Sensorwartung zur optimalen Energieeinsparung in der HLK

Fortschrittliche Steuerungsansätze wie die bedarfsgeregelte Lüftung und die freie Kühlung werden immer beliebter, da der Druck auf eine Reduzierung des Energieverbrauchs in der HLK zunimmt. Kein noch so intelligentes Gebäudeautomationssystem hilft Ihnen, wenn der Sensor zur Messung der tatsächlichen Bedingungen abweicht. Es reicht ebenso nicht aus, dass Genauigkeitsanforderungen sofort erfüllt werden. Diese müssen während der gesamten Lebensdauer des Gebäudes aufrechterhalten bleiben. Raumluftbedingungen gelten für Sensoren als unproblematisch. Andererseits werden Sensoren, die in der Gebäudeautomation eingesetzt werden, selten kalibriert oder gewartet, sobald das System in Betrieb genommen wurde. Fehlverdrahtete oder fehlerhafte Sensoren sind häufig, daher muss während der Systeminbetriebnahme mindestens eine Vergleichsmessung durchgeführt werden. Es ist ratsam, die montierten Sensoren nach einigen Jahren mit einem zuverlässigen Handmessgerät zu überprüfen.

Manche Messungen erfordern besondere Sorgfalt. Im Folgenden werde ich die Außenfeuchte- und CO2-Sensoren genauer erläutern.

Außenfeuchtemessung

Wärmetauscher können in manchen Klimazonen Energie sparen, indem sie die freie Kühlung aus der Außenluft nutzen. In feuchten Klimazonen ist der wichtigste Faktor der Feuchtegehalt in der Außenluft, nicht die Temperatur. Bei 30 °C ändert sich die Enthalpie von 30 kJ/kg auf 96 kJ/kg, wenn sich die relative Feuchte von trocken auf 95 % rF ändert. Gemäß ASHRAE-Standard 90.1 wird in Wärmetauschern für heiße und feuchte Klimazonen die Differenzenthalpiesteuerung oder feste Enthalpiesteuerung empfohlen. Die Genauigkeit der rF für Steuerungssensoren muss  ±5 % rF betragen. Während die meisten Sensoren mit ±5 % rF oder besser spezifiziert sind, gilt diese Spezifikation nur im Auslieferungszustand. Die ±5 % rF muss über die gesamte Lebensdauer des Systems aufrechterhalten werden.

Außenfeuchtemessungen sind anspruchsvoller. Die Sensoren sind hoher Feuchte, starkem Wind, Sonneneinstrahlung und Verschmutzung ausgesetzt. Es ist sinnvoll, einen ordnungsgemäß gewarteten, hochwertigen Außenfeuchtesensor statt mehrerer minderwertiger Sensoren einzusetzen.

Die Wartung umfasst neben der regelmäßigen Überprüfung der Messung auch die regelmäßige Reinigung des Strahlungsschutzes. Wird dies nicht beachtet, kann es zu um mehrere °C höheren Temperaturmesswerten und um mehr als 10 % niedrigeren Werten der rF als den tatsächlichen Werten kommen.

Der wichtigste Aspekt ist: Verwenden Sie einen Sensor, der für den Außenbereich entwickelt wurde. Manche Sensoren, die auf dem Datenblatt gut aussehen, können unter Außenbedingungen so stark abweichen, dass sie nach wenigen Monaten unbrauchbar sind. In Abbildung 1 sehen Sie die Testergebnisse von drei Vaisala HUMICAP® Sensoren, die über zwölf Jahre außen an der Vaisala Außenteststation in Vantaa, Finnland verwendet wurden. Trotz dieser beeindruckenden Ergebnisse empfehlen wir dennoch, mindestens alle zwei Jahre eine regelmäßige Überprüfung mit einem zuverlässigen Handmessgerät durchzuführen, da die Bedingungen im Freien stark variieren können.

CO2-Sensoren

CO2-Sensoren spielen eine zentrale Rolle bei der Reduzierung des Energieverbrauchs durch bedarfsgeregelte Belüftung. Da durch die Messung die Menge der verbrauchten Frischluft direkt gesteuert wird, werden immer höhere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt. Der kalifornische Standard CEC-400-2008-001-CMF fordert eine Genauigkeit von ±75 ppm bei 600 ppm und 1000 ppm über einen Zeitraum von fünf Jahren. Der ASHRAE-Standard 90.1 für ökologische Gebäude fordert eine Genauigkeit von ±50 ppm bei 1000 ppm. Eine solche Genauigkeit lässt sich mit einfachen Instrumenten, die auf Algorithmen zur Kompensation der Hintergrundkonzentration von 400 ppm angewiesen sind, nicht erreichen. Die CO2-Steuerungskonzentration von 1000 ppm liegt zu weit von der angenommenen CO2-Hintergrundkonzentration von 400 ppm entfernt, da sich im Laufe der Zeit auch eine Empfindlichkeitsabweichung einstellen kann. Insbesondere die Anforderung von ±50 ppm kann nur mit Zweistrahl- oder Einstrahl-Bifrequenz-Instrumenten (wie dem Vaisala CARBOCAP®) erfüllt werden, die regelmäßig mit Kalibriergasen kalibriert werden. Ein zweijähriges Kalibrierintervall reicht je nach Instrumententyp wahrscheinlich aus.

Der wichtigste Aspekt ist: Verwenden Sie einen Sensor, der für den Außenbereich entwickelt wurde. Manche Sensoren, die auf dem Datenblatt gut aussehen, können unter Außenbedingungen so stark abweichen, dass sie nach wenigen Monaten unbrauchbar sind. In Abbildung 1 sehen Sie die Testergebnisse von drei Vaisala HUMICAP® Sensoren, die über zwölf Jahre außen an der Vaisala Außenteststation in Vantaa, Finnland verwendet wurden. Trotz dieser beeindruckenden Ergebnisse empfehlen wir dennoch, mindestens alle zwei Jahre eine regelmäßige Überprüfung mit einem zuverlässigen Handmessgerät durchzuführen, da die Bedingungen im Freien stark variieren können.

Für weniger anspruchsvolle Anforderungen kann ein fünfjähriges Service- oder Austauschintervall ausreichend sein, wie in Abbildung 2 gezeigt, die die Stabilität von 23 getesteten Vaisala CARBOCAP® Messmodulen GM10 darstellt.

Wenn CO₂-Außensensoren verwendet werden, um eine Differenz von 600 ppm zwischen der CO₂-Konzentration im Innen- und Außenbereich zu steuern, wird dieser einzelne Sensor zu einem der wichtigsten Sensoren im gesamten Gebäude. Abweichungen bei diesem Sensor wirken sich auf alle unabhängigen Zonen im Gebäude aus.

Schlussfolgerung:

Viele HLK-Instrumente werden zur Energieeinsparung eingesetzt. Um die geplanten Energieeinsparungen zu erreichen, müssen die Messungen während ihrer gesamten Lebensdauer zuverlässig funktionieren. Wenn etwas gemessen werden soll, muss die Messung auch richtig durchgeführt werden!

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