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Einzelraumregelung mit EnOcean-Funktechnik: Nahtlose Integration

Steigende Energiekosten wirken sich immer stärker auf die Betriebskosten von Büro- und Verwaltungsgebäuden aus. Wurden die Bauwerke in den letzten Jahren neu errichtet, sind die Herausforderungen überschaubar. Denn ihre Wärmedämmung und Klimatisierungssysteme entsprechen dem aktuellen Stand der Technik und haben daher in der Regel einen geringen Primärenergieverbrauch. Anders stellt sich die Situation bei vielen älteren Gebäuden dar, insbesondere wenn sie der öffentlichen Hand gehören.
Bestandsbauten sind oftmals über zwanzig Jahre alt und bieten meist nur einen unzureichenden Wärmeschutz. Eine Regelung ist erfahrungsgemäß lediglich in Form einer außentemperaturgeführten Vorlaufregelung vorhanden. Die Gebäude müssten also kurzfristig komplett saniert werden, was aufgrund der aktuellen Kassenlage der Kommunen vorwiegend nicht möglich sein wird. Somit sind kreative Lösungen gefragt, um die Energieverschwendung zu geringen Kosten einzudämmen, bis die Mittel für eine Sanierung oder einen Neubau zur Verfügung stehen.

Einfache und kostengünstige Nachrüstung im laufenden Betrieb

Ein Ansatzpunkt ist die Nachrüstung einer Temperaturregelung für jeden beheizten Raum. Auf diese Weise lassen sich individuelle Nutzungszeiten festlegen. Wird der Raum nicht verwendet, reduziert sich seine Temperatur auf einen Standby-Wert, sodass der Betreiber etwa sechs Prozent Heizenergie je Grad Temperaturabsenkung spart. Je höher der Energieverbrauch des Gebäudes, umso größer ist das Einsparpotenzial durch diese Maßnahme. An den Fenstern des Raumes sollten Sensoren montiert werden, damit sich die Heizung bei geöffnetem Zustand deaktiviert. Wird das Fenster über eine längere Zeit nicht geschlossen, wäre es sinnvoll, bei Außentemperaturen unter 8°C eine Meldung an den Betreiber abzusetzen. Zum nachträglichen Einbau einer Temperaturregelung sind drei oder vier Baugruppen pro Raum erforderlich. Dabei handelt es sich um einen Temperatursensor, der die Raumtemperatur erfasst, sowie einen oder mehrere Ventilantriebe, die die vorhandenen Thermostatventile ersetzen. Außerdem wird ein Regler mit Wochenschaltuhr benötigt, der die Raumtemperatur entsprechend den Nutzungszeiten auf den gewünschten Wert einstellt. Und schließlich sollten alle Fenster, die geöffnet werden können, mit einem Fensterkontakt ausgerüstet sein. Da es um eine Nachrüstung geht, muss sich ein derartiges System möglichst ohne großen Aufwand und hohe Kosten im laufenden Betrieb einbauen lassen.

Standardisierte Funklösung

Vor diesem Hintergrund haben Lösungen, die die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten per Funk realisieren, deutliche Vorteile. So muss der Betreiber keine Kabel verlegen und die Arbeiten in den jeweiligen Räumen beschränken sich auf die Montage des Temperatursensors und der Ventile. Entsprechende Funksysteme sind zahlreich am Markt erhältlich. Bevor jedoch die Entscheidung für eine der Lösungen getroffen wird, gilt es einige Punkte zu beachten:
– Hat das Funksystem eine übergeordnete Benutzerschnittstelle oder muss der Anwender immer den jeweiligen Raum betreten, um Nutzungszeiten oder Sollwerte zu ändern?
– Setzt das Funksystem auf bewährten Standards auf, damit die Versorgung mit Ersatzteilen oder seine Erweiterung über mehrere Jahre sichergestellt ist?
– Erfordern die Komponenten des Funksystems Batterien, die regelmäßig gewechselt werden müssen?
Werden diese Fragestellungen in die Erwägungen einbezogen, erweist sich das EnOcean-System als der derzeit beste Ansatz. Die Lösung hat sich am Markt etabliert und aufgrund ihrer kontinuierlichen Weiterentwicklung ist eine langfristige Verfügbarkeit entsprechender Komponenten gegeben. EnOcean-Sensoren arbeiten ohne Batterie, sind also wartungsfrei. Mit dem neu entwickelten Ventilantrieb MD15-FLT der Kieback & Peter GmbH & Co. KG wird jetzt auch ein Stellantrieb zur Raumregelung angeboten. Der MD15-FLT, der auf der EnOcean-Dolphin-Systemarchitektur basiert, kommuniziert gemäß EnOcean-Aktor-Profil für Kleinstellantriebe. Der Betrieb dieses Aktors verlangt allerdings Batterien. Um die einzelnen EnOcean-Komponenten zu einem System zu verbinden, das eine bedienerfreundliche Anwenderschnittstelle umfasst sowie die Vernetzung mit anderen im Gebäude verwendeten Systemen ermöglicht, hat Phoenix Contact eine Lösung auf Basis der modularen Kleinsteuerung ILC 150 ETH konzipiert.

Intuitive Anpassung der Steuerung an die Aufgabenstellung

Ziel der Entwicklung war es, den Anwendern eine komplette Lösung auf der Grundlage einer DDC (Direct Digital Control) zur Verfügung zu stellen, die nicht mehr programmiert, sondern nur noch konfiguriert werden muss. Seitens des Installateurs reichen demnach normale Kenntnisse im Umgang mit dem PC aus. Die Konfiguration erfolgt in zwei Schritten: Zunächst muss die jeweils benötigte Software auf die Steuerungsplattform ILC 150 ETH geladen werden. Zu diesem Zweck ist die PC-Anwendung Application Manager entwickelt worden. Über das Tool kann der Anwender der Steuerung eine Netzwerkadresse zuweisen, um dann ein beliebiges Anwenderprogramm inklusive einer Webserver-Applikation in die Steuerung zu laden. Durch die Anwender-Software ist aus der universellen Kleinsteuerung ILC 150 ETH eine DDC zur Regelung von 20 Einzelräumen geworden. Im zweiten Schritt wird die Steuerung an die konkrete Aufgabenstellung angepasst. Dafür verbindet der Anwender seinen PC oder sein Notebook via Ethernet mit dem ILC 150 ETH und öffnet anschließend den Browser, beispielsweise Firefox. Als Adresse gibt er die gerade vergebene Netzwerkadresse der Kleinsteuerung an. Der ILC 150 ETH meldet sich nun mit der Übersichtsseite, von der aus der Anwender durch die einzelnen Konfigurationsmenüs navigieren kann. Als erstes sollten die erforderlichen Schaltkanäle konfiguriert werden. Das System bietet dazu maximal zehn Wochenschaltuhren mit jeweils drei Schaltzeiten pro Tag an. Auf diese Weise kann der erste Schaltkanal z.B. für die Frühschicht, der zweite Kanal für die Spätschicht und der dritte Kanal für normale Büroöffnungszeiten genutzt werden. Jeder Raum lässt sich später so konfigurieren, dass er von beliebigen Schaltuhren angesteuert wird. Würden Schaltkanal 1 und 2 für den Raum aktiviert, wechselt die Regelung in den Komfortbetrieb, wenn Kanal 1 ‚Frühschicht‘ oder Kanal 2 ‚Spätschicht‘ aktiv ist. Bereiche mit gleichem Nutzungsverhalten arbeiten also mit dem gleichen Schaltkanal.

Kontinuierliche Überwachung über den Büro-PC

Sind die notwendigen Schaltkanäle definiert, werden die einzelnen Räume konfiguriert. An das DDC-System können maximal zehn Antennen vom Typ STC65 der Thermokon Sensortechnik GmbH angeschlossen werden. Deshalb muss der Anwender zuerst festlegen, über welche Antenne der jeweilige Raum mit den ihm zugehörigen EnOcean-Sensoren und -Aktoren Daten austauscht. Danach sind die benötigten EnOcean-Geräte einzulernen. Je Raum werden maximal zwei Raumbediengeräte, fünf Ventile und fünf Fensterkontakte unterstützt. Der ILC 150 ETH speichert die ID-Codes der eingelernten Sensoren automatisch auf seinem Flash, sodass der Anwender dauerhaft auf sie zugreifen kann. Alternativ zu den EnOcean-Ventilantrieben erlaubt das System den Einsatz thermoelektrischer Antriebe. Pro Raum steht ein Digitalausgang zur Verfügung, über den maximal vier Ventile parallel angesteuert werden können. Thermoelektrische Antriebe haben jedoch den Nachteil, dass zur Ansteuerung ein Kabel erforderlich ist. Dafür entfällt der Batteriewechsel und die Geräte sind deutlich kostengünstiger als EnOcean-Ventile. Nachdem die Räume konfiguriert sind, ist das System betriebsbereit.

Fazit

Aufgrund der offenen Kommunikationsstruktur des ILC 150 ETH kann der Anwender den Einzelraumregler auf verschiedene Arten in die überlagerte Leittechnik einbinden. Über den integrierten Webserver lässt sich die Anlage von einem normalen PC aus überwachen. Darüber hinaus ist die Weiterleitung sämtlicher Werte via OPC oder Modbus-TCP an das Leitsystem möglich. Der Raumregler von Phoenix Contact auf Basis der Kleinsteuerung ILC 150 ETH ist daher in der Lage, sich nahtlos in eine vorhandene Infrastruktur einzufügen.

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