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planung:passivhaus_nichtwohngebaeude:gebaeudeautomation

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planung:passivhaus_nichtwohngebaeude:gebaeudeautomation [2023/07/12 11:18] – [Regelung der Zuluft-Temperatur] 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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 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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 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.1689153532.txt.gz · Zuletzt geändert: 2023/07/12 11:18 von wolfgang.hasper@passiv.de