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Energieeffizienz, Sensorwartung

Der Druck zur Reduzierung des Energieverbrauchs von HLK-Systemen steigt. Die Betreiber setzen deshalb immer häufiger auf moderne Steuerungskonzepte wie bedarfsgeregelte Lüftung und freie Kühlung. Aber kein noch so intelligentes Gebäudeautomationssystem bringt Nutzen, wenn der Sensor zur Messung der Umgebungsbedingungen nicht mehr genau arbeitet. Eine regelmäßige Sensorwartung ist deshalb unerlässlich, meint  Lars Stormbom, Produktmanager bei Vaisala Oyj.

Einleitung

Raumluftbedingungen gelten als sensorfreundlich. Allerdings werden Fühler, die zur Gebäudeautomation eingesetzt werden, nach der Inbetriebnahme des Systems nur selten kalibriert oder gewartet. Falsch angeschlossene oder fehlerhafte Sensoren sind weit verbreitet, weshalb mindestens eine Vergleichsmessung bei der Inbetriebnahme des Systems durchgeführt werden sollte. Zudem ist es sinnvoll, installierte Fühler nach ein paar Jahren mithilfe eines zuverlässigen portablen Geräts zu prüfen. Einige Messungen sind besonders anspruchsvoll und erfordern ein hohes Maß an Sorgfalt. Dazu gehören beispielsweise Feuchte- und CO2-Messungen im Außenbereich, die für den Betrieb von Gebäuden, wie für die freie Kühlung, Kühltürme und hochintelligente Systeme zur Gebäudeautomation, von entscheidender Bedeutung sind. Was muss aber beachtet werden, um ein präzises Messergebnis und damit Energieeinsparungen zu erzielen?

Außenmessungen der Feuchte

Wärmetauscher, auch Economizer genannt, nutzen freie Kühlung aus der Außenluft und können so unter bestimmten Klimabedingungen zur Einsparung von Energie beitragen. Wichtigster Faktor bei feuchtem Klima ist der Feuchtegehalt der Außenluft und nicht die Temperatur. Bei 30 °C steigt die Enthalpie von 30 kJ/kg auf 96 kJ/kg, wenn sich die relative Feuchte von trocken zu 95 % verändert. Die ASHRAE Norm 90.1 empfiehlt für warme und feuchte Klimabedingungen eine differenzielle oder feste Enthalpiesteuerung in Economizern. Die Genauigkeit der Steuersensoren sollte dabei < ±5 %rF betragen. Die meisten Sensoren sind zwar mit mindestens ±5 %rF spezifiziert, dieser Wert gilt jedoch für ihren Lieferzustand. Der Wert von ±5 %rF sollte aber über die gesamte Nutzungsdauer des Systems eingehalten werden.

Feuchtemessungen der Außenluft sind anspruchsvoller. Die Fühler sind hoher Luftfeuchte und starken Winden sowie Sonneneinstrahlung und Verschmutzung ausgesetzt. Anstatt mehrere minderwertige Fühler zu installieren, ist es daher sinnvoll, die Außenfeuchte mit nur einem gut gewarteten Qualitätssensor zu messen. Neben regelmäßigen Kontrollen der Messgenauigkeit beinhaltet die Wartung auch die turnusmäßige Reinigung des Strahlungsschutzes. Wird dies unterlassen, dann können die Temperaturmesswerte mehrere °C über den tatsächlichen Werten und die Feuchtewerte um mehr als 10 %rF darunterliegen. Der wichtigste Punkt ist die Verwendung eines Sensors, der für den Einsatz im Außenbereich ausgelegt ist. Einige Fühler, die laut Datenblatt bestens geeignet sind, können beim Einsatz im Außenbereich so sehr an Genauigkeit einbüßen, dass sie schon nach wenigen Monaten unbrauchbar sind. Bild 1 zeigt die Testergebnisse für drei Vaisala HUMICAP Sensoren, die mehr als zwölf Jahre im Außenbereich im Vaisala Outdoor Test Center im finnischen Vantaa genutzt wurden. Trotz dieser sehr guten Resultate sind Prüfungen mit einem zuverlässigen portablen Messgerät mindestens alle zwei Jahre empfehlenswert, da die Bedingungen erheblich variieren können.

Vaisala Sensorwartung Figure1 b

Bild 1: Stabilitätstestdaten für Vaisala HUMICAP Außensensoren. (Quelle: Vaisala)

CO2-Messung für eine bedarfsgerechte Lüftung

CO2-Messgeräte spielen bei der Reduzierung des Energieverbrauchs mit bedarfsgeregelter Lüftung eine entscheidende Rolle. Da die Messung direkt die genutzte Frischluftmenge steuert, steigen die Anforderungen an die Genauigkeit. Die kalifornische Verordnung CEC-400-2008-001-CMF erfordert eine Genauigkeit von ±75 ppmCO2 bei 600 ppm und 1000 ppm mit einer Stabilität von fünf Jahren. Die ASHRAE Norm 90.1 für nachhaltige Gebäude spezifiziert eine Genauigkeit von ±50 ppmCO2 bei 1000 ppm. Dieses Maß an Genauigkeit lässt sich nicht mit einfachen Messgeräten erreichen, die mit Algorithmen zur Kompensation der Hintergrundkonzentration von 400 ppm arbeiten. Da sich die Empfindlichkeitsdrift im Laufe der Zeit verstärkt, ist die CO2-Kontrollkonzentration von 1000 ppm viel zu weit von der angenommenen CO2-Hintergrundkonzentration von 400 ppm entfernt.

Insbesondere kann die Spezifikation von ±50 ppmCO2 nur mit Zweistrahl- oder Einstrahl-Bifrequenz-Geräten (wie z.B. Vaisala CARBOCAP Messwertgebern) eingehalten werden, die regelmäßig unter Verwendung von Kalibriergasen kalibriert werden. Ein Kalibrierintervall von zwei Jahren reicht je nach Messgerättyp in der Regel aus. Bei etwas geringeren Anforderungen kann auch ein Wartungs- bzw. Austauschintervall von fünf Jahren ausreichend sein. Dies wird aus Bild 2 ersichtlich, die die Stabilität von 23 getesteten Vaisala CARBOCAP GM10 Sensormodulen zeigt. Wird ein CO2-Außenfühler zur Steuerung einer 600-ppm-Differenz zwischen CO2-Konzentrationen im Innen- und Außenbereich genutzt, wird dieser eine Fühler zu einem der wichtigsten im gesamten Gebäude. Die Drift dieses Fühlers wirkt sich zwangsläufig auf alle unabhängigen Zonen im Gebäude aus.

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Bild 2: Stabilitätstestergebnisse für 23 GM10 CO2-Sensormodule im Innenbereich bei 1000 ppm. Schwarze Linien repräsentieren Anforderungen der kalifornischen Verordnung CEC-400-2008-001-CMF. (Quelle: Vaisala)

Fazit

Viele HLK-Geräte werden für Energiesparzwecke genutzt. Um die angestrebten Energieeinsparungen zu erzielen, müssen die Messungen während der gesamten Nutzungsdauer korrekt durchgeführt werden – getreu dem Motto: Wenn schon gemessen wird, dann auch richtig!

Autor: Lars Stormbom, Produktmanager bei Vaisala Oyj.

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