bei Temperaturen leicht über dem Gefrierpunkt Vereisungsgefahr, wenn die an den Lamellen des Wärmeübertragers kondensierte Feuchtigkeit durch den Wärmeentzug gefriert. Um zu verhindern, dass sich durch die Einschnürung des Luftstromes die Wärmeübertragung im Register vermindert und so Leistung sowie Effizienz der Wärmepumpe sinken, wird ein autonomer Abtauzyklus in Gang gesetzt. Dank einer bidirektionalen Kommunikation ist es beispielsweise zwischen einer Clima-Split-Wärmepumpe von Wolf und dem RLT-Geräteregler auf diese Weise möglich, ein hohes Niveau an Komfort zu halten.
Bevor die Wärmepumpe in die nächste Abtauphase geht, optimiert sich das RLT-Gerät vollautomatisch auf einen temporären Betriebszustand, in dem zwar die Luftmengen reduziert werden, aber in der Zuluft trotzdem behagliche Temperaturniveaus herrschen. Sobald die abgetaute Wärmepumpe ihre volle Heizleistung wieder zu Verfügung stellen kann, wird der ursprüngliche Betriebszustand wiederhergestellt.
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Schäden auf der Baustelle durch Dritte vermeiden
Neben den enorm gestiegenen Anforderungen an die RLT-Geräteregelung an sich gibt es einen weiteren triftigen Grund, der gegen die Installation von Regelungstechnik auf der Baustelle durch Dritte spricht. Nicht sachgemäß ausgeführte Bohrungen in das Gehäuse führen nicht selten zu Schäden durch Korrosion, wenn zum Beispiel Bohrspäne nicht entfernt werden. Dieser Lochfraß verursacht Undichtigkeiten im Gehäuse.
Undichtigkeiten können auch entstehen, wenn die Paneele durch zu lange Schrauben auseinander gedrückt werden. Beides führt letztendlich zu Hygiene- und Leistungseinbußen und verminderter Lebensdauer eines RLT-Gerätes.
Auch werden Verdrahtung und Fühlerpositionierung durch Dritte oft nicht professionell genug ausgeführt. Wenn der Hersteller z.B. nur teilweise die Verdrahtung oder Programmierung durchgeführt hat, gerät im Reklamationsfall die Suche nach dem Verursacher, der für die Behebung des Schadens aufkommen muss, schnell zur Detektiv-Arbeit.
Übergeordnetes Ziel sollte daher sein, auf der Baustelle für eine fehlerfreie, reibungslose und schnelle Inbetriebnahme mit klaren Schnittstellen zu sorgen und einen störungsfreien und effizienten Betrieb sicherzustellen. Die Inbetriebnahme gestaltet sich am einfachsten, wenn eine eindeutige und professionelle Verkabelung für die notwendige Übersicht sorgt (Plug & Play). Dies kommt auch dem Thema „Fachkräftemangel“ erheblich entgegen.
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Integration in die Gebäudeleittechnik
Zu guter Letzt optimiert die Integration der RLT-Geräteregelung in die Gebäudeleittechnik (GLT) den Betrieb nochmals. Die intelligente Regelung im RLT-Gerät sollte in der Lage sein, die einzelnen Betriebsparameter automatisch an die aktuellen Betriebsanforderungen der GLT anzupassen. Eine direkte Ansteuerung der Komponenten eines RLT-Gerätes durch die GLT ist durch die hohe Komplexität heute aber nicht mehr die Vorzugsoption.
Für eine nahtlose Kommunikation sind definierte Schnittstellen (BACnet, Modbus, KNX, etc.) die professionelle Lösung, um gewünschte Betriebszustände extern vorzugeben, ohne Geräte-interne Abläufe zu beeinflussen. Ein übersichtliches, intuitiv bedienbares Display vereinfacht darüber hinaus die Inbetriebnahme des RLT-Gerätes.
Zeitersparnis durch vorinstallierte individuelle Regelung
Auf der Baustelle und im laufenden Betrieb ergeben sich durch eine unter optimalen industriellen Bedingungen vorinstallierte Regelung sowohl Qualitätsvorteile als auch eine deutliche Zeitersparnis. Die Regelung kann individuell gemäß den jeweiligen Anforderungen programmiert/parametriert und darüber hinaus vorab im Werk getestet werden. Auch spezielle, projektspezifische Programmieranforderungen können berücksichtigt werden.
Die Zeitersparnis ergibt sich aus der einfachen Installation und der werksseitig programmierten Regelstrategie und Betriebsart, so dass auf der Baustelle keinerlei Programmieraufwand anfällt. Außerdem entfallen in der Planungsphase und während der Installation diverse Abstimmungszyklen mit Dritten. Der erhöhte Vorfertigungsgrad und die direkte Kommunikation mit nur einem verantwortlichen Ansprechpartner für RLT-Gerätetechnik verkürzen damit wesentlich den Prozess von der Planung bis zur Montage − auch wenn RLT-Geräte aufgrund ihrer Größe oder der Einbringmöglichkeiten in mehreren Teilen zum Einsatzort kommen. Dann kann die Verkabelung zusätzlich steckbar ausgeführt werden.
Ein weiteres Plus für die vorinstallierte Regelungstechnik betrifft die aktuellen deutschen Förderrichtlinien: Lüftungsanlagen mit einer Kälte- oder Wärmerückgewinnung können über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) mit 20 Prozent bezuschusst werden. Förderfähig sind Neuanschaffungen, Sanierungen oder Erweiterungen von Lüftungstechnik in Bestandsgebäuden. Das Programm läuft bis zum 31.12.2030.
Aktueller Stand der Überarbeitung der Ökodesign-Verordnung 1253 / 2014 (ErP-Richtlinie) für RLT-Geräte
In Kraft treten wird die neue ErP-Richtlinie (Neue Verordnung (EU) 1253/2014) voraussichtlich erst im Jahr 2025, doch bereits heute wird über ihre Inhalte diskutiert. Ihre Veröffentlichung im „official journal“ der EU ist für 2024 geplant. Damit haben die Hersteller genügend Zeit, sich mit der Anpassung ihres Portfolios an die neuen Bedingungen zu beschäftigen. Bereits jetzt ist absehbar, dass die Verordnung und Berechnungsverfahren komplexer sein werden als bisher.
Bitte beachten Sie: Diese Anforderungen werden derzeit diskutiert und haben keinen verbindlichen Charakter. Es ist jedoch davon auszugehen, dass das Thema Regelung von RLT-Anlagen zukünftig einen sehr hohen Stellenwert haben wird.
Bild: Wolf / Mehringer
