Energieeffiziente Regelungstechnik beobachtet, misst, lernt und prognostiziert

(22.8.2007) Die Bedeutung der Regelungstechnik im Gebäudebereich ist mittlerweile unumstritten. Selbst die neue DIN 18599, nach der künftig der Energiebedarf für Nichtwohngebäude ermittelt wird, berücksichtigt den Einsatz der Regelungstechnik zur Energiereduzierung bei der Gebäudebewertung. Dass heute bereits anwendungsorientierte Regelstrategien erfolgreich in der Praxis umgesetzt werden können und für zusätzliche Energieeinsparpotentiale sorgen, unterstreicht z.B. das Schulzentrum Nord in Bad Oeynhausen.

Zunehmend neue und spezielle Anforderungen, insbesondere Kombinationen von Komponenten wie Wärmepumpen, Betonkernaktivierung, solares Kühlen mit konventioneller Technik, stellen heute höchste Ansprüche an die Regelungstechnik. Hier sind spezielle Regelungsstrategien gefordert, die eine Steigerung der Energieeffizienz durch verringerte Temperaturen, bessere Laufzeiten, optimalen Einsatz regenativer Energiequellen und wirtschaftliche Auslastung der Komponenten bei hohem Behaglichkeitskomfort gewährleisten. So ermöglicht der Einsatz von adaptiven Regelkreisen eine energieeffizientere Betriebsweise von Anlagen.

lernende und prognostizierende Regelung

Durch Neuberechnung werden z.B. Ein- und Ausschaltzeiten in Abhängigkeit bereits aufgezeichneter Daten und "Erfahrungen" zu "lernenden" Parametern. Auf diese Weise können beispielsweise Vorlauftemperaturen lange vor Nutzungszeitende reduziert werden, weil z.B. die internen Lasten den Wärmebedarf komplett decken. Mit Hilfe einer Prognose des Last- und Wärmebedarfs sowie des Wetters kann zudem eine optimale Betriebsweise von Kälte-, Wärme- und Stromerzeugern ermittelt werden. Um so mehr, als die Wirtschaftlichkeit vieler Anlagenkomponenten stark von der Betriebsdauer abhängt - wie z.B. ein Blockheizkraftwerk. Auch massive und damit regelungstechnisch träge Elemente - wie eine Betonkernaktivierung - lassen sich mittels Wetterprognose optimal einbinden, ohne dass es zu Überhitzung oder Unterkühlung des Raumklimas kommt.

Insbesondere bei zeitlich nicht dauerhaft verfügbaren Energiequellen, wie z.B. der Sonnenenergie, ist eine besondere Regelstrategie erforderlich, um neben einem sicheren Betrieb eine optimale Nutzung der Energie zu erreichen. Spezielle Anforderungen werden hier an die solare Kühlung gestellt, die durch die aktuelle Klimadiskussion immer mehr an Bedeutung gewinnt. Lange Laufzeiten und konstante Prozesstemperaturen müssen gewährleistet werden, um diese Anlagen wirtschaftlich betreiben zu können.

messen und regeln

Aber auch bei klassischen Aufgaben lässt sich durch eine bedarfsgeführte Automation die Energiezufuhr dem tatsächlichen Bedarf durch besondere Regelstrategien effizienter anpassen. So können z.B. ...

• die Luftmenge einer Lüftung aufgrund der Luftqualität (z.B. mittels CO₂-Fühler) optimal eingestellt,
• die Beleuchtungsleistung über Helligkeitssensoren und Beleuchtungsdauer über Präsenzmelder reduziert und
• die Pumpenfördermengen druckabhängig, kennliniengerecht und stromeffizient betrieben werden.

Die Raumautomation betrachtet und regelt den einzelnen Raum unter Berücksichtigung der Belegungszeiten, der tatsächlichen Anwesenheit, der Raumtemperatur und stellt Heizung, Kühlung, Belüftung, Beleuchtung sowie die Beschattung unter Berücksichtigung maximaler Energieeffizienz ein.

Um zu einer dauerhaft optimalen Regelung des Gebäudes oder Prozesses zu kommen, ist es also heute wichtiger denn je, die Ausgangsparameter den jeweiligen aktuellen Rahmenbedingungen anzupassen. Dazu ist ein zeitnahes Controlling unerlässlich, damit die Ergebnisse der Regelstrategie permanent überprüft und gegebenenfalls beeinflusst werden kann.

Regelungstechnik (hier von GFR) in der Praxis

Ein Beispiel für eine offensichtlich gelunge Umsetzung einer anwendungsorientierten Regelstrategie liefert das Schulzentrum Nord in Bad Oeynhausen. Und das nicht zuletzt durch die Eigeninitiative des Hausmeisters der Realschule. Werner Dräger hatte sich zur Aufgabe gemacht, die Heizungsanlage mit Hilfe der Digivision von GFR optimal einzustellen, um die Energiekosten so niedrig wie möglich zu halten. Mittels neuer Sensoren wurde sein projektspezifisches Vorgehen von GFR-Spezialisten in der Regelung nachgebildet und auch auf die anderen fünf Schulen im Schulzentrum Nord übertragen. Die Investition für das Umprogrammieren der Anlage, die unter 2.000 Euro gelegen habe, soll sich nach Einschätzung von Wolfram Schlingmann, bei der Stadt Bad Oeynhausen verantwortlich für das Energiemanagement, innerhalb weniger Monate amortisiert haben.

Zusammen mit weiteren Energieeffizienzmaßnahmen wurde 2004 in der Realschule rund 30% Energie eingespart, was die Kosten insgesamt um 12.500 Euro pro Jahr gesenkt hat. Für diese Leistung wurde die Stadt Bad Oeynhausen von ihrem Energieversorger mit dem "Energiesparfuchs 2006" ausgezeichnet.