Passipedia DE

Diese Seite ist nicht editierbar. Sie können den Quelltext sehen, jedoch nicht verändern. Kontaktieren Sie den Administrator, wenn Sie glauben, dass hier ein Fehler vorliegt.
{{:picopen:passipedia_mitgliederbereich_artikel_neu.png?500}}

====== Anforderungen an und Umgang mit Sensoren ======

Im Gebäudebereich werden für Monitoringaufgaben am häufigsten die folgenden Sensoren bzw. Messgeräte eingesetzt: \\
\\
|{{:picprivate:pb_45_v1_messkonzept_stoergroessen_tab_3.png?500}}|\\
|//**Tabelle 3: \\ Typische Sensoren und Messgeräte und deren beispielhafte Einsatzgebiete \\ bei Gebäudemessungen.**//|\\
\\

Aus diesen Messungen können dann die benötigen Größen direkt bestimmt werden oder notwendige Größen, wie z. B. Behaglichkeitsparameter, abgeleitet werden. Für weitergehende bzw. andere Fragestellungen werden diverse weitere Sensoren eingesetzt. \\

Die theoretischen Anforderungen an die Sensoren bzw. Messgeräte sind vielfältig und meist sehr anspruchsvoll. Wünschenswert sind hohe Genauigkeit, Auflösung und Langzeitstabilität (geringe Drift) bei niedrigem Preis. Diese Anforderungen müssen sich am tatsächlichen Angebot messen lassen, was real immer zu einer Abwägung zwischen den Anforderungen führt. \\

Da im Rahmen dieses Beitrages nicht die Anforderungen, Eigenschaften und Besonderheiten aller Sensoren abgehandelt werden können, wird hier exemplarisch auf die **Temperaturmessung** eingegangen, da solche Messungen in sehr vielen Monitoringprojekten notwendig sind. Welche Anforderungen an die Messung der Raumlufttemperatur gestellt werden hängt natürlich von der Fragestellung der Untersuchung ab. Hier wird zunächst ein übliches Vorgehen beschrieben und kommentiert: \\

Beim Einsatz von Standard-Sensoren aus z. B. dem GLT-Bereich werden normalerweise Messgenauigkeiten der Hersteller von ± 0,5 bis ± 0,8 K angegeben. Wie weiter oben erläutert, entspricht eine Temperaturerhöhung der Raumluft im Winter um 1 K bei einem typischen energieeffizienten Gebäude z. B. 2,3 kWh/(m²a) (Beispiel Projekt Frankfurt Tevesstraße). Damit führt der maximale Fehler aus der Temperaturmessung auf eine mögliche Genauigkeit des mit dieser Temperatur berechneten Heizwärmebedarfs von ± 1,2 bis ± 1,8 kWh/(m²a). Ob das für die gewünschten Aussagen der entsprechenden Untersuchung ausreichend ist, muss im Einzelfall geklärt werden: Ist nur eine orientierende Messung gewünscht oder doch ein Bilanzvergleich Messung-Simulation mit höherer Anforderung an die Genauigkeit? Diese Fragen müssen __vor__ der Auswahl der Sensoren geklärt werden. \\

Bei Monitoringprojekten mit dem Ziel, Aussagen zum Vergleich zwischen Messung und Bilanzrechnung machen zu können, bestehen erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit. Bei der Genauigkeit von ± 0,2 K verringert sich der Einfluss auf Seiten der Aussage zum Heizwärmebedarf auf ± 0,5 kWh/(m²a), was normalerweise als ausreichend anzusehen ist. \\
\\
|{{:picprivate:pb_45_v1_messkonzept_stoergroessen_tab_4.png?500}}|\\
|//**Tabelle 4: \\ Einfluss der Messgenauigkeit der Temperaturmessung auf Aussagen \\ zum Heizwärmebedarf.**//|\\
\\

Das Erreichen einer Messgenauigkeit der Temperaturmessung von ± 0,2 K ist allerdings nicht trivial! Sensoren dieser Qualität liegen nicht mehr im Standardbereich von z. B. GLT-Ausstattungen. Weiter oben wurde dazu nur die Messgenauigkeit nach Herstellerangaben des Sensors betrachtet. Von Interesse ist die Messgenauigkeit der gesamten Messkette, vom Sensor über die Umwandlung des Signals, der Weiterleitung bis zur Abspeicherung des Wertes. Da es nicht einfach, wohl aber relativ teuer ist, die gewünschten hohen Qualitäten zu erhalten, und es aufwendig ist, die gesamte Messkette richtig abzubilden, sind Kalibriermessungen mit Referenzsensoren meist das Mittel der Wahl. Sie haben auch den Vorteil, dass ungeplante Störungen in der Messkette vermieden bzw. aufgespürt werden können. Die Kalibriermessung wird weiter unten gesondert erläutert. \\

Bei der Temperaturmessung der Luft besteht eine weitere Problematik: Gemessen werden soll im Regelfall eben die __Luft__temperatur, tatsächlich wird aber irgendeine Mischung zwischen Luft- und Oberflächentemperatur der Wand gemessen, und diese wird noch zusätzlich beeinflusst durch die Eigenerwärmung des Sensors. Ursache ist hier die Art der Messung: Handelt es sich um ein offenes Wandgehäuse oder um einen in einer Unterputzdose montieren Sensor? Befindet sich Elektronik direkt im Gehäuse beim Sensor? Wie ist der Sensor gegen Strahlung der Umgebungsflächen abgeschirmt? \\
 
Bei der Temperaturmessung muss grundsätzlich unterschieden werden zwischen der Messung der **Luft- und der Oberflächentemperatur**. Bei der vom Menschen empfundenen „operativen Temperatur“ handelt es sich um eine Mischung dieser beiden Temperaturen. Bei üblichen, geringen Luftgeschwindigkeiten in Innenräumen geht man vereinfacht davon aus, dass die operative Temperatur als Durchschnittswert der beiden Größen berechnet werden kann (vgl. [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[DIN EN ISO 7730]]]). \\

Damit schließt sich die Frage an, welche Temperatur der eingesetzte Sensor misst. Am Beispiel eines Pt100-Sensors mit Umwandlungselektronik direkt auf M-Bus (Sonderanfertigung) wurde dies am PHI untersucht. Die Elektronik befindet sich in einer Unterputzdose in der Wand, der Sensor hängt – getrennt durch eine Kunststoffplatte – direkt davor. Darüber ist ein geschlitzter Abschirmdeckel befestigt (siehe Abbildung 24). \\
\\
|{{:picprivate:pb_45_v1_messkonzept_stoergroessen_abb_24.png?600}}|\\
|//**Abbildung 24: \\ Temperaturmessung mittels Pt100 Sensor (Mitte oben) mit Elektronik und M-Bus-Schnittstelle \\ in handelsüblicher Unterputzdose mit Abdeckung [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[Peper/ Schnieders/Feist 2005]]].**// |\\
\\
In einem Versuchsaufbau wurde die Sensoreinheit in einer Unterputzdose in einem KS-Stein montiert (Abbildung 25). Mittels Referenzmessung der Luft und der Steinoberfläche wurde festgestellt, dass die Sensoreinheit eine Mischung aus etwa 80% Wand- und 20% Lufttemperatur misst. Dies gilt aber nur für den Einbau in einer massiven Wand. Der Vergleich mit einer Leichtbauwand zeigte abweichende Ergebnisse. In dem zugehörigen Forschungsvorhaben sollte zwischen Oberflächen- und Lufttemperatur unterschieden werden. Daher wurde der Pt100-Sensor aus dem Gehäuse herausgeführt und im Luftraum vor der Abdeckung in einem Strahlungsschutzrohr positioniert (Abbildung 26). Mit diesem Aufbau wurde eine Mischtemperatur aus etwa 80% Luft- und 20% Wandoberflächentemperatur gemessen. Weitere Ausführungen zu der Messung im Treppenhausschacht des Mehrfamilienhauses in Hamburg Pinnasberg sind [Peper/Schnieders/Feist 2005] zu entnehmen. Wichtig für genauere Untersuchungen ist die Kenntnis, welche Temperatur gemessen wird um dann entsprechende Folgerungen ableiten zu können. \\
\\
|{{:picprivate:pb_45_v1_messkonzept_stoergroessen_abb_25_26.png?200}}|//**Abbildung 25: \\ Versuchsaufbau zur Kalibrierung \\ der Temperaturmessung \\ mit der Einheit aus Abbildung 24.** \\ \\ Die Sensoreinheit ist in einem KS-Stein eingebaut. \\ Mit Referenzgeräten wird die Lufttemperatur \\ vor dem Stein und die Steinoberflächentemperatur gemessen \\ [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[Peper/Schnieders/Feist 2005]]]. \\ \\ \\ **Abbildung 26: \\ Sensoreinheit mit herausgeführtem PT100 Sensor \\ im Strahlungsschutz montiert (Aluminiumrohr) \\ [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[Peper/Schnieders/Feist 2005]]].**//|\\
\\
Zur genauen Messung der mittleren Strahlungstemperatur werden sog. **„Globethermometer“** verwendet. Dabei handelt es sich um eine geschwärzte dünnwandige Kugel (normalerweise Durchmesser 15 cm), in deren Mitte sich ein Thermometer befindet. Die Schwärzung ist notwendig, um die Absorption der von den Umgebungsflächen des Raumes ausgehenden Strahlung sicherzustellen. Zur Bestimmung der Strahlungstemperatur wird zusätzlich zur so gemessenen Globetemperatur die Lufttemperatur und ggf. die Luftgeschwindigkeit benötigt (vgl. [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[DIN EN ISO 7726]]]). \\

Wird eine genauere Messung von Behaglichkeitsparametern benötigt, können aus Messungen der Luft- und Strahlungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit sowie der Strahlungstemperatur-Asymmetrie „Klimagrößen“ abgeleitet werden. Ein Messaufbau kann z. B. auf einem mobilen Stativ erfolgen (vgl. Abbildung 27). Nähere Beschreibungen zur Anforderung an die Messung und den abgeleiteten Größen finden sich in [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[DIN EN ISO 7726]]]. \\
\\
|{{:picprivate:pb_45_v1_messkonzept_stoergroessen_abb_27.png?400}}|//**Abbildung 27: \\ Messstativ des PHI zur Behaglichkeitsmessung \\ mit (v.l.) thermoelektrischem Strömungssensor, \\ Handpsychrometergeber, Pyrgeometer, Temperaturfühler \\ und Globethermometer (rechts vergrößert) \\ [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[Schulz/Baumgärtner 2009]]].**//|\\
\\
Aus den oben beschriebenen Gründen sind **Kalibriermessungen** der eingebauten Sensoren sinnvoll und hilfreich. Mit Einflüssen von Eigenerwärmung, Einbauart, Strahlungsschutz, Messhöhe (Schichtung) etc. kann dann sicher umgegangen werden. Der gesamte nachgelagerte Weg der Signalverarbeitung und Umwandlung wird damit auch berücksichtigt. Sinnvoll ist der Aufwand auf jeden Fall auch dann noch, wenn sehr hochwertige Messelemente eingesetzt werden (bei Pt100 Widerstandsmessung zum Beispiel 1/10 DIN B). \\

Bei Dauermessungen der Raumtemperatur kann mit einem höherwertigen Thermometer mit angeschlossenem Datenlogger „gegengemessen“ werden. Das Thermometer wird bei Raumluftmessungen vor der Dauermessstelle positioniert, um dann über einen repräsentativen Zeitraum Messdaten aufzunehmen. Der Zeitraum ist insbesondere abhängig vom Intervall der Datenerfassung und von der thermischen Trägheit des Referenzthermometers. Die so aufgezeichneten Messdaten werden dann mit denen der Dauermessung verglichen. Daraus kann ein Offsetwert oder z. B. auch eine Kalibriergrade abgeleitet werden. \\
\\
|{{:picprivate:pb_45_v1_messkonzept_stoergroessen_abb_28.png?760}}|\\
|//**Abbildung 28: \\ Kalibriermessung einer Temperaturmessstelle mit einem Referenzthermometer \\ und zugehöriger Vergleich (Kurve) zwischen Dauer- und Referenzmessung \\ [[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen#literatur|[Peper/Kah/Pfluger/Schnieders 2007]]].**//|\\
\\
Die Kalibriermessungen sind ggf. nach einiger Zeit zu wiederholen, insbesondere wenn mit alterungsanfälligen Sensoren gearbeitet wird („Drift“). Ein Beispiel für eine sehr ausgeprägte Drift der Messwerte bei einer Langzeitmessung der CO<sub>2</sub>-Konzentration ist in Abbildung 29 dargestellt. Bei längeren Dauermessungen bietet es sich an, mindestens zu Beginn und am Ende des Messzeitraumes Kalibriermessungen durchzuführen. \\
\\
|{{:picprivate:pb_45_v1_messkonzept_stoergroessen_abb_29.png?600}}|\\
|//**Abbildung 29: \\ CO<sub>2</sub>-Stundenmesswerte über 22 Monate in einem Raum bei gleichbleibender Nutzung \\ und mechanischer Belüftung. \\ Es ist ein deutliches Ansteigen der Messwerte durch eine sog. „Drift“ des Messwertgebers \\ zu erkennen.**//|\\
\\

====== Siehe auch ======

==== Vorhergehende Abschnitte ====

[[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen|]] - Einleitung, Messaufgabe, Zusammenfassung und Literatur\\

[[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen:messkonzept|]]

[[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen:Energiebilanzen]] \\

[[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen:definitionen_fuer_messung_und_auswertung|]] \\

[[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen:einfluesse_auf_den_heizwaermeverbrauch|]] \\

[[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen:vergleich_mit_der_gebaeudeenergiebilanz|]]

[[betrieb:nutzung_erfahrungen:messergebnisse:messkonzept_stoergroessen_loesungen:erstjahresmessungen|]] \\
\\

\\