Raumklima verbessern und Energiesparen mit gering investiven Massnahmen
Der im Anlagenteilbereich Wärmeübergabe einer Heizanlage entstehende Energieaufwand hängt neben den physikalischen Eigenschaften der Wärmeübergabeeinrichtung (frei aufgestellte/bauteilintegrierte Heizfläche, Einbausituation) wie der Trägheit und den Anteilen des Wärmeübergangs durch Konvektion und Strahlung auch wesentlich von der Regelgüte der eingesetzten Regelung ab. Weiteres Merkmal für die Höhe des entstehenden Energieaufwands ist die Fähigkeit der Regelung bedarfsgeführt betrieben werden zu können.
Da der Bedarf immer in einem Raum entsteht, ergibt sich zwangsläufig, dass eine raumbezogene Regelung realisiert werden muss (Einzelraumregelung). Die im Vorspann genannten Parameter beziehen sich lediglich auf die Regelung der Raumtemperatur, die für die Behaglichkeit wichtigen Grössen wie Raumluftfeuchte und CO2-Konzentration sind dabei nicht zu beeinflussen. Wollte man Raumluftfeuchte und CO2-Konzentration regeln, müssten auch anlagentechnische Voraussetzungen (mechanische Lüftung, Be- und Entfeuchtung vorliegen). Hat ein Nutzer allerdings die Möglichkeit durch Kontrolle (Anzeige) von CO2-Konzentration und relativer Feuchte durch manuelles Lüften selbst einzugreifen, kann durch eine diesbezüglich neuartige Raumregelung mit gering investiven Massnahmen der Komfort deutlich verbessert werden.
Die Firma Oventrop stellt mit dem Produkt «R-Tronic RTFC K» (Bild links) eine Klima-Anzeige/Regelung her, welche nicht nur
a) die elektronischen Heizkörper-Stellantriebe oder
b) die elektrischen Fussbodenheizungs-Aktoren
steuert und somit die Raumtemperatur regelt, sondern durch die Messung und Anzeige von CO2-Konzentration und relativer Luftfeuchte bedarfsgerechtes Lüften durch den Nutzer energieeffizient ermöglicht. Der Raumthermostat besitzt eine elektronische Temperaturregelung, die über Funk mehrere Heizkörper-Stellantriebe oder eine Aktoren-Anschlussleiste ansteuern kann. Die Regelung ist als PI-Regler mit Temperatursensor im Raum an einem repräsentativen Ort Aufputz angebracht und damit unabhängig von Strahlungs- und Wassereinfluss, der bei am Heizkörper angebrachten Reglern auftritt. Zudem ist das Raumtemperaturregelsystem in der Lage, zu erkennen, wann Fenster geöffnet sind und die Wärmezufuhr an die Wärmeübergabeeinrichtung zu stoppen und damit ebenfalls Energie einzusparen.
Am Funk-Thermostat lassen sich beliebige Nutzenprofile einstellen, so dass tatsächlicher Absenkbetrieb gewährleistet werden kann. Durch Messung der CO2-Konzentration und Anzeige der Überschreitung eines wählbaren Grenzwertes kann ein Nutzer feststellen, wann zur Aufrechterhaltung der Luftqualität gelüftet werden muss. Nach Unterschreiten des gewählten Grenzwertes kann der Nutzer den Lüftungsvorgang beenden. In gleicher Weise wird am Funk-Thermostat die aktuelle relative Luftfeuchte angezeigt, so dass der Nutzer ebenfalls eine Hilfestellung für die Kontrolle zu hoher Luftfeuchte im Raum erhält. Die möglichen Betriebsmodi haben Auswirkungen auf den Energiebedarf, welcher in einer Studie im Auftrag des Herstellers erhoben und nachfolgend aufgezeigt werden.
Folgende Varianten wurden untersucht und bewertet:
In vergleichbaren Rahmenbedingungen wurden
a) klassische alte Heizkörper-Thermostatventile vor 1988
b) und neuere Standard-Thermostatventile
c) sowie elektronische Heizkörperventile
d) aber auch standard PI-Regler
e) und PI-Regler mit Optimierung
f) mit der Raumregelung R-Tronic RTFC K von Oventrop als Referenzwert
verglichen.
Vergleich des Jahresenergiebedarfs
Die energetische Bewertung der Raumregelung bezüglich der Verbesserung der Raumluftqualität durch gezieltes Lüften muss grundsätzlich mit der Erhöhung des Energiebedarfs verbunden sein, da der Mindestluftwechsel immer überschritten wird.
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Die prozentuale Steigerung des Jahresenergiebedarfs ist in der Grafik 1 dargestellt. Zunächst sind die prozentualen Steigerungen gegenüber dem Referenzraum ausgewiesen und dann bei den beiden Vergleichspfeilen die Steigerung bei Einsatz der Raumregelung und dementsprechendem Lüften nach Anzeige gegenüber einer manuellen Stosslüftung, sowie das manuelle Stosslüften über 5 Stunden. Gegenüber dem Referenz-Wohnraum mit Mindestluftwechsel beträgt die Steigerung des Jahresenergiebedarfs durch die manuelle Stosslüftung 8,2%, Stosslüften nach Vorgabe der Raumregelung steigert den Energiebedarf um 16,6% und die Steigerung durch manuelle Stosslüftung über 5 Stunden beträgt 20,8%.
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Vergleich der Luftqualität
Als Bewertungsmaßstab für die Luftqualität hat sich der Überschreitungsindex für CO2 etabliert. Dabei wird die prozentuale Zeitdauer der Überschreitung gegenüber dem Grenzwert von 1 500 ppm CO2 mit der absoluten Überschreitung in ppm multipliziert und als Index gebildet. Bei kleinen Werten des Überschreitungsindexes (etwa bis 1 000 (ppmù %)) ist die Luftqualität als sehr gut einzustufen. Bei Werten bis 5 000 (ppmù%) kann von guter Luftqualität, bis 15 000 (ppmù%) von zufriedenstellender Luftqualität gesprochen werden. Wird der Überschreitungsindex von 15 000 (ppmù%) überschritten, so ist die Luftqualität insgesamt als nicht zufriedenstellend zu bezeichnen. Für den Wohnraum ist der sich ergebende Überschreitungsindex in der Grafik 2 dargestellt. In Wohnräumen kann bei Einsatz der Raumregelung mit Anzeige der CO2-Konzentration und entsprechender Lüftung eine sehr gute Luftqualität erreicht werden.
Gesamtbewertung
Die Raumregelung erreicht aufgrund der sehr guten Aufwandszahl im Anlagenteilbereich Wärmeübergabe eine deutliche Energieeinsparung, die gegenüber elektronischen Heizungsreglern, die unmittelbar am Heizkörper montiert sind, und gegenüber klassischen Thermostatventilen, je nach Baujahr, grundsätzlich immer vorhanden ist.
Je nach Wärmedämmstandard erreicht die Raumregelung gegenüber dem üblichen Betrieb von Heizanlagen ohne Nachführung der Einstellung der Thermostatventile in den Absenkzeiten eine Einsparung des Energiebedarfs von 9,5% bis 15%.
Die Verbesserung der Luftqualität geht dagegen mit einer Erhöhung des Energiebedarfs einher, weil als einfaches Lüftungsprinzip Fensterlüftung als Stosslüftung unterstellt ist. In Tabelle 1 ist der jeweilige Mehraufwand verschiedener Regelarten mit «üblicher» Betriebsführung in Neubau und Bestandsgebäuden gegenüber der Raumregelung mit Berücksichtigung der Stoßlüftung nach Anzeige der Überschreitung des Grenzwertes von 1 500 ppm CO2 gegenüber einer nach Empfinden ausgelösten Stosslüftung für Wohngebäude angegeben.
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Der Mehraufwand für das Stosslüften beim Wiederanheizen wird durch die unkontrollierte Lüftungszeit kompensiert. In einem Wohnhaus-Bestandsgebäude mit Thermostatventilen, Baujahr vor 1988, mit «üblicher» Betriebsweise können durch Einsatz der Raumregelung bei Verbesserung der Luftqualität auf ein sehr gutes Niveau insgesamt 28,2% an Heizenergie eingespart werden. Gegenüber der Ausstattung mit Standard-Thermostatventilen in einem Wohnhaus-Neubau können bei gleicher Betriebsweise durch Einsatz der Raumregelung bei Erreichen sehr guter Luftqualität immer noch 24,8% Heizenergie eingespart werden.
Zusammenfassung
Damit ist festzustellen, dass die untersuchte Raumregelung einen erheblichen Beitrag zur Energieeinsparung und zur Verbesserung der Luftqualität liefern kann. Dies bei geringen Investitionen, so dass ein hohes Mass an Wirtschaftlichkeit beim Einsatz dieser Raumregelung gegeben ist. Folgende Eigenschaften sollte ein guter Raumregler somit aufweisen:
- Temperatur-Messung im Raum
- Anzeige von Raumluftfeuchtigkeit und CO2-Konzentration um manuelle oder elektrisch gesteuerte Lüftungsvorgänge gezielt auszulösen.
Im Weiteren merkt der Hersteller an, dass Aufputz-Lösungen solchen in der Wand oder in Lichtschalter-Batterien integrierten vorzuziehen sind, um weitere Fremdeinflüsse zu verhindern. Unterputzlösungen messen oftmals nur die Wandtemperatur anstatt der Raumtemperatur und bei in Schalterbatterien integrierten Lösungen ist die Messung Fremdeinflüssen wie Dimmer-Wärme und Kabelkanal-Luftzug ausgesetzt. Es verwundert daher nicht, dass die Oventrop-Lösung auch durch Energie Zukunft Schweiz Topten gelistet wurde.
Quellen:
VDI Verlag, HLH 02/15, Prof. Dr.-Ing. Rainer Hirschberg
Oventrop GmbH & Co. KG, Paul-Oventrop-Strasse 1, D-59939 Olsberg
Weitere Informationen:
Oventrop (Schweiz) GmbH
Lerzenstrasse 16
8953 Dietikon
044 215 97 97
www.oventrop.com
