Intelligente Zonenregelung: Überall ein behagliches Raumklima

Luftfeuchtigkeit, Lüften, Heizen, Sonneneinstrahlung, Fenster, Luft - ein angenehmes Raumklima zu erschaffen, wird von vielen Faktoren bestimmt. Die intelligente Zonenregelung im Smart Home hilft dabei, das Raumklima zu verbessern und die Energieeffizienz zu erhöhen. Das System überwacht die einzelnen Komponenten in der jeweiligen Zone und sorgt für einen energetisch sinnvollen Gesamtbetrieb. Doch wie funktioniert die intelligente Raumklimatisierung genau?

Ein System für optimales Raumklima

Von Vorteil ist, wenn im Smart Home Lüftungs-, Klima- und Regelungstechnik aus einer Hand zur Verfügung stehen. Eine Entwicklung in diesem Bereich ermöglicht die flexible Einbindung externer Komponenten, wodurch überflüssige Schnittstellen vermieden, der Installationsaufwand vereinfacht und Komfort sowie Systemeffizienz weiter erhöht werden.

Das Raumklima spielt eine wesentliche Rolle bei der Realisierung adäquater Aufenthalts- und Arbeitsbedingungen. Zur Sicherstellung angenehmer Temperaturen und hoher Luftqualität kommen in modernen Gebäuden nach den jeweiligen Anforderungen konzipierte Systeme für Lüftung, Heizkörper, Luftfeuchtigkeit und weitere Faktoren zum Einsatz. Diese sollen aber nicht nur Behaglichkeit und Komfort der Nutzer gewährleisten, sondern mit Blick auf einen möglichst effektiven Betrieb auch bedarfsorientiert und energieeffizient arbeiten.

Deshalb wird vor allem im Objektbereich die Abfuhr von Wärme- und Kühllasten immer häufiger über dezentrale, wasserführende Systemkomponenten realisiert, wodurch die Luftvolumenströme auf den hygienisch erforderlichen Wert reduziert werden können. Der Markt stellt dazu eine breite Vielfalt von lüftungs- und klimatechnischen Produkten zur Verfügung, aus der sich objektbezogene Systemlösungen für sämtliche Anforderungsprofile zusammenstellen lassen.

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Intelligente Zonenregelung für energieoptimale Raumklimatisierung

Besonders wichtig für ein angenehmes Raumklima ist dabei, dass die gewählten Komponenten nicht nur einzeln, sondern vor allem in Kombination miteinander einen energetisch sinnvollen Systembetrieb bei hohem Komfort sicherstellen. Einen zentralen Stellenwert hat dabei die intelligente Zonenregelung, die das optimale Zusammenspiel von Bedarfslüftung und Temperierung in den Zonen überwacht, beispielsweise beim kombinierten Betrieb eines dezentralen Lüftungsgeräts 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. Vorteile sind eine energiesparende Betriebsweise, ein hoher thermischer Komfort und geringe Schallemissionen durch eine optimierte Drehzahlanpassung.

Dafür kann die Vernetzung der Lüftungs- und Klimatechnik in ein übergeordnetes Raumautomationssystem im Smart Home erfolgen. In dieses werden zur Steigerung der Energieeffizienz auch weitere, für das Raumklima relevante Komponenten – etwa Kontakte der Fenster, Heizkörper oder Verschattungssysteme – eingebunden. Die Raumautomation erfasst dann in jeder Zone die Zustände bzw. Istwerte bezüglich Belegung, Temperatur, Qualität der Luft, Luftfeuchtigkeit, Stellung der Fenster etc. und stimmt auf dieser Basis die Einstellung der Heizkörper, die Kühlung, Lüftung, Beleuchtung und den Sonnenschutz bestmöglich aufeinander ab. Generell lässt sich mit einem gut konzipierten Raumautomationssystem im Smart Home der Energiebedarf eines Büro- oder Schulgebäudes um bis zu 40 % vermindern.

Herausforderungen bei der traditionellen Raumautomation

Die Umsetzung eines intelligenten Raumautomationssystems bzw. die intelligente Zonenregelung übernimmt üblicherweise ein MSR-Spezialist, der in der Regel auch für die gesamte Gebäudeautomation zuständig ist. Der Komplexitätsgrad des Raumautomationssystems ist dabei von der Art und Vielfältigkeit der Komponenten abhängig, die miteinander vernetzt werden müssen. Der Fokus liegt dann in erster Linie auf der Vernetzung, die optimale Einstellung von Betriebsparametern – beispielsweise für ein dezentrales Fassadenlüftungsgerät – ist vom MSR-Techniker aufgrund fehlender Fachkenntnisse im Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik jedoch nicht ohne Weiteres zu erwarten. Hier kann jedoch bereits eine kleine Messgrößenabweichung oder die Nichtberücksichtigung bestimmter Zusammenhänge die Energieeffizienz des Gesamtsystems direkt und deutlich negativ beeinflussen.

Zusätzlich erhöhen eine Vielzahl von Schnittstellen und unterschiedliche Kommunikationsprotokolle zwischen der Anlagensteuerung und der übergeordneten Regelung das Risiko für Störungen beim gegenseitigen Datenaustausch. Ein optimales Zusammenspiel im Gesamtsystem ist so kaum zu gewährleisten. Gibt es eine Störmeldung aus einer Zone – etwa wenn Heizungskörper, Geräte für die Luftfeuchtigkeit oder die Klimatechnik die geforderte Leistung nicht erbringt – ist die genaue Fehleranalyse nicht selten erst durch die Einbeziehung des Herstellers möglich, weil die Raumautomation die einzelnen Geräte nicht ausreichend detailliert auslesen kann.

Klimatisierungstechnik und Regelungskonzepte

Diesen Problemen begegnen viele Hersteller lüftungs- und klimatechnischer Komponenten inzwischen, indem sie für ihre Systeme zum Lüften, Heizen und Kühlen eigene Regelungskonzepte (bzw. -technik) anbieten. Langjährige Branchenerfahrung sowie detaillierte Produktkenntnisse sorgen dafür, dass ihr System in der jeweiligen Nutzung hinsichtlich Außenluftrate sowie Heiz- und Kühlleistung energetisch sinnvoll arbeitet und sämtliche Überwachungsfunktionen exakt auf die Komponentenanforderungen abgestimmt sind.

Integrierte Sensoren erfassen dabei die CO₂-Konzentration der Luft, die relative Luftfeuchtigkeit oder auch die An- bzw. Abwesenheit von Personen in einem Raum und stellen einen bedarfsorientierten Systembetrieb für das optimale Raumklima 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 und bei Projekten aufgebautes Know-how künftigen Projekten zugute kommt.

Für eine möglichst hohe Flexibilität ist zu beachten, dass die „eigene“ Regelung nicht nur alle gerätespezifischen Anforderungen des eigenen Produktspektrums abdeckt, sondern auch genügend Raum für die Implementierung kundenspezifischer und ergänzender Funktionen in Bezug auf das Raumklima bietet. Je umfangreicher das Funktionsangebot sowie die Integrationsmöglichkeit von Sonderregelfunktionen im Smart Home sind, umso besser lässt sich das Regelungskonzept auf die speziellen 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, auf teuren Umwegen oder gar nicht integrieren. Solche Einflussfaktoren werden dann entweder von vornherein nicht integriert oder einzeln angesteuert, was ein optimales Zusammenspiel der Komponenten erschwert und beim Einsatz einer Gebäudeleittechnik zusätzliche Schnittstellen und einen erhöhten Installations- und Integrationsaufwand zur Folge hat.

Da die unmittelbare Berücksichtigung dieser Faktoren jedoch für einen energieeffizienten Betrieb der Lüftungs- und Klimatechnik unerlässlich ist, hat Emco Klima seine Multifunktionsregelung derart weiterentwickelt, 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 – etwa die manuelle Fensterlüftung oder die Sonneneinstrahlung – je nach Bedarf bei der Zonenregelung berücksichtigt werden. Hierdurch lassen sich überflüssige Schnittstellen im Gesamtsystem vermeiden und der Klimakomfort sowie die Systemeffizienz weiter erhöhen.

Intelligente Zonenregelung aus einer Hand

Die Basis für dieses im Markt einzigartige Regelungskonzept eines 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 nutzenbringend einbinden kann.

Dadurch sind alle Teilnehmer einer Zone – von den klima- und lüftungstechnischen Komponenten über die Sensoren und Aktoren bis zum Raumbediengerät – optimal aufeinander abgestimmt und bieten einen energetisch sinnvollen Systembetrieb bei hohem Komfort für die Nutzer. Bei direkter Sonneneinstrahlung wird beispielsweise zunächst die Verschattung heruntergefahren und erst danach die Kühlung bedarfsgerecht mit der optimalen Leistungskurve zugeschaltet.

Multifunktionsregelung im Smart Home

Die Multifunktionsregelung im Smart Home basiert auf einem herstellereigenen Bussystem, dem emcoBUS. Alle Teilnehmer einer Zone werden hier über eine durchgeschliffene 4-adrige Ringleitung miteinander verbunden. Dies können Bodenkonvektoren, Fassadenlüftungsgeräte oder Kühldecken ebenso wie Sensoren für Präsenzmelder und Aktoren für das Auf- und Zufahren der Verschattung sein. Auch Heizkörper können in das System integriert werden. 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 Angaben zu Absender, Empfänger, Nachrichten oder Prüfstatus, enthalten.

Das Herzstück der Multifunktionsregelung ist das Raumbediengerät, welches bis zu 30 Teilnehmer miteinander vernetzt und sie über einen großen Umfang standardisierter Programme regelt und steuert. Zudem kann der Nutzer hier Statusinformationen wie Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, 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 aufgeschalteter Komponenten erfolgen.

Für besonders komplexe Geräte- und Konstellationen der Zonen 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.

Einbindung in die Gebäudeleittechnik und Integration fremder Komponenten

Um den zuverlässigen Datenaustausch zwischen verschiedenen Kommunikationsprotokollen und -systemen zu gewährleisten, verwendet die Multifunktionsregelung 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 einbinden. Hierfür übersetzt das Gateway das emcoBUS-Protokoll beispielsweise in das offene Netzwerkprotokoll BACnet.

So können für eine zentrale 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 ändert. Fernwartungsfunktionen sowie zentrale Firm- und Software-Updates sind so ebenfalls einfach zu realisieren. Die Anbindung an die Gebäudeautomation setzt dabei stets die projektspezifische Konfiguration der Gateways samt Inbetriebnahme der Zonenregelung durch Emco Klima voraus.

Dieser Beitrag von Frank Bolkenius ist erschienen in Die Kälte 1/2016. Frank Bolkenius ist Geschäftsführer von Emco Klima.