Bedarfsgerechte Regelung

„Bis heute werden die Ventilatoren in konventionellen VAV-Lüftungsanlagen konstant so geregelt, dass auch die am ungünstigsten gelegene VAV-Box über genügend Vordruck verfügt“, erklärt Dr.-Ing. Wolfgang Spreitzer, Geschäftsführer der Gruner AG.

Weil die restlichen Boxen dabei zu viel Luft erhalten, müssen sie den überhöhten Volumenstrom durch Verringerung des Öffnungswinkels der Klappen beseitigen. Das erhöht den Druckabfall über der Klappe, erzeugt Lärm, verschlechtert das Regelverhalten und verbraucht unnötig viel Energie.

Mit dem „itaMAX“ kann die Ventilatorenleistung einer Lüftungsanlage jedoch gezielt nach dem effektiven Bedarf geregelt werden. „Das Gerät dient dazu, die an einen oder mehrere Lüfter angeschlossenen Volumenstromregler so aufeinander abzustimmen, dass bedarfsgerecht die nötige und gewünschte Luftmenge bei minimalem Energieaufwand zur Verfügung gestellt werden kann“, erläutert Wolfgang Spreitzer. Ziel ist es dabei, den Druckverlust über den VAV-Boxen so gering wie möglich zu halten und die Betriebskosten durch Senkung der Ventilatorenleistungen nachhaltig zu reduzieren.

20 % Energieeinsparung bei richtig dimensionierter Lüftung

Um diese flexible Regulierung zu ermöglichen, werden die aktuellen Klappenstellungen jeder VAV-Box erfasst und über den Modbus RTU an das Regelgerät übermittelt. Sie bilden die Regelgröße für den frequenzumformergesteuerten Ventilator.

„Die Bedarfssignalgeber des Raumtemperaturreglers werden dezentral direkt am VAV-Regler angeschlossen. Diese Klappenstellung der VAV-Boxen wird dann an die Ventilatorregelung weitergeleitet“, so Wolfgang Spreitzer. Auf diese Weise werden Strömungsgeräusche, Betriebssicherheit, Regelverhalten und vor allem der Verbrauch optimiert. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit kanaldruckregulierten Ventilatoren lässt sich so eine Energieeinsparung von bis zu 50 % erzielen.

„Das Einsparungspotential im konkreten Einzelfall hängt sehr stark von der vorhandenen beziehungsweise geplanten Lüftungsanlage und den zugrunde gelegten Lasten ab“, erläutert Wolfgang Spreitzer. „Üblicherweise plant ein Architekt im Interesse des Gebäudeeigners grundsätzlich sehr konservativ, das heißt er berücksichtigt eine Reserve für den Fall einer neuen oder geänderten Nutzung.“

Die Lüftungsanlage wird dadurch in der Regel „überdimensioniert“, um sie zukunftssicher zu machen und verschiedene Bedarfe und Lasten zu ermöglichen. „Das bedeutet umgekehrt, dass im konkreten Fall die Auslegung nicht optimal ist“, so Wolfgang Spreitzer weiter. „Eine Einsparung von 50 % ergibt sich dann, wenn man von dem sehr realistischen Szenario mit ‚überdimensionierten‘ Anlagen ausgeht.“ Bei einer den aktuellen Gegebenheiten angemessen dimensionierten Lüftung liegt die Einsparung bei etwa 20 %.

Luftmenge entscheidend für bedarfsgerechte Lüftung

Dieses Ergebnis lässt sich anhand der physikalischen Gesetzmäßigkeiten erläutern, die der Technik zugrunde liegen. So gilt für das Verhältnis von Volumenstrom V, Drehzahl n, Differenzdruck Δp und Leistungsaufnahme P des Ventilators entsprechend Gleichung 1.

„Aus dieser Gleichung lässt sich ablesen, dass die bedarfsgerechte Lüftung nach verschiedenen Luftmengen zwingend eine Regelung der Ventilatorendrehzahl erfordert“, so Wolfgang Spreitzer. Das lässt sich ganz einfach am Beispiel eines Mietshauses mit zwölf Wohnungen und einer zentralen Zu-/Abluftanlage veranschaulichen.

Angenommen, in drei Wohnungen wird gekocht, in zweien findet eine kleine Party statt, in zwei anderen leben Singles, in zwei weiteren ist nur ein Haustier anwesend und die restlichen Wohnungen sind unvermietet. Schon von den Grundvoraussetzungen her ergeben sich in den verschiedenen Wohnungen sehr unterschiedliche Ansprüche an die Belüftung. Gleichzeitig ändern sich die Verhältnisse unter Umständen täglich oder sogar stündlich.

Kanaldruckmessung nicht flexibel genug

Die meisten Systeme zur Regulierung, die nur auf einer Kanaldruckmessung aufbauen, sind jedoch sehr statisch und könnten auf derartig wechselnde Lasten in den Wohnungen nicht angemessen reagieren. Sie senken daher den Energieverbrauch nur geringfügig. Besonders bei der bedarfsorientierten Lüftung – die an sich bereits Energie spart, da nur noch die notwendige Menge angefordert wird, und zwar ausschließlich dort, wo sie auch gebraucht wird – liegt ein hochdynamisches System mit sich ständig ändernden Lasten vor. Ein solches System ist über eine einfache Kanaldruckmessung nicht mehr in der Lage, sinnvoll zu arbeiten.

Das Regelgerät ermöglicht es, die Lüfterdrehzahlen über den integrierten Algorithmus so lange zu regeln, bis alle Wohnungen die benötigte Luftmenge erhalten und dabei gleichzeitig auch der Differenzdruck über der Klappe am kleinsten ist. Damit sind auch die Druckabfälle über der Klappe minimiert, die Luftmengen garantiert und die Lüfterleistung am optimalen Arbeitspunkt.

„Die Energieeinsparung ist deshalb so hoch, weil sich die Drehzahl dabei kubisch zur Leistung verhält“, so Wolfgang Spreitzer. „Bereits die halbierte Drehzahl benötigt nur noch ein Achtel der Leistung.“ Darüber hinaus sinken durch den tieferen Vordruck die Strömungsgeräusche in den Boxen und im Kanalnetz, was für einen höheren Komfort sorgt.

Standardlösung für kleinere und mittlere Objekte

Es gibt zwar bereits zahlreiche installierte Systeme, die gut funktionieren. Dabei handelt es sich jedoch meist um individuelle Anpassungen der Gebäudeleittechnik. „Der mit ihrer Inbetriebnahme verbundene Aufwand ist sehr hoch und rechnet sich letztlich nur bei großen bis sehr großen Objekten, für kleinere und mittlere Objekte eignet sich dieser Ansatz nicht“, so Wolfgang Spreitzer. Im Gegensatz dazu bietet das „itaMAX“-System eine überschaubare, standardisierte Lösung, die von jedem Lüftungsbauer mit Systemerfahrung eingesetzt und in Betrieb genommen werden kann. Sie ist sowohl für Neuanlagen als auch für Nachrüstungen zur Anlagenoptimierung und bei der Sanierung bestehender Anlagen geeignet.

Bereits der Installationsaufwand für das System von Gruner ist gering, da alle Antriebe über ein Standardkabel für einen Modbus-RTU-Anschluss verfügen. Für die Zu- und Abluftregelung ist nur noch ein Gerät notwendig, da beide Regler auf einen einzigen Drehzahloptimierer geschaltet werden, was eine deutliche Kosteneinsparung ermöglicht. Insgesamt sind bis zu 240 VAV-Einzelregler auf ein Gerät aufschaltbar. Eine Inbetriebnahme von Druckregelungen ist somit nicht mehr notwendig.

Automatische Inbetriebnahme

Alle Zu- und Abluftregler können zudem am selben Modbus-RTU-Strang angeschlossen werden, so dass sich der Verkabelungsaufwand wesentlich reduziert. Das „itaMAX“ unterscheidet mithilfe der Funktionsadresse der verschiedenen Antriebe über die Zu- oder Abluftfunktion der VAV-Box. Dadurch vereinfacht sich die Inbetriebnahme des Systems deutlich und kann zudem automatisch ablaufen: „Die Optimierungsfunktion ist vorprogrammiert, lediglich die Einstellung der Ventilatorparameter muss noch vorgenommen werden. Das ermöglicht eine große Zeitersparnis“, so Wolfgang Spreitzer. Die Regelfunktion ist zudem selbstadaptiv. Über standardisierte Schnittstellen und Protokolle ist außerdem eine Integration in die übergeordnete Gebäudeleittechnik möglich, für den Betrieb notwendig ist diese aber nicht. Das „itaMAX“ ist somit ein abgeschlossenes System zur Energieeinsparung.