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Ausgewählte Ausgabe: 03-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Bilanz-Konzept für die Regelung von Voll-Klimaanlagen

Mit der Forderung der Betreiber von Klimaanlagen nach optimaler Betriebsführung steht die Leittechnik im Fokus der Bemühungen um die Verbesserung technischer Voraussetzungen. Namensgerecht ist Leittechnik dafür zuständig, für eine technische Anlage, hier die Klimaanlage, die Betriebsführung automatisch zu realisieren. Sie ist eingesetzt, um trotz stochastischer Störungen des Anlagenbetriebs, die für die technologische Aufgabe bestimmten Sollwerte von Prozessgrößen einzuhalten.


Die leittechnischen Anforderungen sind bei Voll-Klimaanlagen mit Regelung von Temperatur, Luftfeuchte und Luftqualität wegen der Wirkungskomplexität der multivariabel wirkenden Stellgrößen besonders hoch und werden häufig nicht erfüllt. Das zeigt sich in solchen Mängeln der Regelungseigenschaften wie

  •  Ausregelvorgänge erfolgen zu langsam, so dass vorübergehend erhebliche Regelfehler auftreten,
  •  durch zu starke I-Wirkung der Regler treten starke Schwingungen bis hin zu Dauerschwingungen auf, die u.a. zu erhöhtem Anlagenverschleiß führen,
  •  Temperatur- und Feuchteregler arbeiten nicht koordiniert, so dass permanent gegenseitige Störungen wirken.

Wenn durch eine CO2-Regelung noch Stellbewegungen an den Zu- und Abluft-Volumenströmen erfolgen tritt ein weiterer komplex wirkender Störeffekt auf, indem die Wärmeübertragung in Luftheizer, Luftkühler und in der Wärmerückgewinnung damit geändert wird.
Die verbreitet zu beobachtenden Defizite in der Regelgüte von Klima-Reglern deuten darauf hin, dass die praktische Umsetzung und Verbreitung komplex wirkender Regler nicht so einfach möglich ist, um damit eine Marktdominanz zu erreichen.
Tatsächlich stellt sich aber für die Praxis der Gebäudeleittechnik die Aufgabe, dass die für eine optimale Betriebsführung, insbesondere auch die für eine minimale Kostenverursachung notwendigen Verbesserungen der leittechnischen Funktionen, und hier wieder schwerpunktmäßig die der Regelungen, durch leistungsfähigere Informations-Verarbeitungsalgorithmen erreicht werden müssen. Daran führt kein Weg vorbei. Die Informationsverarbeitung muss in den Mittelpunkt der Bemühungen gestellt werden. Die Leistungsfähigkeit moderner Leitgeräte lässt das ohne weiteres zu. Ein die Anforderungen erfüllender Regler muss mit einem prozessreflektierenden Algorithmus arbeiten.
Die derzeitige Situation einer preisorientierten Realisierung leittechnischer Anlagen steht aber einer Entwicklung von für die Breite geeigneten Reglermodulen, welche prozesseigenschafts- und -einflussadaptierend arbeiten im Wege. Wenn die Konfigurierung eines PID-Reglers als eine in Minuten abzurechnende Arbeitsaufgabe angesehen wird fällt es schwer, einem hochbezahlten Fachmann den mit mehreren Stunden anzusetzenden Einsatz eines komplizierteren Reglers zuzugestehen.
Ein inzwischen erfolgreich erprobtes Verfahren für eine komplexe Regelung von Temperatur, Luftfeuchte, CO2-Konzentration und Raumdruck geht von einem bilanzbasierten Ansatz und der Koordination von Stellgrößenänderungen aus.
Die methodische Grundlage für das Verfahren ist in einer kombinierten Wirkung von einem PI-Regler und einer bilanzbasierten Steuereinrichtung mit selbsttätiger, arbeitspunktabhängiger Nachführung der Stellgröße zu sehen.
Die Ergebnisse an Referenzanlagen zeigten, dass mit dem Konzept einer Bilanz-Klima-Regelung (BKR) eine gute und sichere Regelung auch bei ungenau auf die Betriebsanforderungen abgestimmter Anlagenplanung erreichbar ist. Durch die hohe funktionelle Transparenz, die das Engineering erleichtert, ist eine Berücksichtigung technischer und technologischer Kriterien für die Betriebsführung möglich.
Solche Zielstellungen für das Engineering und die Betriebsweise wie

  •  Versorgungssicherheit bei Minimierung von Energieverbrauch und Betriebskosten und gleichzeitig ein durchgängig angenehmes Raumklima erreichen,
  •  mit der Planung beginnend nach einem durch Engineeringwerkzeuge unterstützten Entwurf die Realisierung des Regelungssystems auszuführen,
  •  selbsttätige Anpassung wesentlicher Funktionen an variable Prozess-Eigenschaften (z. B. bei Teil- oder Vollastbetrieb) zu realisieren,
  •  und damit eine weitgehende Plug& Play-Fähigkeit zu erreichen

lassen sich mit dem System BKR erreichen.

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Autoren

Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Rähder

Hochschule Zittau/Görlitz, Fakultät Elektrotechnik und Informatik.

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