Endbericht (1.3 MB) - Haus der Zukunft

ASTTP Forschungsagenda Solarthermie
4.9 Regelungssysteme
Auf freier Konvektion basierende Systeme (Thermosiphon) für die
Brauchwassererwärmung benötigen keine Pumpe, weil die Zirkulation aufgrund
der unterschiedlichen Dichten von heißem und kaltem Wasser natürlich entsteht.
Jedoch decken die auf freier Konvektion basierenden Systeme nur den
Brauchwasserbedarf ab. Systeme mit erzwungener Zirkulation hingegen
benötigen ein Regelungssystem.
Typischerweise bestehen solarthermische Regelungssysteme aus einem
Mikrokontroller, Sensoren zur Messung der Eingangsparameter (z. B. Temperatur
und Einstrahlung) und aus Aktoren wie z. B. Pumpen oder Ventilen. Zusammen
regeln diese Komponenten die Sammlung, Speicherung, Verteilung und
Abführung von Energie und halten dabei das Klima des Gebäudes auf dem
Niveau, dass dessen Bewohner oder Nutzer wünschen.
In manchen Fällen muss bei thermischen Solarsystemen auch die Entlüftung oder
die Abgabe von überschüssiger Niedertemperaturwärme an eine Wärmesenke
regelungstechnisch realisiert werden.
Thermische Solaranlagen sind jedoch häufig Teil komplexerer Heizsysteme und
unter Umständen auch von Kühl- und/oder Lüftungssystemen (HVAC; heating,
ventilation and air-conditioning). HVAC-Systeme sind wiederum Teil eines
größeren Systems, welches das Gebäude selbst darstellt, mit seiner natürlichen
oder speziell konzipierten Fähigkeit, Wärme zu speichern. Regelungssysteme, die
nur ein Teilsystem regeln, sind oft suboptimal. Unglücklicherweise haben die
Installationen heutzutage typischerweise separate Regler, die untereinander
nicht kommunizieren. Beispiele hierfür sind die Brauchwasserproduktion, die
Raumheizung und die Lüftungstechnik.
4.9.1 Stand der Technik
Heute basieren die meisten Regelungssysteme auf Mikroprozessortechnologie.
Sensoren sind normalerweise über Kabel mit dem Regelungssystem verbunden.
Die Regelungssysteme können auf einfachen oder komplexen Algorithmen
basieren. Dies ist abhängig davon, ob nur einige wenige oder viele Parameter mit
einbezogen werden.
Es wäre am besten, wenn ein Regler das gesamte HVAC-System kontrollieren
würde (und unter Umständen auch Beleuchtung und andere elektrische
Anwendungen sowie dazu in Beziehung stehende Teilsysteme eines Gebäudes).
Dies wird jedoch verhindert durch ungenügende Standardisierung der
Schnittstellen und der Kommunikation zwischen den verschiedenen HVAC-
Teilsystemen. Es existieren keine Standards für die Kommunikation der Sensoren
oder Aktoren mit dem Regler, was zu unnötigen Kosten führt, weil dieselbe
Messung (z. B. die der Innentemperatur in einem spezifischen Raum) oft von
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