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10.3 Regelkonzepte

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10.3.1 Raumtemperaturregelung nach Referenzraum

Die Wärmeabgabe an das Gebäude wird aufgrund der Temperatur eines einzelnen Raums, des Referenzraums, geregelt. Das Konzept wird angewendet, wo sich ein Referenzraum finden lässt, dessen Temperaturverhalten auch den andern Räumen als Massstab dienen kann:

  • Einfamilienhaus, meist Wohnzimmer = Referenzraum
  • Hauptraum mit untergeordneten Nebenräumen, z.B. Läden, Restaurants, Turnhallen

Ausführungen mit zunehmender Regelqualität:

  • Raumthermostat (Zweipunktregler) direkt auf den Brenner wirkend. Der Wärmeerzeuger wird gleitend betrieben.
  • Stetiger Raumtemperaturregler auf das Mischventil wirkend. Nachteil: Schwankungen der Kesseltemperatur werden schlecht ausgeregelt (grosse Verzugszeit tu).
  • Kaskadenregler. Der Hauptregler erfasst die Raumtemperatur und erzeugt die Führungsgrösse (Soll-Vorlauftemperatur) für einen Hilfsregler. Letzterer regelt die Vorlauftemperatur nach der Führungsgrösse. Nebst dem Raumfühler wird ein Vorlauffühler benötigt.

Der Raumtemperaturfühler sollte ca. 1,5 m ab Boden montiert werden (Bild 10.11). Das zum Fühler führende Elektrorohr muss abgedichtet werden, um Luftströmungen zu unterbinden, die den Fühler beeinflussen könnten. Im Weiteren dürfen im Referenzraum keine Thermostatventile aktiv sein.

Montage Raumtemperaturfühler

Bild 10.11 Montage Raumtemperaturfühler [BFK5]

10.3.2 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung

Diese Regelung ist am weitesten verbreitet (Bild 10.12). Der Witterungsfühler erfasst die Aussentemperatur als Hauptstörgrösse und in geringerem Masse auch Wind und Sonne (je nach Platzierung). Witterung und Raumtemperatur werden über die Vorlauftemperatur verknüpft. Welche Vorlauftemperatur bei welcher Aussentemperatur nötig ist, wird durch die Heizkurve festgelegt (Bild 4.4). Die Heizkurve wird eingestellt:

  • durch Angabe eines Punktes und der Steilheit oder
  • durch Angabe von zwei Punkten.
Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung

Bild 10.12 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung

Regelgrösse ist die Vorlauftemperatur, sodass hier ein Fühler erforderlich ist. Dieses Konzept stellt nur bezüglich Vorlauftemperatur eine Regelung dar, bezüglich Raumtemperatur ist es eine Steuerung. Die Raumtemperatur wird gar nicht erfasst. Dies hat zur Folge, dass die anteilmässig immer wichtigeren Störgrössen innere Wärme und Sonneneinstrahlung nicht berücksichtigt werden. Nach Abschaltungen und Absenkungen ist die Raumtemperatur zu tief. Wenn nun zur Korrektur die Heizkurve höher gestellt wird, erfolgt später ein Überheizen. Das Nichterfassen der Raumtemperatur verunmöglicht somit Einsparungen weitgehend. Lösungsmöglichkeiten:

  • Thermostatventile drosseln die Wärmeabgabe in jedem Raum.
  • Störgrössenaufschaltung: Sonnenfühler zur Kompensation der Störgrösse Sonne. Raumtemperaturfühler im Referenzraum zur Kompensation der Störgrösse innere Wärme (Raumtemperaturkompensation). Die Aufschaltungen verschieben die Heizkurve. Voraussetzung ist, dass die Störgrössen in den Räumen gleichermassen wirken.

Der Witterungsfühler sollte wie folgt montiert werden:

  • zugänglich ohne Akrobatik
  • dem Wind ausgesetzt in halber Fassadenhöhe, jedoch mindestens 2,5 m ab Boden
  • N- bis NW-Wand, falls die Haupträume verschieden orientiert sind (Thermostatventile einsetzen)
  • an der Aussenwand der Haupträume, falls alle Haupträume gleich orientiert sind

Vermeiden bei der Fühlerplatzierung:

  • erwärmte Wandstellen (Kamin)
  • warme Luftströmungen (nahe Türen, Fenstern, Fortluftöffnungen; Elektrorohr abdichten)

Am frühen Morgen der Sonne ausgesetzte Fühler verzögern das Aufheizen.

10.3.3. Selbstlernende Regelung

Selbstlernende Heizungsregler sind witterungsgeführte Vorlauftemperaturregler mit erhöhter Automatisierung. Sie sind vor allem geeignet für Bauten mit langen Absenkperioden.

Sie weisen zwei Selbstlernfunktionen auf:

  • Heizkurven-Adaption zur automatischen Einstellung der Heizkurve
  • Absenk-Optimierung

Die Absenk-Optimierung (Bild 10.13) beinhaltet:

  • Stopp-Optimierung: frühestmögliche Absenkzeit
  • Schnellabsenkung: Abschalten, bis tiefstzulässige Raumtemperatur erreicht ist
  • Schnellaufheizung: max. WE-Leistung
  • Start-Optimierung: gewünschte Raumtemperatur genau zur richtigen Zeit erreichen
Absenk-Optimierung

Bild 10.13 Absenk-Optimierung [BFK5]

Für beide Selbstlernfunktionen wird eine repräsentative Referenzraumtemperatur mit entsprechendem Fühler benötigt. Es dürfen dort keine Thermostatventile und keine untypischen Fremdwärmen vorhanden sein. Es ist hingegen möglich, die Referenzraumtemperatur als Mittelwert verschiedener Räume zu ermitteln.

10.3.4 Einzelraumregelung

Eine Einzelraumregelung erlaubt, die Raumtemperaturen nicht nur örtlich, sondern auch zeitlich beliebig einzustellen. Sie ist vor allem geeignet für Mehrfamilienhäuser und Bauten mit sehr verschiedener Raumnutzung. Das Konzept der witterungsgeführten Regelung mit Thermostatventilen ist zur Einzelraumregelung ausbaubar. Es gibt folgende Möglichkeiten mit wachsendem Aufwand:

  • Raumgruppen werden zusätzlich über einen zeitprogrammierbaren Raumthermostaten mit zugehörigem Zonenventil beeinflusst. Dies erlaubt beispielsweise in einem MFH eine Nachtabschaltung pro Raumgruppe.
  • Thermostatventile mit Absenkwiderstand, die an ein Zentralgerät angeschlossen werden, können pro Raum zeitlich programmiert werden.

Ein digitales Einzelraumregel- und Abrechnungssystem mit fester Software stellt die aufwendigste Lösung dar. Die Regelung der Vorlauftemperatur erfolgt hier nicht witterungsabhängig, sondern aufgrund der verlangten Ventilstellungen. Jedes Zimmer hat einen Temperaturfühler und ein Stellventil. Beide sind mit einem Wohnungsgerät verbunden, welches seinerseits mit der Zentraleinheit kommuniziert. Es ergeben sich damit für den Benutzer folgende Eigenschaften:

  • eigener Sollwert und Zeitprogramm pro Raum
  • individuelle Heizkostenabrechnung aufgrund der bestellten oder der effektiven Raumtemperatur
  • genauer, da keine P-Regler

10.3.5 Komplexere Regelkonzepte

Die Frage, ob ein Regelkonzept sich ins Gesamtkonzept sinnvoll einordnet, ist zu beurteilen nach der Energieeffizienz. Der Festlegung der Regelkonzepte muss eine Diskussion mit dem HLK-Planer vorangehen. Gute Regelkonzepte berücksichtigen die Energiespeicherung aus Sonnenenergie und Abwärmenutzung vor Ort.

Beispiele moderner Regelkonzepte:

  • Nutzung der Wettervorhersage für die Speicherladung Heizung und Kälte
  • Photovoltaik-Inselanlage mit Batteriesteuerung und belastungsorientierter Zu-/Abschaltung von Elektroverbrauchern
  • Thermische Solaranlage mit Speicherung in einem Erdwärmesonden-Feld (Bild 10.14). Im Sommer wird die Überschusswärme der thermischen Kollektoren oder der Hybridkollektoren (kombiniert thermisch+photovoltaisch) im Erdreich eingelagert. Die Speicherladung erfolgt wegen der Verluste vor allem durch die Sonden in Feldmitte. Günstigenfalls kann im Herbst ein Teil der Wärme direkt genutzt werden, andernfalls mit guter Effizienz über die Wärmepumpe. Die Speicherentladung erfolgt umgekehrt, von aussen nach innen. Nachteilig ist, dass die Sonden für eine Kühlung nicht verfügbar sind.
Erdspeicher-Management eines grossen Bürogebäudes oder Wohnüberbauung

Bild 10.14 Erdspeicher-Management eines grossen Bürogebäudes oder Wohnüberbauung


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