HEIZUNG/LÜFTUNG/ELEKTRIZITÄT Energietechnik im Gebäude     BAU & ENERGIE

10.3 Regelkonzepte

10.1 Aufgaben der Gebäudeautomation
10.2 Grundlagen Messen, Steuern, Regeln
10.3 Regelkonzepte
10.4 Leittechnik

10.3.1 Raumtemperaturregelung nach Re­fe­renz­raum

10.3.1 Raumtemperaturregelung nach Referenzraum – 10.3.2 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung – 10.3.3 Selbstlernende Regelung – 10.3.4 Einzelraumregelung – 10.3.5 Komplexere Regelkonzepte

Die Wär­me­ab­ga­be an das Gebäude wird aufgrund der Tem­pe­ra­tur eines ein­zel­nen Raums, des Re­fe­renz­raums, geregelt. Das Konzept wird angewendet, wo sich ein Referenzraum finden lässt, dessen Tem­pe­ra­tur­ver­hal­ten auch den andern Räumen als Massstab dienen kann:

  • Einfamilienhaus, meist Wohnzimmer = Re­fe­renz­raum
  • Hauptraum mit un­ter­ge­ord­ne­ten Ne­ben­räu­men, z.B. Läden, Restaurants, Turnhallen

Ausführungen mit zunehmender Re­gel­qua­li­tät:

  • Raumthermostat (Zwei­punk­treg­ler) direkt auf den Bren­ner wir­kend. Der Wär­meer­zeu­ger wird glei­tend betrieben.
  • Stetiger Raumtemperaturregler auf das Misch­ven­til wirkend. Nachteil: Schwankungen der Kes­seltem­pe­ra­tur wer­den schlecht ausgeregelt (gros­se Ver­zugs­zeit tu).
  • Kaskadenregler. Der Hauptreg­ler erfasst die Raum­tem­pe­ra­tur und erzeugt die Füh­rungs­grös­se (Soll-Vorlauftemperatur) für ei­nen Hilfs­reg­ler. Letz­te­rer regelt die Vorlauftemperatur nach der Füh­rungs­grös­se. Nebst dem Raumfühler wird ein Vor­lauf­füh­ler benötigt.

Der Raumtem­pe­ra­tur­füh­ler sollte ca. 1,5 m ab Boden montiert werden (Bild 10.11). Das zum Fühler führende Elektrorohr muss ab­ge­dich­tet werden, um Luft­strö­mun­gen zu un­ter­bin­den, die den Fühler be­ein­flus­sen könnten. Im Wei­te­ren dür­fen im Re­fe­renz­raum keine Ther­mo­stat­ven­ti­le ak­tiv sein.

Montage Raumtemperaturfühler
Bild 10.11 Montage Raumtem­pe­ra­tur­füh­ler [BFK5]

10.3.2 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung

10.3.1 Raumtemperaturregelung nach Referenzraum – 10.3.2 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung – 10.3.3 Selbstlernende Regelung – 10.3.4 Einzelraumregelung – 10.3.5 Komplexere Regelkonzepte

Diese Regelung ist am weitesten verbreitet (Bild 10.12). Der Wit­te­rungs­füh­ler er­fasst die Aussentemperatur als Haupt­stör­grös­se und in ge­rin­ge­rem Masse auch Wind und Son­ne (je nach Platzie­rung). Witterung und Raumtem­pe­ra­tur werden über die Vorlauftemperatur verknüpft. Welche Vor­lauftem­pe­ra­tur bei wel­cher Aussentemperatur nötig ist, wird durch die Heiz­kur­ve festgelegt (Bild 4.4). Die Heizkurve wird ein­ge­stellt:

  • durch Angabe eines Punktes und der Steil­heit oder
  • durch Angabe von zwei Punk­ten.
Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung
Bild 10.12 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung

Regelgrösse ist die Vor­lauftem­pe­ra­tur, sodass hier ein Fühler er­for­der­lich ist. Dieses Konzept stellt nur be­züg­lich Vor­lauftem­pe­ra­tur eine Regelung dar, be­züg­lich Raumtem­pe­ra­tur ist es eine Steuerung. Die Raumtem­pe­ra­tur wird gar nicht erfasst. Dies hat zur Folge, dass die anteilmässig im­mer wichtigeren Stör­grös­sen innere Wärme und Son­nen­e­in­strah­lung nicht berücksichtigt werden. Nach Abschaltungen und Absenkungen ist die Raumtem­pe­ra­tur zu tief. Wenn nun zur Korrektur die Heizkurve h��her gestellt wird, erfolgt später ein Überheizen. Das Nichter­fas­sen der Raumtemperatur ver­un­möglicht somit Eins­parun­gen weit­ge­hend. Lösungsmöglichkeiten:

  • Thermostatventile drosseln die Wärmeabgabe in je­dem Raum.
  • Störgrössenaufschaltung: Son­nen­füh­ler zur Kom­­pen­­sa­ti­on der Stör­grös­se Son­ne. Raumtem­pe­ra­tur­füh­ler im Re­fe­renz­raum zur Kom­pen­sa­ti­on der Stör­grös­se innere Wär­me (Raumtem­pe­ra­tur­kom­pen­sa­ti­on). Die Auf­schal­tun­gen verschieben die Heiz­kur­ve. Voraussetzung ist, dass die Störgrössen in den Räu­men gleichermassen wirken.

Der Wit­te­rungs­füh­ler sollte wie folgt mon­tiert werden:

  • zugänglich ohne Akrobatik
  • dem Wind ausgesetzt in halber Fas­sa­den­hö­he, je­doch mindestens 2,5 m ab Boden
  • N- bis NW-Wand, falls die Haupträu­me ver­schie­den ori­en­tiert sind (Ther­mo­stat­ven­ti­le einsetzen)
  • an der Aus­sen­wand der Haupträu­me, falls alle Haupträu­me gleich orientiert sind

Vermeiden bei der Füh­ler­plat­zie­rung:

  • erwärmte Wand­stel­len (Ka­min)
  • warme Luft­strö­mun­gen (nahe Türen, Fenstern, Fort­luf­t­öff­nun­gen; Elek­tro­rohr ab­dich­ten)

Am frühen Mor­gen der Sonne ausgesetzte Fühler ver­zö­gern das Auf­hei­zen.

10.3.3. Selbst­ler­nen­de Re­ge­lung

10.3.1 Raumtemperaturregelung nach Referenzraum – 10.3.2 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung – 10.3.3 Selbstlernende Regelung – 10.3.4 Einzelraumregelung – 10.3.5 Komplexere Regelkonzepte

Selbstlernende Hei­zungs­reg­ler sind wit­te­rungs­ge­führ­te Vor­lauftem­pe­ra­tur­reg­ler mit er­höh­ter Au­to­ma­ti­sie­rung. Sie sind vor allem geeignet für Bau­ten mit lan­gen Ab­senk­pe­ri­oden.

Sie weisen zwei Selbstlernfunktionen auf:

  • Heizkurven-Adaption zur automatischen Ein­stel­lung der Heizkurve
  • Absenk-Optimierung

Die Ab­senk-Op­ti­mie­rung (Bild 10.13) be­in­hal­tet:

  • Stopp-Op­ti­mie­rung: frü­hest­mög­li­che Absenkzeit
  • Schnellabsenkung: Abschalten, bis tiefstzulässige Raumtem­pe­ra­tur erreicht ist
  • Schnellaufheizung: max. WE-Lei­stung
  • Start-Op­ti­mie­rung: gewünschte Raumtem­pe­ra­tur genau zur richtigen Zeit erreichen
Absenk-Optimierung
Bild 10.13 Absenk-Optimierung [BFK5]

Für beide Selbst­lern­funk­tio­nen wird eine re­prä­sen­ta­ti­ve Re­fe­renz­raumtem­pe­ra­tur mit entsprechendem Füh­ler be­nö­tigt. Es dürfen dort keine Ther­mo­stat­ven­ti­le und keine untypischen Fremdwärmen vorhanden sein. Es ist hin­ge­gen mög­lich, die Re­fe­renz­raumtem­pe­ra­tur als Mittelwert verschiedener Räume zu er­mit­teln.

10.3.4 Ein­zel­raum­re­ge­lung

10.3.1 Raumtemperaturregelung nach Referenzraum – 10.3.2 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung – 10.3.3 Selbstlernende Regelung – 10.3.4 Einzelraumregelung – 10.3.5 Komplexere Regelkonzepte

Eine Einzelraumregelung erlaubt, die Raumtem­pe­ra­tu­ren nicht nur örtlich, son­dern auch zeitlich be­lie­big ein­zu­stel­len. Sie ist vor allem geeignet für Mehr­fa­mi­li­en­häu­ser und Bauten mit sehr verschiedener Raum­nut­zung. Das Konzept der witterungsgeführten Re­ge­lung mit Ther­mo­stat­ven­ti­len ist zur Ein­zel­raum­re­ge­lung ausbaubar. Es gibt folgende Möglichkeiten mit wach­sen­dem Auf­wand:

  • Raumgruppen werden zu­sätz­lich über einen zeit­pro­gram­mier­ba­ren Raumther­mo­sta­ten mit zu­ge­hö­ri­gem Zonenventil be­ein­flusst. Dies erlaubt bei­spiels­wei­se in einem MFH eine Nachtabschaltung pro Raum­grup­pe.
  • Thermostatventile mit Ab­senk­wi­der­stand, die an ein Zen­tral­ge­rät angeschlossen werden, kön­nen pro Raum zeit­lich pro­gram­miert werden.

Ein di­gi­ta­les Einzelraumre­gel- und Ab­rech­nungs­sys­tem mit fester Software stellt die aufwendigste Lö­sung dar. Die Regelung der Vor­lauftem­pe­ra­tur erfolgt hier nicht wit­te­rungs­ab­hän­gig, son­dern aufgrund der ver­lang­ten Ventilstellungen. Jedes Zim­mer hat einen Tem­pe­ra­tur­füh­ler und ein Stell­ven­til. Bei­de sind mit einem Woh­nungs­ge­rät ver­bun­den, wel­ches sei­ner­seits mit der Zentraleinheit kom­mu­ni­ziert. Es er­ge­ben sich da­mit für den Benutzer folgende Eigenschaften:

  • eigener Sollwert und Zeitprogramm pro Raum
  • individuelle Heiz­ko­sten­ab­rech­nung aufgrund der bestellten oder der effektiven Raumtem­pe­ra­tu­r
  • genauer, da kei­ne P-Regler

10.3.5 Komplexere Regelkonzepte

10.3.1 Raumtemperaturregelung nach Referenzraum – 10.3.2 Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung – 10.3.3 Selbstlernende Regelung – 10.3.4 Einzelraumregelung – 10.3.5 Komplexere Regelkonzepte

Die Frage, ob ein Re­gel­kon­zept sich ins Ge­samt­kon­zept sinnvoll einordnet, ist zu be­ur­tei­len nach der Energieeffizienz. Der Festlegung der Regelkonzepte muss eine Diskussion mit dem HLK-Planer vorangehen. Gute Regelkonzepte berücksichtigen die Energiespeicherung aus Sonnenenergie und Abwärmenutzung vor Ort.

Beispiele moderner Regelkonzepte:

  • Nutzung der Wettervorhersage für die Speicherladung Heizung und Kälte
  • Photovoltaik-Inselanlage mit Batteriesteuerung und belastungsorientierter Zu-/Abschaltung von Elektroverbrauchern
  • Thermische Solaranlage mit Speicherung in einem Erdwärmesonden-Feld (Bild 10.14). Im Sommer wird die Überschusswärme der thermischen Kollektoren oder der Hybridkollektoren (kombiniert thermisch+photovoltaisch) im Erdreich eingelagert. Die Speicherladung erfolgt wegen der Verluste vor allem durch die Sonden in Feldmitte. Günstigenfalls kann im Herbst ein Teil der Wärme direkt genutzt werden, andernfalls mit guter Effizienz über die Wärmepumpe. Die Speicherentladung erfolgt umgekehrt, von aussen nach innen. Nachteilig ist, dass die Sonden für eine Kühlung nicht verfügbar sind.
Erdspeicher-Management eines grossen Bürogebäudes oder Wohnüberbauung
Bild 10.14 Erdspeicher-Management eines grossen Bürogebäudes oder Wohnüberbauung