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planung:passivhaus_nichtwohngebaeude:gebaeudeautomation

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planung:passivhaus_nichtwohngebaeude:gebaeudeautomation [2023/07/11 14:22] – [Rechenmodell für die Bauteil-Kerntemperatur] wolfgang.hasper@passiv.deplanung:passivhaus_nichtwohngebaeude:gebaeudeautomation [2023/11/08 09:54] (aktuell) – [Konzepte für die Automation in Passivhaus-Nichtwohngebäuden] yaling.hsiao@passiv.de
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 Nur in Altbauten oder wenig gedämmten Gebäuden kann ein signifikanter Effekt erzielt werden, insbesondere durch genaue Einhaltung der gewünschten Raumtemperatur und einen Absenkbetrieb außerhalb der Nutzungszeit. Nur in Altbauten oder wenig gedämmten Gebäuden kann ein signifikanter Effekt erzielt werden, insbesondere durch genaue Einhaltung der gewünschten Raumtemperatur und einen Absenkbetrieb außerhalb der Nutzungszeit.
  
-Die wesentlichen Einsparpotentiale liegen klar in der Substanz der Gebäudehülle begründet und der Passivhausstandard kann enorme Verbesserungen sowohl gegenüber dem Gebäudebestand als auch gegenüber den gesetzlichen Mindestanforderungen erzielen. **Die Nachrüstung einer Gebäudeautomation kann auch für Bestandsgebäude somit eine energetische Sanierung der Gebäudehülle nicht er-setzen, sie stellt allenfalls einen rasch wirksamen ersten Maßnahmenschritt dar.**+Die wesentlichen Einsparpotentiale liegen klar in der Substanz der Gebäudehülle begründet und der Passivhausstandard kann enorme Verbesserungen sowohl gegenüber dem Gebäudebestand als auch gegenüber den gesetzlichen Mindestanforderungen erzielen. **Die Nachrüstung einer Gebäudeautomation kann auch für Bestandsgebäude somit eine energetische Sanierung der Gebäudehülle nicht ersetzen, sie stellt allenfalls einen rasch wirksamen ersten Maßnahmenschritt dar.**
  
 In Passivhaus-Nichtwohngebäuden zeigt sich eine gutmütige Reaktion auf Regelungsabweichungen mit nur geringem Einfluss auf den Energieverbrauch. Eine Verlängerung der täglichen Nutzungszeiten hat kaum merklichen Einfluss auf den Heizwärmebedarf. Eine Absenkung außerhalb der Nutzungszeit, mit Stützbetrieb bei 17-18°C, ist in kleinerem Umfang dennoch wirksam und kann angesichts der typischerweise langen Stillstandszeiten von Nichtwohngebäuden sinnvoll sein. Die Entsprechend etwas höhere Aufheizlast ist dann zu berücksichtigen, Hinweise dazu gibt [[https://passipedia.de/medien/medien/veroeffentlichungen/uebersicht_protokollbaende/protokollbaende_51|AkkP 51]]. In Passivhaus-Nichtwohngebäuden zeigt sich eine gutmütige Reaktion auf Regelungsabweichungen mit nur geringem Einfluss auf den Energieverbrauch. Eine Verlängerung der täglichen Nutzungszeiten hat kaum merklichen Einfluss auf den Heizwärmebedarf. Eine Absenkung außerhalb der Nutzungszeit, mit Stützbetrieb bei 17-18°C, ist in kleinerem Umfang dennoch wirksam und kann angesichts der typischerweise langen Stillstandszeiten von Nichtwohngebäuden sinnvoll sein. Die Entsprechend etwas höhere Aufheizlast ist dann zu berücksichtigen, Hinweise dazu gibt [[https://passipedia.de/medien/medien/veroeffentlichungen/uebersicht_protokollbaende/protokollbaende_51|AkkP 51]].
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 Um geeignete Konzepte für die Gebäudeautomation zu finden, ist es hilfreich, sich zunächst die Grundmotivation zum Bau von Gebäuden zu vergegenwärtigen. Gebäude verschaffen der menschlichen Aktivität Unabhängigkeit vom Wettergeschehen und den Jahreszeiten. Nach der Kleidung stellen sie gewissermaßen die „dritte Haut“ der Nutzenden dar. Menschen mit Bürotätigkeit verbringen 90% ihrer Lebenszeit innerhalb von Gebäuden. Um geeignete Konzepte für die Gebäudeautomation zu finden, ist es hilfreich, sich zunächst die Grundmotivation zum Bau von Gebäuden zu vergegenwärtigen. Gebäude verschaffen der menschlichen Aktivität Unabhängigkeit vom Wettergeschehen und den Jahreszeiten. Nach der Kleidung stellen sie gewissermaßen die „dritte Haut“ der Nutzenden dar. Menschen mit Bürotätigkeit verbringen 90% ihrer Lebenszeit innerhalb von Gebäuden.
  
-Um die komplexen damit verbundenen Anforderungen zu erfüllen, ist ein wesentliches Ziel die Gewährleistung von komfortablen Innenraumzuständen. Thermische Behaglichkeit trägt hierzu wesentlich bei, weiterhin bedeutend ist die Raumluft-Qualität. Auch die visuellen Bedingungen müssen den gegebenen Sehaufgaben und dem allgemeinen Wohlbefinden förderlich sein.  \\  Im Hinblick auf die dringend erforderliche Nachhaltigkeits-Wende sind alle diese Anforderungen mit einem geringen Energieeinsatz zu erfüllen, so dass die Gebäude leicht und kostengünstig mit erneuerbaren Energien zu betreiben sind.\\+Um die komplexen damit verbundenen Anforderungen zu erfüllen, ist ein wesentliches Ziel die Gewährleistung von komfortablen Innenraumzuständen. Thermische Behaglichkeit trägt hierzu wesentlich bei, weiterhin bedeutend ist die Raumluft-Qualität. Auch die visuellen Bedingungen müssen den gegebenen Sehaufgaben und dem allgemeinen Wohlbefinden förderlich sein.\\ 
 +Im Hinblick auf die dringend erforderliche Nachhaltigkeits-Wende sind alle diese Anforderungen mit einem geringen Energieeinsatz zu erfüllen, so dass die Gebäude leicht und kostengünstig mit erneuerbaren Energien zu betreiben sind.
  
 Ziel sind also bestimmte Eigenschaften der Innenräume, weitgehend entkoppelt vom äußeren Geschehen. Ziel sind also bestimmte Eigenschaften der Innenräume, weitgehend entkoppelt vom äußeren Geschehen.
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 |Aktive Kühlung|≥ 24,5 (24,4) Freigabe Kühlung| |Aktive Kühlung|≥ 24,5 (24,4) Freigabe Kühlung|
  
-Der Einstrahlungswert von 150 W/m² (~15000 kLux) versteht sich als Globalstrahlung auf die betroffene Fassadenebene (leicht editierbar anzulegen).+Der Einstrahlungswert von 150 W/m² (~15 kLux) versteht sich als Globalstrahlung auf die betroffene Fassadenebene (leicht editierbar anzulegen).
  
 Die hier angegebenen Schaltwerte sind musterhaft und bewähren sich im Simulationsmodell. Für eine reale Automationsanlage müssen sie leicht editierbar sein, um für ein spezifisches Gebäude optimiert werden zu können.\\ Die hier angegebenen Schaltwerte sind musterhaft und bewähren sich im Simulationsmodell. Für eine reale Automationsanlage müssen sie leicht editierbar sein, um für ein spezifisches Gebäude optimiert werden zu können.\\
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 Eine Hysterese von 0,1 bis 0,2 K erscheint sinnvoll, dies entspricht auch der Projekterfahrung aus der FOS/BOS Erding. Eine Hysterese von 0,1 bis 0,2 K erscheint sinnvoll, dies entspricht auch der Projekterfahrung aus der FOS/BOS Erding.
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 ==== Rechenmodell für die Bauteil-Kerntemperatur ==== ==== Rechenmodell für die Bauteil-Kerntemperatur ====
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 Das Temperaturniveau in Heizsystemen sollte an den Bedarf angepasst werden um unnötig hohe Wärmeverluste in Erzeugern und Verteilsystemen zu vermeiden, die Kondensation des Wasserdampfes aus Verbrennungsprozessen zu ermöglichen und die Arbeitszahl von Wärmepumpensystemen zu vergrößern.\\ Das Temperaturniveau in Heizsystemen sollte an den Bedarf angepasst werden um unnötig hohe Wärmeverluste in Erzeugern und Verteilsystemen zu vermeiden, die Kondensation des Wasserdampfes aus Verbrennungsprozessen zu ermöglichen und die Arbeitszahl von Wärmepumpensystemen zu vergrößern.\\
-Bei intermittierend betriebenen Nichtwohngebäuden wird die Heizung in der Nacht und an Wochenenden in einen Stützbetrieb zur Einhaltung einer Mindesttempera-tur von z.B. 17 °C geschaltet. Effektiv wird sie dafür in der Regel abgeschaltet, da in einem Passivhaus-Gebäude innerhalb eines Wochenendes in der Regel keine derartige Auskühlung eintritt. Ein Stützbetrieb wird gewöhnlich erst am dritten oder vierten Tag der Nutzungsunterbrechung wirksam, also an langen Wochenenden oder in Ferienzeiten.\\+Bei intermittierend betriebenen Nichtwohngebäuden wird die Heizung in der Nacht und an Wochenenden in einen Stützbetrieb zur Einhaltung einer Mindesttemperatur von z.B. 17 °C geschaltet. Effektiv wird sie dafür in der Regel abgeschaltet, da in einem Passivhaus-Gebäude innerhalb eines Wochenendes in der Regel keine derartige Auskühlung eintritt. Ein Stützbetrieb wird gewöhnlich erst am dritten oder vierten Tag der Nutzungsunterbrechung wirksam, also an langen Wochenenden oder in Ferienzeiten.\\
 Erst zur Aufheizung vor Betriebsbeginn wird die Heizung dann wieder benötigt. Aus dieser intermittierenden Nutzung ergibt sich eine Tagesdynamik mit dem höchsten Heizleistungsbedarf am frühen Morgen, der im weiteren Verlauf zurückgeht und oftmals gegen Mittag eine marginale Grenze erreicht. Insbesondere in Schulen und anderen von vielen Menschen genutzten Gebäuden ist dieser Effekt ausgeprägt, was sich aus der nutzungsbedingt anfallenden Wärme durch Anwesenheit vieler Personen, künstliche Beleuchtung und Arbeitshilfen ergibt. Erst zur Aufheizung vor Betriebsbeginn wird die Heizung dann wieder benötigt. Aus dieser intermittierenden Nutzung ergibt sich eine Tagesdynamik mit dem höchsten Heizleistungsbedarf am frühen Morgen, der im weiteren Verlauf zurückgeht und oftmals gegen Mittag eine marginale Grenze erreicht. Insbesondere in Schulen und anderen von vielen Menschen genutzten Gebäuden ist dieser Effekt ausgeprägt, was sich aus der nutzungsbedingt anfallenden Wärme durch Anwesenheit vieler Personen, künstliche Beleuchtung und Arbeitshilfen ergibt.
  
 Für einen optimierten Betrieb des Heizsystems sollte jeweils genau die erforderliche Leistung bereitgestellt werden, gerade passend zum Leistungsbedarf des Gebäudes. Die dann jeweils minimale Medientemperatur kann die Arbeitszahl einer Wärmepumpe deutlich beeinflussen und auch bei einem Brennwertkessel die Abgasverluste senken. Durch den steilen Anstieg des Carnot-Wirkungsgrades bei geringen Temperaturdifferenzen des Wärmepumpenprozesses wirkt sich eine Verbesserung an dieser Stelle merklich aus. Für einen optimierten Betrieb des Heizsystems sollte jeweils genau die erforderliche Leistung bereitgestellt werden, gerade passend zum Leistungsbedarf des Gebäudes. Die dann jeweils minimale Medientemperatur kann die Arbeitszahl einer Wärmepumpe deutlich beeinflussen und auch bei einem Brennwertkessel die Abgasverluste senken. Durch den steilen Anstieg des Carnot-Wirkungsgrades bei geringen Temperaturdifferenzen des Wärmepumpenprozesses wirkt sich eine Verbesserung an dieser Stelle merklich aus.
  
-Um einen thermodynamischen Vorteil am Wärmeerzeuger zu erreichen, darf die Vorlauftemperatur nicht durch Rücklaufbeimischung geregelt werden. Vielmehr soll der Erzeuger stets nur die benötigte Temperatur bereitstellen. Sofern kein besonders hoher Warmwasserbedarf besteht ist in Nichtwohngebäuden eine dezentrale Warmwasserbereitung mit elektrischen Durchlauferhitzern oft eine günstige Lö-sung. Aber auch bei zentralen Systemen sollte der Wärmeerzeuger nur kurzzeitig für die Warmwasserbereitung hohe Temperaturen bereitstellen müssen.+Um einen thermodynamischen Vorteil am Wärmeerzeuger zu erreichen, darf die Vorlauftemperatur nicht durch Rücklaufbeimischung geregelt werden. Vielmehr soll der Erzeuger stets nur die benötigte Temperatur bereitstellen. Sofern kein besonders hoher Warmwasserbedarf besteht ist in Nichtwohngebäuden eine dezentrale Warmwasserbereitung mit elektrischen Durchlauferhitzern oft eine günstige Lösung. Aber auch bei zentralen Systemen sollte der Wärmeerzeuger nur kurzzeitig für die Warmwasserbereitung hohe Temperaturen bereitstellen müssen.
  
 Die einfache und allgemein eingeführte Steuerung der Heizmedientemperatur nach der Außentemperatur, über eine Heizkennlinie, ist für Passivhäuser nicht zielführend, da durch die hohe themische Zeitkonstante des Systems und den großen Einfluss von freier Wärme nur ein sehr schwacher Zusammenhang der Heizleistung mit der Außentemperatur verbleibt. Da viele Wärmeerzeuger keine alternative Steuerungsmöglichkeit besitzen, lag hier in der Vergangenheit oft die einzige einfache Möglichkeit in einer möglichst flachen und ausreichend parallel verschobenen Kennlinie, die eine quasi konstante Vorlauftemperatur bereitstellt. Die Möglichkeiten einer Anpassung an den Bedarf bleiben so freilich ungenutzt. Die einfache und allgemein eingeführte Steuerung der Heizmedientemperatur nach der Außentemperatur, über eine Heizkennlinie, ist für Passivhäuser nicht zielführend, da durch die hohe themische Zeitkonstante des Systems und den großen Einfluss von freier Wärme nur ein sehr schwacher Zusammenhang der Heizleistung mit der Außentemperatur verbleibt. Da viele Wärmeerzeuger keine alternative Steuerungsmöglichkeit besitzen, lag hier in der Vergangenheit oft die einzige einfache Möglichkeit in einer möglichst flachen und ausreichend parallel verschobenen Kennlinie, die eine quasi konstante Vorlauftemperatur bereitstellt. Die Möglichkeiten einer Anpassung an den Bedarf bleiben so freilich ungenutzt.
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 In der obigen Abbildung wird der Vorlauftemperatur-Sollwert (rot) ganz konventionell entsprechend einer Kennlinie nach der gemischten Außentemperatur gesteuert. Die Korrelation mit der tatsächlich nachgefragten Heizleistung (orange, rechte Achse) ist oftmals nicht stimmig. In einigen Zeiträumen erscheint die Vorlauftemperatur höher als benötigt (z.B. regelmäßig in der zweiten Wochenhälfte), in den Anheizphasen nach der Betriebsunterbrechung am Wochenende ist sie dagegen mitunter wohl zu gering. In der obigen Abbildung wird der Vorlauftemperatur-Sollwert (rot) ganz konventionell entsprechend einer Kennlinie nach der gemischten Außentemperatur gesteuert. Die Korrelation mit der tatsächlich nachgefragten Heizleistung (orange, rechte Achse) ist oftmals nicht stimmig. In einigen Zeiträumen erscheint die Vorlauftemperatur höher als benötigt (z.B. regelmäßig in der zweiten Wochenhälfte), in den Anheizphasen nach der Betriebsunterbrechung am Wochenende ist sie dagegen mitunter wohl zu gering.
  
-Ist der thermische Zustand des Gebäudes bekannt, kann er als Eingangswert einer Kennliniensteuerung der Medientemperatur herangezogen werden. Dies führt bereits zu einer recht guten Korrelation mit der tatsächlichen Leistungs-Nachfrage. In seiner Einfachheit ist dieses Kennlinien-Verfahren sicherlich nicht optimal, kurz-zeitig auftretende Wärmeeinträge, insbesondere durch Solarstrahlung, können nicht unmittelbar ausgeregelt werden. Wird die Heizungsanlage allerdings zusätzlich bei Unterschreiten einer minimalen Pumpendrehzahl, also bei marginalem Durchfluss, für den Rest des Tages abge-schaltet, kann bereits dieser einfache Ansatz gut funktionieren.+Ist der thermische Zustand des Gebäudes bekannt, kann er als Eingangswert einer Kennliniensteuerung der Medientemperatur herangezogen werden. Dies führt bereits zu einer recht guten Korrelation mit der tatsächlichen Leistungs-Nachfrage. In seiner Einfachheit ist dieses Kennlinien-Verfahren sicherlich nicht optimal, kurzzeitig auftretende Wärmeeinträge, insbesondere durch Solarstrahlung, können nicht unmittelbar ausgeregelt werden. Wird die Heizungsanlage allerdings zusätzlich bei Unterschreiten einer minimalen Pumpendrehzahl, also bei marginalem Durchfluss, für den Rest des Tages abgeschaltet, kann bereits dieser einfache Ansatz gut funktionieren.
  
 {{:picopen:heizleistung_vl_thz.png?nolink&1000x251}} {{:picopen:heizleistung_vl_thz.png?nolink&1000x251}}
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 Es stellt sich allerdings heraus, dass diese Regelkonzepte häufig Regelaufgaben bearbeiten, die in Passivhaus-Gebäuden so entweder nicht gebraucht werden oder dem Passivhaus-Konzept sogar widersprechen. In einem Passivhaus sorgt eine Lüftung mit hochwertiger Wärmerückgewinnung (WRG) dafür, dass die Zuluft durchgängig auf behaglichen ≥ 17°C gehalten wird. Außerdem können in Passivhäusern die internen Wärmequellen (IWQ) zu einem nennenswerten Anteil zur Beheizung der Räume beitragen. Weiterhin wird die Raumtemperatur in einem Intervall von 20 … 25°C als behaglich definiert. Das heißt wenn die Raumtemperatur in diesem Bereich liegt, muss weder geheizt noch gekühlt werden. Aus Monitorings ist bekannt, dass viele Nutzer eine Temperatur von 22°C als optimal empfinden.\\ Es stellt sich allerdings heraus, dass diese Regelkonzepte häufig Regelaufgaben bearbeiten, die in Passivhaus-Gebäuden so entweder nicht gebraucht werden oder dem Passivhaus-Konzept sogar widersprechen. In einem Passivhaus sorgt eine Lüftung mit hochwertiger Wärmerückgewinnung (WRG) dafür, dass die Zuluft durchgängig auf behaglichen ≥ 17°C gehalten wird. Außerdem können in Passivhäusern die internen Wärmequellen (IWQ) zu einem nennenswerten Anteil zur Beheizung der Räume beitragen. Weiterhin wird die Raumtemperatur in einem Intervall von 20 … 25°C als behaglich definiert. Das heißt wenn die Raumtemperatur in diesem Bereich liegt, muss weder geheizt noch gekühlt werden. Aus Monitorings ist bekannt, dass viele Nutzer eine Temperatur von 22°C als optimal empfinden.\\
 Dies vorausgesetzt, zeigt das oben genannte Beispiel, dass eine einfache Regelung zur Zuluft-Nacherwärmung, welche die Zuluft-Temperatur ständig auf T<sub>Zuluft</sub> = 21°C hält, nicht zu einem Passivhaus passt:\\ Dies vorausgesetzt, zeigt das oben genannte Beispiel, dass eine einfache Regelung zur Zuluft-Nacherwärmung, welche die Zuluft-Temperatur ständig auf T<sub>Zuluft</sub> = 21°C hält, nicht zu einem Passivhaus passt:\\
-Mit der gut wärmegedämmten Gebäudehülle und insbesondere der Luftdichtheit und der Lüftungs-WRG besteht für ein Passivhaus eine Gebäude-Hardware, die von Grund auf die die Raumtemperatur und damit den thermischen Komfort in den Innenräumen konstant hält. Die thermische Trägheit des Gebäudes wird damit so groß, dass kurzzeitige, räumlich begrenzte Temperaturschwankungen, z.B. aufgrund eines selten geöffneten Fensters sehr schnell weg-gepuffert werden.\\+Mit der gut wärmegedämmten Gebäudehülle und insbesondere der Luftdichtheit und der Lüftungs-WRG besteht für ein Passivhaus eine Gebäude-Hardware, die von Grund auf die die Raumtemperatur und damit den thermischen Komfort in den Innenräumen konstant hält. Die thermische Trägheit des Gebäudes wird damit so groß, dass kurzzeitige, räumlich begrenzte Temperaturschwankungen, z.B. aufgrund eines selten geöffneten Fensters sehr schnell weggepuffert werden.\\
 Gibt es eine Flächen-Heizung, dann braucht die Zuluft im Passivhaus also abgesehen von der weiter oben beschriebenen Frostschutz-Vorheizung nicht weiter beheizt werden. Die minimal 17°C Zulufttemperatur reichen aus und damit können die zeitweise vorhandenen IWQ und die solaren Wärmegewinne ('freie Wärme') auch sinnvoll genutzt werden. Wird jedoch die Zuluft immer (aufwendig) auf 21°C gehalten, so führt dies häufig zu einer nicht erwünschten Überwärmung der Räume, die von den Nutzern ggf. über die Fenster weggelüftet wird, wenn nicht bereits im Gerät automatisch die Wärmerückgewinnung abgeregelt wird. In beiden Fällen wird jedoch die Nutzung der freien Wärme verhindert und das Passivhaus-Konzept konterkariert. Gibt es eine Flächen-Heizung, dann braucht die Zuluft im Passivhaus also abgesehen von der weiter oben beschriebenen Frostschutz-Vorheizung nicht weiter beheizt werden. Die minimal 17°C Zulufttemperatur reichen aus und damit können die zeitweise vorhandenen IWQ und die solaren Wärmegewinne ('freie Wärme') auch sinnvoll genutzt werden. Wird jedoch die Zuluft immer (aufwendig) auf 21°C gehalten, so führt dies häufig zu einer nicht erwünschten Überwärmung der Räume, die von den Nutzern ggf. über die Fenster weggelüftet wird, wenn nicht bereits im Gerät automatisch die Wärmerückgewinnung abgeregelt wird. In beiden Fällen wird jedoch die Nutzung der freien Wärme verhindert und das Passivhaus-Konzept konterkariert.
  
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 Wichtig ist noch zu bemerken, dass der oben definierte Zeitraum 'Winter' deutlich länger ist als die Heizzeit im Passivhaus. Denn in der Übergangszeit (etwa April-Mai und Sep.-Okt.) mit moderaten Außentemperaturen ist die Lüftung mit WRG wichtig, um für behagliche Zulufttemperaturen zu sorgen. Andererseits kann es auch da schon sinnvoll sein, dass an einzelnen Tagen und Stunden mit T<sub>Außen</sub> > 25°C der Bypass aktiviert wird. Dafür kann ggf. die Messung der Temperaturen in der Außenluft-, Abluft und Fortluft und ein entsprechender Regelmechanismus von der Steuerung des Lüftungsgerätes verwendet werden. Für Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung ist hier wiederum Transparenz über den eingesetzten Algorithmus bedeutsam. Wichtig ist noch zu bemerken, dass der oben definierte Zeitraum 'Winter' deutlich länger ist als die Heizzeit im Passivhaus. Denn in der Übergangszeit (etwa April-Mai und Sep.-Okt.) mit moderaten Außentemperaturen ist die Lüftung mit WRG wichtig, um für behagliche Zulufttemperaturen zu sorgen. Andererseits kann es auch da schon sinnvoll sein, dass an einzelnen Tagen und Stunden mit T<sub>Außen</sub> > 25°C der Bypass aktiviert wird. Dafür kann ggf. die Messung der Temperaturen in der Außenluft-, Abluft und Fortluft und ein entsprechender Regelmechanismus von der Steuerung des Lüftungsgerätes verwendet werden. Für Inbetriebnahme und Betriebsoptimierung ist hier wiederum Transparenz über den eingesetzten Algorithmus bedeutsam.
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 ===== Verschattung ===== ===== Verschattung =====
  
 Bewegliche Verschattungseinrichtungen sind für Gebäudenutzer besonders augenfällig und ihre (oft lautstarke) Bewegung wird nicht selten als irritierend wahrgenommen. Zudem sind individuelle Vorlieben unterschiedlicher Nutzer mit einer an die Jahreszeit angepassten Betätigung der Verschattung auszubalancieren. Eine gut konzipierte Steuerung und Regelung sind hier also von besonderer Bedeutung für Nutzerakteptanz und Gebäudefunktion. Bewegliche Verschattungseinrichtungen sind für Gebäudenutzer besonders augenfällig und ihre (oft lautstarke) Bewegung wird nicht selten als irritierend wahrgenommen. Zudem sind individuelle Vorlieben unterschiedlicher Nutzer mit einer an die Jahreszeit angepassten Betätigung der Verschattung auszubalancieren. Eine gut konzipierte Steuerung und Regelung sind hier also von besonderer Bedeutung für Nutzerakteptanz und Gebäudefunktion.
  
-Je nach thermischem Zustand des Gebäudes sind solare Wärmeeinträge erwünscht oder zu vermeiden. Eine jahreszeitliche Unterscheidung (saisonaler Betriebsmodus) ist also zwingend erforderlich. Sind solare Gewinne erwünscht, bleibt die Verschattung stets geöffnet. Eine Möglichkeit für einen Nutzereingriff ist aber aus den oben benannten Gründen gleichwohl dringend erforderlich um den unterschiedlichen Vorlieben oder Erfordernissen Rechnung zu tragen. Es hat sich bewährt, solche Nutzereingriffe für jeweils eine begrenzte Zeit zuzulassen und anschließend das Automatiksignal wieder einzusetzen. Ein Zeitraum von 2-3 Stunden vermeidet eine übermäßige Bevormundung der Nutzenden, stellt aber auch einen angemessenen Gebäudebetrieb hinreichend sicher.+Je nach thermischem Zustand des Gebäudes sind solare Wärmeeinträge erwünscht oder zu vermeiden. Eine jahreszeitliche Unterscheidung (Bestimmung des saisonalen Betriebsmodus') ist also zwingend erforderlich. Sind solare Gewinne erwünscht, bleibt die Verschattung stets geöffnet. Eine Möglichkeit für einen Nutzereingriff ist aber aus den oben benannten Gründen gleichwohl dringend erforderlich um den unterschiedlichen Vorlieben oder Erfordernissen Rechnung zu tragen. Es hat sich bewährt, solche Nutzereingriffe für jeweils eine begrenzte Zeit zuzulassen und anschließend das Automatiksignal wieder einzusetzen. Ein Zeitraum von 2-3 Stunden vermeidet eine übermäßige Bevormundung der Nutzenden, stellt aber auch einen angemessenen Gebäudebetrieb hinreichend sicher.
  
 Sind solare Gewinne zu vermeiden, wird die Verschattung bei Überschreitung eines Schwellwertes der Einstrahlung von ca. 150 W/m² (Globalstrahlung, ~ 15 kLux) auf die betreffende Fassade automatisch geschlossen. Ein Nutzereingriff ist wiederum für die begrenzte Zeitspanne jederzeit möglich. Wird der Automatikbetrieb zu festen Zeitpunkten wieder eingesetzt, kann 06:00, 09:00, 12:00 usw. ein sinnvolles Raster bilden. Sind solare Gewinne zu vermeiden, wird die Verschattung bei Überschreitung eines Schwellwertes der Einstrahlung von ca. 150 W/m² (Globalstrahlung, ~ 15 kLux) auf die betreffende Fassade automatisch geschlossen. Ein Nutzereingriff ist wiederum für die begrenzte Zeitspanne jederzeit möglich. Wird der Automatikbetrieb zu festen Zeitpunkten wieder eingesetzt, kann 06:00, 09:00, 12:00 usw. ein sinnvolles Raster bilden.
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 Von großer Bedeutung ist hier die Effizienz der Automationssysteme, ausgedrückt durch den (absoluten) Nutzen im Verhältnis zu dem dafür erforderlichen Aufwand. Dabei kann es sich unmittelbar um das Verhältnis aus Hilfsenergiebedarf und realisierter Energieeinsparung handeln oder auch um den Ressourceneinsatz zur Herstellung eines Systems und seiner technischen Lebensdauer. Letztere ist unmittelbar auch mit der Zuverlässigkeit bzw. Funktions-Qualität der Anlage verknüpft.\\ Von großer Bedeutung ist hier die Effizienz der Automationssysteme, ausgedrückt durch den (absoluten) Nutzen im Verhältnis zu dem dafür erforderlichen Aufwand. Dabei kann es sich unmittelbar um das Verhältnis aus Hilfsenergiebedarf und realisierter Energieeinsparung handeln oder auch um den Ressourceneinsatz zur Herstellung eines Systems und seiner technischen Lebensdauer. Letztere ist unmittelbar auch mit der Zuverlässigkeit bzw. Funktions-Qualität der Anlage verknüpft.\\
 Es kommt, kurz gefasst, also darauf an, den höchstmöglichen Nutzen mit geringst-möglichem Ressourceneinsatz zu erzielen. Das ist ein **sehr geringer Hilfsenergiebedarf in robust funktionierenden Systemen von langer Haltbarkeit ** (> 20 Jahre). Robust funktionierende Systeme lassen sich dann erzielen, wenn geeignete Konzepte verfolgt werden. Es kommt, kurz gefasst, also darauf an, den höchstmöglichen Nutzen mit geringst-möglichem Ressourceneinsatz zu erzielen. Das ist ein **sehr geringer Hilfsenergiebedarf in robust funktionierenden Systemen von langer Haltbarkeit ** (> 20 Jahre). Robust funktionierende Systeme lassen sich dann erzielen, wenn geeignete Konzepte verfolgt werden.
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 ==== Hilfsenergie ==== ==== Hilfsenergie ====
  
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 Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz bistabiler Relais, die durch Strompulse umgeschaltet werden, dann aber den Schaltzustand stromlos beibehalten. Sie sind teurer als die üblichen, monostabilen Relais, reduzieren den Energieaufwand jedoch konsequent auf einen minimalen Betrag.\\ Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz bistabiler Relais, die durch Strompulse umgeschaltet werden, dann aber den Schaltzustand stromlos beibehalten. Sie sind teurer als die üblichen, monostabilen Relais, reduzieren den Energieaufwand jedoch konsequent auf einen minimalen Betrag.\\
 Elektronische Relais (solid state relay) können annähernd leistungslos geschaltet werden und besitzen keine beweglichen Teile. Auch kehren sie bei Netzausfall in einen definierten Zustand zurück und können ihren Schaltzustand innerhalb einer Sekunde mehrfach ändern. Dennoch sind sie für die Gebäudeautomation wenig interessant, da sie eine Verlustleistung von einigen Prozent der Last aufweisen. Sie setzen also einen erheblichen Teil des geschalteten Stroms in Wärme um und benötigen entsprechen einen Kühlkörper. Kommende Halbleitergenerationen auf Basis von Siliziumcarbid lassen eine deutliche Verringerung diese Verluste erwarten. Für langfristig geschaltete Lasten bleibt es aber zunächst bei den grundsätzlichen Vorteilen mechanisch geschalteter Relais. Elektronische Relais (solid state relay) können annähernd leistungslos geschaltet werden und besitzen keine beweglichen Teile. Auch kehren sie bei Netzausfall in einen definierten Zustand zurück und können ihren Schaltzustand innerhalb einer Sekunde mehrfach ändern. Dennoch sind sie für die Gebäudeautomation wenig interessant, da sie eine Verlustleistung von einigen Prozent der Last aufweisen. Sie setzen also einen erheblichen Teil des geschalteten Stroms in Wärme um und benötigen entsprechen einen Kühlkörper. Kommende Halbleitergenerationen auf Basis von Siliziumcarbid lassen eine deutliche Verringerung diese Verluste erwarten. Für langfristig geschaltete Lasten bleibt es aber zunächst bei den grundsätzlichen Vorteilen mechanisch geschalteter Relais.
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 ==== Antriebe ==== ==== Antriebe ====
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 ==== Wärmeentwicklung ==== ==== Wärmeentwicklung ====
  
-Von einer Effizienzverbesserung der GA-Komponenten gehen auch sekundäre Wirkungen aus. Offensichtlich sind die bei vermindertem Stromverbrauch sinkenden Betriebskosten; Aber auch Planung und Ausführung können bei geringeren Wärmelasten einfacher werden. Schaltschränke müssen nicht belüftet oder gar ge-kühlt werden, ein kompakterer Aufbau wird möglich. Auch die Lebensdauer elektro-nischer Komponenten verlängert sich mit sinkender Umgebungstemperatur.\\+Von einer Effizienzverbesserung der GA-Komponenten gehen auch sekundäre Wirkungen aus. Offensichtlich sind die bei vermindertem Stromverbrauch sinkenden Betriebskosten; Aber auch Planung und Ausführung können bei geringeren Wärmelasten einfacher werden. Schaltschränke müssen nicht belüftet oder gar gekühlt werden, ein kompakterer Aufbau wird möglich. Auch die Lebensdauer elektronischer Komponenten verlängert sich mit sinkender Umgebungstemperatur.\\
 Für die Neuentwicklung könnte der Leitsatz lauten: "Konstruiere jede Schaltung so, als würde sie mit Batterien betrieben und lerne von Mobilgeräten". Für die Neuentwicklung könnte der Leitsatz lauten: "Konstruiere jede Schaltung so, als würde sie mit Batterien betrieben und lerne von Mobilgeräten".
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 ==== Messunsicherheit ==== ==== Messunsicherheit ====
  
-Für jede Messaufgabe ist eine angemessene Messunsicherheit einzuhalten. Um dies im Einzelfall überhaupt bewerten zu können ist die Messunsicherheit zunächst anzugeben. Dies ist derzeit in der Gebäudeautomation nicht üblich und Auskünfte sind nur schwer zu erhalten. Oftmals wird lediglich die Klassifizierung des Sensors angegeben, für ein Platin-Widerstandsthermometer etwa "Klasse B nach EN 60751". Für die erzielte Messunsicherheit ist die Angabe jedoch ohne Aussage, da die gesamte Messkette aus Sensor, Messleitungen, Konstantstromquelle, Referenz-spannung und AD-Wandler mit in die Gesamtunsicherheit eingeht.+Für jede Messaufgabe ist eine angemessene Messunsicherheit einzuhalten. Um dies im Einzelfall überhaupt bewerten zu können ist die Messunsicherheit zunächst anzugeben. Dies ist derzeit in der Gebäudeautomation nicht üblich und Auskünfte sind nur schwer zu erhalten. Oftmals wird lediglich die Klassifizierung des Sensors angegeben, für ein Platin-Widerstandsthermometer etwa "Klasse B nach EN 60751". Für die erzielte Messunsicherheit ist die Angabe jedoch ohne Aussage, da die gesamte Messkette aus Sensor, Messleitungen, Konstantstromquelle, Referenzspannung und AD-Wandler mit in die Gesamtunsicherheit eingeht.
  
-Für eine präzise Bestimmung des thermischen Zustandes, sofern er für einzelne Räume bzw. kleinere Raumgruppen herangezogen werden soll, und für die Überprüfung des tatsächlichen Energieverbrauchs wird in der Temperaturmessung eine Messunsicherheit von ≤ ± 0.3 K für gesamte Messkette benötigt. Die Klasse VDI/VDE 3512 A-TGA (basierend auf einem Widerstandsthermometer Klasse A EN 60751) sollte damit die Standard-Ausführung bilden, für besondere Fälle eine verbesserte Klasse „AA-TGA“ (1/5 Klasse B EN 60751 und verbesserte Messelektronik für eine nur halb so große Messunsicherheit) leicht zugänglich angeboten werden (etwa für besondere Regelungsaufgaben in der Betonkerntemperierung).+Für eine präzise Bestimmung des thermischen Zustandes, sofern er für einzelne Räume bzw. kleinere Raumgruppen herangezogen werden soll, und für die Überprüfung des tatsächlichen Energieverbrauchs wird in der Temperaturmessung eine Messunsicherheit von ≤ ± 0.3 K für gesamte Messkette benötigt. Die Klasse VDI/VDE 3512 A-TGA (basierend auf einem Widerstandsthermometer Klasse A oder AA nach EN 60751) sollte damit die Standard-Ausführung bilden, für besondere Fälle eine verbesserte Klasse „AA-TGA“ (Klasse AA EN 60751 und verbesserte Messelektronik für eine nur halb so große Messunsicherheit) leicht zugänglich angeboten werden (etwa für besondere Regelungsaufgaben in der Betonkerntemperierung).
  
 Hochwertige Messketten weisen eine geringe Drift bei wechselnden Umgebungstemperaturen und im zeitlichen Verlauf auf. Dennoch verändern alle Mess-Schaltungen ihre Eigenschaften, weshalb eine ratiometrische Messung zu bevorzugen ist. Hier steht ein Referenz-Widerstand zur Verfügung, der bei entsprechender Qualität als nahezu unveränderlich angesehen werden kann. Die Messung des Platin-Temperaturfühlers (RTD) erfolgt dann immer im direkten Vergleich zu dem Referenzwiderstand, alle Variationen im Erregungsstrom oder der Referenzspannung am AD-Wandler werden damit ausgeglichen. Auch Messbrücken zur präzisen Überwachung von Temperaturdifferenzen mit zwei Platin-Messwiderständen können eine hilfreiche Ergänzung im Repertoire der Gebäudeautomation darstellen. Hochwertige Messketten weisen eine geringe Drift bei wechselnden Umgebungstemperaturen und im zeitlichen Verlauf auf. Dennoch verändern alle Mess-Schaltungen ihre Eigenschaften, weshalb eine ratiometrische Messung zu bevorzugen ist. Hier steht ein Referenz-Widerstand zur Verfügung, der bei entsprechender Qualität als nahezu unveränderlich angesehen werden kann. Die Messung des Platin-Temperaturfühlers (RTD) erfolgt dann immer im direkten Vergleich zu dem Referenzwiderstand, alle Variationen im Erregungsstrom oder der Referenzspannung am AD-Wandler werden damit ausgeglichen. Auch Messbrücken zur präzisen Überwachung von Temperaturdifferenzen mit zwei Platin-Messwiderständen können eine hilfreiche Ergänzung im Repertoire der Gebäudeautomation darstellen.
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 Es erscheint daher zielführend, zukünftig höhere Standards bei der Strahlungsmessung anzustreben. Kalibrierte und Temperatur-kompensierte PV-Referenzzellen mit Glasabdeckung, in Verbindung mit einer hochwertigen Messschaltung, haben das Potenzial für eine preiswerte Alternative.\\ Es erscheint daher zielführend, zukünftig höhere Standards bei der Strahlungsmessung anzustreben. Kalibrierte und Temperatur-kompensierte PV-Referenzzellen mit Glasabdeckung, in Verbindung mit einer hochwertigen Messschaltung, haben das Potenzial für eine preiswerte Alternative.\\
 Mit solchen Sensoren steht dann die Globalstrahlung horizontal für Verschattungssteuerung und Betriebsanalyse in einer hinreichenden Qualität zur Verfügung. Aus dem Messwert kann mit Hilfe eines Himmelsmodells die Einstrahlung auf beliebig orientierte Flächen (z.B. Fassaden) bestimmt und als Eingangswert für eine Steuerung genutzt werden. Mit solchen Sensoren steht dann die Globalstrahlung horizontal für Verschattungssteuerung und Betriebsanalyse in einer hinreichenden Qualität zur Verfügung. Aus dem Messwert kann mit Hilfe eines Himmelsmodells die Einstrahlung auf beliebig orientierte Flächen (z.B. Fassaden) bestimmt und als Eingangswert für eine Steuerung genutzt werden.
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 ==== Dauerhaftigkeit des Automationssystems ==== ==== Dauerhaftigkeit des Automationssystems ====
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 Die Vernetzung von Informationen in der Gebäudeautomation hat ein Potential für eine optimierte Betriebsführung. Gleichzeitig lehrt die praktische Erfahrung, dass nur vergleichsweise einfache, robuste Konzepte eine dauerhaft befriedigende Funktion erbringen. Hier gilt es stets abzuwägen und im Zweifel für die einfachere Variante zu optieren. Eine kritische Analyse von möglichen Unterbrechungen in den Informationsketten und deren Folgen ist geboten, verbunden mit einer Vorsorge für den jeweiligen Fall. Zumindest ein Notbetrieb mit eindeutigen Fehlermeldungen sollte stets gewährleistet werden. Die Vernetzung von Informationen in der Gebäudeautomation hat ein Potential für eine optimierte Betriebsführung. Gleichzeitig lehrt die praktische Erfahrung, dass nur vergleichsweise einfache, robuste Konzepte eine dauerhaft befriedigende Funktion erbringen. Hier gilt es stets abzuwägen und im Zweifel für die einfachere Variante zu optieren. Eine kritische Analyse von möglichen Unterbrechungen in den Informationsketten und deren Folgen ist geboten, verbunden mit einer Vorsorge für den jeweiligen Fall. Zumindest ein Notbetrieb mit eindeutigen Fehlermeldungen sollte stets gewährleistet werden.
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 +Eine ausführlichere Darstellung zum Thema finden Sie im [[https://database.passivehouse.com/de/download/product_page/Protokollband59|Protokollband ]]der 59. Sitzung des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser. **Wir danken dem Hessischen Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung, vertreten durch die Wirtschafts- und Infrastrukturbank Hessen, für die freundliche Unterstützung dieser Veranstaltung.**
  
  
planung/passivhaus_nichtwohngebaeude/gebaeudeautomation.1689078130.txt.gz · Zuletzt geändert: von wolfgang.hasper@passiv.de