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- Durch das Ermitteln des kostenoptimalen Betriebspunkts (Raumsollwerte für Temperatur und Luftfeuchte) innerhalb des Behaglichkeitsfelds können die Luftbehandlungsstufen von RLT-Anlagen mit minimalen Betriebskosten eingesetzt werden.
- Ein entsprechendes Funktionsprinzip wurde innerhalb eines Forschungsprojekts entwickelt und von der Gesellschaft für Regelungstechnik und Energieeinsparung GFR mit dem Digicontrol-Economizer-Modul umgesetzt.
- Das Verfahren kann gegenüber konventionellen Regelmethoden bis zu 70 % Energie sparen.
Das Betreiben raumlufttechnischer Anlagen (RLT-Anlagen) in Gebäuden ist mit hohen Betriebs- und Energiekosten verbunden. Handelt es sich um Klimaanlagen mit den Prozessen Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten, sind die Kosten besonders hoch und es zahlt sich in der Regel aus, die Regelstrategien der Anlage infrage zu stellen.
Um attraktive Einsparungen zu erzielen, reicht es jedoch nicht aus, konventionelle Regelstrategien zu optimieren. Das Erschließen größerer Einsparpotenziale erfordert neue Ansätze oder Verfahren. Der Digicontrol Economizer nutzt dafür neue Strategien zur Regelung von RLT-Anlagen, die auf wissenschaftlich erarbeiteten Optimierungsalgorithmen basieren: Durch das kontinuierliche Ermitteln des kostenoptimalen Betriebspunkts von RLT-Anlagen werden die Luftbehandlungsstufen unter Ausnutzung des Behaglichkeitsfelds so eingesetzt, dass der Energieaufwand minimal ist Abb. 1.
Das Funktionsprinzip wurde innerhalb eines Forschungsprojekts der Hochschule Merseburg (Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Sokollik) gemeinsam mit der Gesellschaft für Regelungstechnik und Energieeinsparung GFR entwickelt und durch GFR mit dem Digicontrol-Economizer-Modul umgesetzt. Das Verfahren und die Vorrichtung ems4.Econo wurden durch GFR zum Patent angemeldet.
Energieeinsparpotenzial
Die erzielten Energieeinsparungen sind nach Unternehmensangaben außerordentlich hoch. Bei Außentemperaturen von etwa 15 bis 20 °C verspricht der Einsatz des Economizer-Moduls Energieeinsparungen von bis zu 100 % für die Luftnachbereitung Abb. 2. Über ein Jahr gerechnet sind Einsparungen von 15 bis 70 % unter realen Bedingungen realistisch. Die Quelldaten entstammen Messungen der FH-Merseburg für einen RLT-Anlagenaufbau mit Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten sowie drehzahlgeregelten Ventilatoren.
Konventionelle Regelung
Konventionelle Regelsysteme messen die Lufttemperatur und Feuchte und steuern die Energierückgewinnung auf Basis der errechneten Enthalpie. Dieses einfache Prinzip nutzt jedoch das Behaglichkeitsfeld nicht (oder nur teilweise) aus: eine Gewichtung der Luftaufbereitung nach Methode, Energiemedien und energetischer oder kostenseitiger Effizienz und die daraus resultierende optimierte Regelstrategie der Prozesse Energierückgewinnung, Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten bleibt dabei unberücksichtigt Abb. 1.
Energieoptimale Regelung
Thermische Behaglichkeit liegt nicht ausschließlich bei einem bestimmten Raumtemperatur- und Raumfeuchtesollwert vor, sondern besteht innerhalb eines bestimmten Bereichs, der sich im h,x-Diagramm als Behaglichkeitsfeld darstellen lässt. Typisch für Büros, Konferenz- und Hörsäle, Klassenzimmer, Hotelzimmer, Wohnbereiche und dergleichen ist ein Temperaturbereich von 20 bis 24 °C (max. 26 °C) und eine relative Luftfeuchte von 35 bis 65 %, abhängig von der Außentemperatur.
Je besser das Behaglichkeitsfeld ausgenutzt wird, desto energieeffizienter ist der Betrieb der RLT-Anlage. Der Digicontrol Economizer errechnet den kostenoptimalen Betriebspunkt innerhalb des Behaglichkeitsfelds Abb. 1, der wiederum den energetisch günstigsten Betrieb bedeutet. Unterstützt werden dabei durch den Benutzer frei definierte Behaglichkeitsfelder sowie die Vorgaben nach DIN EN 15 251 Kategorien I bis III und nach DIN 1946 (ersetzt durch DIN EN 13 779:2005 / 2007).
Gewichtung der Luftnachbereitung
Zu den Innovationen des Verfahrens gehört die Gewichtung der Luftnachbereitung nach Methode, Energiemedien und energetischer Effizienz sowie die daraus folgende Ableitung der Sequenz. Der Economizer berechnet und regelt auch die Vorkonditionierung durch die Energierückgewinnung so aus, dass anschließend die Luftnachbereitung energie- beziehungsweise kostenoptimal arbeitet.
Die Eingangsgrößen des Algorithmus sind die Außentemperatur und Außenluftfeuchte sowie die Wärme- und Feuchtelast. Die Kostenfaktoren der Zielfunktion sind die spezifischen Betriebskosten des Lufterhitzers, des Luftkühlers und des Luftbefeuchters in Euro/kWh. Die Ausgangsgrößen sind die Sollwerte für Raumtemperatur und -feuchte sowie die Lufttemperatur nach der Energierückgewinnung (ERG) und den Mischluftklappen (MLK) sowie die Regelung der ERG und der MLK.
Die Umsetzung
Der Einsatz des Verfahrens und die Integration in ein neues oder ein bestehendes Digicontrol-Automationssystem sind laut Anbieter sehr einfach, da alle Funktionen und Regelalgorithmen in dem Modul ems4.Econo hinterlegt sind: Das Modul wird auf die Hutschiene geschnappt und über Busverbinder an das Digicontrol-Automationssystem gesteckt Abb. 3. Das Aktivieren und Parametrieren der Funktionen erfolgt dann in der Konfigurationssoftware webCADpro.DR
Kontakt zum Anbieter
GFR
33415 Verl / 07745 Jena
Telefon Verl (0 52 46) 96 20
Telefon Jena (0 36 41) 4 69 70
info.verl@gfr.de / info.jena@gfr.de
Abb. 2 Außentemperaturabhängiger Energieverbrauch
einer Test-RLT-Anlage mit Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten sowie drehzahlgeregelten Ventilatoren.
Abb. 3 Funktionsprinzip der optimierten Regelung (beispielhafter RLT-Anlagenaufbau).
