Regeln und Steuern von Lüftungs-/Klimaanlagen - Siemens ...

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Regeln und Steuern von
Lüftungs-/Klimaanlagen
s

Inhaltsverzeichnis
1. Temperaturregelung von
lufttechnischen Anlagen
2. Feuchteregelungen
3. Umluft-Beimischung
1.1 Innere Wärmequellen 6
1.2 Die Zulufttemperaturregelung 6
1.3 Die Raumtemperaturregelung 8
1.4 Die Ablufttemperaturregelung 9
1.5 Die Raum-Zulufttemperatur-Kaskadenregelung 10
1.5.1 Aufbau 10
1.5.2 Arbeitsweise P+PI-Kaskadenregelung 11
1.5.3 Einstellmöglichkeiten P+PI-Kaskadenregelung 11
1.6 Sequenzschaltung von Heizventil und Kühlventil 13
1.7 Führen einer Temperaturregelung nach der
Aussentemperatur 14
1.8 Minimalbegrenzung der Zulufttemperatur 16
2.1 Allgemeines 18
2.2 Taupunktregelung 18
2.2.1 Aufbau 18
2.2.2 Regelung 19
2.2.3 Anwendung 20
2.2.4 Taupunkttemperatur 21
2.2.5 Zustandsänderungen im h,x-Diagramm 22
2.2.6 Eigenschaften der Taupunktregelung 24
2.2.7 Gleitende Taupunktregelung in Abhängigkeit der
Aussentemperatur 24
2.3 Direkte, stetige Feuchteregelung 26
2.3.1 Allgemeines 26
2.3.2 Klimaanlage mit stetig regelbarem Luftwäscher 28
2.3.2.1 Luftzustandsänderungen im Winter 29
2.3.2.2 Luftzustandsänderungen im Sommer 30
2.3.3 Stetig regelbare Dampfbefeuchtung 32
2.3.4 Eigenschaften der direkten, stetigen Feuchteregelung 33
2.4 Zweipunktregelung der Befeuchtung 34
2.4.1 Befeuchtung mit Luftwäscher 34
2.4.2 Zweipunktregelung der Befeuchtung mit Dampf 36
3.1 Allgemeines 37
3.2 Konstante Umluft-Beimischung 37
3.3 Manuelle Steuerung der Umluft-Beimischung 38
3.4 Steuerung der Luftklappen im Heizbetrieb 38
3.5 Steuerung der Luftklappen im Kühlbetrieb 39
3.6 Energie-optimale Luftklappensteuerung
nach der Temperatur- oder Enthalpie-Differenz
zwischen Abluft und Aussenluft 40
3.6.1 Heizbetrieb 40
3.6.2 Kühlbetrieb 41
3.7 Energie-optimale Umluftbeimischung in Abhängigkeit
von der Mischluft-Temperatur oder Mischluft-EnthaIpie 41
3.8 Sequenzschaltungen 43
3.8.1 Die Komfortschaltung 43
3.8.2 Die Sparschaltung 44
3.8.3 Sequenzschaltung Luftklappen, Heizventil, Kühlventil 45
3.8.4 Bedarfsgeführte Luftqualitätsregelung 47
3

4
4. Regelung und Vereisungsschutz
von WRG-Apparaten
5. Teilklima-Anlagenkonzepte
6. Vollklima-Anlagenkonzepte mit
Wärmerückgewinnung
4.1 Allgemeines 56
4.2 Umluftbeimischung 56
4.3 Platten- oder Röhren-Wärmeübertrager
(rekuperative WRG) 57
4.3.1 Regelung 57
4.3.2 Vereisungsschutz 58
4.4 Kreislaufverbund-System 61
4.4.1 Regelung 61
4.4.2 Vereisungsschutz 61
4.5 Wärmerohre (Heat pipes) 62
4.6 Rotations-Wärmeübertrager 62
4.6.1 Regelung 63
4.6.2 Vereisungsschutz 63
4.7 Wärmepumpen 64
4.8 Kombination von WRG-Apparat mit Umluftbeimischung 64
4.8.1 Umluftbeimischung vor dem WRG-Apparat 64
4.8.2 Umluftbeimischung nach dem WRG-Apparat 66
5.1 Aufbau und Anwendungsbereiche 70
5.1.1 Temperaturregelung 70
5.1.2 Feuchteregelung 70
5.1.3 Zustandsänderungen im h,x-Diagramm 71
5.2 Teilklimaanlagen für Räume mit hohem innerem
Feuchte-Anfall (Schwimmbad-Lüftungsanlagen) 73
5.2.1 Anlagen mit stetiger Regelung der Raumtemperatur
und Entfeuchtung durch Aussenluft-Beimischung 73
5.2.2 Schwimmbad-Raumtemperatur- und Feuchteregelung
mit Sollwertführung der relativen Raumfeuchte 74
5.2.3 Schwimmbad-Raumtemperatur- und Feuchteregelung
mit Sollwertführung der rel. Raumfeuchte und WRG 77
5.3 Teilklimaanlage mit WRG – Heizen – Kühlen 78
6.1 Allgemeines 80
6.2 Vollklimaanlage mit rekuperativer WRG – Kühlen –
Heizen – Befeuchten (mit Dampf) – Entfeuchten 82
6.3 Vollklimaanlage mit Umluftbeimischung – Kühlen –
Heizen – Befeuchten (stetig, adiabat) – Entfeuchten 84
6.4 Vollklimaanlage mit rekuperativer WRG – Kühlen –
Heizen – Befeuchten (stetig, adiabat) – Entfeuchten 85
6.5 Vollklimaanlage mit regenerativer WRG
(Feuchteübertragung) – Kühlen – Heizen – Befeuchten
(Dampf) – Entfeuchten 86
6.6 Vergleich der verschiedenen Anlagenkonzepte
bezüglich Energieverbrauch 86
6.7 hx-geführte Regelung (Economiser tx2) 87
6.7.1 tx2-Regelung 88
6.7.2 tx2 ERG-Strategie 90
6.8 DEC-Systeme 93
6.8.1 Regelung von DEC-Systemen 94

7. Diverse Steuer- und Regelfunktionen
8. Regeln und Steuern der
Luftnachbehandlung
7.1 Frostschutz 96
7.1.1 Frostschutzthermostat 97
7.1.2 Zweistufige Frostschutzfunktion 98
7.1.3 Spezielle Frostschutz-Anfahrsteuerung 99
7.2 Luftfilter-Überwachung 101
7.2.1 Überwachung durch Filterwächter 101
7.2.2 Überwachung mittels Druckdifferenzfühler 102
7.3 Lüftungs- und Klimaanlagen mit Elektro-Lufterwärmern 103
7.4 Quell-Lüftung 105
7.4.1 Kombination von Quell-Lüftung und Kühldecke 106
7.4.1.1 Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur
nach der Aussentemperatur 107
7.4.1.2 Lokale Taupunkt-Überwachung im Raum (Ein/Aus) 107
7.4.1.3 Zentrale Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur
nach einem kritischen Raum 108
7.4.1.4 Lokale Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur
nach dem Raumzustand 109
7.5 Druck- und Volumenstromregelungen in Lüftungsanlagen 109
7.5.1 Regelung des Zuluftdruckes 110
7.5.2 Überdruck- oder Unterdruckregelung eines Raumes 111
7.5.3 Luftvolumenstromregelung 112
7.6 Kühlung durch intensive Nachtlüftung 113
7.7 Brandfallsteuerung 114
7.7.1 Brandabschaltung 114
7.7.2 Entrauchungsbetrieb 114
8.1 Allgemeines 115
8.2 Einkanal-Anlage mit Zonen-Nachbehandlung 115
8.3 Mehrzonen-Anlage mit Mehrzonenzentrale 116
8.4 Zweikanal-Anlagen 117
8.5 Funktionsprinzip der VVS-Anlagen 120
8.5.1 Einzelraum-Temperaturregelung mit VVS 121
8.5.2 Führung der zentralen Zulufttemperatur durch die
Sollwerte der Einzelraum-Temperaturen 125
8.5.3 Führung des primären Luftvolumenstroms 126
8.5.4 Statische Druckregelung in den Luft-Kanälen 127
8.6 Fan-Coil-Anlagen 128
8.7 Induktionsanlagen 130
8.8 Sollwertführung der Vorlauftemperaturen 133
8.9 Einzelraum-Kompakt-Klimageräte 134
8.9.1 Fenster-Klimageräte 134
8.9.2 Truhenklimageräte 134
8.9.3 Split-Klimageräte 135
5

6
1. Temperaturregelung von lufttechnischen Anlagen
1.1 Innere Wärmequellen
1.2 Die Zulufttemperaturregelung
Soll eine Raumtemperatur konstant gehalten werden, so sind die
inneren Wärmequellen während der Kühlperiode Störgrössen, die mit
hohem Energieaufwand weggekühlt werden müssen. Während der
ganzen Heizperiode hingegen können die inneren Wärmequellen als
Heizenergie genutzt werden. Aus regeltechnischer Sicht können dabei
die folgenden drei Wärmequellen wirksam sein:
• Wärmeabgabe von Heizkörpern (Grundlastheizung)
• Wärmezufuhr der Lüftungsanlage
• Innere Wärmequellen (Personen, Geräte, Beleuchtung,
Sonneneinstrahlung etc.)
Bei richtiger Aufteilung der Wärmezufuhr auf die Grundlastheizung
einerseits und die Lüftungsanlage – unter sorgfältiger Berücksichtigung
der inneren Wärmequellen – andererseits, sollte es deshalb keine
grossen regeltechnischen Probleme geben.
In Fig. 1-1 hat eine einfache Lüftungsanlage die Aufgabe, einen Raum
ohne inneren Wärmeanfall mit Aussenluft zu versorgen, während die
Raumheizung selbst mittels Radiatoren erfolgt. Damit die Raumtemperatur
bei der tiefsten Aussentemperatur konstant auf z.B. 21 °C bleibt,
muss die Radiatorenheizung 100 % der Heizlast aufbringen, d.h. alle
Wärmeverluste decken, sowie die Zuluft mit einer Temperatur von 21 °C
eingeblasen werden. Die Lüftungsanlage trägt in diesem Falle nichts
zur Raumheizung bei. Sie hat lediglich die Aufgabe der Lufterneuerung
und damit der Aussenlufterwärmung auf die Raumtemperatur.
8
3
9
7
Fig. 1-1 Zulufttemperaturregelung mit Grundlastheizung
1 Zulufttemperaturfühler
2 Zulufttemperaturregler
3 Stellantrieb mit Heizventil
4 Raumtemperaturfühler
5 Raumtemperaturregler
6 Stellantrieb mit Heizventil
7 Zulufttemperatur-Führungsgeber (nach Aussentemperatur)
8 Aussentemperatur-Fühler
9 Frostschutzthermostat
2
w
1
4
w
5
6
B71-1

Die Regelung der ganzen Anlage geschieht wie folgt:
• Für die Lüftungsanlage wird die sogenannte Zulufttemperatur -
regelung gewählt, d.h. der Temperaturfühler für die Lüftungsanlage
ist im Zuluftkanal montiert. Der stetige Temperaturregler 2 vergleicht
die vom Fühler 1 gemessene Temperatur mit dem Sollwert.
Bei einer Abweichung bewirkt der Regler das Verstellen des Heizventils
3 so, dass eine konstante Zulufttemperatur erreicht wird.
Der Sollwert der Zulufttemperatur darf nur dann auf den gleichen
Wert wie die Raumtemperatur eingestellt werden, wenn keine innere
Wärme anfällt. Andernfalls ist die Zulufttemperatur entsprechend
tiefer einzustellen, jedoch nicht so tief, dass Zuglufterscheinungen
auftreten. Die Leistung des Lufterwärmers muss so ausgelegt sein,
dass sie auch bei tiefster Aussentemperatur den für die Lüftung
notwendigen Aussenluftvolumenstrom auf den eingestellten Sollwert
bringen kann.
• Weil die im Raum eventuell auftretende innere Wärme nur mit
einem Raumtemperaturfühler (4) erfasst werden kann, muss für die
Radiatorenheizung die Raumtemperaturregelung vorgesehen werden.
• Ist die Zulufttemperatur infolge des inneren Wärmeanfalls tiefer eingestellt
als die Raumtemperatur, so sinkt letztere ab, wenn die inneren
Wärmequellen ausbleiben. In diesem Falle muss die Radiatorenheizung,
nebst der eigentlichen Heizlast, zusätzIich auch die Erwärmung
der kälteren Zuluft auf die gewünschte Raumtemperatur
übernehmen können.
Diese Art der Regelung darf nur bei Anlagen mit kleinerem innerem
Wärmeanfall angewendet werden. Bei grösseren und unregelmässig
auftretenden inneren Wärmequellen im Raum senkt der Raumtemperaturregler
5 die Heizkörpertemperatur jeweils entsprechend stark ab.
Oftmals ergibt sich dann so mehr oder weniger ein Auf/Zu-Betrieb der
Radiatorenheizung mit entsprechender Temperaturschwankung im
Raum. Zudem entfällt bei kalten Radiatoren der Warmluftschleier vor
den Fenstern, wodurch ein höchst unbehaglicher Zustand entsteht
(Zugerscheinung durch kalte Fallströmung an den Fenstern).
Soll im Sommer auch gekühlt werden, so können keine Garantien für
die Raumtemperatur abgegeben werden. Meist ist es dann vorteilhaft,
den Sollwert der Zulufttemperatur mit einem Führungsgeber (7) in
Abhängigkeit von der Aussentemperatur zu führen (siehe 1.7).
Die Zulufttemperaturregelung wird dort angewendet, wo die Lüftungsanlage
hauptsächlich der Lufterneuerung dient:
• Vor allem mit der Belüftung von Küchen, Restaurants, Garagen,
Turnhallen u.ä. soll die schlechte Raumluft erneuert werden. Die
Raumtemperatur selbst kann dabei von untergeordneter Bedeutung
sein.
• Für andere Räume, wie Werkstätten, Werkhallen, Lagerräume usw.
kann während der Heizperiode mit der Zulufttemperaturregelung
eine konstante Raumtemperatur gewährleistet werden, wenn im
betreffenden Raum keine veränderliche innere Wärmequelle, dafür
aber eine zu 100 % regelbare Grundlastheizung vorhanden ist.
Diese Grundlastheizung (z.B. Radiatorenheizung) muss nach der
Raumtemperatur geregelt werden.
• Zur besseren Anpassung der Zulufttemperatur an die Wärmever -
luste des belüfteten Raumes kann die Zulufttemperatur nach der
Aussentemperatur geführt werden.
7

8
1.3 Die Raumtemperaturregelung
Tritt in einem Raum eine grössere innere Wärmemenge auf, so muss
diese aus wirtschaftlichen Gründen zur Beheizung des Raumes genutzt
werden, d.h. sie muss in die Regelung der Lüftungsanlage einbezogen
werden. Dies geschieht mit der Raumtemperaturregelung gemäss
Fig. 1-2.
3
13
7
MAX
4
8
MIN
Fig. 1-2 Raumtemperaturregelung mit Grundlastheizung
1 Raumtemperaturfühler (alternativ Ablufttemperaturfühler 1a)
2 Raumtemperaturregler
3 Stellantrieb mit Heizventil
4 Stellantrieb mit Kühlventil
5 Zulufttemperatur-Fühler
6 Zulufttemperatur-Minimalbegrenzer
7 Vorrangauswahl Heizventil
8 Vorrangauswahl Kühlventil
9 Vorlauftemperaturfühler
10 Aussentemperaturfühler
11 Vorlauftemperaturregler
12 Stellantrieb mit Heizventil
13 Frostschutzthermostat
6
Die Regelung dieser Anlage funktioniert wie folgt:
• Die Zulufttemperatur wird nicht mehr auf einen konstanten Wert
geregelt, sondern raumtemperaturabhängig, d.h. der stetige Regler
2 vergleicht die vom Fühler 1 gemessene Raumtemperatur mit dem
Sollwert. Bei einer Abweichung bewirkt der Regler das Verstellen
des Heizventils 3 oder des Kühlventils 4. Je höher z.B. die Raumtemperatur
infolge innerer Wärmequellen ansteigen will, desto kälter
wird die Zuluft eingeblasen, so dass die Raumtemperatur konstant
auf ihrem gewählten Wert bleibt. Ein Zulufttemperatur-Minimalbegrenzer
5 sorgt dafür, dass bei grossem innerem Wärmeanfall
die Zuluft nicht so kalt eingeblasen werden kann, dass unbehagliche
Zugerscheinungen auftreten (siehe 1.8).
• Damit die Anlage, nebst der verbrauchten Luft, nicht auch die innere
Wärme ungenutzt ins Freie fördert, muss die Grundlastheizung
reduziert werden. Dadurch «wird Platz geschaffen» für die inneren
Wärmequellen. Die Heizleistung der Radiatoren wird aber nur so
stark reduziert, dass auch bei ungünstigen Verhältnissen der Warmluftschleier
vor den Fenstern gerade noch sichergestellt ist. Im Allgemeinen
legt man hierfür die Radiatorenheizung für eine Raumtemperatur
von etwa 12...15 °C aus. Die Regelung der Radiatorenheizung
muss dabei unbedingt witterungsabhängig erfolgen.
• Durch die Herabsetzung der Wärmeleistung der Radiatoren kann
der Raum bei einem eventuellen Ausbleiben der inneren Wärmequellen
nicht mehr genügend geheizt werden. Die dann fehlende
Heizleis tung muss deshalb vom Lufterwärmer übernommen werden.
2
5
w �ZU
1a
w �R
1
9
12
11
10
B71-2

1.4 Die Ablufttemperaturregelung
• Die Heizleistung lässt sich demnach wie folgt aufteilen:
Wärmeleistung der Radiatorenheizung (Grundlastheizung)
+ Wärmeleistung der Lüftungsanlage
+ Innere Wärmequellen
= 100 % Heizleistung
Die Raumtemperaturregelung der Lüftungsanlage wird angewendet
für die Heizung und Belüftung von Büro-, Konferenz-, Verkaufs- und
Lagerräumen, Werkstätten und ähnlichen Räumen mit oder ohne innere
Wärmequellen. Die Heizlast kann in einem beliebigen Verhältnis auf
die Grundlastheizung und die Lüftungsanlage aufgeteilt werden (Luftschleier!).
Die Regelung der Grundlastheizung darf jedoch nicht auch
als Raumtemperaturregelung erfolgen, da sich sonst die beiden Raumtemperatur-Regelkreise
gegenseitig störend beeinflussen würden. Der
Vorteil der Raumtemperaturregelung gegenüber der Zulufttemperaturregelung
liegt vor allem in der Ausregelgeschwindigkeit von Störungen,
die innerhalb des belüfteten Raumes auftreten:
• Bei der Zulufttemperaturregelung wird eine im Raum auftretende
Störung vom Temperaturfühler der Radiatorenheizung erfasst. Weil
diese Heizung allgemein träge ist, dauert es relativ lange, bis die
Störung beseitigt ist.
• Bei der Raumtemperaturregelung hingegen wird die Störung vom
Temperaturfühler der Lüftungsanlage erfasst. Da die Luft im Raum
pro Stunde mehrmals umgewälzt wird (Luftwechselzahl), erfolgt
eine, im Verhältnis zur Radiatorenheizung, schnelle Beseitigung der
Störung. Störungen hingegen, die über die Zuluft in den Raum
gelangen, werden wegen der Zeitkonstante des Raumes nur relativ
träge ausgeregelt. Solche Störungen können unter anderem sein:
– Schnelle Aussentemperatur-Änderung
– Schwankung der Vorlauftemperatur für die Wärmetauscher
– Ein- und Ausschalten eines Luftwäschers
– Stellungsänderung von Luftklappen, die von einem Hygrostat
gesteuert werden.
Die Ablufttemperaturregelung hat grundsätzlich die gleiche Aufgabe
wie die Raumtemperaturregelung, nur ist der Temperaturfühler 1a im
Abluftkanal montiert (in Fig. 1-2, gestrichelt gezeichnet). Dazu sind
unter anderem folgende Punkte zu beachten:
Der im Abluftkanal montierte Temperaturfühler misst nur die Lufttemperatur,
während ein Raumtemperaturfühler nebst der Raumlufttemperatur
auch einen gewissen Anteil an Strahlungswärme z.B. von der
Wandtemperatur erfasst. Dadurch wird den Anforderungen an die
Behaglichkeit besser entsprochen. Dafür wird die Ausgleichszeit der
Regelstrecke (Tg) bei der Ablufttemperaturregelung kürzer, weil der
Fühler bei höherer Strömungsgeschwindigkeit schneller reagiert.
Die Verzugszeit Tu der Regelstrecke wird dadurch aber nicht verkürzt
und deshalb wird der Schwierigkeitsgrad S der Regelstrecke grösser
(S = Tu/Tg).
Die Ablufttemperaturregelung wird dort bevorzugt, wo die richtige Platzierung
eines Raumtemperaturfühlers problematisch ist oder wo nur
die Raumlufttemperatur, ohne Strahlungsanteil, die wesentliche Rolle
spielt (z.B. in Labors, Operationssälen usw.).
9

10
1.5 Die Raum-Zulufttemperatur-
Kaskadenregelung
1.5.1 Aufbau
Haupt-/Führungsregelkreis
Hilfs-/Folgeregelkreis
Wie unter 1.3 erklärt, können bei einer Raumtemperaturregelung Störungen
durch die Zuluft erst vom Raumtemperaturfühler erfasst und
ausgeregelt werden. Dieser Nachteil wird durch die Kaskadenregelung
ausgemerzt. Zudem ermöglicht sie eine bessere Beherrschung schwieriger
Regelstrecken.
7
9
Fig. 1-3 Raum-Zulufttemperatur-Kaskadenregelung
1 Raumtemperaturfühler
2 Raumtemperatur-SolIwertgeber
3 Führungsregler
4 Einstellpotentiometer für Kaskadeneinfluss
5 Zulufttemperaturfühler
6 Folgeregler (Zulufttemperaturregler)
7 Heizventil mit Stellantrieb
8 Einstellpotentiometer für Kaskaden-Basiswert
9 Frostschutzthermostat
1-2-3-4 Haupt- oder Führungsregelkreis
4-5-6-7 Hilfs- oder Folgeregelkreis
5
6 3
8
Der Haupt- oder Führungsregelkreis besteht aus Führungsregler (3,
Raumtemperaturregler), Raumtemperaturfühler (1), Raumtemperatur-
Sollwertgeber (2), dem Zulufttemperatur-Sollwert-Korrektursignal (4,
Kaskadeneinfluss) als Ausgangsgrösse des Reglers und dem Raum als
Regelstrecke. Die Zulufttemperatur hat also hier die Bedeutung der
Stellgrösse y des Führungsreglers. Statt einen Stellantrieb zu verstellen,
wird der Sollwert der Zulufttemperatur verändert und dadurch eine
Korrektur der Raumtemperaturabweichung eingeleitet.
Der Hilfs- oder Folgeregelkreis wird gebildet aus dem Zulufttemperatur-
Sollwert (8), der Stellgrösse des Raumtemperaturreglers (3) mit dem
Kaskadeneinfluss (4) als Reglerverstärkung, dem Zulufttemperaturfühler
(5), dem Zulufttemperaturregler (6), dem Heizventil (7) als Stellgerät
und der Regelstrecke zwischen Heizventil und Zulufttemperaturfühler.
Wird als Führungsregler ein P-Regler und als Folgeregler ein Pl-Regler
verwendet, so spricht man von einer P+PI-Kaskadenregelung. In der
weiteren Beschreibung wird nur auf das Verhalten dieser P+PI-Kaskadenregelung
eingegangen.
4
2
1
B71-3

1.5.2 Arbeitsweise
P+PI-Kaskadenregelung
1.5.3 Einstellmöglichkeiten
P+PI-Kaskadenregelung
(vgl. Fig. 1-3)
• Der Führungsregler (3) erfasst über den Fühler (1) die Raumtemperatur.
Sobald eine Abweichung vom Sollwert (2) auftritt, ändert der
Folgeregler (6, Pl-Regler) die Zulufttemperatur mit Hilfe des Zulufttemperaturfühlers
(5) entsprechend dem vom Raumtemperaturregler
(3) und dem Kaskadeneinfluss (4) vorgegebenen Sollwert. Stör -
grössen der Zulufttemperatur werden schon vom Zulufttemperaturfühler
erfasst und durch den Folgeregler lastunabhängig auskorrigiert,
bevor sie die Raumtemperatur beeinflussen können. Dieses
Fernhalten von Störungen der Raumtemperatur durch die Zulufttemperatur
erleichtert die Aufgabe des Führungsreglers. Dieser hat folglich
nur noch Störungen, die im Raum selber auftreten, auszuregeln.
• Bei einer Abweichung der Raumtemperatur (1) vom Sollwert (2) verschiebt
der Führungsregler (3, P-Regler) entsprechend dieser Regeldifferenz
und dem eingestellten Kaskadeneinfluss (4) den Sollwert
der Zulufttemperatur in entgegengesetzter Richtung. Beispielsweise
muss bei einem Kaskadeneinfluss von 20 % die Zulufttemperatur-Änderung
fünfmal grösser sein als die aufgetretene Raumtemperaturabweichung,
d.h. wenn die Raumtemperatur 1 K unter den
Sollwert (2) absinkt, dann wird der Sollwert der Zulufttemperatur um
5 K über den Einstellwert (8) angehoben (Fig. 1-3).
• Der Folgeregler (6) erfasst über den Fühler (5) die Zulufttemperatur,
vergleicht sie mit dem neuen Sollwert und verstellt das Ventil (7) so
lange, bis die geforderte Zulufttemperatur wieder erreicht ist.
• Der Führungsregler als P-Regler kann aber eine Raumtemperaturstörung
meist nicht vollständig beseitigen; er hinterlässt eine bleibende
Regeldifferenz. Diese fällt allerdings bei der P+PI-Kaskadenregelung
wesentlich kleiner aus als bei einer reinen P-Regelung, da
der Sollwert der Zulufttemperatur vom PI-Folgeregler genau eingehalten
wird. Und, weil der Übertragungsbeiwert KS der Raumregelstrecken
meist < 0,5 ist, kann die Reglerverstärkung des
Raumtemperatur reglers relativ hoch eingestellt werden. Dadurch
ergeben sich in der Praxis max. bleibende Regeldifferenzen < 1 K.
Zusammenfassend kann über die P+PI-Kaskadenregelung also gesagt
werden:
Der Führungsregler verschiebt den Sollwert der Zulufttemperatur proportional
zur Raumtemperaturabweichung. Dadurch entsteht eine bleibende
Regeldifferenz der Raumtemperatur. Die Zulufttemperatur wird
aber vom PI-Folgeregler lastunabhängig ausgeregelt. Störgrössen der
Zuluftstrecke werden auskorrigiert, bevor sie die Raumtemperatur
beeinflussen können. In der HLK-Technik werden der Führungs- und
der Folgeregler zu einem einzigen Regelgerät oder Funktionsblock (in
der Regler-Software) zusammengefasst (Fig. 1-3, strichpunktierte
Umrandung).
• Sollwert 2 für die gewünschte Raumtemperatur (wR)
• Einstellwert 8 für die Zulufttemperatur (Kaskaden-Basiswert wK):
Dieser wird auf den Wert eingestellt, der erforderlich ist, um die
gewünschte Raumtemperatur unter Normalbedingungen aufrechtzuerhalten.
Er ist abhängig von der Auslegung der Lüftungsanlage,
der Grundlastheizung des Raumes und dem inneren Wärmeanfall.
• wenn eine Grundlastheizung vorhanden ist und die geregelte Anlage
nur zur Lüftung des Raumes dient, kann der Kaskaden-Basiswert
wK etwa auf den gleichen Wert wie der Raumtemperatur-Sollwert
wR eingestellt werden
11

12
PI-PI Kaskadenregelung
• dient die geregelte Lüftungsanlage gleichzeitig auch zur Heizung
des Raumes, dann ist der Kaskaden-Basiswert wK höher als der
Raumtemperatur-Sollwert wR einzustellen (etwa Halblast)
• bei dauernd anfallender innerer Wärme ist der Kaskaden-Basiswert
wK tiefer als der Raumtemperatur-Sollwert wR einzustellen
• Kaskaden-Einfluss 4 (E %):
Dieser Wert ist abhängig von der Auslegung der Lüftungsanlage. Je
kleiner der Einfluss eingestellt wird, desto grösser ist die Reglerverstärkung
des Raumtemperaturreglers d.h. umso mehr muss die
Zulufttemperatur zur Korrektur einer Raumtemperatur-Regeldifferenz
ändern. Störungen der Raumtemperatur werden schnell ausgeregelt
und die bleibende Regeldifferenz wird entsprechend kleiner.
Je grösser der Einfluss eingestellt wird, desto stabiler wird die
Raumtemperatur-Regelung, aber die bleibende Regeldifferenz wird
auch entsprechend grösser. Allgemeine Erfahrungswerte, die bei
unbekannten Verhältnissen eingestellt werden, liegen bei ca. 15 %.
w K
°C
26
24
22
20
18
� ZU
E = 20 %
E %
�� R
�� ZU
17 18 19 20 21 °C
Fig. 1-4 Kaskaden-Einfluss
�R Raumtemperatur
wR SolIwert der Raumtemperatur
Δ�R Raumtemperaturabweichung
�ZU Zulufttemperatur
wK Kaskaden-Basiswert (Einstellwert der Zulufttemperatur)
Δ�ZU ZuIufttemperatur-Änderung
E % Kaskadeneinfluss in %
Reglerverstärkung KP = Kaskadensteilheit S = Δ� ZU
Δ� R
Kaskadeneinfluss E[%] = 100 % = Δ� R * 100 %
S Δ� ZU
Heute werden in Software-Programmen üblicherweise PI-PI-Kaskadenregelungen
realisiert, für die die gleichen Grundüberlegungen gelten,
wie oben für die P-PI-Kaskadenregelung erklärt.
� R
w R B71-4

1.6 Sequenzschaltung von Heizventil
und Kühlventil
Die Anlage gem. Fig. 1-5 ist mit einem Lufterwärmer und einem Luftkühler
ausgerüstet. Dadurch kann die Raumtemperatur nicht nur im
Winter, sondern auch im Sommer und bei innerem Wärmeanfall auf
einem gewünschten Wert (wR) gehalten werden.
Fig. 1-5 Lüftungsanlage mit Heiz- und Kühlregister
1 Temperaturregler
2 Raumtemperaturfühler
3 Heizventil
4 Kühlventil
5 Frostschutzthermostat
Der Temperaturregler (1) vergleicht die vom Fühler (2) gemessene
Raumtemperatur mit dem eingestellten Sollwert wR. Bei einer Abweichung
(Fig. 1-6a) verstellt der Regler das Heizventil (3) bzw. das Kühlventil
(4) solange, bis der Raumtemperatur-Sollwert erreicht ist. Die
Raumtemperatur wird somit im Heiz- und Kühlbetrieb auf den gleichen
Sollwert wR geregelt.
1
0
1
0
5
3 4
3 4
w R
X dz
3 4
w H
w K
Fig. 1-6 Sequenzschaltung Heizventil – Kühlventil
a) Heizen – Kühlen ohne Totzone
b) Heizen – Kühlen mit Totzone
Q Last (– = Heizlast, + = Kühllast)
3 Heizventil
4 KühIventiI
wR Raumtemperatur-Sollwert
wH Heiz-Sollwert
wK Kühl-Sollwert
xdz Totzone
1
w R
B71-6
2
B71-5
13

14
1.7 Führen einer Temperaturregelung
nach der Aussentemperatur
Es besteht aber auch die Möglichkeit, im Kühlbetrieb die Raumtempe -
ratur um ca. 4 K über den Heiz-Sollwert wH ansteigen zu lassen, bevor
das Kühlventil zu öffnen beginnt (Fig. 1-6b). Das Trennen von Heiz- und
Kühlbetrieb durch die sogenannte Totzone xdz hat den Zweck, Kühlenergie
zu sparen. Dies bedeutet, dass der Regler im Heizbetrieb auf den
tieferen Heiz-Sollwert wH und im Kühlbetrieb auf den höheren Kühl-Sollwert
wK regelt.
Es empfiehlt sich, für diese Totzonenregelung einen Regler mit PI-Verhalten
einzusetzen, weil dadurch die bleibende Regeldifferenz des
P-Reglers nicht berücksichtigt werden muss und so die Totzone
zwischen den beiden Sollwerten wH und wK voll, d.h. ohne Energie -
verbrauch ausgenutzt werden kann.
In Lüftungs- und Klimaanlagen kann der Sollwert einer Raum-, Abluft-,
Zuluft- oder Kaskadenregelung nach der Aussentemperatur geführt
werden. Dies bedeutet, dass der Sollwert der Temperaturregelung,
innerhalb einem bestimmten Bereich der Aussentemperatur, stetig verändert
wird.
Das Führen eines Raumtemperatur-Sollwertes nach der Aussentemperatur
hat folgende Gründe:
• Im Sommerbetrieb wird der betreffende Temperatur-Sollwert, während
einem Aussentemperaturanstieg von z.B. 20 °C auf 32 °C, stetig
erhöht (Sommerkompensation), um zu grosse Temperatur-Unterschiede
zwischen Raum- und Aussentemperatur und damit die
Gefahr eines Hitzeschocks zu vermeiden. Ausserdem wird dadurch
der Kühlenergieaufwand reduziert.
• Gemäss VDI-Lüftungsregeln soll bei einer Aussentemperatur von
32 °C die Raumtemperatur auf max. 26 °C angehoben werden. Für
den Aussentemperatur-Bereich von 20 °C bis 32 °C gelten nach VDI
folgende Raumtemperatur-Sollwerte:
Aussentemperatur °C 20 22 24 26 28 30 32
Raumtemperatur °C 20 21 22 23 24 25 26
• Im Winterbetrieb wird bei Aussentemperaturen unter z.B. 0 °C der
Sollwert der Raumtemperaturregelung ebenfalls stetig erhöht
(Winter-Kompensation), um den Einfluss der tieferen Oberflächen -
temperaturen von Raumwänden und Fenstern auf die Behaglichkeit
(Wärmeabstrahlung) sowie die bleibende Abweichung der Raumtemperatur
bei P-Regelung auszugleichen.
• Die Fig. 1-7 zeigt das Prinzipschema einer Raumtemperaturregelung
mit Führung nach der Aussentemperatur. Die vom Temperaturfühler
(3) gemessene Aussentemperatur bewirkt im Temperaturregler (1)
im «Sommer» oder/und im «Winter» eine Sollwert-Erhöhung. Im
Regler (1) kann einerseits der Startpunkt für die «Sommer-» und für
die «Winter-Kompensation» und anderseits die Grösse des «Sommer-»
und des «Winter-Einflusses» getrennt eingestellt werden. Die
Sollwertänderung ist der Aussentemperatur im Sommerbetrieb
direkt, im Winterbetrieb umgekehrt proportional.

3
Fig. 1-7 Raumtemperaturregelung, geführt nach der Aussentemperatur
1 Temperaturregler mit Aussentemperatur-Führung
2 Raumtemperaturfühler
3 Aussentemperaturfühler
4 Sollwert-Führungsgeber
5 Frostschutzthermostat
Das Wirkdiagramm einer Raumtemperaturregelung mit Führung nach
der Aussentemperatur zeigt die Fig. 1-8. Als übliche Einstellwerte für
den Aussentemperatur-Führungsgeber gelten bei stetigen Reglern:
Fig. 1-8 Aussentemperatur-FührungseinfIuss
�R Raumtemperatur
�wR Raumtemperatur-Sollwertänderung
�AU Aussentemperatur
Δ�AU Aussentemperatur-Änderung
wR Raumtemperatur-Sollwert
wFS Startpunkt Sommerkompensation
wFW Startpunkt Winterkompensation
E1 Winter-Führungseinfluss in %
Sommer-Führungseinfluss in %
E2
5
4
Einstellgrösse: P-Regler: PI/PID-Regler:
Sommereinfluss (E2 = Δ�R/Δ�AU * 100 %) 40 % 50 %
Wintereinfluss (E1 = Δ�R/Δ�AU * 100 %) 12–15 % 5 %
Startpunkt Sommerkompensation (wFS) Sollwert der Raumtemperatur
Startpunkt Winterkompensation (wFW) 0 ... 5 °C
w R
�R
°C
30
25
20
E1
w Fw
-10 0
20
30
Die Berechnung des Sommer- resp. Winter-Führungseinflusses erfolgt
nach der Formel:
1
E = Δ� R * 100 [%]
Δ� AU
w Fs
w
E2
��AU
2
�W R
B71-7
�AU [°C]
B71-8
15

16
1.8 Minimalbegrenzung der
Zulufttemperatur
In Lüftungs- und Klimaanlagen mit Raumtemperaturregelung begrenzt
ein Temperaturregler mit seinem Fühler im Zuluftkanal die Zulufttemperatur
auf einen minimalen Wert (Fig. 1-9). Dies ist dort erforderlich, wo
infolge grossem innerem Wärmeanfall der Regler die Zulufttemperatur
stark absenken will, um die eingestellte Raumtemperatur einzuhalten.
Ohne diese Begrenzung würde die Zulufttemperatur so tiefe Werte
erreichen, dass gesundheitsschädigende Zugerscheinungen auftreten.
7
6
MAX
5
MIN
Fig. 1-9 Raumtemperaturregelung mit Minimalbegrenzung der Zulufttemperatur
1 Raumtemperaturregler
2 Raumtemperaturfühler
3 Minimalbegrenzungsregler
4 Zulufttemperaturfühler
5 Vorrangauswahl Heizventil
6 Vorrangauswahl Kühlventil
7 Frostschutzthermostat
Die Minimalbegrenzung der Zulufttemperatur wird wie folgt verwirklicht:
Der Kanaltemperaturfühler (4) wird im Zuluftkanal in der Nähe der Einblasöffnung
montiert und auf den Begrenzungsregler (3) aufgeschaltet.
Der Begrenzungswert wird im Regler auf 17...18 °C eingestellt. Er
muss so tief sein, dass einerseits die innere Wärme abgeführt werden
kann, anderseits aber noch keine Zugerscheinungen auftreten können.
Unterschreitet die Zulufttemperatur den eingestellten Begrenzungswert,
so übernimmt der Begrenzungsregler über die Vorrangauswahl
das Schliessen des Kühlventils und über die Vorrangauswahl
das Öffnen des Heizventils und verhindert so ein weiteres
Absinken der Zulufttemperatur. Bei Erreichen des Begrenzungswertes
schaltet dieses Regelkonzept von Raumtemperatur- auf Zulufttemperaturregelung
um, wodurch nun die Zulufttemperatur auf dem Begrenzungswert
konstant gehalten wird (Fig. 1-10).
Die Reglerverstärkung KP (oder das Proportionalband XP) des Raum -
temperaturreglers muss der Trägheit der Raum-Regelstrecke und die -
jenige des Begrenzungsreglers dem Schwierigkeitsgrad der schnellen
Kanal-Regelstrecke angepasst werden.
3
1
4
w ZU
w R
2
B71-9

w ZU
°C
28
24
20
16
12
Fig. 1-10 Minimalbegrenzung der Zulufttemperatur
�R
Raumtemperatur
�ZU Zulufttemperatur
wR
� ZU
18 20 22 24 26 °C
w R
Sollwert der Raumtemperatur
wZU Begrenzungswert der Zulufttemperatur
� R
B71-10
17

18
2. Feuchteregelungen
2.1 Allgemeines
2.2 Taupunktregelung
2.2.1 Aufbau
Eine Klimaanlage hat die Aufgabe, im belüfteten Raum (oder Räumen)
die Temperatur und die relative Feuchte der Luft auf vorgegebenen
Werten konstant, oder innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten,
unabhängig vom Zustand der Aussenluft und den Vorgängen im Raum.
Es werden deshalb Verfahren und geeignete Regelsysteme zum Erwärmen,
Kühlen, Be- und Entfeuchten der Luft angewendet. Bei der
Feuchte regelung unterscheidet man dabei hauptsächlich zwischen:
• indirekter Feuchteregelung über die Taupunkttemperatur des
gewünschten Raumluftzustandes oder über den Wasserdampf -
gehalt x der Zuluft
• direkter Feuchteregelung mit einem Relativ-Feuchtefühler im betreffenden
Raum
Voraussetzung zur Taupunktregelung ist ein Luftwäscher der einen
Befeuchtungs-Wirkungsgrad von mindestens 95 %, also praktisch den
Sättigungszustand der ausströmenden Luft erreicht. Wird dabei die
Temperatur dieser praktisch gesättigten Luft geregelt, dann wird damit
auch deren Wasserdampfgehalt fixiert. Der dazu benötigte Regelgeräte-
Aufwand wird deshalb relativ gering. Diese Lösung ist dort sinnvoll, wo
die auf den Taupunkt abgekühlte Luft weitgehend durch innere Wärme
im Raum nachgewärmt werden kann (z.B. Maschinenwärme in Indus -
triebetrieben). Wo dies nicht zutrifft, wird aus wirtschaftlichen Gründen
(Energiekosten), für konventionelle Klimaanlagen die direkte Feuchteregelungen
vorgezogen.
Fig. 2-1 zeigt den Aufbau einer Taupunktregelung:
• Die Taupunktregelung arbeitet mit dem Temperaturregler 2 und dem
direkt nach dem Luftwäscher eingesetzten Temperaturfühler 1. Mit
seinen Ausgangssignalen betätigt er das Vorwärmer- und Kühlventil.
Die Antriebe der beiden Ventile sind in Sequenz geschaltet.
• Die Wasserumwälzmenge im Befeuchter bleibt konstant und die
Befeuchterpumpe ist während des Betriebes der Anlage dauernd
eingeschaltet.
7
5
A B C
2 4
T T
Fig. 2-1 Aufbau der Taupunktregelung
1 Taupunkttemperaturfühler
2 Taupunkttemperaturregler
3 Raumtemperaturfühler
4 Raumtemperaturregler
5 Frostschutzthermostat
6 Fühler für Zulufttemperatur-Minimalbegrenzer
7 Fühler für Aussentemperatur-Führungsgeber
A...F Luftzustände im h,x-Diagramm
D
E
1 6
w Tp
3 F
w R
B72-1

2.2.2 Regelung
• Die Regelung der Raumtemperatur und damit indirekt auch der
relativen Raumfeuchte nach der Taupunktregelung erfordert in konventionellen
Anlagen einen Nachwärmer, dessen Heizleistung vom
Raumtemperaturregler bestimmt wird.
• Die Anlage kann mit einem Zulufttemperatur-Minimalbegrenzer und
einem Aussentemperatur-Führungsgeber, sowie Aussenluft-
/Umluftklappen ergänzt werden.
Der Taupunkttemperaturregler (2) mit dem Taupunkttemperaturfühler
(1) nach dem Befeuchter sorgt dafür, dass der Sollwert der Taupunkttemperatur
bei den verschiedenen Luftzuständen eingehalten wird. Bei
Abweichung der Taupunkttemperatur vom eingestellten Sollwert wTP
betätigt er das Vorwärmer- oder das Kühlventil. Zum Erreichen der
gewünschten Raumtemperatur und relativen Raumfeuchte ist ein weiterer
Regelkreis mit dem Regler (4) und dem Raumtemperaturfühler (3)
erforderlich, der über das Nachwärmerventil die befeuchtete und abgekühlte
Luft wieder auf die erforderliche Einblastemperatur regelt.
Ist z.B. in Industrieanlagen (Chemie, Textil etc.) die genaue Einhaltung
einer bestimmten relativen Luftfeuchte vorrangig vor der Raumtemperatur,
dann kann im Nachwärmer-Regelkreis, anstelle des Raumtemperaturfühlers
ein Raumfeuchtefühler eingesetzt werden.
19

20
2.2.3 Anwendung
Die Taupunktregelung kann in Anlagen angewendet werden, wo die
relative Raumfeuchte innerhalb bestimmter Grenzen schwanken darf,
z.B. in Büros, Konferenzräumen, Verkaufsräumen u. a., denn wechselnder
innerer Wärmeanfall, Raumtemperatur-SolIwertänderungen und
Feuchtestörgrössen werden von der Regelung nur bei Einsatz von
Hilfsregelkreisen erfasst. Die Taupunktregelung wird hauptsächlich im
In dust riebereich angewendet, wo Maschinen-Abwärme zur Nachwärmung
genutzt werden kann, und im Komfortbereich zur zentralen Luftaufbereitung
in Zweikanal-, Induktions- oder Fan-coil-Anlagen (Fig. 2-2).
1
T
1
T
w
Fig. 2-2 Zentrale Luftaufbereitungsanlagen mit Taupunktregelung
a) Zentrale Primärluftaufbereitung (z.B. für Induktionsgeräte)
b) Zentrale Luftaufbereitung für Zweikanalanlage
1 Taupunktregelung
2 Zulufttemperatur-Regelung in Primärluftanlage
3 Kaltlufttemperaturregelung in Zweikanalanlage
4 Warmluftkanalregelung in Zweikanalanlage
5 Zuluftkanal-Druckregelung
6 Zulufttemperatur-Sollwert-Führungsgeber
+ Warmluftkanal
– Kaltluftkanal
w
5
p
6
w
3
T
5
2
p
T
w
w
w
T
4
w
B72-2

2.2.4 Taupunkttemperatur
Die gewünschte Raumtemperatur (1, z.B. 20 °C) und die relative Raumfeuchte
(2, z.B. 50 %) ergeben im h,x-Diagramm (Fig. 2-3) die Taupunkttemperatur
�TP (3) von etwa 9 °C die – abgesehen vom Wirkungsgrad
des Befeuchters – als Sollwert für den Taupunkttemperaturregler
eingestelIt wird.
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte ρ in kg/m 3
1
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
3
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
- 10
- 5
0
5
10
15
20
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-3 Bestimmen der Taupunkttemperatur �TP im h,x-Diagramm
1 gewünschte Raumtemperatur
2 gewünschte Raumluftfeuchtigkeit
3 resultierende Taupunkttemperatur �TP
25
15
2
30
35
20
40
25
45
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-3
21

22
2.2.5 Zustandsänderungen
im h,x-Diagramm
Luftzustände im Winter
Im Anlagenschema (Fig. 2-1) sind interessierende Luftzustände mit
Buchstaben gekennzeichnet, die im h,x-Diagramm (Fig. 2-4 und Fig.
2-5) ebenfalIs erscheinen.
(Fig. 2-4) Im Vorwärmer wird die angesaugte Luft A auf den Zustand B
erwärmt. Im Befeuchter wird hierauf die Luft befeuchtet bis fast zur
Sättigungslinie d.h. auf eine relative Luftfeuchte von ca. 95 %. Dabei
kühlt sie sich ab bis zur gewünschten Taupunkttemperatur D. Die Luft
muss also vom Vorwärmer immer so weit aufgeheizt werden, dass sie
nach der Befeuchtung die Taupunkttemperatur erreicht (Aufgabe des
Taupunkttemperaturregelkreises).
Durch Erwärmung im Nachwärmer wird anschliessend die Luft wieder
soweit aufgeheizt (Zustand E), dass sie den Wärmebedarf bzw. die
Transmissions-Wärmeverluste des Raumes decken kann und daraus
die gewünschte Raumtemperatur und relative Raumfeuchte resultiert
(Zustand F = Aufgabe des Raumtemperaturregelkreises, E-F = Wärmeverluste
im Raum).
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte � in kg/m 3
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit � in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
- 10
- 5
0
5
10
15
20
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-4 Zustandsänderungen bei Taupunkttemperaturregelung im Winter
A Vorwärmer-Eintrittszustand
B Luftwäscher- Eintrittszustand
D Taupunkt der Zuluft
E Erforderlicher Zuluftzustand bei Raumeintritt
F Sollzustand der Raumluft
25
15
30
35
20
40
45
25
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-4

Luftzustände im Sommer
(Fig. 2-5) Die angesaugte Luft A (A = Mischpunkt nach Aussenluft-/Um -
luftmischung) wird im Kühler auf den Zustand C abgekühlt und – wenn
die Kühlflächentemperatur 2 unter der Taupunkttemperatur des Luft -
zustandes A liegt – auch entfeuchtet. Im Wäscher wird die Luft dann
befeuchtet bis zur Sättigungslinie (� � 95 % r.F.). Dabei kühlt sie sich
weiter ab bis zur Taupunkttemperatur D. Die Luft muss also vom Kühler
immer so weit abgekühlt werden, dass sie nach dem Luftwäscher
die erforderliche Taupunkttemperatur erreicht (Aufgabe des Taupunkttemperaturregelkreises).
Im Nachwärmer wird die Luft anschliessend wieder soweit aufgeheizt
(Punkt E), dass sie die Kühllast des Raumes decken kann und sich da -
raus die gewünschte Raumtemperatur und relative Raumfeuchte ergibt
(Zustand F, Aufgabe des Raumtemperaturregelkreises).
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte � in kg/m 3
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit � in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
- 10
- 5
0
5
10
15
20
25
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-5 Zustandsänderungen bei der Taupunkttemperaturregelung im Sommer
A Kühler-Eintrittszustand
C Luftwäscher- Eintrittszustand
D Taupunkt der Zuluft
E Zuluft- Eintrittszustand
F Sollzustand der Raumluft
1 Aussenluftzustand im Sommer
2 mittlere Kühler-Oberflächentemperatur
15
30
35
20
40
45
25
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-5
23

24
2.2.6 Eigenschaften der
Taupunktregelung
2.2.7 Gleitende Taupunktregelung in
Abhängigkeit der Aussentemperatur
Anwendung
Aufbau
• Bei Änderung der Raumtemperatur durch Sollwert-Verschiebung
oder Einfluss des Aussentemperatur-Führungsgebers ändert sich
die relative Raumfeuchte. Auch Feuchtestörgrössen im Raum (z.B.
Fremdfeuchte-Anfall) werden nicht erfasst.
Sollte aber die Raumfeuchte konstant bleiben, so muss die Taupunkttemperatur
entsprechend angepasst werden.
• Die relative Raumfeuchte ist auch vom Befeuchtungs-Wirkungsgrad
des Luftwäschers abhängig. Für die Praxis bedeutet dies, dass bei
tieferem Befeuchtungs-Wirkungsgrad, der Sollwert des Taupunkttemperaturreglers
entsprechend höher eingestellt werden muss, als
die theoretische Taupunkttemperatur des gewünschten Raumluft -
zustandes ist (Fig. 2-6).
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte � in kg/m 3
Temperatur t in °C
0 relative Feuchtigkeit � in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
- 10
- 5
0
5
10
15
20
25
15
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-6 Einfluss des Befeuchtungswirkungsgrades auf die einzustellende
Taupunkttemperatur
D Taupunkttemperatur-Sollwert bei einem Befeuchtungswirkungsgrad
von ca. 95 %
D’ Taupunkttemperatur-Sollwert bei einem Befeuchtungswirkungsgrad
von ca. 75 %
F Gewünschter Raumluftzustand (20 °C / 50 % r.F.)
Diese Regelung ist dort angebracht, wo eine Verschiebung des Raumtemperatur-Sollwertes
durch den Aussentemperatur-Führungsgeber
die relative Raumfeuchte nicht beeinflussen darf.
30
Der Unterschied zur Anlage gem. Fig. 2-1 liegt darin, dass mit der
aussentemperaturabhängigen Führung der Raumtemperatur gleichzeitig
auch die Taupunkttemperatur verändert wird. Dazu kann der gleiche
35
20
40
45
25
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-6

Aussentemperatur-Führungsgeber 3 verwendet werden, weil die
Verschiebung dieser beiden Temperaturen praktisch parallel verläuft
(Fig. 2-7b).
a)
b)
1,15
Δϑ1
1,20
Δϑ2
1,25
1,30
Dichte ρ in kg/m3
Temperatur t in °C
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
- 10
- 5
0
5
3
10
15
20
1
2
T w T
w
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-7 Taupunkttemperaturregelung mit Sollwertführung nach der Aussentemperatur
a) Prinzipschema
b) Sollwertführung im h,x-Diagramm
1 Taupunkttemperaturregler
2 Raumtemperaturregler
3 Aussentemperatur-Führungsgeber
Δ�1 Raumtemperatur-Sollwertänderung (20...26 °C)
Δ�2 Taupunkttemperatur-Sollwertänderung (9...15 °C)
25
15
• Störungen der relativen Raumfeuchte durch den Einfluss des
Aussentemperatur-Führungsgebers fallen weg.
• Die Raumfeuchte kann jedoch noch gestört werden durch:
– Fremdfeuchte
– Raumtemperatur-Änderung durch Sollwert-Verstellung
– Innere Wärme, die von der Anlage nicht mehr abgeführt werden
kann (wenn z.B. die Zulufttemperatur durch den Begrenzer auf
dem Minimalwert gehalten wird).
30
35
20
40
25
45
50
30
55
B72-7a
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-7b
25

26
2.3 Direkte, stetige Feuchteregelung
2.3.1 Allgemeines
Anwendung
Aufbau
Die direkte Feuchteregelung wird angewendet, wo die eingestellten
Sollwerte der Raumtemperatur und der relativen Raumfeuchte, bei
jedem Aussenluftzustand, bei innerem Wärme- und Fremdfeuchte-
Anfall im Raum, genau eingehalten werden sollen.
Wenn eine Klimaanlage die Raumtemperatur und die relative Raumfeuchte
genau gewährleisten soll, so ist dies nur durch den Einsatz je
eines Temperatur-Regelkreises mit einem Raumtemperaturfühler, und
eines Feuchte-Regelkreiseses mit einem Feuchtefühler im zu klimati -
sierenden Raum oder in dessen Abluft möglich (Fig. 2-8). Dabei wirken
die Stellsignale des Raumtemperaturreglers (2) in Sequenz auf das
Heizventil und das KühIventil und diejenigen des Feuchtereglers (4) auf
das Befeuchterventil und – in Vorrangschaltung (5) zwecks Entfeuchtung
– ebenfalls auf das Kühlventil.
7
A
T
B C D
w
5
MAX
Fig. 2-8 Klimaanlage mit direkter Feuchteregelung
1 Raumtemperaturfühler
2 Raumtemperaturregler
3 Raumfeuchtefühler
4 Feuchteregler
5 Vorrangwähler
6 Zulufttemperaturfühler für Minimalbegrenzer
7 Aussentemperaturfühler für Führungsgeber
A..F Luftzustände
Die Befeuchtung wird hauptsächlich mit den folgenden Befeuchtertypen
ausgeführt:
• Regelbarer Luftwäscher
• Regelbare Dampfbefeuchtung
Beide Arten bieten die Möglichkeit, die Befeuchtung nach absoluter
oder relativer Feuchte zu regeln.
Der Luftkühler hat die Doppelfunktion Kühlen (vom Temperaturregler 2
gesteuert) und Entfeuchten (vom Feuchteregler 4 gesteuert). Deshalb
muss er vor dem Nachwärmer und dem Befeuchter angeordnet werden.
Je nach Betriebszustand muss ja gekühlt (Temperaturregler),
befeuchtet oder entfeuchtet (Feuchteregler) und nachgewärmt (Temperaturregler)
werden können. Die Reihenfolge Befeuchter – Nachwärmer
kann auch umgetauscht werden, ohne dass dadurch die Funktion
der Anlage beeinträchtigt wird.
6
max.
H
T
H
E
2
4
1
w ϑR
w ϕR
F
3
B72-8

Für eine konstante Raumtemperatur sorgt der Temperaturregler (2) mit
dem Temperaturfühler (1), der das Nachwärmerventil und – über den
Vorrangwähler (5) – das Kühlventil ansteuert. Der Sollwert des Temperaturreglers
kann mit einem Führungsgeber nach der Aussentemperatur
(Fühler 7) geführt werden. Zusätzlich kann auch ein Minimalbegrenzer
der Zulufttemperatur (mit Fühler 6) eingesetzt werden.
Die Feuchteregelung erfolgt durch den Feuchteregler (4) mit dem
Feuchtefühler (3) sowie dem Befeuchterventil und dem Kühlventil (Entfeuchtung)
als Stellgeräte. Weil sowohl der Temperatur- wie auch der
Feuchteregler das Kühlventil steuern, muss dieses über den sogenannten
Vorrangwähler (5) automatisch immer demjenigen Regler mit dem
grösseren Stellsignal zugeordnet, d.h. der die grössere Kühlleistung fordert.
1,15
1,20
1
2
1,25
1,30
Dichte � in kg/m3
Temperatur t in °C
0 relative Feuchtigkeit � in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
- 10
- 5
0
5
10
15
20
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-9 Bestimmen des Einstellwertes für den Vorwärmer-Regelkreis
F Gewünschter Raumluftzustand
E Tiefste zulässige Zulufttemperatur
B1 Grenzwert max. für den Vorwärmer-Regelkreis
(tiefste zulässige Zulufttemperatur)
B2 Grenzwert min. für den Vorwärmer-Regelkreis
(Vermeidung von Kondensation)
25
15
30
Der separate Vorwärmer-Regelkreis dient als Frostschutz für den
Kühler.
Die Lufttemperatur nach dem Vorwärmer muss einerseits so tief sein,
dass das Kühlventil auf keinen Fall öffnet, bevor das Vorwärmerventil
geschlossen ist und andererseits so hoch, dass bei geschlossenem
Nachwärmerventil die Taupunkttemperatur der benötigten Zuluft nicht
unterschritten wird. In der Fig. 2-9 liegt der Einstellwert für die Vorregelung
daher zwischen den Punkten B1 und B2. In Sequenz zum Vorwärmerventil
kann selbstverständlich auch ein Luftklappenantrieb für die
Betätigung von Aussen-/Umluftklappen oder ein WRG-System zugeschaltet
werden.
35
20
40
45
25
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-9
27

28
2.3.2 Klimaanlage mit stetig
regelbarem Luftwäscher
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 [bar]
�
�B
x1 x2 x3
Fig. 2-10 Befeuchtungswirkungsgrad des Luftwäschers
a) Befeuchtungswirkungsgrad in Funktion des Düsendruckes
b) Erklärung des Befeuchtungswirkungsgrades
ηB Befeuchtungswirkungsgrad des Luftwäschers
p Düsendruck des Luftwäschers
x1 Angenommener tiefster Wasserdampfgehalt der Luft
x2 Wasserdampfgehalt der Luft bei Raumluftzustand
x3 Wasserdampfgehalt der Luft bei Sättigung
Durch den Feuchteregler (4, Fig. 2-8) wird in Abhängigkeit der relativen
Raumfeuchte (3) das Befeuchterventil stetig gesteuert. Dadurch kann
der Befeuchtungs-Wirkungsgrad des Luftwäschers beliebig verringert
werden (Fig. 2-10), d.h. die Zuluft kann so auf den gewünschten Wasserdampfgehalt
befeuchtet werden. Bei geschlossenem Befeuchterventil
wird die Befeuchterpumpe über einen Hilfsschalter im Stellantrieb
ausgeschaltet.
Im Anlagenschema (Fig. 2-8) sind interessierende Luftzustände mit
Buchstaben gekennzeichnet, die in den h,x-Diagrammen (Fig. 2-11,
Fig. 2-12, Fig. 2-13) mit gleicher Bedeutung verwendet werden.
�B =
x2 � x1
x3 � x1
B72-10

2.3.2.1 Luftzustandsänderungen
im Winter
Luft-Erwärmung
Im Vorwärmer wird die angesaugte Luft A auf den Zustand B erwärmt.
Da das Kühlventil geschlossen ist, ist Zustand B = Zustand C. Im Nachwärmer
wird die Luft weiter erwärmt, und zwar so hoch, dass die
Zuluft nach der vom Feuchteregler bestimmten Stärke der Befeuchtung
Δx (adiabatische Abkühlung, allerdings nicht bis auf die Sättigungslinie,
da ja regelbar) die für die Aufrechterhaltung des geforderten
Raumluftzustandes F notwendige Temperatur hat (Zustand E). Ist die
Temperatur der angesaugten Luft A höher als der Zustand B, so bleibt
das Vorwärmerventil geschlossen.
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte � in kg/m3
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit � in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
- 10
- 5
0
5
10
15
20
25
15
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-11 Zustandsänderungen bei direkter Feuchteregelung (regelbarer Wäscher)
im Winter
A Vorwärmer-Eintrittszustand
B Nachwärmer-Eintrittszustand
D Luftwäscher-Eintrittszustand
E Erforderlicher Zuluftzustand bei Raumeintritt
F Sollzustand der Raumluft
30
35
20
40
45
25
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-11
29

30
2.3.2.2 Luftzustandsänderungen
im Sommer
Kühlen
Die angesaugte Luft A (Zustand A = Zustand B, da das Vorwärmerventil
geschlossen ist) wird im Kühler auf den vom Raumtemperaturregler
geforderten Wert abgekühIt (Zustand C = D, da das Nachwärmerventil
geschlossen ist).
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte � in kg/m3
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit � in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
- 10
- 5
0
5
10
15
20
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-12 Zustandsänderungen beim Kühlen mit direkter Feuchteregelung
A Vorwärmer-Eintrittszustand
B Kühler-Eintrittszustand
C Nachwärmer-Eintrittszustand
D Luftwäscher-Eintrittszustand
E Erforderlicher Zuluftzustand bei Raumeintritt
F Sollzustand der Raumluft
1 mittlere Kühlflächentemperatur �Kü
25
15
1
30
Dies ergibt – nach der vom Feuchteregler bestimmten Befeuchtung
(zusätzliche adiabatische Abkühlung) – den für die Einhaltung des ge -
forderten Raumluftzustandes F notwendigen Zustand E der Zuluft. Weil
hier die mittlere Kühlflächentemperatur �Kü (1) über dem Taupunkt des
Luftzustandes B liegt, erfolgt die Kühlung ohne Entfeuchtung.
35
20
40
45
25
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-12

Kühlen/Entfeuchten
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte ρ in kg/m 3
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
- 10
- 5
0
5
10
15
20
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-13 Zustandsänderungen Kühlen/Entfeuchten bei direkter Feuchteregelung
A Vorwärmer-Eintrittszustand
B Kühler-Eintrittszustand
C Nachwärmer-Eintrittszustand
D Luftwäscher-Eintrittszustand
E Erforderlicher Zuluftzustand bei Raumeintritt
E’ Schnittpunkt des Kühlverlaufes mit der Solltemperatur
F Sollzustand der Raumluft
1 mittlere Kühlflächentemperatur �Kü
25
15
F
30
Beim Luftzustand A (Fig. 2-13) sind sowohl die Temperatur wie auch
die absolute Feuchte zu hoch. Deshalb muss hier gekühlt und zugleich
entfeuchtet werden: In der ersten Phase fordert der Temperaturregler
«Kühlen» und der Feuchteregler «Entfeuchten». Dabei bestimmt der
Regler mit dem grösseren Ausgangssignal – über die Vorrangfunktion –
die Stellung des Kühlventils.
Der Temperaturregler fordert solange Kühlen, bis die ZuIufttemperatur
den für die Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperatur erforderlichen
Wert hat (Zustand E’). Dieser Luftzustand E’ ist aber noch zu
feucht, weshalb der Feuchteregler weiterhin Entfeuchten (Kühlen) fordert.
Durch die weitere Entfeuchtung wird aber die Zuluft unter die
erforderliche Eintrittstemperatur abgekühlt. Der Feuchteregler fordert
solange Entfeuchten, bis der für die Einhaltung der relativen Raumfeuchte
erforderliche Wasserdampfgehalt x erreicht ist (Zustand C/D).
Der Raumtemperaturregler muss dann über den Nachwärmer die zu
tief abgekühlte Luft wieder auf die erforderliche Zulufttemperatur E
erwärmen.
35
20
E E'
1
C/D
A/B
40
25
45
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B72-13
31

32
2.3.3 Stetig regelbare Dampfbefeuchtung
Bei Befeuchtung mit Wasserdampf erfolgt die Richtung der Zustandsänderung
im h,x-Diagramm entsprechend dem Wärmeinhalt des eingesprühten
Dampfes. Man kann mit Hilfe der Dampftabelle die Enthalpiezunahme
Δh in kJ ausrechnen, die der Luft mit der Dampfmenge Δx in
Gramm zugeführt wird.
3
Fig. 2-14 Zustandsänderungen bei stetig regelbarer Dampfbefeuchtung
A Vorwärmer-Eintrittszustand
B Dampfbefeuchter-Eintrittszustände (je nach Enthalpie des Dampfes)
E Erforderlicher Zuluftzustand bei Raumeintritt
F Sollzustand der Raumluft
Δx Spezifische Dampfzufuhr in g/kg Luft
ΔhS Erhöhung des Wärmeinhaltes durch Sattdampf von ca. 100 °C
Bei der Befeuchtung mit Sattdampf von ca. 100 °C (Fig. 2-14) verläuft
die Zustandsänderung ungefähr parallel zur Isothermen. Es findet somit
nur eine geringfügige Erwärmung, aber eine sehr wirksame Befeuchtung
der Luft statt. Die anderen Zustandsänderungen verlaufen gleich
wie bei der Regelung mit regelbaren Sprühwasser-Befeuchtern.

2.3.4 Eigenschaften der direkten,
stetigen Feuchteregelung
Die direkte, stetig regelbare Befeuchtung hat folgende Eigenschaften:
• Die relative Raumfeuchte (und die Raumtemperatur) kann bei jedem
Aussenluftzustand, bei Sollwertverstellung der Raumtemperatur, bei
inneren Wärmequellen, bei Fremdfeuchteanfall im Raum oder
Feuchteverlust konstant gehalten werden.
• Bei der Sprühwasser-Befeuchtung genügt ein Befeuchtungswirkungsgrad
der wesentlich niedriger ist als derjenige eines Taupunkt-
Luftwäschers. Dafür kann ein entsprechend preisgünstigeres Gerät
eingesetzt werden. Wichtig ist jedoch, dass der Befeuchter innerhalb
eines genügend grossen Leistungsbereiches regelbar ist.
Ungünstige Betriebszustände, wie sie sich bei Taupunktregelung im
Teillast bereich einstellen können, werden vermieden. Es wird nur
soviel gekühlt, befeuchtet und nachgewärmt, wie notwendig ist.
Daraus resultieren tiefere Betriebskosten.
Die Fig. 2-15 zeigt hierzu 2 verschiedene Luftzustandsänderungen
im Vergleich zwischen Taupunktregelung (links) und direkter Feuchteregelung
(rechts) mit einem regelbaren adiabatischen Sprühwasser-Befeuchter.
Taupunktregelung mit Energieverschwendung Δh durch unnötiges
Kühlen, Befeuchten und Nachwärmen.
Direkte Feuchteregelung (rechts) mit regelbarem adiabatischem
Befeuchter (es wird nur soviel gekühlt wie erforderlich ist).
Taupunktregelung Direkte Feuchteregelung
1,15
1,20
1,25
1,30
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte ρ in kg/m3
Temperatur t in °C
Dichte ρ in kg/m3
Temperatur t in °C
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
5
5
10
10
15
15
20
A
20
25
25
15
15
1
E
30
F
30
F
E
35
35
20
20
40
Δh
40
2 Δh
A
25
45
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 2-15 Taupunktregelung (links) und direkte Feuchteregelung (rechts) im Vergleich
A Aussenluftzustand
F Gewünschter Raumluftzustand
E Erforderlicher Zuluftzustand
1 mittlere Kühlflächentemperatur
2 Taupunkttemperatur der Raumluftt
1,15
1,20
1,25
1,30
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte ρ in kg/m3
Temperatur t in °C
Dichte ρ in kg/m3
Temperatur t in °C
35
30
25
20
15
10
5
0
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
5
10
10
15
15
20
A
20
25
25
15
15
1
E
30
F
30
F
E
35
35
20
20
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
40
40
A
25
45
33

34
2.4 Zweipunktregelung der Befeuchtung
2.4.1 Befeuchtung mit Luftwäscher
Bei einfachen Anlagen, wo eine geregelte Befeuchtung erwünscht ist,
kann diese durch einen Raum-Hygrostaten (Zweipunktregler) erfolgen.
Wenn die Raumfeuchte den eingestellten Sollwert (-Schaltdifferenz)
unterschritten hat, schaltet er den Befeuchter ein. Wird durch das
Ansteigen der Raumfeuchte der obere Schaltpunkt des Hygrostaten
erreicht, so wird die Befeuchtung wieder ausgeschaltet (Fig. 2-16).
Diese Art der Feuchteregelung kann jedoch nur bescheidenen Ansprüchen
genügen, weil durch die «Ein/Aus»-Regelung Schwankungen der
relativen Raumfeuchte unvermeidlich sind.
Fig. 2-16 Lüfttungsanlage mit Zweipunktregelung der adiabatischen Befeuchtung
1 Lufterwärmer
2 Frostschutzthermostat
3 Befeuchter (z.B. Luftwäscher)
4 Einstelldrossel (Befeuchtungs-Wirkungsgrad)
5 Befeuchterpumpe
6 Feuchte-Regler (Hygrostat)
7 Raumtemperaturfühler
8 Raumtemperaturregler
A Aussenluftzustand
B Luftzustand nach Erwärmer
Z Erforderlicher Zuluftzustand
R Gewünschter Raumluftzustand
Mögliche Betriebszustände des Befeuchters (Fig. 2-17):
• Liegt der Lufteintrittszustand A auf oder unter der Adiabaten des
minimal notwendigen Zuluft-Zustandes Z, also im horizontal schraffierten
Bereich, dann ist die Befeuchter-Pumpe durch den Hygrostaten
dauernd eingeschaltet. Der Befeuchtungswirkungsgrad ηB wird
durch einmaliges Drosseln der Umlauf-Wassermenge auf Volllast
abgestimmt (d.h. auf die von der Luft maximal aufzunehmende
Wassermenge ΔxMAX). Die Anlage arbeitet in diesem Betriebszustand
einwandfrei.
• Ist der Wassergehalt x der Eintrittsluft jedoch grösser als benötigt
(im senkrecht schraffierten Bereich), so bleibt die Pumpe dauernd
ausgeschaltet.
• Zwischen diesen beiden Grenzgebieten (punktierter Bereich) greift
der Hygrostat regelnd ein und schaltet die Befeuchterpumpe intermittierend
ein und aus. Das Einschaltverhältnis der Pumpe ist dabei
vom fehlenden Wasserdampfgehalt Δx und vom eingestellten
Befeuchtungs-Wirkungsgrad abhängig.

�
� max.
Fig. 2-17 Zweipunkt-Feuchteregelung mit adiabatischem Befeuchter
a) Betriebszustände der Befeuchterpumpe
b) Befeuchtungswirkungsgrad (siehe auch Fig. 2-10b)
Fläche punktiert: Intermittierender Betrieb;
horizontal schraffiert: Pumpe dauernd eingeschaltet;
vertikal schraffiert: Pumpe dauernd ausgeschaltet.
A,B,Z,R = Luftzustände
ΔxMAX = maximal erforderliche Erhöhung des Wasserdampfgehaltes x
Die Problematik beim intermittierendem Betrieb eines adiabatischen
Befeuchters liegt darin, dass die Zuluft bei eingeschaltetem Befeuchter
sofort auch abgekühlt wird. Die dadurch verursachte Raumtemperatur-
Absenkung bewirkt, dass der Temperaturregler das Heizventil öffnet,
bis die Raumtemperatur wieder dem eingestellten Sollwert entspricht.
Schaltet der Hygrostat dann den Befeuchter wieder aus, entfällt die
adiabatische Abkühlung der Zuluft. Diese wird folglich mit überhöhter
Temperatur eingeblasen bis der Temperaturregler das Heizventil wieder
entsprechend geschlossen hat. Im intermittierenden Betrieb der Be -
feuchtung überträgt sich also das Zweipunkt-Verhalten des Hygrostaten
auch auf die Raumtemperaturregelung, die dadurch ebenfalls ins
Pendeln gerät.
� B
35

36
2.4.2 Zweipunktregelung der
Befeuchtung mit Dampf
1
2
MAX
3 4
7 12
Fig. 2-18 Lüfttungsanlage mit Zweipunktregelung der Dampfbefeuchtung
1 Lufterwärmer
2 Frostschutzthermostat
3 LuftkühIer
4 Dampfbefeuchter
5 Einstelldrossel
6 Befeuchterventil (Auf/Zu)
7 Maximalbegrenzungs-Hygrostat
8 Zulufttemperatur-MinimaIbegrenzungs-Regler
9 Raum-Hygrostat
10 Raumtemperaturfühler
11 Raumtemperaturregler
12 Zulufttemperaturfühler / Zuluftbegrenzungsfühler
5
6
MIN
H H
9 10
Die Fig. 2-18 zeigt eine Lüfttungsanlage mit Zweipunktregelung der
Dampfbefeuchtung. Bei Dampf von 100 °C erfolgt die Zustandsänderung
im h,x-Diagramm ungefähr parallel zur Isotherme. Es findet somit
nur eine geringfügige Erwärmung, aber eine sehr wirksame Befeuchtung
der Luft statt. Die Regeleingriffe des Hygrostaten haben (im
Gegensatz zur adiabatischen Befeuchtung) praktisch keine Auswirkungen
auf die Raumtemperaturregelung. Dafür besteht hier die Gefahr
von Wasserausscheidung (Kondensation) im Zuluftkanal infolge Übersättigung
der Luft. Diese Gefahr kann dadurch verringert werden, dass
die maximal zulässige Dampfmenge durch einmaliges Drosseln auf den
Wert begrenzt wird, der für die Befeuchtung auf den gewünschten
Raumluftzustand bei Vollast erforderlich ist. Noch sicherer ist die
Begrenzung der zulässigen Dampfmenge auf den Wert, der auch bei
minimal zulässiger Zulufttemperatur (Zulufttemperatur-Minimalbegrenzung)
noch keine Übersättigung ergibt. Im Zuluftkanal sollte ausserdem
ein Maximalbegrenzungs-Hygrostat montiert sein, der bei Überschreiten
des eingestellten Wertes das Befeuchterventil schliesst. Durch das
einmalige Drosseln der Dampfmenge erhält man zugleich ein optimales
Einschaltverhältnis der Befeuchtung und damit geringste Feuchtigkeitsschwankungen
im Raum.
8
wMIN
11
w �R
B72-18

3. Umluftbeimischung
3.1 Allgemeines
3.2 Konstante Umluft-Beimischung
Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit kann bei Lüftungs- und Klimaanlagen
ein Teil der Abluft – sofern deren hygienische Qualität dies
zulässt – wieder der angesaugten Aussenluft beigemischt werden. Die
Mischluft wird dann nach der weiteren Aufbereitung (filtern, erwärmen
oder kühlen usw.) wieder dem Raum zugeführt.
Durch die Beimischung warmer Abluft aus dem Raum kann im Winter,
gegenüber reinem Aussenluftbetrieb, der Heizenergieverbrauch
beträchtlich reduziert werden. Im Sommer wird – sofern eine Kühlung
vorhanden ist – der warmen Aussenluft kühlere Abluft aus dem Raum
beigemischt, wodurch bedeutend weniger Kühlenergie benötigt wird.
Die Umluft-Beimischung wird mit Hilfe von stetig verstellbaren Aussenluft-,
Fortluft- und Umluftklappen erreicht. Im Kühlbetrieb der Klimaanlage
bleiben die Aussen- und die Fortluftklappe solange ganz offen bzw.
die Umluftklappe geschlossen, bis die Aussenlufttemperatur die Ablufttemperatur
übersteigt. Ist dies der Fall, wird der Aussenluftanteil sofort
auf das erforderliche Minimum (z.B. nach VDI-Lüftungsregeln, DIN
1946, Blatt 1) reduziert. Sinkt aber die Zulufttemperatur unter ihren
Sollwert, so werden die Aussen- und Fortluftklappe stetig geschlossen
und die Umluftklappe entsprechend geöffnet, bis die minimale Aussenluftrate
erreicht ist. Weil der Volumenstrom durch die Luftklappen sich
nicht linear zum Schliesswinkel ändert, sollte die minimale Aussenluftrate
nach gemessenen Werten eingestellt werden. Die minimal zulässige
Aussenluftrate kann normalerweise am Temperaturregler, als Minimalbegrenzung
des betreffenden Stellsignals eingestellt werden.
Die Umluft-Beimischung kann nach verschiedenen Kriterien gesteuert
werden, z.B.:
• Konstante UmIuft-Beimischung
• Manuelle Steuerung
• Aussentemperaturabhängige Steuerung*
• nach dem Stellsignal eines Mischlufttemperatur- oder Mischluft -
enthalpie-Reglers
• nach dem Stellsignal eines Zulufttemperatur-Sequenzreglers mit
den Stellsequenzen: Heizventil – Kühlventil – Luftklappen*
* (evtl. kombiniert mit einer Zweipunkt-Umschaltung auf den maximalen
Umluftanteil im Kühlbetrieb, sobald die Aussenluft-Temperatur
oder -Enthalpie höher ist als diejenige der Abluft.)
Die konstante Umluft-Beimischung ist die einfachste Art des Betriebes
von Mischluftklappen. Sie werden auf einen vorher festgelegten Wert
eingestellt, so dass immer ein bestimmter Anteil Umluft der Aussenluft
zugeführt wird (meistens wird der Umluftanteil so gewählt, dass die
minimale Aussenluftrate eingehalten wird). Dieser Anteil beeinflusst
selbstverständlich die Auslegung der Lüftungs- oder Klimaanlage. Je
grösser der Umluftanteil ist, desto geringer müssen die Leistungen zur
Erwärmung der Luft im Winter bzw. zur Abkühlung im Sommer sein.
Die konstante Umluft-Beimischung wird in Anlagen mit praktisch konstantem
innerem Wärmeanfall angewendet.
37

38
3.3 Manuelle Steuerung der
Umluft-Beimischung
3.4 Steuerung der Luftklappen
im Heizbetrieb
Der gewünschte Umluftanteil wird hier, je nach Aussentemperatur
oder erhöhter Personenbelegung des Raumes (z.B. Konferenzräume,
Speisesäle, Turnhallen), mittels Einstellpotentiometer stufenlos oder
mittels Wahlschalter stufenweise erhöht oder reduziert. Diese Steuerungsart
ist jedoch, im Hinblick auf den Energieverbrauch, nicht zu
empfehlen, da meistens vergessen wird, nach der erhöhten Personenbelegung
des Raumes, den Aussenluftanteil wieder zu reduzieren.
Bei dieser Steuerungsart wird die Stellung der Aussenluft-, Fortluftund
Umluft-Klappen im Winterbetrieb proportional zur Aussenlufttemperatur
verändert, d.h. zur Reduktion des Heizenergieverbrauchs wird
mit sinkender Aussentemperatur der Umluftanteil stetig erhöht, bis bei
einer bestimmten Aussentemperatur der Mindest-Aussenluftanteil
erreicht ist. Fig. 3-1a zeigt die entsprechende Schaltung.
2
1
w2
0
Fig. 3-1 Aussentemperaturabhängige Umluft-Beimisch-Steuerung
a) Prinzipschema
b) Wirkdiagramm
1 Luftklappen-Steuergerät
2 Aussenlufttemperaturfühler
3 Luftklappen-Stellantrieb
�2 Aussenlufttemperatur
1
w1
X P
w1 Basiswert (Heizbetrieb)
w2 Begrenzungswert Luftklappen (minimaler-Aussenluftanteil)
XP Proportionalbereich des Steuergerätes
y Stellgrösse (Aussenluftklappe)
Das Steuergerät (1) erfasst über den Fühler (2) die Aussentemperatur
(Fig. 3-1a). Sinkt die Aussentemperatur in den Proportionalbereich XP
(Fig. 3-1b), beginnt der Luftklappenantrieb (3) die Aussen- und Fortluftklappen
in Abhängigkeit von der Aussentemperatur zu schliessen und
die Umluftklappe zu öffnen. Dabei wird die Aussenluftklappe nur bis
zur eingestellten Minimalstellung w2 geschlossen, damit der minimal
erforderliche Aussenluftanteil noch gewährleistet ist.
3
�2
B73-1

3.5 Steuerung der Luftklappen
im Kühlbetrieb
Bezüglich Energieverbrauch ist diese Schaltung nicht optimal, weil die
Nichtlinearität der Klappenkennlinien und Änderungen der Umlufttemperatur
bei gleitender Raumtemperatur nicht erfasst werden. Ausserdem
ist eine geregelte freie Kühlung bei innerem Wärmeanfall (Einblasen
einer entsprechenden Menge kälterer Aussenluft) nicht möglich.
Diese Steuerung sollte daher nur angewendet werden, wenn keine
inneren Wärmequellen vorhanden sind und wenn eine Mischstrecke
zur Durchmischung der kalten und warmen Luft im Anschluss an die
Mischklappen fehlt.
In Anlagen mit Luftkühlung wird im Kühlbetrieb die Aussenluft, bei
Überschreiten einer einstellbaren Grenztemperatur w3, auf den minimal
erforderlichen Anteil reduziert, um dadurch den Verbrauch von Kühlenergie
zu reduzieren (Prinzipschema gem. Fig. 3-1a, Wirkdiagramm
gem. Fig. 3-2). Die Stellungsänderung der Fortluftklappe erfolgt dabei
synchron zur Aussenluftklappe und die Umluftklappe wird gegenläufig
angesteuert.
1
w2
0
X P
w1 w3
Fig. 3-2 Aussentemperaturabhängige Klappen-Schliessfunktion im Sommerbetrieb
�2 Aussenlufttemperatur
w1 Basiswert (Heizbetrieb)
w2 Begrenzungswert Luftklappen (minimaler-Aussenluftanteil)
w3 Grenztemperatur zur Umschaltung auf min. Aussenluftanteil im Kühlbetrieb
XP Proportionalbereich des Steuergerätes
y Stellgrösse (Aussenluftklappe)
Der Nachteil des aussentemperaturabhängigen Auf/ Zu-Betriebes im
Kühlbetrieb ist, dass Änderungen der Umlufttemperatur (z.B. bei Führung
der Raumtemperatur nach der Aussentemperatur) nicht berück -
sichtigt werden.
�2
B73-2
39

40
3.6 Energie-optimale Luftklappen -
steuerung nach der Temperatur-
oder Enthalpie-Differenz
zwischen Abluft und Aussenluft
3.6.1 Heizbetrieb
Der zuvor erwähnte Nachteil (vgl. 3.5) kann umgangen werden, wenn
die Anlage mit einer Temperatur- oder Enthalpiedifferenz-Umschaltung
erweitert wird (Fig. 3-3a).
Das Steuergerät 1 erfasst über den Fühler (2) die Aussentemperatur.
Es schliesst bei sinkender Aussentemperatur innerhalb des eingestellten
Proportionalbereiches XP die Aussen- und Fortluftklappen und öffnet
die Umluftklappe (Funktion wie unter 3.4 beschrieben).
2
3
1
w2
0
1 4
w1
�2 �4
3 4
�2 �4
Fig. 3-3 Energieoptimale-Steuerung der Luftklappen
a) Prinzipschema
b) Wirkdiagramm
1 Luftklappen-Steuergerät
2 AussenIufttemperaturfühler
3 Aussenluftenthalpiefühler (nur bei Δh-Umschaltung)
4 Ablufttemperaturfühler oder Abluftenthalpiefühler
�2 Aussenlufttemperatur
�4 Ablufttemperatur
Δ� Temperaturdifferenz
h3 Aussenluftenthalpie
h4 Abluftenthalpie
Δh Enthalpiedifferenz
X P
�2
�� �
3 4 B73-3

3.6.2 Kühlbetrieb
3.7 Energie-optimale Umluftbeimischung
in Abhängigkeit von der Mischluft-
Temperatur oder Mischluft-EnthaIpie
Im Kühlbetrieb soll aus wirtschaftlichen Gründen vermieden werden,
dass eine grosse Menge Aussenluft abgekühlt werden muss, die wärmer
ist (oder eine höhere Enthalpie hat) als die Abluft. Daher werden
die Aussen- und Fortluftklappen im Auf/Zu-Betrieb bis zur Minimalstellung
geschlossen, wenn die vom Fühler (2) gemessene Aussenlufttemperatur
(oder die vom Fühler 3 gemessene Aussenluftenthalpie) höher
ist als die vom Fühler (4) gemessene Ablufttemperatur (oder Abluft -
enthalpie). Das entsprechende Wirkdiagramm zeigt Fig. 3-3b.
Der Vorteil dieser Schaltung gegenüber dem nur aussentemperaturabhängigen
Auf/Zu-Betrieb liegt darin, dass der obere Schliesspunkt der
Aussenluftklappe in Abhängigkeit der Ablufttemperatur (Einfluss des
Aussentemperatur-Führungsgebers auf die Raumtemperatur, Sollwertverstellung
der Raumtemperatur) geschoben wird. Daraus resultiert ein
noch wirtschaftlicherer Betrieb der Anlage. Empfehlenswert ist diese
Schaltung daher in Anlagen mit Kühlung und gleitender Raumtemperaturregelung.
Bei der Mischluftregelung (Fig. 3-4) vergleicht der Regler (1) die vom
Fühler (2) gemessene Mischlufttemperatur oder -enthalpie mit dem
eingestellten Sollwert w. In Abhängigkeit von der Regelabweichung
verstellt er durch den Stellantrieb (3) die Luftklappen und bewirkt damit
eine Änderung des Mischungsverhältnisses zwischen Umluft und
Aussenluft. Liegt der Mischluftzustand z.B. unter dem am Regler eingestellten
Sollwert, so wird die Aussenluftklappe (4) geschlossen
(weniger kalte Aussenluft) und die Umluftklappe (5) geöffnet (mehr
warme Umluft), bis der Sollwert erreicht ist. Dabei werden die Klappen
nur bis zur gewählten Minimalstellung geschlossen, so dass der erforderliche
minimale Aussenluftanteil gewährleistet ist.
6
Fig. 3-4 Mischluftregelung
1 Temperatur- oder Enthalpieregler
2 Mischlufttemperatur- oder -enthalpiefühler
3 Luftklappenstellantrieb
4 Aussenluftklappe
5 Umluftklappe
6 Aussenlufttemperatur- oder -enthalpiefühler
7 Ablufttemperatur- oder -enthalpiefühler
3
4
1
5
w �
2
7
B73-4
41

42
Die Mischluft-Regelung vermindert somit die Nachteile der aussentemperaturabhängigen
Klappensteuerung aus folgenden Gründen:
• Weil der Mischluft-Fühler die Temperatur oder Enthalpie der
Aussenluft wie der Umluft über den Mischluftzustand erfasst, wird
jede Änderung einer dieser beiden Grössen durch entsprechendes
Verstellen der Luftklappen korrigiert.
• Die KlappenkennIinien werden im StelIbereich gewissermassen
linearisiert, da der Regler die Klappen immer soweit verstellt, dass
der erforderliche Mischluftzustand eingehalten wird.
Die Mischluft-Regelung kann durch Anschliessen von 2 weiteren Fühlern
an den Regler mit einer energieoptimalen Luftklappen-Umschaltung
ergänzt werden (Fig. 3-4). Dabei werden, unabhängig von der vorbeschriebenen
Regelfunktion, die Aussen- und Fortluftklappen bis zur
Minimalstellung geschlossen (Fig. 3-5), wenn die vom Fühler (6)
gemessene Aussenlufttemperatur (alternativ Aussenluftenthalpie)
höher ist als die vom Fühler (7) gemessene Ablufttemperatur (aIternativ
Abluftenthalpie). Diese Umschaltung auf den minimalen Aussenluftanteil,
bringt eine Reduktion des Kühlenergieverbrauchs.
Fig. 3-5 Wirkdiagramm Mischluft-Regelung mit Maximum-Economy-Umschaltung
Q Last
Δ� Temperaturdifferenz Aussenluft (�6) – Abluft (�7)
Δh Enthalpiedifferenz Aussenluft (h6) – Abluft (h7)
4 Stellsignal Aussenluftklappe

3.8 Sequenzschaltungen
3.8.1 Die Komfortschaltung
In Lüftungsanlagen, in denen die erforderliche Zulufttemperatur teilweise
durch Beimischen von Umluft und teilweise durch Erwärmen in
einem Lufterwärmer erreicht werden soll, kann das Heizventil mit den
Luftklappen in Sequenz, d.h. in Folge gesteuert werden (Fig. 3-6). Je
nachdem, ob zuerst die Aussenluftklappe geschlossen oder das Heizventil
geöffnet wird unterscheidet man zwischen Komfortschaltung
und Sparschaltung.
Fig. 3-6 Sequenzschaltung von Luftklappen und Heizventil
1 Raumtemperaturregler
2 Raumtemperaturfühler
3 Heizventil mit Stellantrieb
4 Luftklappen-Stellantrieb
5 Aussenluftklappe
6 Fortluftklappe
7 Umluftklappe
Der stetige Temperaturregler (1) vergleicht die vom Raumtemperaturfühler
(2) gemessene Temperatur mit dem Sollwert. Bei einer Ab wei -
chung öffnet der Regler zuerst das Heizventil (3, Wirkdiagramm Fig.
3-7). Ist die Lufterwärmerleistung trotz voll geöffnetem Ventil nicht aus -
reichend, bewirkt der Regler durch den Luftklappenantrieb (4), das
Schliessen der Aussen- und Fortluftklappe (5 und 6) und das Öffnen
der Umluftklappe (7). Der Aussenluft wird jetzt die Menge warmer
Abluft beigemischt, die zur Aufrechterhaltung der geforderten Raumtemperatur
(oder Zulufttemperatur) erforderlich ist.
Die Minimalstellung der Klappen zur Gewährleistung einer Mindest-
Aussenluftrate kann im Regelsystem eingestellt, bzw. programmiert
werden.
1
min.
0
5/6
Fig. 3-7 Wirkdiagramm der Komfortschaltung
3 Heizventil
5/6 Aussenluft-/Fortluftklappe
7 Umluftklappe
7
3
0
B73-7
43

44
3.8.2 Die Sparschaltung
Bei der Komfortschaltung wird also zuerst das Heizventil ganz geöffnet,
bevor die Aussenluftklappe zu schliessen beginnt. Dadurch wird der
Aussenluftanteil möglichst lange auf 100 % gehalten, was aus hygienischer
Sicht sicher komfortabel ist. Weil aber der Lufterwärmer so ausgelegt
wird, dass seine Leistung nur an wenigen Tagen der Heizperiode
ohne Umluftbeimischung nicht ausreicht, wird die Anlage während des
grössten Teils der Betriebszeit mit 100 % Aussenluft betrieben. Dies
führt aber zu einem entsprechend hohen Verbrauch von Heizenergie.
Sinkt die Regelgrösse unter den Sollwert des Temperaturreglers (1),
werden zuerst die Aussen- und Fortluftklappen (5 und 6) geschlossen
und parallel dazu wird die Umluftklappe (7) geöffnet (Fig. 3-8). Erst
dann, wenn die Aussen- und Fortluftklappen bei der Minimalstellung
angelangt sind, beginnt der Regler das Heizventil (3) zu öffnen. Vom
Lufterwärmer muss aber – ausser der eigentlichen Heizlast des Raumes
– nur der minimale Aussenluftanteil aufgewärmt werden. Gegen -
über der Komfortschaltung erfordert dies eine wesentlich kleinere Lufterwärmerleistung
und das Heizventil muss – je nach Klimazone – nur
an wenigen Tagen der Heizperiode voll geöffnet sein. Diese Schaltung
bringt also etwas weniger Raumlufterneuerung als die Komfortschaltung,
ist dafür aber wesentlich wirtschaftlicher.
1
min.
0
Fig. 3-8 Wirkdiagramm der Sparschaltung
3 Heizventil
5/6 Aussenluft-/Fortluftklappe
7 Umluftklappe
8 Geregelte freie Kühlung
3
8
7
Bei Raumtemperaturregelung ergibt sich in Anlagen mit inneren Wärmequellen
auch die Möglichkeit, den Kühlenergieverbrauch zu reduzieren.
Im Aussentemperaturbereich von etwa +10...20 °C kann nämlich
der Raumtemperaturregler die Aussenluft-/Umluftklappen so einstellen,
dass die innere Wärme mit einem entsprechend grösseren Anteil
Aussenluft weggekühlt werden kann (geregelte freie Kühlung, 8).
Wenn im Raum, infolge innerer Wärmequellen oder Aussentemperaturanstieg
keine Heizlast mehr vorhanden ist, kann die Aussenluft ohne
geheizt, und – solange sie kühler ist als die Raum-Solltemperatur –
auch ohne gekühlt zu werden, in den Raum eingeblasen werden.
5/6
0 B73-8

3.8.3 Sequenzschaltung Luftklappen,
Heizventil, Kühlventil
In der Fig. 3-9 ist die Lüftungsanlage zusätzlich mit einem Kühlregister
ausgestattet. Während des Kühlbetriebes soll im Sinne der Energie-
Optimierung nur diejenige Luft (Aussenluft oder Umluft) gekühlt werden,
welche die tiefere Temperatur hat. Die Umschaltung der Luftklappen
zwischen 100 % und dem minimalen Anteil Aussenluft übernimmt
eine Temperaturdifferenz-Umschaltung 10, mit je einem Temperatur -
fühler in der Aussenluft und in der Abluft, die ins Luftklappen-Stellsignal
des Temperaturreglers eingreift. In komplexeren Anlagen ist mit
entsprechenden Fühlern auch eine Enthalpiedifferenz-Umschaltung
möglich (Fig. 3-10).
3
10
7
5
6
8
Fig. 3-9 Sequenzschaltung Luftklappen, Heizventil, Kühlventil
1 Temperaturregler
2 Raumtemperaturfühler
3 Aussenlufttemperatur- oder -enthalpiefühler
4 Ablufttemperatur- oder -enthalpiefühler
5 Aussenluftklappe
6 Umluftklappe
7 Fortluftklappe
8 Heizventil mit Antrieb
9 Kühlventil mit Antrieb
10 MAX.-/MIN.-Umschaltung der Luftklappen nach der Temperaturdifferenz
Der stetige Temperaturregler (1) erfasst über den Fühler (2) die Raumtemperatur.
Unterschreitet diese den Sollwert (Fig. 3-10), bewirkt der
Regler das Schliessen der Aussen- und Fortluftklappe (5 und 7) und in
der Folge das Öffnen des Heizventils (8). Die Luftklappen können nur
bis zur eingestellten Minimalstellung schliessen, damit eine Mindest-
Aussenluftrate gewährleistet ist.
Überschreitet die Raumtemperatur den Sollwert, so bewirkt der Regler
zuerst das Öffnen der Aussen- und Fortluftklappe und in der Folge auch
des Kühlventils.
4
9
1
w R
2
B73-9
45

46
1
min.
0
8 5/710 9
Fig. 3-10 Sequenzdiagramm für die Schaltung: Luftklappen, Heizventil,
0
� 3 < � 4
h 3 < h 4
�3 > �4 h3 > h4 �� �
Kühlventil mit Temperatur- oder Enthalpiedifferenz-Umschaltung
Q Last (– = Heizlast, + = Kühllast)
Δ� Temperaturdifferenz Aussenluft (�3) – Abluft (�4)
(Δh) Enthalpiedifferenz Aussenluft (h3) – Abluft (h4)
5/7 Aussenluft-/Fortluftklappe
8 HeizventiI
9 Kühlventil
10 Temperatur- oder Enthalpiedifferenz-Umschaltung
B73-10
Unabhängig von vorbeschriebener Regelfunktion werden die Aussenund
Fortluftklappe bis zur Minimalstellung geschlossen, wenn die vom
Fühler (3) gemessene Aussentemperatur oder -enthalpie höher ist als
die vom Fühler (4) gemessene Ablufttemperatur oder -enthalpie.
Dadurch arbeitet die Lüftung mit minimaler Aussenluftrate und der Verbrauch
von Kühlenergie wird reduziert.
Sinkt die Aussenlufttemperatur oder -enthalpie wieder unter die Ablufttemperatur
oder -enthalpie, so schaltet der Temperatur- oder Enthalpiedifferenz-Umschalter
wieder auf das Luftklappen-Stellsignal des
Reglers um, d.h. die Luftklappen werden wieder in Sequenz zum Heizventil
der Raumtemperaturregelung zugeschaltet.

3.8.4 Bedarfsgeführte
Luftqualitätsregelung
Ziel:
Hoher Komfort bei tiefen
Betriebskosten
Raumluftqualität =
Indoor Air Quality (IAQ)
Vorteile
Energiekosteneinsparung
Messgrössen
CO2, VOC
Bei dieser Regelstrategie wird die Leistung der Raumluftanlage entsprechend
der Raumluftqualität geregelt mit dem Ziel, den Komfort zu
verbessern und die Betriebskosten der Anlage möglichst tief zu halten.
International wird Raumluftqualität mit dem Begriff Indoor Air Quality
(IAQ) beschrieben. Dieser Begriff wurde hauptsächlich durch die World
Health Organization (WHO) und die American Society of Heating, Refrigerating
and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) geprägt und wird so
auch in den entsprechenden Normen und Richtlinien geführt.
Durch den Einsatz einer bedarfsgeführten Luftqualitätsregelung wird
der Komfort in einem Raum sichergestellt, in dem die Raumluftqualität
als Regelgrösse in der Regelstrategie mitberücksichtigt wird.
Vorteile der bedarfsgeführten Luftqualitätsregelung sind:
• gute Raumluftqualität reduziert SBS (Sick Building Syndrome)
� höhere Produktivität der Mitarbeiter, weniger Krankheitsabsenzen
Eine Produktivitätssteigerung von nur 1 % kann 50 % höhere Inves -
titionen für Heizungs- und Lüftungssysteme rechtfertigen. Studien
habe gezeigt, dass Büroarbeiter mit SBS bis zu 30 % mehr Fehler
unterlaufen und bis zu 10 % langsamer arbeiten
• genügend tiefer CO2-Gehalt erhöht die Konzentrationsfähigkeit
� wichtig in Schulzimmern und Bürogebäuden
• gute Luftqualität in Restaurants und Einkaufszentren erhöht die Verweildauer
der Kunden in den Räumlichkeiten � höherer Umsatz
• Anlage regelt automatisch entsprechend Raumluftqualität
� Personal muss sich nicht um Anlage kümmern, keine Probleme
mit vergessenen oder zu spätem Ein- bzw. Ausschalten
(z.B in Restaurants)
Es können teilweise beträchtliche Energiekosteneinsparung realisiert
werden (30 % bis teilweise 50 % belegt durch Fallstudien). Dies ist vor
allem durch zwei Faktoren begründet:
• Anlage läuft nur bei Bedarf
� Einsparungen bei Aufbereitung der Aussenluft
(z. B. Erwärmer, Kühler)
• Leistungsaufnahme der Ventilatoren wird erheblich reduziert
(z.B. durch Stufenschaltung oder durch stetige Ansteuerung über
einen Frequenzumformer) weil sich die Leistungsaufnahme mit der
3. Potenz zum Luftmengenverhältnis verändert
(vgl. Theorie Proportionalitätsgesetze).
Die Luftqualität wird mit zwei verschiedene Messgrössen gemessen.
Es sind dies:
• CO2
(Kohlendioxid)
• Mischgase / VOC
(Volatile Organic Compounds, flüchtige organische Verbindungen)
47

48
CO2 (Kohlendioxid)
Messprinzip
CO2 ist ein geruchloses Gas das bei der Verbrennung, (z. B. Heizöl,
Benzin) aber auch bei der Atmung entsteht. Für die Raumluftqualität ist
CO2 eine entscheidende Grösse, weil der Mensch beim Ausatmen CO2
produziert und so die CO2 Konzentration in Räumen ansteigt
� CO2 Konzentration im Raum ist ein Mass für die Anzahl Personen in
Räumen
CO2 hat auch gesundheitliche Auswirkungen (Atmung des Menschen
durch CO2 Gehalt gesteuert) und somit Einfluss auf das Wohlbefinden,
Konzentration etc., falls gewisse ppm Zahlen überschritten werden:
CO2 wird in Volumen % oder in ppm (parts per million) gemessen.
Normale Aussenluft enthält rund 0.033 Volumen % CO2. resp. 330 ppm.
Konzentration
[ppm]
330 Konzentration in normaler Aussenluft
1’000 20 % der in einen Raum eintretenden Personen sind mit der
herrschenden Luftqualität unzufrieden
1’500 Grenzwert gemäss DIN 1946
2’000 Sensible Personen klagen über Kopfweh
4’000 Maximalwerte im Klassenzimmer nach Unterricht
Konzentration [ppm]
5’000 MAK Wert (zulässige maximale Arbeitsplatzkonzentration)
100’000 Erlöschen einer Kerze im Raum, Bewusstseinsverlust
Fig. 3-11 CO2 Konzentrationen und Grenzwerte
Der CO2-Sensor basiert auf einer photoakustischen Messung. Dieses
Messprinzip wurde bereits 1880 von A.G. Bell und J. Tyndal entdeckt.
Nur drei Einzelbauteile sind für dieses Messprinzip nötig:
• eine Strahlungsquelle für Infrarot (IR)
• eine druckisolierte Messzelle
• ein Mikrophon mit Signalaufbereitung
Ein kleines Glühlämpchen strahlt durch ein optisches Filter in die Messzelle.
Dieses Filter ist nur für Licht im Infrarotbereich (mit Wellenlänge
um 4.26 �m) durchlässig. Die CO2-Moleküle werden durch Licht bei
dieser Wellenlänge angeregt, nehmen die Strahlungsenergie auf und
geben sie bei Zusammenstössen mit anderen Molekülen wieder ab. In
der Messzelle führt dies zu einer geringen Druckerhöhung. Wird die
Lichtquelle periodisch abgeschaltet, können die Druckdifferenzen durch
ein empfindliches Mikrophon erfasst und elektronisch ausgewertet,
d.h. in das Mess-Signal umgewandelt werden. Dieses Mess-Signal ist
proportional zum CO2-Gehalt. Ein Vorteil dieses Messverfahrens ist,
dass der Nullpunkt nicht periodisch geeicht werden muss.
Vorteile des photoakustischen Messprinzips gegenüber anderen sind:
• direkte Proportionalität des Messsignals zur CO2-Konzentration
• hohe Sensitivität
• gute Stabilität des Nullpunktes (keine Eichung nötig, Relativ -
messung)

CO2 oder CO?
Mischgase / VOC
IR-Filter
4.26�m
A.G.Bell, J.Tyndal
CO 2
Luft Filter
Mess-
Signal
Fig. 3-12 CO2-Messung mit photoakustischem Messprinzip
CO2 ist nicht zu verwechseln mit CO (Kohlenmonoxid), welches bei
unvollständiger Verbrennung entsteht (z.B. in Autoabgasen) und das,
im Gegensatz zu CO2, auch in sehr kleinen Konzentrationen giftig ist.
CO muss überall dort gemessen werden, wo dieses in gefährlichen
Konzentrationen auftreten kann (z.B. Parkgarage). Diese Messung ist
dann Bestandteil eines Warnsystems- und nicht eines Regelsystems.
Quellen für Mischgase / VOC sind:
• Menschen, besonders Raucher
• Ausdünstungen Materialien, Möbel etc.
• Raumluftanlagen, besonders falls schlecht gewartet
Photoakustisch
andere Mess-
verfahren
CO 2 -Konzentration
Mischgase (Gerüche) sind viel schwieriger zu messen als CO2. Es gibt
keinen Sensor der die menschliche Nase komplett ersetzt. Für schlechte
Luft sind hauptsächlich VOC (Volatile organic compounds, flüchtige
organische Verbindungen) verantwortlich.
Schwierigkeiten die bei der Messung von VOC auftreten, sind:
• verschiedene Gerüche, z.B. Tabakrauch oder Ausdünstungen von
Materialien werden unterschiedlich gewichtet, nicht unbedingt dem
Empfinden der menschlichen Nase entsprechend
• Vergleich Aussenluft/Innenluft notwendig für Messung � Probleme
bei schlechter Aussenluft
Ohne zusätzliche Signalbearbeitung sind die handelsüblichen VOC-Sensoren
für Anwendungen in der Klimatechnik allerdings nicht genügend
genau und zuverlässig, da hier schon kleinste VOC-Konzentrationen
gemessen werden müssen. Mit einem intelligenten Algorithmus lässt
sich das VOC-Signal an die aktuelle Zuluftqualität adaptieren und auch
sehr kleine VOC-Konzentrationen zuverlässig und stabil messen.
49

50
Messprinzip
Die VOC-Erfassung erfolgt mit einem Gassensor nach dem Taguchi-
Prinzip (Fig. 3-13). Dieser besteht im wesentlichen aus einem gesinterten
Keramikrohr mit innenliegendem Heizwendel. Neuere Ausführungen
werden auch in Flachbauweise in Dickfilmtechnologie ausgeführt.
Das Sensorröhrchen ist hochporös und hat dadurch eine sehr grosse
Oberfläche. Es besteht aus dotiertem Zinndioxid (SnO2). Das sensitive
Material arbeitet nach einem Redox-Vorgang.
Durch Aufheizen des Sensor-Röhrchens auf 400 °C bilden sich freie
Elektronen an der Sensoroberfläche. Durch diese angezogen, lagern
sich Sauerstoffatome an der Oberfläche an. Gase oder Dämpfe, die mit
der Sensoroberfläche in Berührung kommen werden im Idealfall zu
CO2 und Wasserdampf oxidiert. Der zur Oxidation benötigte Sauerstoff
wird dabei der Sensoroberfläche entzogen. Dabei werden Elektronen
frei, was den Widerstand des Halbleiters verändert. Diese Widerstandsänderung
kann als Spannungsänderung gemessen werden. Der
verbrannte Sauerstoff wird durch Luftsauerstoff wieder ersetzt. Alle
oxidierbaren Gase können somit durch den Mischgassensor proportional
zur Konzentration und ihrem Redoxpotential erfasst werden.
Das Taguchi-Messprinzip wird für Gas-Leckmessungen seit langem
erfolgreich eingesetzt. Für Luftqualitäts-Messungen in HLK-Anlagen
wurde das Messprinzip wenig eingesetzt. Ein Grund ist sicher, dass der
nötige Messbereich in die unterste sensitive Zone des Taguchi-Sensors
fällt, wo der Grundwert des Sensorsignals relativ stark streut und driftet.
Ausserdem existieren über Geruch und Luftqualität ausser für CO2
keine verbindlichen, messbaren Aussagen in der Literatur.
Durchm: 17 mm
Höhe: 10 mm
Edelstahl
Edel-Metall
Sensor
Heizung
Synth. Material
Ni-Anschlüsse
Halbleiter
(Zinndioxid)
Elektrode
Heiz-Wendel
Elektrode
Fig. 3-13 VOC-Messung mit Gassensor nach dem Taguchi-Prinzip

Kombinierte CO2/VOC-Messung
üblich
Andere Indikatoren
olf
decipol
PD = Percentage Dissatisfied
Mittlerweile gilt die kombinierte CO2/VOC-Messung als Optimum der
Luftqualitätsregelung.
Im Zusammenhang mit Gerüchen wird oft über olf, decipol und Prozentzahl
Unzufriedene (PD) gesprochen (Theorie Fanger). Diese Grössen
sind keine messbaren Grössen wie CO2, zeigen aber den
Zusammenhang zwischen Geruch, Luftwechsel und Zufriedenheit der
Personen. Sie können deshalb nicht zu Regelzwecken eingesetzt werden,
wohl aber um z.B. Sollwerte festzulegen (vgl. Fig. 3-11, Wert für
1000 ppm CO2).
1 olf = Verunreinigungslast einer Standardperson.
Eine Standardperson heisst eine erwachsene Person bei sitzender
Tätigkeit mit einem Hygienezustand von 0.7 Bädern pro Tag. Die Einheit
«olf» gibt die jeweilige Verunreinigungslast von Gegenständen wie
von Menschen an. Sie ist als Grösse nicht direkt messbar, sondern nur
über die empfundene Luftqualität bestimmbar.
1 decipol = empfundene Luftqualität in einem Raum mit einer Verun -
reinigunslast von 1 olf und einer Lüftung mit einem Volumenstrom von
10 l/s resp. 36 m 3 /h. Decipol ist die Masseinheit für die empfundene
Luftqualität.
Die empfundene Luftqualität wird mit Hilfe von Testpersonen ermittelt
und dabei wird festgelegt, wie viele Personen mit der Luftqualität nicht
zufrieden sind (Percentage Dissatisfied resp. Prozentzahl Unzufriedener).
Diese Werte werden in Abhängigkeit der personenbezogenen
Aussenluftrate festgehalten.
Unzufriedene PD in %
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
Prozentuale Anzahl Unzufriedener
0 20 40 60 80 100 120
Personenbezogene Aussenluftrate [m 3 /h, Pers.]
Fig. 3-14 Abhängigkeit der Prozentzahl Unzufriedener (PD) von der personenbezogenen
Aussenluftrate
51

52
Lüftungsbedarfsrechner
Vorteil
Der Lüftungsbedarfsrechner ist ein wichtiger Bestandteil einer bedarfsgeführten
Luftqualitätsregelung. Er erfasst die beiden Fühlersignale
(CO2- und VOC-Signal) und verarbeitet diese zu einem Lüftungsbedarfssignal.
Das Lüftungsbedarfssignal ist das Ergebnis einer Maximalauswahl
aus dem CO2 - und dem im Rechner gefilterten VOC-Fühlersignal.
Das Lüftungsbedarfssignal ist ein 2...10 V-Signal welches einem CO2 -
äquivalenten Bereich von 400...2’000 ppm entspricht.
Der Einfluss des VOC-Lüftungsbedarfs auf die Maximalauswahl gegen -
über dem CO2 -Lüftungsbedarf kann entsprechend einem Einfluss von
± 200 ppm CO2 verändert werden.
Durch die Verwendung eines separaten Lüftungsbedarfsrechners muss
der darin ablaufende (komplexe) Algorithmus nicht jedes Mal neu
programmiert werden und es wird eine hohe Qualität der Luftqualitätsregelung
sichergestellt.
a)
b)
max. 8
max.
4
Δp
Fig. 3-15 Luftqualitätsregelung kombiniert mit Temperaturregelung
1 Luftqualitätsfühler (CO2/VOC)
2 Lüftungsbedarfsrechner
3 Luftqualitätsregler
4 Bedarfssignal der Ventilatorsteuerung (z.B. Zeitschaltprogramme,
Präsenzmelder, ...)
5 Maximalauswähler der Bedarfsignale für Ventilatorensteuerung
6 Raumtemperaturfühler
7 Raumtemperaturregler
8 Maximalauswähler der Bedarfsignale für Heizen, Kühlen
a) Variante mit Umluft-Beimischung
b) Variante mit reinem Aussenluft-Betrieb
Δp
5
3
7
2
1
6

Funktionsweise
LQ-Regelstrategien
Der Lufterneuerungsbedarf wird mit einem kombinierten CO2/Mischgas(VOC)-Sensor
(1) erfasst. Das Signal für den Lufterneuerungsbedarf
wird von einem separaten Lüftungsbedarfsrechner (2) ermittelt. Das
Lüftungsbedarfssignal wird an den Luftqualitätsregler (3) weitergegeben.
Parallel dazu entstehen Bedarfssignale von der Ventilatorsteuerung
(4) z.B. von Zeitschaltprogrammen, Präsenzmeldern, usw. Mittels
einer Maximalauswahl (5) wird stets das grössere der beiden Signale
ausgewählt und auf die Ventilatoren geführt. Die Temperaturregelung
ermittelt mit dem Raumtemperaturfühler (6) und dem Temperaturregler
(7) ein Bedarfssignal für Heizen/Kühlen. Dieses Signal wird mit dem
Bedarfssignal der Luftqualitätsregelung für die Umluftklappen verglichen,
das grössere Signal ausgewählt (8) und dann auf den Lufterhitzer
resp. Luftkühler geführt.
Je nach dem ob eine Anlage mit Umluftklappen ausgerüstet ist (a) oder
für reinen Aussenluftbetrieb (b) gebaut ist, werden verschiedene Luftqualitäts-Regelstrategien
angewendet. Nachfolgend werden drei übliche
Anlagetypen und die zugehörigen Regelstrategien besprochen. Es
sind dies:
• Anlage mit 2-stufigen Ventilatoren und direkter Umluft-Beimischung
• Aussenluft-Anlage mit 2-stufigen Ventilatoren
• Anlage mit drehzahl-geregelten Ventilatoren
Zu diesen Luftqualitäts-Regelstrategien gehört auch ein Temperaturregelkreis
(z.B. Regler 7 in Fig. 3-15), dessen Funktion zuvor schon unter
3.8.3 besprochen wurde.
100 %
min.
0 %
y
2 1 4 3
0
ϑ 1 < ϑ 2
ϑ 1 > ϑ 2
Q
Δϑ
Fig. 3-16 Sequenzdiagramm für die Schaltung: Luftklappen, Heizventil, Kühlventil
mit Temperaturdifferenz-Umschaltung
Q Last (– = Heizlast, + = Kühllast)
Δ� Temperaturdifferenz Aussenluft (�1) - Abluft (�2)
1 Aussenluft-/Fortluftklappe
2 HeizventiI
3 Kühlventil
4 Temperaturdifferenz-Umschaltung Aussen-/Fortluftklappe
Anlage mit 2-stufigen Ventilatoren und direkter Umluft-Beimischung
• verschlechtert sich die Luftqualität, so wird die Anlage vorerst auf
der 1. Ventilatorstufe (I) eingeschaltet
• die Aussenluftklappe geht auf die eingestellte Minimalstellung und
öffnet stetig bei einer weiteren Verschlechterung der Luftqualität
• die 2. Ventilatorstufe (II) wird erst dann eingeschaltet, wenn die
Luftklappe voll geöffnet ist
• bei tiefen Aussentemperaturen kann die Aussenluftmenge nach
oben begrenzt werden (� max.), damit sichergestellt wird, dass der
Lufterhitzer die benötigte Zulufttemperatur erreichen kann
53

54
100 %
max.
min.
0 %
Fig. 3-17 Bedarfssignale für Anlage mit 2-stufigen Ventilatoren (I, II) und direkter
Umluft-Beimischung
y Stellsignal Aussenluftklappe
-IAQ sich verschlechternde Raumluftqualität
- IAQ
Aussenluft-Anlage mit 2-stufigen Ventilatoren
• verschlechtert sich die Luftqualität, so wird die Anlage auf der
ersten Ventilatorstufe (I) eingeschaltet
• die 2. Ventilatorstufe (II) wird bei einer weiteren Verschlechterung
der Luftqualität eingeschaltet
y
I
0
y
I II
I II
- IAQ
Fig. 3-18 Bedarfssignale für Frischluft-Anlage mit 2-stufigen Ventilatoren (I, II)
y Stellbefehl Ventilatorstufen
-IAQ sich verschlechternde Raumluftqualität
Anlage mit drehzahl-geregelten Ventilatoren
• verschlechtert sich die Luftqualität, so schaltet die Anlage und
damit die Ventilatoren (I) ein. Die Ventilatoren laufen auf minimaler
Drehzahl
• die Aussenluftklappe öffnet 100 %
• bei einer weiteren Verschlechterung der Luftqualität wird die Drehzahl
des Ventilators stetig erhöht (Stellsignal y)
y
100 %
min.
0 %
I
- IAQ
Fig. 3-19 Bedarfssignale für Anlage mit drehzahlgeregelten Ventilatoren
y Stellsignal Ventilatordrehzahl
-IAQ sich verschlechternde Raumluftqualität

Freigabestrategien
Nutzzeit
Vorlüftung
Nachlüftung
Zwangslüftung (Hand EIN)
Präsenzerfassung
Koordination mit der
Temperaturregelung
Eine Anlage mit bedarfsgeführter Luftqualitätsregelung kann auf Grund
verschiedener Kriterien ein-/ausgeschaltet werden. Die nachfolgende
Grafik zeigt eine Anlage im Tagesverlauf mit verschiedenen Möglichkeiten
zum Ein-/Ausschalten der Anlage.
A
B
C
D
E
F
G
I
0
00:00 08:00 18:00 24:00
Fig. 3-20 Anlage mit Zeitschaltprogramm, Handeingriff und Präsenzdetektor
A Nutzzeit E Präsenzdetektor
B Vorlüftung F Lufterneuerungsbedarf
C Nachlüftung G Anlage
D Hand EIN
Mögliche Gründe zum Ein-/Ausschalten sind:
Innerhalb der Nutzzeit befinden sich typischerweise Personen im
Gebäude. Die Bedarfssteuerung hat hier die Aufgabe, den Komfort
(gute Luft qualität) zu gewährleisten.
Gute Luftqualität soll sichergestellt werden, bevor die Benutzer den
Raum betreten. Die Dauer der Vorlüftung kann eingestellt werden (ca.
zwei Luftwechsel) und endet bei Beginn der Nutzzeit. Die Anlage läuft
während der Vorlüftung auf der höchsten Ventilator-Drehzahl mit 100 %
Aussenluftanteil.
Damit sich ausserhalb der Nutzzeit keine unangenehmen Gerüche in
den Inneneinrichtungen festsetzen kann nachgelüftet werden. Die
Nachlüftung beginnt bei Ende der Nutzzeit sofern der Luftqualitätsfühler
einen Lufterneuerungsbedarf anzeigt. Sie endet spätestens nach
einer einstellbaren Zeitperiode.
Innerhalb oder ausserhalb der Nutzzeit kann über eine Impulstaste die
Lüftung für eine begrenzte Zeit zwangsweise eingeschaltet werden.
Die Anlage läuft während der Zwangslüftung auf der höchsten Ventilator-Drehzahl
mit 100 % Aussenluftanteil.
Bei Räumen, welche auch innerhalb der Nutzzeit unregelmässig
benutzt werden, kann mittels Präsenzdetektoren festgestellt werden,
ob sich Personen im Raum aufhalten. Die Bedarfslüftung wird nur dann
freigegeben, wenn der Präsenzdetektor die Anwesenheit von Personen
anzeigt.
Unabhängig von der Bedarfslüftung muss die Temperaturregelung feststellen
ob der thermische Komfort gewährleistet ist und die Anlage bei
Heiz- bzw. Kühlbedarf einschalten.
t
55

56
4. Regelung und Vereisungsschutz von WRG-Apparaten
4.1 Allgemeines
4.2 Umluftbeimischung
Zur Luftaufbereitung in Lüftungs- und Klimaanlagen wird Energie verbraucht.
Der grösste Anteil wird dabei zum Heizen oder Kühlen, bei
Vollklimatisierung aber auch zum Be- und Entfeuchten der Luft benötigt.
Da in Komfort-Klimaanlagen aus hygienischen Gründen, je nach
Personenbelegung der klimatisierten Räume, eine bestimmte Luftwechselzahl
[h -1 ] (dem Raum zugeführte Aussenluft [m 3 /h] / Raumvolumen
[m 3 ]) einzuhalten ist, bedeutet dies, dass im Winter – je nach
Grösse der An lage – ein erheblicher Volumenstrom beheizter und eventuell
befeuchteter, bzw. im Sommer gekühlter und entfeuchteter Luft,
ins Freie geblasen und durch Aussenluft ersetzt werden muss. Hier gilt
es, einen möglichst grossen Anteil der vorher aufgewendeten Energie
wieder zurück zugewinnen.
Die anlagen-, steuer- und regeltechnischen Möglichkeiten der Umluftbeimischung
wurde im Kapitel 3 ausführlich behandelt. Die reine
Umluftbeimischung ist eigentlich keine Wärmerückgewinnung (nach
VDI 2071), sondern eher eine Vermeidung von unnötigem Energieverlust
mit der Fortluft.
Fig. 4-1 Umluftbeimischung
1 Aussenluftklappe
2 Forluftklappe
3 Umluftklappe
2
1
3
Wenn aus hygienischen Gründen der Umluftanteil etwa 50 % nicht
übersteigen darf, lohnt sich in der Regel eine Kombination der Umluftbeimischung
mit einem WRG-Apparat. Solche Kombinationen mit den
entsprechenden Steuer- und Regelfunktionen werden unter 4.8 behandelt.
B73-9

4.3 Platten- oder
Röhren-Wärmeübertrager
(rekuperative WRG)
4.3.1 Regelung
Fortluft- und Aussenluftstrom sind durch feststehende Trennflächen
getrennt. Meistens Kuben mit Platten – teilweise auch mit Rohren.
Material je nach Anwendung und Luftzustand/-qualität z.B. Aluminium,
Chromstahl, Glas, Kunststoffe.
4
1
3
Fig. 4-2 Rekuperative WRG: Plattentauscher (Quelle Klingenburg)
1 Aussenluft
2 Zuluft
3 Abluft
4 Fortluft
2
Die Übertragungsleistung dieser WRG-Apparate kann nur durch einen
Umführungskanal in der Abluft oder Aussenluft beeinflusst werden
(Fig. 4-3).
Fig. 4-3 Leistungsregelung durch Umführungskanal in der Aussenluft
1 Aussenluftkanal
2 Fortluftkanal
3 WRG durch Platten- oder Röhren-Wärmeübertrager
4 Umführungskanal zur Leistungsregelung
5 Luftklappen mit StelIantrieb
Die richtige Dimensionierung des Umführungskanals und der Einbau
von gegenläufigen Segmentklappen sind entscheidende Voraussetzungen
zur guten Regelbarkeit dieses Systems. Es empfiehlt sich, dabei
die folgenden groben Richtlinien zu beachten:
• Der Druckabfall über dem WRG-Apparat soll nicht grösser sein als
ca. 50 % des Druckverlustes im Kanalnetz.
• Der Druckabfall über der geöffneten Klappe soll ca. 10 % des Wärmeübertragerwiderstandes
betragen.
• Der Druckverlabfall im Umführungskanal soll gleich dem Druckverlust
über dem Wärmeübertrager sein.
• Anordnungen mit nur einer Regelklappe im Umführungskanal, die
zudem nur einen geringen Luftwiderstand aufweist, ergeben ein
unbrauchbares Regelverhalten.
57

58
4.3.2 Vereisungsschutz
Wird bei Aussentemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes der Taupunkt
der Abluft unterschritten, so bildet sich auf der Abluftseite des
Wärmeübertragers Eis, das den Strömungsquerschnitt verengt. Dieser
Vorgang muss durch eine Schutzeinrichtung vermieden werden: Ist
eine Beimischung von Abluft erlaubt, so kann der Vereisungsschutz
ohne Verminderung des Änderungsgrades realisiert werden. Diese
Schaltung wird unter 4.8 beschrieben.
Müssen Fortluft und Aussenluft vollkommen getrennt bleiben, so kann
das Vereisungsproblem entweder mit einem Vorwärmer im Aussenluftkanal
oder durch einen Umführungskanal mit Regelklappen gelöst werden.
Die erstgenannte Möglichkeit zeigt Fig. 4-4 mit einem Elektro-
(oder Warmwasser-) Lufterwärmer, der die Eintrittstemperatur der
Aussenluft auf einen einstellbaren minimalen Wert erhöht.
1
2
4
w min
3
Fig. 4-4 Vereisungsschutzregelung durch Elektro-Lufterwärmer im Aussenluftkanal
1 Aussenluftkanal
2 Fortluftkanal
3 WRG durch Platten- oder Röhren-Wärmeübertrager
4 Elektro-Lufterwärmer mit eigenem Regelkreis
Die zweitgenannte Möglichkeit mit Umführungskanal zeigt Fig. 4-5. Die
Fortluft-Austrittstemperatur wird dabei auf einen Minimalwert
begrenzt, indem der Aussenluft-Volumenstrom durch den Wärmeübertrager
entsprechend reduziert wird. Diese Art von Vereisungsschutz
muss aber mit Vorsicht angewendet werden, denn die Minimaltemperatur,
die am Regler einzustellen ist, kann nicht pauschal bestimmt werden
(z.B. 0 °C). Sie ist für jedes Wärmeübertragerfabrikat spezifisch und
muss experimentell bestimmt werden. Es ist auch denkbar, dass der
Temperaturfühler für den Vereisungsschutz im Wärmeübertrager an der
kritischen Stelle montiert wird.
B74-2

1
4
Fig. 4-5 Vereisungsschutzregelung durch Umführungskanal für die Aussenluft
1 AussenIuftkanal
2 Fortluftkanal
3 WRG durch Platten- oder Röhren-Wärmeübertrager
4 Luftklappenregelung mit Umführungskanal
Anstelle des Temperaturfühlers und Temperaturreglers kann für den
Vereisungsschutz auch eine Druckdifferenzregelung im Abluftkanal (mit
je einem Druckfühler vor und nach der WRG) eingesetzt werden, da
durch eine zunehmende Vereisung der Wärmeübertragerflächen die
Druckdifferenz ansteigt.
Alle Vereisungsschutzregelungen können mit der WRG-Regelung kombiniert
werden, indem sie über eine Vorrangschaltung auf das gleiche
Stellglied wirken.
Regelungstechnische Varianten zeigen Fig. 4-6 mit einem Umführungskanal
in der Abluft und Vereisungsschutz durch einen separaten Regelkreis
mit Wärmeübertrager.
1
2
2
w min
4 5
w min
3
3
B74-3
Fig. 4-6 Vereisungsschutz- und Leistungsregelung durch Elektro-Lufterwärmer
im Aussenluftkanal und Umführungskanal für die Abluft
1 Aussenluftkanal
2 Fortluftkanal
3 WRG durch Platten- oder Röhren-Wärmeübertrager
4 Elektro-Lufterwärmer mit Vereisungsschutzregelkreis
5 Luftklappen mit Umführungskanal für die Abluft
4
B74-4
59

60
Fig. 4-7 zeigt die Variante mit einem Umführungskanal in der Aussenluft
und Vereisungsschutz über Vorrangschaltung auf den Klappenantrieb
wirkend. Bei dieser Schaltung ist unbedingt auf eine gute Durchmischung
der Luftströme nach dem Umführungskanal zu achten. Weiter
wird oft die, durch die Begrenzung hervorgerufene, Minderleistung
der WRG durch eine erhöhte Leistung des nachgeschalteten Lufterwärmers
kompensiert (z.B. Siemens AEROGYR). Dieser Ansatz kommt
auch bei Kreislaufverbund-Systemen (vgl. 4.4.2) und Rotations-Wärmeübertragern
(vgl. 4.6.2) zur Anwendung.
1
2
w min
5 7 6
T MIN
3
Fig. 4-7 Kombination von Vereisungsschutz- und Leistungsregelung durch Umführungskanal
für die Aussenluft und Vorrangschaltung auf Klappenantrieb
1 Aussenluft
2 Fortluft
3 Rekuperativer WRG-Apparat (Platten- oder Röhren-Wärmeübertrager)
4 Luftklappenregelung mit Umführungskanal für die Aussenluft
5 Vereisungsschutzregelung
6 Temperaturregler der Anlage
7 Minimal-Vorrangauswahl
Der Nachteil beider Regelungsarten ist, dass der Temperatur-Änderungsgrad
durch den Eingriff der Vereisungsschutzregelung reduziert
wird.
4
B74-5

4.4 Kreislaufverbund-System
4.4.1 Regelung
4.4.2 Vereisungsschutz
Die Regelung erfolgt am besten über ein Dreiwegventil im Zwischenmedium
(Fig. 4-8). Das Ventil wird möglichst nahe am Aussenluft-Wärmeübertrager
platziert und nach üblichen Richtlinien dimensioniert. In
Anlagen mit stark variierendem Luftstrom muss das maximal umgewälzte
Zwischenmedium z.B. durch Drehzahlsteuerung der Pumpe
dem Luftmassenstrom angepasst werden. Dadurch wird das Wasserwertverhältnis
(Wärmestrom der Luft/Wärmestrom des Zwischenmediums)
von 1 eingehalten und die Anlage arbeitet so mit optimalem
Gesamt-Änderungsgrad.
Sobald die Oberflächentemperatur des Abluft-Wärmeübertragers
wegen des abgekühlten Zwischenmediums unter 0 °C absinkt, kann
das Kondensat aus der Abluft gefrieren. Diese Eisbildung muss verhindert
werden. Dazu dient die Schaltung gem. Fig. 4-8, wo dem abgekühlten
Zwischenmedium aus dem Aussenluft-Wärmeübertrager ein
entsprechender Anteil wärmeres Zwischenmedium aus dem Fortluft-
Wärmeübertrager beigemischt wird (Umlenkschaltung).
1
2
w min
5
T
6
MIN
3
7
> 0,5 m
Fig. 4-8 WRG-Regelung kombiniert mit Vereisungsschutzregelung in Verteilschaltung
1 Aussenluft
2 Fortluft
3 Umwälzpumpe
4 WRG-Leistungsregler
5 Vereisungsschutzregler
6 Vorrangschalter
7 Mischventil (als Verteiler eingebaut)
Bei welchem Betriebszustand wirklich Vereisungsgefahr besteht, ist
nicht nur von der Aussentemperatur, sondern auch von der Ablufttemperatur
und vom Temperatur-Änderungsgrad des WRG-Systems abhängig.
Fig. 4-9 zeigt die minimal zulässige Aussentemperatur in Abhängigkeit
vom Temperatur-Änderungsgrad bei einer Ablufttemperatur von 20 °C.
Aus dem eingezeichneten Beispiel ist ersichtlich, dass bei einem Temperatur-Änderungsgrad
von 50 % die zulässige minimale Aussentemperatur
ungefähr –6,5 °C beträgt. Ist eine Vereisungsschutzregelung
erforderlich, so kann diese über eine Vorrangschaltung mit der Leistungsregelung
kombiniert werden (Fig. 4-8).
4
w
B74-6
61

62
4.5 Wärmerohre (Heat pipes)
4.6 Rotations-Wärmeübertrager
�
�
�
Fig. 4-9 Minimal zulässige Aussentemperatur � in Funktion des Temperatur-
Änderungsgrades Φ�
Bei den Wärmerohren handelt es sich um einen Kältemittelkreislauf
ohne Zufuhr von Hilfsenergie. Das Wärmerohr ist wartungsfrei und
benötigt auch keinen Vereisungsschutz. Die Leistungsregelung ist relativ
schwierig und kann z.B. durch Bypass oder durch Veränderung des
Kippwinkels mit Hilfe eines Stellantriebes erfolgen.
Rotierende, zellenförmige Speichermasse wird abwechselnd von
Aussenluft und Abluft durchströmt. Das Mass der Wärmeübertragung
kann durch Veränderung der Rotor-Drehzahl beeinflusst werden. Durch
hygroskopische Beschichtung der Speicheroberfläche kann auch
Feuchte, bzw. Enthalpie übertragen werden.
Die in der Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzten Konstruktionen lassen
die Speichermasse kontinuierlich mit ca. 1...10 Umdrehungen pro
Minute [min -1 ] zwischen dem Aussen- und Fortluftkanal rotieren. Der
Änderungsgrad ist abhängig von der Drehzahl des Rotors und von der
Anström-Luftgeschwindigkeit.
Fig. 4-10 Regenerative WRG: Rotations-Wärmeübertrager
Schnittbild und Prinzip (Sommerfall)
1 Aussenluft
2 Zuluft
3 Abluft
4 Fortluft
2
� �

4.6.1 Regelung
4.6.2 Vereisungsschutz
Die Regelung der Wärmerückgewinnung (Fig. 4-11) erfolgt über die
Drehzahl des Rotors. Steigt sie, so nimmt der Änderungsgrad zu, bis
eine obere Grenzdrehzahl erreicht ist. Der Verlauf des Anstiegs ist von
der Anströmgeschwindigkeit abhängig; bei kleinen Luftgeschwindigkeiten
verläuft die Kurve sehr steil. Daher sind in diesem Betriebszustand
Schwierigkeiten (Regelschwingungen) zu erwarten, da zur Reinhaltung
des Rotors die Drehzahl meist auf einem unteren Wert begrenzt wird.
Somit muss der WRG-Apparat einerseits bei Erreichen der unteren
Begrenzung ganz ausgeschaltet, andererseits aber (zur Rotorreinigung)
periodisch für kurze Zeit wieder in Betrieb gesetzt werden. Dieser
ElN/AUS-Betrieb kann jedoch durch richtige Auslegung des Apparates
vermieden werden.
�h
Fig. 4-11 Änderungsgrad der Rotations-WRG in Funktion der Rotordrehzahl
und der Anström- Luftgeschwindigkeit
Φ Änderungsgrad der Temperatur oder Enthalpie
n Rotordrehzahl (Umdrehungen pro Minute)
v Anström- Luftgeschwindigkeit
Bei Unterschreiten einer Grenztemperatur, die vom Hersteller festgelegt
wird, vereist der Rotor. Diese Grenztemperatur muss durch einen
Lufterwärmer (Fig. 4-12) oder – wenn dies zulässig ist – durch Umluftbeimischung
gehalten werden. Die Vereisungsschutzregelung durch
Beimischung wird unter 4.8 behandelt.
1
2
5
6
T
w min
Fig. 4-12 Vereisungsschutzregelung mit Hilfe eines Elektro-Lufterwärmers
im Aussenluftkanal
1 Aussenluft 4 Reglersignal WRG
2 Fortluft 5 Elektro-Lufterwärmer
3 Rotations-Wärmeübertrager 6 Vereisungsschutzregelkreis
3
4
B74-9
�1
B74-8
63

64
4.7 Wärmepumpen
4.8 Kombination von WRG-Apparat
mit Umluftbeimischung
4.8.1 Umluftbeimischung
vor dem WRG-Apparat
Mit einer Wärmepumpe könnte z.B. der Abluft einer Lüftungs- oder
Klimaanlage mehr Wärme entzogen werden als mit den übrigen WRG-
Apparaten. Für diesen Anwendungsfall ergeben sich mit der Wärmepumpe
aber auch Nachteile:
• Einfache Wärmepumpen transportieren die Wärme nur in einer
Richtung. Soll die Richtung des Wärmetransportes wechseln können,
z.B. bei Kühlbetrieb der Anlage, so muss die Wärmepumpe mit
einer zusätzlichen Umkehrschaltung ausgerüstet werden.
• Die Anlage erfordert relativ hohe Investitions- und Unterhaltskosten.
Aus diesen Gründen ist es unwahrscheinlich, dass sich die Wärmepumpe
für die hier beschriebenen WRG-Anlagen durchsetzen wird.
Wärmepumpen eignen sich also eher als WRG-Systeme in Industriebetrieben
wo z.B. relativ konstante Mengen von Prozessabwärme durch
ein Lüftungssystem abgeführt werden müssen.
Wird ein WRG-Apparat in eine Luftaufbereitungsanlage eingebaut, bei
der auch ein Umluftanteil von ca. 50 % zulässig ist, so ist es sinnvoll,
den Wärmerückgewinn durch eine Kombination des WRG-Apparates
mit einer Umluftbeimischung zu steigern. Für eine solche Kombination
kommt aber praktisch nur ein Rotations-Wärmeübertrager in Frage,
weil das Kreislaufverbund-System und der Platten-Wärmeübertrager
nur dann als WRG-Apparat gewählt werden, wenn absolut kein Luftaustausch
zwischen Abluft und Zuluft gestattet ist. In diesem Kapitel
sollen einerseits die prinzipiellen anlagentechnischen Varianten erklärt
und andererseits die dadurch erzielbaren Temperatur-Änderungsgrade
aufgezeigt werden.
Die Kombination gem. Fig. 4-13 kann einerseits zur Erhöhung des
Gesamt-Wärmerückgewinns und anderseits zur Vereisungsschutzregelung
des WRG-Apparates verwendet werden, sofern der dafür erforderliche
minimale Umluftanteil in jedem Falle zulässig ist. Diese Lösung
bietet ausserdem den Vorteil, dass der Vereisungsschutz ohne Änderungsgradverlust
realisiert werden kann.
Weil bei dieser Variante immer der gesamte Luftstrom durch den
WRG-Apparat geführt wird, muss dieser entsprechend gross dimensioniert
werden. Sein Temperatur-Änderungsgrad ist aber unabhängig vom
Aussenluftanteil. Die nachfolgend gezeigten Ergebnisse sind daher für
alle WRG-Apparatetypen gültig.
1
2
3
Fig. 4-13 Umluftbeimischung vor dem WRG-Apparat
1 Aussenluft
2 Fortluft
3 Umluft-Beimischklappen
4 WRG-Apparat (Rotations-Wärmeübertrager)
5 Zuluft-Aufbereitung
6 Raum
4
5
6
B74-10

Die Fig. 4-14 zeigt den Gesamt-Änderungsgradverlauf der Kombination
– in Funktion des Aussenluftanteils a – für die Apparate-Änderungs -
grade ΦWR = 0,5 und ΦWR = 0,7 sowie die entsprechenden Werte für
die Umluftbeimischung allein (ΦM). Es ist daraus ersichtlich, dass der
Wärmerückgewinn bei einem Aussenluftanteil < 50 % hauptsächlich
durch die Umluftbeimischung erfolgt. Das eingezeichnete Beispiel für a
= 0,5 und ΦWR = 0,5 oder 0,7 ergibt einen Gesamt-Änderungsgrad für
die Kombination von 0,67 bzw. 0,77 und für die Umluftbeimischung
allein von 0,5. Der Einbau eines WRG-Apparates wäre in diesem Falle
also wirtschaftlich. Je grösser aber der Aussenluftanteil ist, umso grösser
wird auch der WRG-Anteil durch den Apparat. Das Diagramm zeigt
also deutlich, dass sich bei einem Aussenluftanteil a > 70 % eine zu -
sätzliche Umluftbeimischung zur WRG, und bei einem Aussenluftanteil
a < 30 % eine zusätzliche WRG zur Umluftbeimischung nicht mehr
lohnt.
� K
� M
� WR
� WR
B74-11
Fig. 4-14 Temperatur-Änderungsgrade der Kombination WRG mit Umluftbeimischung
vor dem WRG-Apparat
a AussenluftanteiI
ΦK Änderungsgrad der Kombination
ΦWR Änderungssrad des WRG-Apparates
ΦM Änderungsgrad durch Umluftbeimischung allein
Die Fig. 4-15 zeigt den Verlauf der Mischlufttemperatur in Funktion des
Aussenluftanteils, mit den Temperatur-Änderungsgraden ΦWR = 0,5
und ΦWR= 0,7 des WRG-Apparates als Parameter. Das eingezeichnete
Beispiel ergibt bei a = 50 % eine Mischtemperatur von 0 °C bei ΦWR =
0,5 und –3 °C bei ΦWR = 0,7.
65

66
4.8.2 Umluftbeimischung nach dem
WRG-Apparat
ϑM [°C]
20
15
10
5
0
−3
−5
ΦWR = 0,7
ΦWR = 0,5
−10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Fig. 4-15 Verlauf der Mischlufttemperatur in Funktion des Aussenluftanteils (bei einer
Ablufttemperatur von 20 °C und einer Aussenlufttemperatur von –10 °C)
�M Mischlufttemperatur
a Aussenluftanteil
ΦWR Temperatur-Änderungsgrade des WRG-Apparates
Die Anordnung gemäss Fig. 4-16 erfordert eine sorgfältige Dimen -
sionierung der Mischklappen, damit diese Kombination auch zufriedenstellend
geregelt werden kann.
Fig. 4-16 Umluftbeimischung nach dem WRG-Apparat
1 Aussenluft
2 Fortluft
3 Umluft-Beimischklappen
4 WRG-Apparat
5 Zuluft-Aufbereitung
6 Raum
a [%]
B74-12

Regelung
Gesamt-Änderungsgrad
Werden die folgenden groben Richtlinien eingehalten, so kann mit
einem brauchbaren Regelverhalten gerechnet werden, bei dem der
Gesamtluftstrom weniger als 10 % variiert:
• Der Bypass-Widerstand soll dem zweifachen WRG-Apparatewiderstand
entsprechen.
• Alle drei Klappen sollen die gleiche Dimension haben und gleichzeitig
betrieben werden.
Dabei sind folgende Klappentypen zu wählen:
– Parallel laufende Klappen, wenn der WRG-Apparatewiderstand
< 50 % des Kanalwiderstandes beträgt. Der Klappenwiderstand
ist auf ca. 20 % des WRG-Apparatewiderstandes auszulegen.
– Gegenläufige Klappen, wenn der WRG-Apparatewiderstand
50...100 % des Kanalwiderstandes beträgt. Der Klappenwiderstand
ist auf ca. 10 % des WRG-Apparatewiderstandes auszu -
legen.
Der WRG-Apparat und die Luftklappen sollen in Folge geschaltet werden.
Apparate, die mit Hilfsenergie arbeiten, werden dabei erst nach
der Umluftbeimischung zugeschaltet:
Im Regelbereich der Luftklappen ist der WRG-Apparat noch ausgeschaltet
und ev. sogar überbrückt. Es liegt somit eine reine Mischung
von zwei Luftströmen vor. Die Betriebskennlinie des Klappensystems
(Aus senluftanteil in Funktion des Klappendrehwinkels) muss daher linear
verlaufen. Ausserdem sollte der Gesamtluftstrom im ganzen Drehwinkelbereich
möglichst konstant bleiben.
Im Regelbereich des WRG-Apparates stehen die Mischklappen in der
Stellung mit minimalem Aussenluftanteil. Die Dimensionierung und die
Regelung des WRG-Apparates ist deshalb für diese Betriebsverhältnisse
auszulegen.
Der Gesamt-Änderungsgrad ΦK der Kombination kann aus dem
Aussenluftanteil a und dem Änderungsgrad des WRG-Apparates ΦWR
berechnet werden. Der Apparate-Änderungsgrad ist in diesem Fall
nicht mehr konstant, sondern vom Aussenluftanteil a und vom Apparatetyp
abhängig.
67

68
� K
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
�
M
� WR
� WR
0
0 10 2030 40 50 60 70 80 90 100
Fig. 4-17 Änderungsgrad der Kombination WRG mit Umluftbeimischung
nach dem WRG-Apparat
a Aussenluftanteil
ΦK Änderungsgrad der Kombination
ΦWR Änderungsgrade des WRG-Apparates
ΦM Änderungsgrad durch Umluftbeimischung allein
Die Fig. 4-17 zeigt den Gesamt-Änderungsgrad ΦK in Funktion des
Aussenluftanteils a für die Apparate-Änderungsgrade ΦWR = 0,5 und
ΦWR = 0,7 für die Kombination der Wärmerückgewinnung mit der
Umluftbeimischung. Das eingezeichnete Beispiel zeigt, dass bei einem
Aussenluftanteil a von nur 30 %, der Änderungsgrad von 70 %, bei
Umluftbeimischung allein, durch Kombination mit einer WRG mit ΦWR
= 0,5 auf über 90 % gesteigert werden kann.
� K
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
� M
� WR
B74-14
0
0 10 2030 40 50 60 70 80 90 100
B74-15
Fig. 4-18 Änderungsgrade der Kombination Kreislaufverbund-System und Umluft -
beimischung nach dem WRG-Apparat mit (gestrichelt) und ohne nachgeführtem
Umlauf des Zwischenmediums
a AussenIuftanteiI
ΦK Änderungsgrad der Kombination
ΦM Änderungsgrad durch Umluftbeimischung allein
ΦWR Änderungsgrad des Kreislaufverbund-Systems

Bei der Wärmerückgewinnung mit dem Kreislaufverbund-System kann
der Änderungsgrad durch Nachführen des Umlauf-Volumenstroms
noch erhöht werden, da der Verlauf von ΦWR ein Maximum aufweist.
Die Fig. 4-18 zeigt deshalb den Gesamt-Änderungsgrad der Kombination
Kreislaufverbund-System und Umluftbeimischung für den Apparate-Änderungsgrad
ΦWR = 0,5 in Funktion des Aussenluftanteils a, mit
und ohne Nachführen des Zwischenmedium-Umlaufes.
Bei der Kombination des WRG-Apparates mit der Umluftbeimischung
nach dem Apparat kann der Gesamt-Änderungsgrad ΦK – bei gleichem
Apparateaufwand – im Vergleich zur Kombination mit der Umluftbeimischung
vor dem WRG-Apparat also erheblich gesteigert werden. Beim
Vergleich dieser beiden Kombinationen ist jedoch die Vereisungsschutzfunktion
der ersten Kombination, mit Umluftbeimischung vor
dem WRG-Apparat, zu berücksichtigen.
69

70
5. Teilklima-Anlagenkonzepte
5.1 Aufbau und Anwendungsbereiche
5.1.1 Temperaturregelung
5.1.2 Feuchteregelung
Teilklimaanlagen bringen gute Resultate im gemässigten Klima, da nur
an wenigen Tagen im Jahr die relative Aussenluftfeuchte über 65 %
ansteigt. Besonders günstig sind sie in Anlagen mit vielen inneren Wärmequellen
QI, da durch das Kühlen auch entfeuchtet werden kann.
Dazu muss aber die Eintrittstemperatur des Kühlmediums mindestens
2 bis 3 K tiefer liegen als die Taupunkttemperatur der zu kühlenden
Zuluft.
7
9
MAX
8
11
10
MIN
Fig. 5-1 Aufbau einer Teilklimaanlage
1 Raumtemperaturregler
2 Raumfeuchteregler
3 ZuIufttemperatur-Minimal-Begrenzer
4 Raumfeuchtefühler (rel. Feuchte)
5 Raumtemperaturfühler
6 Zulufttemperaturfühler
7 Aussentemperaturfühler
8 Sollwert-Führungsgeber
9 Maximal-Vorrangauswahl
10 Minimal-Vorrangauswahl
11 Frostschutzthermostat
Der Raum- oder Zulufttemperatur-Regler steuert das Heiz- und KühI -
ventiI in Sequenz. Der Zulufttemperatur-Minimalbegrenzer (3) vermeidet
Zuglufterscheinungen im Raum. Die Raumtemperatur-Sollwerte
können durch einen Aussentemperatur-Führungsgeber (8), oder mit
einer Tot zonenregelung dem Sommer-/Winterbetrieb angepasst werden.
Für grössere Räume empfiehlt sich eine Raum-/Zulufttemperatur-
Kaskadenregelung.
Ein Fühler misst die relative Raumfeuchte, der Feuchteregler steuert
aber nur das BefeuchterventiI (keine Entfeuchtung). Es können dafür
verschiedene Befeuchtertypen eingesetzt werden:
• Regelbarer Luftwäscher (Befeuchtungswirkungsgrad siehe Kap. 2)
• Regelbarer Dampfbefeuchter (max. Begrenzung der Zuluftfeuchte
erforderlich!)
T
H
T
3
2
1
6
w MIN
w ϕ
4 5
B75-1

5.1.3 Zustandsänderungen
im h,x-Diagramm
Beim regelbaren Luftwäscher wird – bei geschlossenem Befeuchterventil
– die Pumpe über einen Hilfsschalter ausgeschaltet. Zudem ge -
nügt ein preisgünstiger Luftwäscher, da die erforderliche Raumfeuchte
auch mit einem mittleren Befeuchtungs-Wirkungsgrad erreicht werden
kann. Voraussetzung ist jedoch, dass der Luftwäscher mit mengenvariablen
Düsen ausgerüstet ist. Eine Entfeuchtung erfolgt nur partiell,
wenn der Temperaturregler das Kühlventil öffnet.
Die Fig. 5.2 zeigt die Zustandsänderungen der Luft im Heizbetrieb,
entweder mit regelbarer Sattdampfbefeuchtung oder mit regelbarem
Wäscher, anhand eines Beispiels:
Vorgaben: Raumluft-Sollzustand 20 °C / 40 % r.F.
Aussenluftzustand –5 °C / 60 % r.F.
Erforderliche Temperaturdifferenz (Heizlast) = �ZU – �R = 8 K
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte ρ in kg/m3
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
4
3 5
1
- 10
- 5
0
5
10
15
20
2
25
15
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 5-2 Zustandsänderungen Heizen – Befeuchten in Teilklimaanlage
1 Aussenluftzustand
2 Raumluft-Sollzustand
3 Dampfbefeuchter-Eintritt
4 Luftwäscher-Eintritt
5 erforderlicher Zuluft-Zustand bei Raumeintritt (Heizlast, �R + 8 K)
3-5 Verlauf Befeuchtung mit Dampfbefeuchter
4-5 Verlauf Befeuchtung mit geregeltem Luftwäscher
30
35
20
40
25
45
50
30
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B75-2
71

72
Fig. 5-3 zeigt die Zustandsänderungen der Luft im Kühlbetrieb mit Entfeuchtung
durch Kühlung, anhand eines Beispiels:
Annahmen: Raumluft-Sollzustand 24 °C / ca. 50 % r.F.
Aussenluftzustände (max.) 30 °C / 45 % r.F.
Erforderliche Temperaturdifferenz (Kühllast).= �R – �ZU = 7 K
Mittlere Kühlflächentemperatur ca. 10 °C
1,15
1,20
1,25
1,30
Dichte ρ in kg/m3
2
Temperatur t in °C
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Wasserdampfgehalt in g/kg
0 relative Feuchtigkeit ϕ in %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
Teildruck des Wasserdampfes p D in mbar
0 5 10 15 20 25
- 10
- 5
0
5
10
15
20
25
15
spezifische Enthalpie h in kJ/(1+x) kg
Fig. 5-3 Zustandsänderungen Kühlen – Entfeuchten in Teilklimaanlage
1 (1’) Aussenluftzustände (Kühler-Eintritt)
2 Raumluft-Solltemperatur
3 (3’) erforderlicher Zuluft-Zustand bei Raumeintritt (Kühlllast; �R – 7 K)
4 mittlere Kühlflächentemperatur
4
30
Die eingezeichneten Zustandsänderungen gelten nur für die angenommen
Daten. Ändert sich z.B. der Aussenluftzustand 1 auf den Zustand
1’, dann regelt der Raumtemperaturregler die Kühleraustrittstemperatur
auf den Zustand 2’, um die Raumtemperatur auf dem aktuellen Sollwert
von 24 °C halten zu können. Weil hier der Feuchteregler keinen
Einfluss auf die Entfeuchtung hat, erhöht sich die relative Raumfeuchte
dabei auf ca. 55 % (Zustandsänderungen gestrichelt gezeichnet).
3
35
20
40
3'
25
45
1
50
30
1'
55
60
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B75-3

5.2 Teilklimaanlagen für Räume mit
hohem innerem Feuchte-Anfall
(Schwimmbad-Lüftungsanlagen)
5.2.1 Anlagen mit stetiger Regelung der
Raumtemperatur und Entfeuchtung
durch Aussenluft-Beimischung
In speziellen Anlagen für Räume mit hohem Fremdfeuchte-Anfall (z.B.
in Schwimmbädern) kann – bei tiefen Aussentemperaturen – die Raumluftfeuchte
durch Erhöhen des Aussenluftanteils reduziert werden.
Dies ermöglicht eine Begrenzung der maximalen Raumfeuchte, aber
nur solange der Wasserdampfgehalt x der Aussenluft unter demjenigen
des gewünschten Raumluftzustandes liegt. Andernfalls ist eine
Entfeuchtung ohne Kühlung nicht mehr möglich.
In der Teilklimaanlage (Fig. 5-4) wird die Raumtemperatur und die
Raumfeuchte nach konstanten Grenz-Sollwerten stetig geregelt. Der
Raumtemperaturfühler (1) erfasst die Regelgrösse für den Temperaturregler
(4). Liegt diese unter dem eingestellten Sollwert, öffnet er über
sein Stellsignal das Heizventil. Liegt die Raumtemperatur jedoch über
dem Sollwert, kann der Temperaturregler keine Kühlung veranlassen.
8
7
MAX
5
4
6
1 2
Fig. 5-4 Anlagen mit stetiger Begrenzungsregelung der Raumtemperatur und
Entfeuchtung durch Aussenluft-Beimischung
1 Raumtemperaturfühler
2 Raumfeuchtefühler
3 Zulufttemperaturfühler
4 Temperaturregler
5 Zulufttemperatur-Minimalbegrenzer
6 Feuchteregler
7 Maximal-Vorrangauswahl
8 Frostschutz-Thermostat
3
w MIN
Der Temperatur-Begrenzungsregler (5) überwacht mit dem Zulufttemperaturfühler
(3) die Einblastemperatur. Unterschreitet diese den eingestellten
Grenzsollwert, greift er über die Maximal-Vorrangauswahl 7 in
den Temperaturregelkreis ein und öffnet das Heizventil. Die vom
Feuchtefühler (2) gemessenen Raumfeuchte wird vom Feuchteregler
(6) mit dem eingestellten Grenz-Sollwert verglichen. Liegt diese über
dem eingestellten Sollwert, öffnet er über sein Stellsignal die Aussenluftklappe.
Dabei wird nur soviel Aussenluft zugeführt wie nötig ist, um
die gewünschte Raumfeuchte einzuhalten. Liegt die Raumfeuchte
jedoch unter dem Sollwert, erfolgt keine Befeuchtung. Steigt der Wasserdampfgehalt
der Aussenluft über denjenigen der Raumluft, kann der
Raumfeuchte-Grenzsollwert nicht mehr eingehalten werden.
w �
w �
B75-4
73

74
5.2.2 Schwimmbad-Raumtemperaturund
Feuchteregelung
mit Sollwertführung der relativen
Raumfeuchte
Der Zweck dieses Anlagenkonzeptes (Fig. 5-5) ist weniger die Einhaltung
einer behaglichen Raumfeuchte, als vielmehr die Verhinderung
von Kondensatbildung an den Wänden und Fensterscheiben. Es gilt
dabei, die relative Raumfeuchte soweit zu reduzieren, dass die Taupunkttemperatur
der Raumluft immer tiefer liegt, als die tiefste Oberflächentemperatur
der Umschliessungsflächen (�Wi) des betreffenden
Raumes. Weil sich jedoch diese Oberflächentemperatur mit der
Aussentemperatur ändert, ist es (zur Vermeidung unnötigen Energieverbrauchs)
sinnvoll, den Sollwert des Raumfeuchtereglers nach der
tiefsten Wand- oder Fensteroberflächen-Temperatur zu führen. Zu diesem
Zweck gibt es spezielle Oberflächen-Temperaturfühler (Fenster-
Temperaturfühler).
Die Berechnung der inneren Oberflächentemperatur basiert auf den
Grundlagen von Wärmeübertragung und Wärmedurchgang (vgl. «Physikalische
Grundlagen» in B01HV). Die tiefste innere Wand- oder Fensteroberflächentemperatur
�Wi kann einfach nach der Formel:
�Wi = �R – Δ�i
berechnet werden, wenn folgende Daten bekannt sind:
• Raumtemperatur �R
• Aussentemperatur �AU
• Wärmeübergangszahl Raumluft � Wand �i (�i = 8 W/m 2 K für
ruhende Luft)
• niedrigster k-Wert der Aussenwand (meist ist dies der k-Wert der
Fenster)
Die zu berechnende Temperaturdifferenz Δ�i wird ermittelt mit der
Formel:
Δ�i = k – Wert (�R – �A) * 1 [K]
�i
Δ�i = k – Wert (�R – �A) *
9
MAX
5
T
4
6
T
7
3 1 2
T T H
Fig. 5-5 Schwimmbad-Raumtemperatur- und Feuchteregelung mit Sollwertführung der
relativen Raumfeuchte, in Abhängigkeit von der Fenster-Oberflächentemperatur
1 Raumtemperaturfühler
2 Raumfeuchtefühler
3 Oberflächen-Temperaturfühler
4 Zulufttemperaturfühler
5 Zulufttemperatur-Minimalbegrenzer
6 Temperaturregler
7 Feuchteregler
8 Sollwert-Führungsgeber
9 Frostschutz-Thermostat
w MIN
H
w �
w �
8
B75-5

Beispiel
Sinkt infolge tiefer Aussentemperatur die Oberflächentemperatur der
Aussenwand- oder Fensterinnenseite in die Nähe des Taupunktes der
Raumluft (resultierend aus der Raumtemperatur �R und relativen
Raumfeuchte �R), wird diese vom Oberflächen-Temperaturfühler (3)
erfasst und über den Führungsgeber (8) der Raumfeuchtesollwert linear
soweit reduziert, dass es nicht zu Kondenswasserbildung an den
Wand- oder Fensteroberflächen kommen kann.
Für eine Anlage soll der Sollwert für die relativen Raumfeuchte in
Abhängigkeit der Oberflächentemperatur der Fensterinnenseite geführt
werden. Die Raumtemperatur �R soll auf 28 °C geregelt werden. Die
Fenster (Glas) haben eine k-Wert von 2 W/m 2 K und für den inneren
Wärmeübergang kann mit �i von 8 W/m 2 K gerechnet werden.
Zuerst soll der max. zulässige Sollwert für die Raumfeuchte bei der
tiefsten Aussentemperatur �A bestimmt werden. Diese Temperatur ist
abhängig vom Standort der Anlage und ist aus den Planungsunterlagen
einer Anlage ersichtlich. Für dieses Beispiel ist tiefste zu berücksichtigende
Aussentemperatur –15 °C.
Jetzt kann die Oberflächentemperatur, die zu dieser Aussentemperatur
gehört, bestimmt werden. Sie berechnet sich bei den oben genannten
Bedingungen wie folgt (siehe oben für Erklärung):
Δ�i = k – Wert (�R – �A) * 1
�i
Δ�i = k – Wert (�R – �A) *
Δ�i = 2W (28 – (–15))K * m2 K = 10.75 K
Δ�i = m2 K 8W
� �Wi = ΔR – Δ�i = 28 °C – 10.75 K = 17.25 °C
Mit diesen Informationen kann nun der zulässige Raumfeuchte-Sollwert
aus dem h,x-Diagramm ermittelt werden (vgl. Fig. 5-9; 1-2-3-4). Es
zeigt sich, dass der Sollwert für die Raumfeuchte �R unter 50 % r.F.
gehalten werden muss, damit kein Kondensat an der Fensteroberfläche
entsteht.
Ebenso können noch weitere Betriebspunkte (z.B. bei �A = +5 °C)
untersucht und die zugehörige, zulässige Raumfeuchte bestimmt werden.
Daraus kann die einzuhaltende Grenzlinie in Abhängigkeit der
Aussen- resp. Oberflächentemperatur gezeichnet werden (vgl. Fig. 5-7,
gestrichelte Linie). Damit also die Kondensatbildung an den Wänden
und Fensterscheiben vermieden wird, muss die Raumfeuchte bei +5
°C unter 70 % und bei –15 °C unter 50 % geregelt werden. Die Führung
des Sollwertes wird in der Praxis etwas unterhalb dieser Grenzlinie
eingestellt (vgl. Fig. 5-11, w�).
75

76
1,15
1,20
1,25
1,30
Temperature t in °C Density ρ in kg/m 3
0 Relative humidity ϕ in %
40
ϑR
35
30
25
20
ϑ Wi
15
10
5
0
- 5
- 10
1,35
- 15
- 10
- 5
0
Fig. 5-6 Bestimmung der maximal zulässigen rel. Raumfeuchte, aufgrund der
ϕ [% r.F.]
70
60
50
40
15
Raumtemperatur und der tiefsten Wand- oder Fensteroberflächentemperatur,
im h,x-Diagramm
�Wi Tiefste Wand- oder Fensteroberflächentemperatur
�R Raumtemperatur
�MAX Maximale relative Raumluftfeuchte (Kondensationsgrenze)
Fig. 5-7 Lineare Sollwertführung der rel. Raumfeuchte, in Abhängigkeit von der tiefsten
inneren Wand- oder Fensteroberflächentemperatur
�Wi Tiefste innere Wand- oder Fensteroberflächentemperatur
�AU Aussentemperatur
5
10
15
20
1
25
15
�MAX Maximale relative Raumluftfeuchte (Kondensationsgrenze)
w� Sollwertführung zur Vermeidung von Kondensatbildung
30
35
20
Specific enthalpy h in kJ/(1+x) kg
4 ϕMAX
40
25
45
2
ϕ MAX
16 17 18 19 20 21 22 23 24
−15 −5 +5 +15
3
50
w ϕ
30
55
60
ϑWi [°C]
ϑ A [°C]
35
65
40
45
50
60
70
80
90
100
B75-6E

5.2.3 Schwimmbad-Raumtemperaturund
Feuchteregelung mit Sollwert -
führung der rel. Raumfeuchte und WRG
Die Teilklimaanlage gemäss Fig. 5-8 ist ein geeignetes, komfortables
Konzept für grössere Schwimmbadhallen. Das regeltechnisch träge Verhalten
eines grossen Raumes wird mittels einer Raum-Zuluft-Kaskadenregelung
problemlos beherrscht. Der Raumtemperaturregler (6, P-Regler)
führt dabei den Sollwert des Zulufttemperatur-Reglers (5, PI-Regler)
zwischen einem Minimal- und Maximalwert, was gleichzeitig auch die
Minimal- und Maximal-Begrenzung der Zulufttemperatur beinhaltet.
w MIN
10
11 12
5
6
MIN
T
T
9
3 1 2
T T H
Fig. 5-8 Schwimmbad-Raumtemperatur- und Feuchteregelung mit Sollwertführung der
rel. Raumfeuchte in Abhängigkeit von der Fenster-Oberflächentemperatur
1 Raumtemperaturfühler
2 Raumfeuchtefühler
3 Oberflächen-Temperaturfühler
4 Zulufttemperaturfühler
5 Zulufttemperatur-Regler
6 Raumtemperatur-Regler
7 Feuchteregler
8 Sollwert-Führungsgeber
9 Frostschutz-Thermostat
10 Vereisungsschutz-Fühler
11 Vereisungsschutz-Regler
12 Minimal-Vorrangauswahl
Das Regelkonzept für die relative Raumfeuchte ist identisch mit dem
im 5.2.2 beschriebenen und wird deshalb hier nicht nochmals erläutert.
In einer oft benutzten, grösseren Schwimmhalle, wo ständig ein be -
deutender Anteil Aussenluft zur Trocknung der Raumluft beigemischt
werden muss, lohnt sich der Einbau einer kreislaufverbundenen WRG
(Abluftkanal wird örtlich getrennt vom Zuluft-Aufbereitungsgerät platziert).
Die erforderliche Vereisungsschutz-Regelung (Fühler 10, Regler
11) kann über eine Minimal-Vorrangauswahl (12) ins Stellsignal der
WRG-Sequenz des Zulufttemperatur-Reglers (5) eingreifen.
7
H
w ZU
4
8
w R
B75-8
77

78
5.3 Teilklimaanlage mit WRG –
Heizen – Kühlen
Die Fig. 5-9 zeigt das Prinzipschema dieser Anlage mit dem dafür
geeigneten Regelkonzept.
T
1
3
2
4
Fig. 5-9 Prinzipschema einer Teilklimaanlage mit WRG, Heizen, Kühlen
1 Aussenluft-Temperaturfühler
2 Abluft-Temperaturfühler
3 WRG-Apparat
4 Heizventil
5 Kühlventil
6 Zuluft-Temperaturfühler
7 Raum-Temperaturfühler
8 Raum-Temperaturregler
9 Zuluft-Temperaturregler
10 Zweipunkt-Umschalter (WRG Max./Min.)
Im WRG-System dieser Anlage wird sich – je nachdem ob die Temperatur
der Aussenluft tiefer oder höher ist als diejenige der Abluft – die
Richtung des Wärmeflusses ändern. Ist die Aussentemperatur tiefer
als die Ablufttemperatur, so steigt am Aussenluft-Austritt eines Rotationswärmetauschers
die Temperatur, wenn die Drehzahl erhöht wird.
Ist jedoch die Aussenlufttemperatur höher als die Ablufttemperatur, so
wird deren Austrittstemperatur am Rotor bei steigender Drehzahl sinken.
5
10
9
6
w ZU
8
B75-9
7
w R

Regelkonzept
Diese Temperatur-Unterschiede, die eine Wirkungsumkehr im Regelkreis
verursachen, werden durch den Aussenluft- und den Abluftfühler
erfasst und durch die WRG-Umschaltfunktion berücksichtigt: Sobald
die Aussenlufttemperatur �1 höher ist als die Ablufttemperatur �2, wird
die Wärmerückgewinnung unabhängig vom momentanen Regelsignal
auf Maximalbetrieb gesteuert (Fig. 5-10). Dies gilt für alle WRG-Apparate,
bei denen die Richtung des Wärmeflusses wechseln kann.
y
−
3
Fig. 5-10 Hub-/Last-Diagramm zum Prinzipschema Fig. 5-9
y Hub (Stellgrösse)
Q Last (- = Heizlast; + = Kühllast)
�1 Aussenluft-Temperatur
�2 Abluft-Temperatur
ϑ 1 < ϑ 2
4'
4 5
ϑ 1 > ϑ 2
3 Heizventil
4 WRG-Stellgrösse
4’ Luftklappenantrieb resp. Aussenluftklappe (anstelle WRG)
5 Kühlventil
Der Regler muss drei Apparate (WRG-Apparat, Lufterwärmer, Kühler)
mit unterschiedlichen statischen und dynamischen Eigenschaften
ansteuern. Die Stellwirkung Xh (statische Regelkennlinie) des WRG-
Apparates ist durch die Temperatur- bzw. Enthalpiedifferenz zwischen
der Abluft und der Aussenluft bestimmt und variiert somit sehr stark.
Die Stellwirkung der Wärmerückgewinnung ist meist auch viel kleiner
als diejenige des Lufterwärmers. Wird die WRG vom Regler angesteuert,
so arbeitet der Regelkreis überstabil, d.h. zu träge. Durch die Wahl
einer Raum-/Zuluft-Kaskadenregelung wird dieses Problem etwas entschärft,
weil die Regeldynamik durch den Hilfsregelkreis entscheidend
verbessert wird.
+
Q
B75-10
79

80
6. Vollklima-Anlagenkonzepte mit Wärmerückgewinnung
6.1 Allgemeines
Begriffsdefinition
Warum Regelung und Steuerung
der WRG?
Spezifische Probleme bei der
Regelung und Steuerung der WRG
Als Vollklimaanlage wird eine lufttechnische Anlage dann bezeichnet,
wenn sowohl die Lufttemperatur wie auch die Luftfeuchte auf vorgegebene
Sollwerte geregelt werden.
Eine Lüftungs- oder Klimaanlage mit einem WRG-System soll so betrieben
werden können, dass die notwendige Energie für die Zuluft-Aufbereitung
minimal wird. Die dafür zu einem bestimmten Zeitpunkt erforderliche
Übertragungsleistung des WRG-Systems wird durch folgende
Grössen bestimmt:
• Temperatur und relative Feuchte der Aussenluft, Abluft und Zuluft
• Art des Befeuchtungssystems (Dampfbefeuchtung oder Luft -
wäscher)
Beim Einsatz einer Wärmerückgewinnung kann es in einigen Betriebsfällen
vorkommen, dass die rückgewonnene Wärme den momentanen
Bedarf für die Zuluft-Aufbereitung übersteigt. Dies ist bei grossem
Fremdwärmeanfall im Raum gut möglich. Systematische Betriebsuntersuchungen
haben gezeigt, dass WRG-Anlagen während 20...40 %
ihrer Betriebsdauer mit reduzierter Wärmeübertragung betrieben werden
müssen. Wird in diesen Fällen die Übertragungsleistung nicht
reduziert, so muss die rückgewonnene Wärme in der Zuluft-Aufbereitungsanlage
wieder mit zusätzlichem Energieaufwand weggekühlt werden.
Deshalb muss die Übertragungsleistung einer WRG-Anlage durch
eine Steuerung oder Regelung dem Bedarf angepasst werden.
Soll die WRG-Anlage mit einer Steuerung betrieben werden, so muss
der Energiebedarf an Orten gemessen werden, an denen die Messgrössen
durch den WRG-Apparat nicht beeinflusst werden können.
Diese Bedingung ist aber nur für die Aussenluft erfüllt. Die Aussenlufttemperatur
oder -enthalpie ist aber kein Mass für den Energiebedarf
der Anlage, weil darin die Fremdwärme im Raum unberücksichtigt
bleibt. Eine energie-optimale Steuerung der WRG-Anlage im gesamten
Be triebsbereich ist deshalb so nicht möglich. Es stellt sich also die
Frage, ob das WRG-System mit einem eigenen Regelkreis geregelt
oder als Sequenz in die gesamte Luftaufbereitungs-Regelung mit einbezogen
werden soll.
Würde die WRG-Anlage mit einem eigenen Regelkreis betrieben, mit
der Zulufttemperatur oder -enthalpie als Führungsgrösse und der Lufttemperatur
bzw. -enthalpie am Austritt der WRG-Anlage als Regelgrösse,
so würde eine starke Vermaschung der WRG-Regelung mit der
Zuluft- oder Raumtemperaturregelung entstehen. Deshalb wäre so kein
stabiler Regelbetrieb möglich.
Da bei reduziertem WRG-Betrieb die Energie für die Zulufterwärmung
nur durch Fremdwärme und Wärmerückgewinnung zugeführt wird, ist
es naheliegend, die WRG-Anlage als Sequenz in die Raum- oder Zuluftregelung
einzubauen. Diese Sequenzregelung wird nachfolgend für die
wichtigsten Typen von Luftaufbereitungsanlagen vorgeschlagen. Die
funktionelle Auslegung erfolgt dabei hauptsächlich nach statischen
Betriebszuständen.

Bei der Planung einer Lüftungs-/Klimaanlage mit Wärmerückgewinnung
steht man vor der Entscheidung, ob man als Umschaltkriterium bei
Richtungsänderung des Wärmeflusses die Temperaturdifferenz (Δ�)
oder die Enthalpiedifferenz (Δh) zwischen Abluft und Aussenluft wählen
soll. Dieser Entscheid ist einerseits von der Art der Wärmerückgewinnung
(mit oder ohne Feuchteübertragung) und andererseits von der Be -
feuchtungsmethode (Dampfbefeuchtung oder Luftwäscher) abhängig.
Fig. 6-1 zeigt eine Entscheidungsmatrix zur Auswahl der richtigen Be -
zugsgrössen (Δ� oder Δh) für die WRG-Umschaltfunktion. Diese
Matrix ist als grobe Entscheidungshilfe gedacht und gilt für normale
Aussenluftzustände in gemässigten Klimazonen. Eine Überprüfung der
effek tiven Zustandsänderungen mit Hilfe des h,x-Diagramms wird in
jedem Fall empfohlen. Eine Umschaltung nach Δh macht nur beim Einsatz
eines Luftwäschers zusammen mit einer regenerativen WRG oder
mit Umluftklappen Sinn, weil da die Zustandsänderung im h,x-Diagramm
entlang der Enthalpielinie verläuft (adiabat).
�� �
Fig. 6-1 Entscheidungs-Matrix für die WRG-Umschaltfunktion nach Δ� oder Δh
B76-1
81

82
6.2 Vollklimaanlage mit rekuperativer
WRG – Kühlen – Heizen – Befeuchten
(mit Dampf) – Entfeuchten
Regelkonzept
Die Fig. 6-2 zeigt das Prinzipschema einer Vollklimaanlage mit rekuperativer
Wärmerückgewinnung und Dampfbefeuchtung. Als geeignetes
Regelkonzept wird auch hier die Raum-/Zulufttemperatur-Kaskadenregelung
gewählt. Ein zusätzlicher Regelkreis ist für die Einhaltung des
Raumfeuchte-Sollwertes verantwortlich.
1
T
a)
b)
y
y
Fig. 6-2 Prinzipschema einer Vollklimaanlage mit rekuperativer WRG, Kühlen, Heizen,
Dampfbefeuchtung und Entfeuchten
1 AussenIuft-Temperaturfühler
2 Abluft-Temperaturfühler
3 Regelklappen für WRG-Apparat
4 Zuluft-Temperaturfühler
5 Raum-Feuchtefühler
6 Raum-Temperaturfühler
7 Kühlventil
8 Heizventil
9 Dampf-BefeuchterventiI
10 Raum-Temperaturregler (Hauptregler)
11 Zuluft-Temperaturregler (Hilfsregler)
12 Raum-Feuchteregler
13 Max.-Vorrangauswahl: Kühlen/Entfeuchten
14 WRG-Max. / Min.-Umschaltfunktion
�1 Aussenlufttemperatur
�2 Ablufttemperatur
−
2
T
3
a) Hub-Last-Diagramm der Temperatur-Regelung
QT – = Heizlast, + = Kühllast
b) Hub-Last-Diagramm der Feuchte-Regelung
QH – = Befeuchtungslast, + = Entfeuchtungslast
8
14
7
3
8 9
ϑ1 < ϑ2 ϑ1
13 12
MAX
9 3 7
13,MAX
X dz
> ϑ2
− +
14
7
4
11 10
+
Q T
w ϕ
Q H
5 6
w R

Die Funktion «Befeuchten» erfolgt über ein Dampfventil (9) und die
Funktion «Entfeuchten», gemeinsam mit der Funktion «Kühlen» des
Temperaturreglers, über eine Vorrangauswahl (13) auf das Kühlventil
(7). Raumtemperatur und relative Raumfeuchte werden auf konstante
Werte geregelt. Wenn die Raumfeuchte nur innerhalb vorgegebener
Grenzen gehalten werden muss, kann dies durch Einfügen einer Totzone
xdz, gemäss Hub-Last-Diagramm erreicht werden. Weil innerhalb der
Totzone weder be- noch entfeuchtet werden muss, ist diese Betriebsweise
wirtschaftlicher und deshalb zu empfehlen. Soll aus Kostengründen
ganz auf eine Entfeuchtung verzichtet werden, so kann dies durch
Weglassen der WRG- und Kühlersequenz im Feuchteregelkreis bewirkt
werden. Ob eine solche Massnahme aber zulässig ist, muss zuerst
anhand der meteorologischen Daten abgeklärt werden.
83

84
6.3 Vollklimaanlage mit Umluft -
beimischung – Kühlen – Heizen –
Befeuchten (stetig, adiabat) –
Entfeuchten
Diese Anlage ist ähnlich aufgebaut wie die zuvor besprochene Anlage.
Anstelle der WRG werden Aussen-/Fortluft-/Umluftklappen eingesetzt
und im Aussen- und Abluftkanal werden Enthalpiefühler für die
Umschaltung der Klappen gewählt (vgl. Fig. 6-3).
a)
b)
y
y
1
Fig. 6-3 Prinzipschema einer Vollklimaanlage mit Umluftbeimischung, Kühlen Heizen,
adiabater Befeuchtung und Entfeuchtung
1 AussenIuft-Enthalpiefühler
2 Abluft-Enthalpiefühler
3 Regelklappen für WRG-Apparat
4 Zuluft-Temperaturfühler
5 Raum-Feuchtefühler
6 Raum-Temperaturfühler
7 Kühlventil
8 Heizventil
9 Lüftwäscherventil
10 Raum-Temperaturregler (Hauptregler)
11 Zuluft-Temperaturregler-(Hilfsregler)
12 Raum-Feuchteregler
13 Max.-Vorrangauswahl: Kühlen/Entfeuchten
14 WRG-Max./Min.-Umschaltfunktion
15 Min.-Vorrangauswahl Umluftklappe: Heizen/Befeuchten
h1 Aussenluft-Enthalpie
h2 Abluft-Enthalpie
3
8
9
2
h 1 < h 2
3
14
15,MIN
3
7 8 9
13
MAX
h1 > h2 7
a) Hub-Last-Diagramm der Temperatur-Regelung
QT – = Heizlast; + = Kühllast
b) Hub-Last-Diagramm der Feuchte-Regelung
QH – = Befeuchtungslast; + = Entfeuchtungslast
14
MIN
15
13,MAX
7
Q T
Q
H
12
4
wϕ 11 10
5 6
w R

6.4 Vollklimaanlage mit rekuperativer
WRG – Kühlen – Heizen – Befeuchten
(stetig, adiabat) – Entfeuchten
Die vorgeschlagene Regeleinrichtung arbeitet auch hier energieoptimal.
Die WRG-Umschaltfunktion wird, im Gegensatz zu den vorangegangenen
Beispielen, nicht durch Temperaturvergleich, sondern durch Enthalpievergleich
in der Aussen- und Abluft bestimmt.
Wird die relative Feuchte nur innerhalb von zwei Grenzwerten vorgeschrieben,
so kann dies ebenfalls durch Einfügen einer Totzone (mit
PI-Regelung) zwischen den Funktionen Befeuchten und Entfeuchten
bewirkt werden. Wird aus Kostengründen auf eine Entfeuchtung verzichtet,
so kann die entsprechende Sequenz im Feuchteregelkreis weggelassen
werden. Die WRG-Sequenz wird aber beibehalten, weil damit
bei Anlagen mit grosser Feuchtelast im Raum zeitweise (Heizbetrieb)
entfeuchtet werden kann.
Bei Klimaanlagen, die sehr häufig im Entfeuchtungsbetrieb arbeiten,
wird die Luftfeuchte mit Hilfe einer Kältemaschine ausgeschieden,
deren Verdampfer und Kondensator im Zuluftkanal eingebaut werden.
Die Fig. 6-4 zeigt das Prinzipschema einer solchen Anlage. Wenn diese
Anlage energie-optimal betrieben werden soll, so sind dafür wesentlich
kompliziertere Betriebseinrichtungen notwendig als jene, die in den
vorangegangenen Beispielen gezeigt wurden. Zufriedenstellend nahe
an einen energie-optimalen Betrieb kommt man mit einem Regelkonzept
gemäss Fig. 6-2. Die Umschaltfunktion der WRG erfolgt dabei aufgrund
der Temperaturdifferenz zwischen Aussen- und Abluft.
1
3
2
7 8 9
Fig. 6-4 Prinzipschema einer Vollklimaanlage mit rekuperativer WRG, Kühlen, Heizen,
adiabate Befeuchtung und Entfeuchtung (Regelung wie Fig. 6-2)
1 Aussenluft-Temperaturfühler
2 Abluft-Temperaturfühler
3 Rekuperativer WRG-Apparat
4 Zuluft-Temperaturfühler
5 Raum-Temperaturfühler
6 Raum-Feuchtefühler
7 KühIventiI
8 Heizventil
9 Luftwäscher-VentiI
4
5 6
B76-4
85

86
6.5 Vollklimaanlage mit regenerativer
WRG (Feuchteübertragung) – Kühlen –
Heizen – Befeuchten (Dampf) –
Entfeuchten
6.6 Vergleich der verschiedenen
Anlagenkonzepte bezüglich
Energieverbrauch
Auch für das Anlagenbeispiel gemäss Prinzipschema Fig. 6-5 müsste
für den energie-optimalen Betrieb eine sehr aufwendige Steuerung und
Regelung gewählt werden. Zufriedenstellende Ergebnisse können aber
auch hier mit dem Regelkonzept gemäss Fig. 6-3 (mit Min.-Vorrangauswahl
15) erzielt werden.
1
3
2
7 8
Fig. 6-5 Prinzipschema einer Vollklimaanlage mit regenerativer WRG
(Feuchteübertragung), Kühlen, Heizen, Dampfbefeuchtung und Entfeuchtung
(Regelung wie Fig. 6-3)
1 Aussenluft-Temperaturfühler
2 Abluft-Temperaturfühler
3 Regenerativ-WRG-Apparat
4 Zuluft-Temperaturfühler
5 Raum-Temperaturfühler
6 Raum-Feuchtefühler
7 KühIventiI
8 Heizventil
9 Dampfbefeuchter-Ventil
Der genaue Energieverbrauch der verschiedenen Anlagentypen zur
Luftaufbereitung kann nur mit grossem Rechenaufwand ermittelt werden.
Ein qualitativer Vergleich bezüglich Energieaufwand kann jedoch
sofort angestellt werden, wenn die Luftaufbereitungsvorgänge im h,x-
Diagramm verfolgt werden. Nachfolgend sollen die vorher beschriebenen
Anlagentypen kurz beurteilt und verglichen werden:
• Dampfbefeuchtung mit rekuperativer Wärmerückgewinnung
(Fig. 6-2):
Dieser Anlagentyp wird am meisten Energie benötigen, weil die
natürliche Kühlung bei der Befeuchtung und die Feuchteübertragung
durch die WRG-Anlage entfallen.
• Stetige adiabate Luftbefeuchtung und regenerative Wärmerückgewinnung
oder Klappen (Fig. 6-3):
Dieser Anlagentyp wird sicher am wenigsten Energie für die Luft -
aufbereitung benötigen, da durch die adiabate Befeuchtung ohne
zusätzlichen Energieaufwand gekühlt wird und mit der Wärme -
rückgewinnung Feuchte übertragen wird (be- und entfeuchten).
• Stetige adiabate Befeuchtung und rekuperative Wärmerückgewinnung
(Fig. 6-4):
Bei diesem Anlagentyp fällt die Feuchteübertragung durch die WRG
weg. Für die deshalb zusätzlich erforderliche Befeuchtung und Entfeuchtung
der Luft ergibt sich ein erhöhter Energieverbrauch.
• Dampfbefeuchtung mit regenerativer Wärmerückgewinnung oder
Klappe (Fig. 6-5):
Die natürliche Kühlung des Befeuchters fällt weg. Dieser Anteil der
Kühlung muss durch die Kühlmaschine übernommen werden. Der
Energieverbrauch liegt deshalb höher als bei der entsprechenden
Anlage mit Luftwäscher.
9
4
5 6
B76-5

6.7 hx-geführte Regelung
(Economiser tx2)
Ziel
Bei der Strategie zur Regelung von Klimaanlagen hat sich in den letzten
Jahrzehnten wenig geändert. Typisch sind die zuvor beschriebenen
Steuerungen der Energierückgewinnung nach der Enthalpie bzw. je
Temperatur- und Feuchteregelkreis mit jeweils energieneutralen Zonen,
ohne dass eine gegenseitige Abstimmung erfolgt. Hier liegt zweifellos
ein Optimierungspotential brach.
Mit der hx-geführten Regelung (Economiser tx2) wird dieses Potential
durch konsequente Ausnützung der Behaglichkeitsgrenzen und die
gegenseitige Abstimmung von Sollwert, Prozessregelung und Betreibung
der Energierückgewinnung (ERG) auf einfache Weise nutzbar
gemacht.
ERG
tx2 ERG-Strategie
Von der ERG vorkonditionierter
Luftzustand
Minimaler Energieeinsatz
Fig. 6-6 Prinzip des Economiser tx2
Economiser tx2
Als Ausgangspunkt wird eine betriebsbereite Vollklimaanlage mit Energierückgewinnung
angenommen (vgl. z.B. Fig. 6-2). Aufgabe dieser
Klimaanlage ist die Schaffung von ausreichenden Behaglichkeits -
bedingungen (nutzungsgerechte Raumkonditionen) bei möglichst
niedrigen Betriebskosten. Die Minimierung der Betriebskosten darf
dabei nicht zu Lasten der Behaglichkeit erfolgen.
Temperatur
°C
24
22
20
+2°C
-2°C
-15% +15%
30 45 60
Relative Feuchte
%
Sollwert
Absolute Feuchte
11 g / kg
Behaglichkeitsfeld
hx-Diagramm
Fig. 6-7 Behaglichkeitsfeld als Basis für hx-geführte Regelung
Raumzustand im
Behaglichkeitsfeld
tx2 Regelung
87

88
6.7.1 tx2-Regelung
Kaskadenregelung
Der Economiser tx2 (t: Temperatur, x: absolute Feuchtigkeit, 2: 2-Grössenregelung)
sucht sich den bestmöglichen Raumsollwert an der Grenze,
oder im Innern des Behaglichkeitsfeldes (Fig. 6-7) und setzt die
Energierückgewinnung (ERG) optimiert ein. Dies wird durch die tx2-
Regelung (siehe 6.7.1) und die tx2-ERG-Strategie (siehe 6.7.2) erreicht.
Damit eine sinnvolle Optimierung überhaupt möglich wird, müssen
sowohl die Kosten der Prozesse Heizen, Kühlen, Befeuchten und
Entfeuchten relativ zueinander bekannt sein (siehe 6.7.2, Gewichtung
der Prozesse), sowie die physikalischen Eigenschaften der Prozesse.
Fig. 6-8 gibt eine Übersicht über die vom Economiser tx2 berücksichtigten
Prozesseigenschaften.
Prozess Allgemeine Beschreibung Beispiel
Heizen absolute Feuchte bleibt konstant Plattentauscher
Kühlen absolute Feuchte bleibt konstant Plattentauscher
Befeuchten temperaturkonstant Dampfbefeuchter
enthalpiekonstant Wäscher
Entfeuchten Temperatur- und Feuchteabnahme Plattentauscher
ERG Teilweise Rückgewinnung Regenerative Systeme
von sensibler und latenter Wärme (Energierückgewinnungsrad)
Teilweise Rückgewinnung Rekuperative Systeme
von sensibler Wärme (Plattenwärmetauscher,
Kreislaufverbundsystem)
Vollständige Rückgewinnung Umluftklappen
von sensibler und latenter Wärme
Fig. 6-8 Prozesseigenschaften
ERG- und Befeuchtungsvarianten können frei miteinander kombiniert werden.
Der dynamische Regler besteht aus einem Kaskadenregler für den
Temperatur- und den Feuchteregelkreis.
Raumluft-Istwert
Zuluft-Istwert
Bestimmung des
Raumsollwertes
Y T: Bedarfssignal Temperaturregler
Y H : Bedarfssignal Feuchteregler
Behaglichkeitsfeld
Optimaler
Raumsollwert
Raumregler
PI-Regler
Zuluftsollwert
tx2 Regelung
Zuluftregler
PID-Regler
Fig. 6-9 Kaskadenregelung
Die tx2-Regelung basiert auf je einem Kaskadenregler für die Temperatur und
die absolute Feuchte
Die Messgrössen sind Temperatur und relative Feuchte, die Führungsgrössen
sind jedoch Temperatur und absolute Feuchte.
Y T
Y H

Bestimmung des Sollwertes
Die absolute Feuchte wird aus der Temperatur und der relativen Feuchte
berechnet. Mit dieser Umrechnung werden die beiden Führungsgrössen
entkoppelt, was sich in einem besseren dynamischen Verhalten
ausdrückt. Die Kaskade beinhaltet drei wichtige Komponenten:
• Bestimmung des Sollwertes an der Grenze, oder im Innern des
Behaglichkeitsfeldes
• Raumregler
• Zuluftregler
Durch den von der ERG vorkonditionierten Luftzustand und den Raum-
Istwert ist der optimale Raum-Sollwert an der Grenze oder im Innern
des Behaglichkeitsfeldes definiert.
Aufgrund des vorkonditionierten Luftzustandes und des Zuluft-Sollwerts
ergibt sich ein Bedarf Heizen, Kühlen, Befeuchten, Entfeuchten
oder eine Kombination davon.
• In den Fällen Heizen-Befeuchten, Kühlen-Befeuchten und Entfeuchten-Nachheizen
wird der jeweilige Sollwert identisch mit dem energetisch
besten Eckpunkt des Behaglichkeitsfeldes.
• Im Fall nur Kühlen wird der Sollwert durch Projektion des Istwertes
auf die obere Begrenzungslinie des Behaglichkeitsfeldes gewonnen.
• Im Fall nur Heizen wird auf die untere Grenze projiziert. Im Bereich,
wo die relative Feuchte die Grenze bildet, existiert ein Spezialfall.
Hier wird der Temperatur-Sollwert entlang der rel. Feuchte-Linie
geschoben. Dies ergibt einen grösseren Heizaufwand, dafür muss
in diesem Bereich nicht gekühlt werden; das senkt die Kosten, da
Heizen normalerweise billiger ist als Kühlen.
• Im Fall nur Befeuchten wird der Feuchte-Istwert auf die rel. Feuchte-
Linie projiziert. Dies ergibt einen grösseren Befeuchtungsaufwand,
dafür muss in diesem Bereich nicht gekühlt werden; das senkt die
Kosten, da Befeuchten normalerweise billiger ist als Kühlen.
Temperatur
Kühlen und
Befeuchten
nur Befeuchten
Heizen und
Befeuchten
Behaglichkeitsfeld
nur Kühlen
nur
ERG
tx2 Regelung
Absolute Feuchte
Entfeuchten und
evtl. Nachheizen
nur Heizen
Von der ERG
vorkonditionierter Luftzustand
hx-Diagramm
Fig. 6-10 Mögliche Zustandsänderungen im h,x-Diagramm, um zum Behaglichkeitsfeld
zu gelangen
89

90
Raumregler
Zuluftregler
6.7.2 tx2 ERG-Strategie
Strategie
Beispiel
Der Raumregler berechnet aus der raumseitigen Regeldifferenz den
Zuluft-Sollwert. Er besteht je aus einem PI-Regler für den Temperaturund
den Feuchteregelkreis.
Der Zuluftregler berechnet aus der zuluftseitigen Regeldifferenz die
Bedarfssignale YT und YH. Er besteht aus PID-Reglern für den Temperatur-
und den Feuchteregelkreis. Die Bedarfssignale werden zum Stellen
der Regelorgane der Klimaanlage und für die Regelung der
Energierück gewinnung verwendet.
Die Energierückgewinnung wird so geregelt, dass die Summe der ge -
wichteten Bedarfssignale für die Prozesse Heizen, Kühlen, Befeuchten
und Entfeuchten minimiert wird. Der ERG-Strategie liegt ein Modell -
denken im tx-Diagramm zugrunde. Jedem Prozess wird ein Vektor in
der tx-Ebene (siehe Fig. 6-11) und eine Gewichtung zugewiesen. Die
Vektoren geben die theoretische Wirkung jedes Prozesses wieder. Im
Betrieb können nebst dem ERG-Vektor aber nur immer zwei Vektoren
aktiv sein.
In der Mitte des Diagramms wird der Zuluft-Sollwert eingetragen. Weiter
trägt man den Raum- und Aussenluft-Istwert ein. Danach wird der
ERG-Vektor, je nach Rückgewinnungsgrad von Temperatur und Feuchte,
ausgehend vom Aussenluft-Istwert eingetragen.
Das Ziel ist nun, den Punkt auf dem ERG-Vektor ausfindig zu machen,
welcher die Summe der theoretischen Wirkungen der beiden aktiven
Prozesse minimiert.
Die Aussenluft ist kühler als die Raumluft. Bei einem grossen Kühlbedarf
soll die ERG auch kühlere Luft konditionieren und somit den
Aussenluftanteil erhöhen. Durch diese Aktion reduziert sich die nötige
Kühlenergie. Muss gleichzeitig befeuchtet werden, kommt eine zusätz -
liche Dimension dazu (siehe Algorithmus).
Plattentauscher
Rad
Aussenluft-Istwert
Temperatur
Raum-Istwert
Umluft
Entfeuchten
Heizen
Befeuchten
Zuluftsollwert
Kühlen
Absolute Feuchte
Fig. 6-11 tx-Diagramm
Um eine bestmögliche Entkopplung der Prozesse zu Erreichen, wird im Economiser
tx2 mit den Grössen Temperatur und absolute Feuchte gearbeitet.

Gewichtung der Prozesse
Algorithmus
Mit der Energierückgewinnung wird durch Vorkonditionierung der
Aussenluft der Energieverbrauch optimiert. Dazu werden die Bedarfssignale
des Zuluftreglers (6.7.1) mit den spezifischen Kosten der entsprechenden
Prozesse gewichtet (Fig. 6-12) und die Energierückgewinnung
mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren geregelt.
Prozess Spezifische Kosten Relative Gewichtung
Heizen 0.09 € 1
Kühlen 0.16 € 2
Befeuchten 0.08 € 1
Entfeuchten 0.23 € 3
Fig. 6-12 Beispiel zu den spezifischen Kosten und der relativen Gewichtung
Die spezifische Kosten sind in €, bezogen auf eine Temperaturdifferenz von 1 K
und eine Betriebsdauer von 1 Stunde.
Die relativen Gewichtungen werden zur Optimierung der ERG verwendet.
Das in der Patentanmeldung 1 beschriebene Vorgehen zur Berechnung
des Stellsignals der Energierückgewinnung wird anschliessend
beschrieben. Die Schritte können anhand der Nummern in Fig. 6-13
nachvollzogen werden.
1. Eintrag des Zuluft-Sollwerts, des Aussenluft- und des Raumluft-Istwertes
ins tx-Diagramm.
Die Raum- und Aussenluft in Kombination mit der Art der eingesetzten
Energierückgewinnung teilen den ERG-Vektor auf. Das Ziel ist,
den Zuluft-Sollwert zu erreichen. Tatsächlich können mit der ERG
aber nur Punkte auf dem ERG-Vektor erreicht werden.
2. Gewichtete Bedarfssignale vektoriell eintragen (im Beispiel sind
dies die Vektoren Heizen und Entfeuchten).
Gewichtete Bedarfsvektoren zeigen die gewünschte Aktion des
Reglers. Heizen verlangt nach einer Temperaturerhöhung und zeigt
darum auf der Temperaturachse nach oben. Entfeuchten verlangt
nach einer kleineren absoluten Feuchte. Dies ist aber nur über eine
Taupunktunterschreitung im Kühler möglich. Deshalb wird auch
Kühlen verlangt und der Entfeuchte-Vektor erhält eine Temperaturkomponente.
3. Projektion des Zuluft-Sollwerts und der gewichteten Bedarfsvektoren
auf den ERG-Vektor.
Mit der Projektion der gewichteten Bedarfsvektoren kann auf die
Lage des ERG-Vektors eingegangen werden. Hat z.B. die Raumluft
die gleiche absolute Feuchte wie die Aussenluft, ist es nicht möglich
einen Feuchteanteil rückzugewinnen. Bei einem aktiven
Befeuchtungsbedarf ergibt die Projektion den Nullvektor und somit
hat in diesem Fall der gewichtete Bedarfsvektor keinen Einfluss und
nur der Temperaturbedarfsvektor bestimmt das Stellsignal für die
Energierückgewinnung. Der projizierte Zuluft-Sollwert ergibt den
Ausgangspunkt für die Addition auf dem ERG-Vektor.
4. Vektorielle Addition der projizierten Bedarfsvektoren vom projizierten
Zuluft-Sollwert aus.
Die Projektionen der Bedarfsvektoren sind zu addieren. Je nach
Bedarf und Lage des ERG-Vektors zeigen die projizierten Vektoren
in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung. D.h. auch,
dass die gleiche Reaktion mit der ERG gewünscht wird, oder nicht.
Sind sie nicht gleich gerichtet, bestimmen die Gewichtung und der
aktuelle Bedarf die sich ergebende Reaktion der ERG. In Fig. 6-13
bestimmt der Vektor Entfeuchten die resultierende Wirkung, da er
projiziert wesentlich grösser ist als der Vektor Heizen.
1 Europäische Patentanmeldung Nr. 97’100’822, Veröffentlichung Juli 1997
91

92
5. Berechnung des Stellsignals für die Energierückgewinnung durch
Interpolation des sich ergebenden Punktes von Schritt 4 zwischen
Raumluft (max. ERG, z.B. 20 %) und der Aussenluft (min. ERG,
100 %).
Das Resultat von Schritt 4 ist ein Punkt auf dem ERG-Vektor oder in
der Verlängerung des ERG-Vektors. Liegt der Punkt auf dem Vektor,
dann wird das Stellsignal für die Energierückgewinnung durch lineare
Interpolation zwischen den beiden Endwerten bestimmt. Dabei
wird der Raumluft z.B. 20 % (Maximum ERG) und der Aussenluft
100 % (Minimum ERG) zugewiesen. Befindet sich der Punkt auf der
Verlängerung, wird der Wert des näher liegenden Luftzustandes
genommen.
YHmd
Entfeuchten
Temperatur
[ °C ]
YTemp
Heizen
W_Zuluft
Fig. 6-13 Steuerung der Energierückgewinnung
--- Gewichtetes Bedarfssignal Heizen
-··- Gewichtetes Bedarfssignal Entfeuchten
— Verbindung Raumluft und Aussenluft, ERG Vektor
Å Projektion des Zuluft-Sollwerts
Ç Projektion des Bedarfsvektors
É Addition des Bedarfsvektors
Ñ Berechnung des Stellsignals für die ERG
2
2
Abluft
1
4
3
Absolute Feuchte
[ g/kg ]
Stellsignal
Y_WRG
Aussenluft

6.8 DEC-Systeme
Adiabatische Kühlung und adsorptive
Entfeuchtung geschickt kombiniert
Funktionsprinzip
(Sommerfall)
Der Begriff DEC (Desiccative and Evaporative Cooling) steht für Trock -
nung und Verdunstungskühlung.
Der Grundgedanke der DEC-Technik besteht darin, den klassischen –
mit elektrischen Kompressoren betriebenen – Kälteerzeugungsprozess
in der Klimatisierung mit Luftentfeuchtungsaufgaben zu ersetzen. Dazu
wendet man die seit langem bekannten Verfahren der adiabatischen
Kühlung und der adsorptiven Luftentfeuchtung in einer speziellen Kombination
an. Meistens werden feste Sorptionsmittel eingesetzt, deren
Anwendung sich bewährt hat (z.B. Silicagel). Antriebsenergie des Prozesses
(vgl. 5 in Fig. 6-14) ist Wärme auf einem nicht allzu hohen Temperaturniveau,
die sehr oft – insbesondere im Sommer – in Form von
Abwärme zur Verfügung steht. Aus untenstehender Abbildung ist
ersichtlich, dass dieser Prozess auf einem, gegenüber den Lufttemperaturen,
hohen Temperaturniveau abläuft (Regenerations-Lufterhitzer
bis z.B. 70 °C).
Die Aussenluft (z.B. 32 °C, 35 % r.F.) wird nach der üblichen Filterung
in einem Adsorptions-Tauscher (1) entfeuchtet. Diese Entfeuchtung findet
kontinuierlich statt und erfolgt nahezu adiabat. Die dabei freiwerdende
Adsorptionswärme wird an den Luftstrom abgegeben, was zu
einer Erwärmung der Aussenluft führt.
Die trockene warme Luft wird anschliessend in einem regenerativen
Wärmerückgewinner (2) vorgekühlt. Im Winter dient dieser Rotationstauscher
zur Vorwärmung der Aussenluft mit Hilfe der Abluft. Die so
vorgekühlte Luft wird anschliessend durch einen Verdunstungsbefeuchter
(3) auf die geforderte Zuluftemperatur und -feuchte gebracht.
Die Abluft wird durch einen weiteren Verdunstungsbefeuchter (4) in
der Temperatur abgesenkt zur besseren Vorkühlung der Zuluft im Wärmerückgewinner
(2). Dabei erwärmt sich die Abluft. Es erfolgt eine
Nachwärmung mit einem Lufterhitzer (5), damit der Adsorptions-Tauscher
(1) wieder regeneriert werden kann. Dabei wird die Abluft
gekühlt und die Feuchte nimmt zu. Man nennt diesen Vorgang auch
«adiabate Desorption».
5
FOL
4
ABL
1
3
AUL ZUL
2
Fig. 6-14 Funktionsprinzip einer DEC-Anlage – Sommerfall (Quelle Klingenburg)
1 Sorptions-Tauscher (Trocknung der Aussenluft)
2 Rotations-Wärmetauscher
3 Zuluft-Befeuchter (adiabatische Kühlung)
4 Abluft-Befeuchter (adiabatische Kühlung, z.B. Kaltdampf-Generator)
5 Regenerations-Lufterhitzer (erwärmt Luft auf z.B. 70 °C)
I Zustandsverlauf (1➝2➝3); Aussenluft (AUL) ( Zuluft (ZUL);
II Zustandsverlauf (4➝2➝5➝1); Abluft (ABL) ( Fortluft (FOL)
I
2
3
1
4
II
5
2
1
93

94
6.8.1 Regelung von DEC-Systemen
1. Regelkreis
Eintri ts-Enthalpie in
Zuluft-Befeuchter
Für die Regelung von DEC-Systemen kommen teilweise sehr komplexe
Regelstrategien zum Einsatz – abgestimmt auf die jeweiligen
Anwendungsbedürfnisse. Oft werden dabei für den Heiz- und den
Kühlfall verschiedene Regelstrategien verwendet.
Nachfolgend die Regelung für die in Fig. 6-14 gezeigte Anlage im Sommerfall
(Kühlfall).
Die Regelung wird in zwei Regelkreise aufgeteilt:
Der 1. Regelkreis regelt die Eintritts-Enthalpie in den Zuluft-Befeuchter
(3) mit Hilfe des Verdunstungs-Befeuchters (4), dem Rotations-Wärmetauscher
(2), dem Regenerations-Lufterhitzer (5) und dem Sorptionstauscher
(1).
1. Sequenz regelt dabei den Verdunstungsbefeuchter (4) stufenlos
zwischen 0...100 %, wobei der Rotationswärmetauscher (2) mit voller
Drehzahl läuft (100 % WRG).
2. Sequenz regelt den Regenerationslufterhitzer (5) stetig, wobei der
Sorptionstauscher (1) voll arbeitet (100 % Entfeuchtung).
3. Sequenz (optional) passt die Zuluftmenge über Stufenschaltung oder
Drehzahlregelung an.
100
5
FOL ABL
4
1
2
3
AUL ZUL
0
y [%]
w
4 (2) 5 (1)
h ϑ
1. 2. 3.
h [kJ/kg,K]
Fig. 6-15 Enthalpie-Regelkreis im DEC-System
1. Sequenz mit Verdunstungsbefeuchter (4) und Rotations-Wärmetauscher (2)
2. Sequenz mit Regenerations-Lufterwärmer (5) und Sorptionstauscher (1)
3. Sequenz (optional) Luftvolumenstrom (Stufenschaltung oder
Drehzahl regelung)
I
2
3
1
4
II
5
2
1

2. Regelkreis
Zuluf temperatur
Der 2. Regelkreis regelt die Zulufttemperatur mit dem Zuluft-Befeuchter
(3) stetig.
100
0
y [%]
w
3
Fig. 6-24 Zulufttemperatur-Regelkreis im DEC-System
mit Hilfe vom Zuluft-Befeuchter (3)
ϑ [°C]
95

96
7. Diverse Steuer- und Regelfunktionen
7.1 Frostschutz
Anomalie des Wassers
Bei Aussentemperaturen unter 0 °C besteht die Gefahr, dass das Wasser
im Aussenluft-Vorwärmer einfriert und dieser dabei beschädigt
wird, weil durch die Zustandsänderung von flüssig zu fest, das Volumen
schlagartig zunimmt (vgl. Fig. 7-1). Bei stehendem Wasser setzt
die Eisbildung sofort ein, zirkuliert es, sind dafür einige Minusgrade notwendig.
Die Wassertemperatur im Lufterwärmer darf also in keiner
Lastsituation und an keiner Stelle unter 0 °C sinken.
Zur Information wird hier nochmals das Volumen-/Temperatur-Verhalten
von Wasser aufgezeigt (vgl. auch B01HV_de, 2 Physikalische Eigenschaften).
Speziell dabei ist, dass sich das Wasser zwischen 0 °C und
4 °C zuerst einmal zusammenzieht und erst danach beginnt, sich normal
zu verhalten, d.h. sich auszudehnen.
1000 kg Wasser
-1 °C ca. 1090,0 Liter
0 °C 1000,2 Liter
2 °C 1000,1 Liter
4 °C 1000,0 Liter
10 °C 1000,4 Liter
20 °C 1001,8 Liter
30 °C 1004,4 Liter
40 °C 1007,9 Liter
50 °C 1012,1 Liter
60 °C 1017,1 Liter
70 °C 1022,8 Liter
80 °C 1029,0 Liter
90 °C 1035,9 Liter
100 °C 1043,5 Liter
l/1000 kg
1'100
1'090
1'080
1'070
1'060
1'050
1'040
1'030
1'020
1'010
1'000
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 °C
Fig. 7-1 Volumenänderung von Wasser in Abhängigkeit der Temperatur

7.1.1 Frostschutzthermostat
Luftseitige Überwachung
Wasserseitige Überwachung
Folgende Ursachen können eine Frostgefahr herbeiführen:
• Undichte Luftklappen bei abgeschalteter Anlage (bewirken Auskühlung
des Lufterwärmers)
• Anfahren der Anlage bei tiefen Aussentemperaturen und noch zu
wenig erwärmtem Wasser im Lufterwärmer
• Störungen in der Wärmeversorgung (z.B. Brennerstörung, Brennstoffmangel
usw.)
• Störungen oder Defekte in der Anlage (Pumpe, Ventilantrieb usw.)
• Planungsfehler (überdimensionierter Lufterwärmer, falsche hydrau -
lische Schaltung (Durchflussregelung anstatt Mischregelung)
• Geringer Lüftungs-Wärmebedarf bei grossem Fremdwärmeanfall im
belüfteten Raum und gespeicherter Wärme in nachgeschalteten
Geräten (Kühler, Nachwärmer etc.) und deshalb nur wenig geöffnetes
Regelventil.
Der Lufterwärmer kann aber vor Frostschäden geschützt werden
durch:
• einen Frostschutzthermostaten (luftseitig oder wasserseitig), oder
• eine zweistufige Frostschutzfunktion (luftseitig oder wasserseitig),
oder
• eine spezielle Frostschutz-Anfahrsteuerung.
Bei wasserseitigem Frostschutz muss unter einer Aussentemperatur
von +5 °C automatisch die Vorerwärmerpumpe eingeschaltet werden.
Die einfachste Frostschutzeinrichtung besteht aus einem Thermostaten
mit Kapillarrohr-Fühler. Dieser Kapillarrohr-Fühler ist – in der Richtung
des Luftstromes gesehen – nach dem Lufterwärmer, in einem
Abstand von ca. 5 cm in Schleifen über die ganze Erwärmerfläche verteilt.
Der Frostschutzthermostat schaltet auf «Frostgefahr» um, sobald
die Lufttemperatur am Kapillarrohr, auf einer Länge von ca. 30 cm, den
eingestellten Grenzwert von z.B. +5 °C unterschreitet.
Beim wasserseitigen Frostschutz überwacht ein Thermostat die Wassertemperatur
am Lufterwärmer-Austritt. Unterschreitet die Rücklauftemperatur
den eingestellten Grenzwert, schaltet der Thermostat auf
«Frostgefahr» um. Beim luft- und wasserseitigen Frostschutz bewirkt
das Umschalten des Thermostaten auf «Frostgefahr» folgende Anlageneingriffe
(Fig. 7-2):
• Öffnen des Lufterwärmerventils auf 100 %
• Einschalten der Umwälzpumpe (sofern sie noch nicht laufen sollte)
• Ausschalten des Zuluft- und Abluftventilators
• Schliessen der Aussen- und Fortluftklappe sowie der Brandschutzklappen
mit Motor-Stellantrieb
• Störungsmeldung vor Ort durch ein Melde-Element (z.B. Lampe
oder Alarmhupe) und an ein ev. Gebäudeautomations-System.
Steigt die Lufttemperatur wieder um die Grösse der Schaltdifferenz
des Frostschutzthermostaten an, so gibt dieser die Anlage wieder frei.
In Anlagen mit Einschaltsperre muss zusätzlich vor Ort eine Entriegelungstaste
von Hand betätigt werden. Ein solcher Rückstellzwang veranlasst
das Bedienpersonal, die Ursache der Sicherheitsabschaltung zu
suchen und eventuelle Fehler zu beheben, bevor die Anlage wieder
gestartet wird.
97

98
7.1.2 Zweistufige Frostschutzfunktion
Fig. 7-2 Frostschutzthermostat in einfacher Lüftungsanlage
1 Frostschutzthermostat (luftseitig, alternativ: wasserseitig)
2 Aussenthermostat für Vorerwärmerpumpe
3 Lufterwärmerventil
4 Umwälzpumpe
5 Aussenluftklappe
6 Zuluftventilator
7 Alarmeinrichtung
y Stellsignal des Reglers
Ist mit dem Einfrieren des Lufterwärmers ein grosser Folgeschaden zu
erwarten, so kann zur Erhöhung der Sicherheit, ein luftseitiger und ein
wasserseitiger Frostschutz kombiniert werden.
Die zweistufige Frostschutzfunktion greift zuerst mit einer stetigen
Funktion (präventiver Frostschutz) und anschliessend mit einer 2-Punkt-
Funktion (Frostgefahr) in den Anlagenbetrieb ein, sobald am Messelement
des Frostschutzfühlers 1 die Temperatur einen eingestellten Wert
unterschreitet (Fig. 7-3).
a)
y 1
2
Q
y 2
Fig. 7-3 Zweistufige Frostschutzfunktion
a) Prinzipschema
b) Wirkdiagramm
1 Frostschutztemperaturfühler (luft- oder wasserseitig)
2 Frostschutz-Steuer- und Regelgerät
y1 Stetiges Stellsignal vom Frostschutz-Steuer- und Regelgerät
y2 Stetiges Stellsignal vom Frostschutz-Steuer- und Regelgerät
w1 Frostschutzwert 1
w2 Frostschutzwert 2
Q 2-Punkt-Steuersignal für Ventilatoren, Klappen und Pumpe
1
1
0
b)
Y
Q y 2
w 2
w 1
ϑ
B77-2

Präventiver Frostschutz
Frostgefahr
7.1.3 Spezielle
Frostschutz-Anfahrsteuerung
Die Frostschutzfunktion bewirkt folgende Anlageneingriffe:
Der präventive (vorbeugende) Frostschutz verhindert das unnötige
Aktivieren der Funktion «Frostgefahr» bei ausgeschalteter Anlage (Ventilatoren
aus), beim Anfahren und während dem Betrieb der Anlage.
Wenn also die gemessene Temperatur den höheren Frostschutzwert
w1 unterschreitet, werden vom Steuer- und Regelgerät (2) folgende
Anlagenelemente stetig angesteuert:
• Lufterwärmerventil weiter öffnen (Maximal-Auswahl zwischen
Frostschutz- und Temperaturregelung)
• Leistung der Wärmerückgewinnung (sofern vorhanden) erhöhen
oder über stetige Mischklappen (sofern vorhanden) mehr warme
Umluft beimischen
• Ein evtl. geöffnetes Kühlventil wird gleichzeitig geschlossen um
unnötigen Energieverbrauch zu vermeiden.
Der «präventive Frostschutz» sorgt folglich dafür, dass die Funktion
«Frostgefahr» erst aktiv werden kann, wenn trotz des vorherigen Öffnens
des Regelventils, resp. der weiteren stetigen «Wärmelieferanten»,
der Lufterwärmer nicht die erforderliche, frostsichere Betriebs -
temperatur erreicht.
Wenn die Temperatur den tieferen Frostschutzwert w2 unterschreitet,
werden folgende Not-Schaltungen ausgelöst:
• Öffnen des Lufterwärmerventils auf 100 % (sofern noch nicht voll
offen)
• Einschalten der Vorerwärmerpumpe (sofern diese noch nicht in
Betrieb ist)
• Ausschalten des Zuluft- und des Abluftventilators
• Schliessen der Aussen- und Fortluftklappen sowie der Brandschutzklappen
mit Motor-Stellantrieb
• Störungsmeldung am Steuer- und Überwachungsgerät. Zusätzlich
kann die Frostgefahr durch ein Melde-Element vor Ort (z.B. Lampe
oder Alarmhorn) oder auch extern an eine Gebäudeautomations-
System gemeldet werden.
Die Funktion «Frostgefahr» wird wieder aufgehoben, wenn der Störzustand
quittiert wird und die vom Frostfühler gemessene Temperatur
über den tieferen Sollwert w2 ansteigt. Die Stellung des Ventils verharrt
jedoch auf 100 %, bis die Temperatur wieder den höheren Sollwert w1
erreicht hat.
Wird bei tiefen Aussentemperaturen eine Lüftungs- oder Klimaanlage
eingeschaltet, so ist die Gefahr besonders gross, dass das Wasser im
Lufterwärmer, wegen der plötzlichen Kaltluftströmung, innerhalb kürzester
Zeit einfriert. Dieses Problem ist bei einer Anlage mit Auf-/Zu-Klappen
ausgeprägter als bei der Verwendung stetiger Klappen mit Umluftbeimischung.
99

100
Achtung
Bei einer Anlage mit Auf-/Zu-Klappen verhindert eine Frostschutz-
Anfahrsteuerung auf die folgende Weise einen Frostschaden (Fig. 7-4):
Wird die Anlage bei einer Aussentemperatur unter z.B. +8 °C – gemessen
von einem Fühler an der Aussenwand – eingeschaltet t1, so werden
vorerst nur das Lufterwärmerventil y1 ganz geöffnet und die
Umwälzpumpe eingeschaltet. Während einer einstellbaren und von der
Aussentemperatur abhängigen Zeit Δt2 erfolgt nun ein Vorwärmen des
Heizregisters, so dass dann beim Anlaufen der Ventilatoren keine Einfriergefahr
mehr besteht. Nach Ablauf der Vorwärmzeit Δt2, d.h. zum
Zeitpunkt t3, öffnen sich die Luftklappen und die Ventilatoren gehen in
Betrieb. Gleichzeitig beginnt das Lufterwärmerventil gemäss einer einstellbaren
Rückfahrzeit Δt4 zu schliessen, bis die Ventilstellung durch
den Wärmebedarf des Temperaturreglers y2 übernommen wird.
a)
b)
[%]
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
0
y
t 1
Fig. 7-4 Spezielle Frostschutz-Anfahrsteuerung
a) Steuerung des Vorwärmerventils
b) Ventilatoren- und Klappensteuerung
tL1, tL2 Laufzeiten der Stellantriebe
t1 Einschaltbefehl der Anlage
Δt2 Vorwärmzeit
t3 Start der Auf-/Zu-Klappen, Ventilatoren und Regelung
Δt4 Zusteuerzeit
y1 Ventilstellsignal der Anfahrsteuerung
Ventilstellsignal des Temperaturreglers
y2
t L1
y 1
t L2
y 2
1 2 3 3'25" 4 5 6 [min]
Δt2 t3 Δt4 Beim Definieren einer minimalen Vorwärmzeit ist die jeweilige Laufzeit
des Ventil-Antriebes zu beachten. In den üblichen Anlagen werden
Antriebe mit einer Öffnungszeit von tL1, = 15...35 s, seltener von tL2, =
30...150 s verwendet. Wenn die Vorwärmzeit unter der Antriebslaufzeit
liegt, ist das Erreichen der maximalen Auf-Stellung nicht möglich.
Bei einer Anlage mit Umluftbeimischung werden beim Starten der
Anlage, unter einer Aussentemperatur von z.B. +15 °C, die Ventilatoren
sofort eingeschaltet. Die Anlage arbeitet aber vorerst im Umluftbetrieb,
d.h. die Aussen- und Fortluftklappen bleiben ganz geschlossen und die
Umluftklappe 100 % geöffnet (kein minimaler Aussenluftanteil). Während
dieser Zeit ist die Warmwasser-Umwälzpumpe eingeschaltet, das
Lufterwärmerventil wird geöffnet und ein eventuell vorhandenes Kühlventil
gesperrt. Nach Ablauf einer einstellbaren und von der Aussentemperatur
mitbestimmten Zeit, geht die Anlage in den normalen
Regel betrieb über.
t
B77-3

7.2 Luftfilter-Überwachung
7.2.1 Überwachung durch Filterwächter
Filter halten staubförmige Verunreinigungen aus der Aussenluft und
evtl. der Abluft zurück und ermöglichen damit:
• eine verbesserte Raumluftqualität und eine geringere Verschmutzung
des Raumes
• eine geringere Verschmutzung der Anlagenelemente und der Luft -
kanäle
• eine geringere Umweltbelastung
Die bei konstantem Luftvolumenstrom mit zunehmender Filterverschmutzung
ansteigende Druckdifferenz über dem Filter ist ein Mass
für dessen Verschmutzungsgrad. Dieser kann durch einen Filterwächter
oder durch einen Druckdifferenzfühler überwacht werden.
Sobald die Druckdifferenz den am Filterwächter einstellten Grenzwert
überschreitet, meldet der Filterwächter die Verschmutzung des Filters.
Diese wird dann als Störung angezeigt.
1
�p
2
w B77-4
Fig. 7-5 Filterüberwachung durch Filterwächter
1 Luftfilter
2 Filterwächter (Pressostat)
3 Störungsmeldung Luftfilter
In Anlagen mit variablem Luftvolumenstrom hält die Volumenstromregelung
den Luftvolumenstrom trotz zunehmender Filterverschmutzung
konstant, indem sie die Ventilatordrehzahl entsprechend erhöht. Wird
die Anlage mit reduziertem Luftvolumenstrom betrieben, so werden
bis zum Auslösen des Filterwächters die Ventilatoren mit einer unverhältnismässig
hohen Drehzahl betrieben, was unnötig Energie verbraucht.
In solchen Anlagen und in Anlagen mit zwei oder mehr Ventilatorstufen
ist somit eine optimale Filterüberwachung durch Filterwächter
nur möglich, wenn mindestens einmal am Tag die Anlage mit maximalem
Volumenstrom betrieben wird.
3
101

102
7.2.2 Überwachung mittels
Druckdifferenzfühler
In Anlagen mit variablem Luftvolumenstrom ist der vom Luftfilter verursachte
Druckabfall nicht nur vom Verschmutzungsgrad, sondern auch
von der Grösse des Luftvolumenstromes abhängig. Aus den Proportionalitätsgesetzen
(vgl. B01HV_de, 6 Übersicht Lüftungsanlagen) ist
bekannt, dass sich der Druckabfall im Quadrat zum Volumenstrom
ändert � Volumenstromreduktion 100 % auf 50 % reduziert den
Druck abfall über dem Filter von 100 % auf 25 %.
Damit in solchen Anlagen eine wirksame Filterüberwachung auch bei
reduziertem Luftvolumenstrom möglich ist, wird empfohlen, den Verschmutzungsgrad
des Luftfilters mit einem Druckdifferenzfühler zu
überwachen und den Grenzsollwert der Filterverschmutzung in Abhängigkeit
vom aktuellen Luftvolumenstrom zu führen. Diese Führung
erfolgt über einen Führungsgeber (5) mit der Luftgeschwindigkeit (4)
als Führungsgrösse.
a)
b)
3
Δp
Δp
%
100
75
50
25
0
v
0 50 100 %
5
6
4
u
Fig. 7-6 Filter-Überwachung bei variablem Luftvolumenstrom mit Druckdifferenzfühler
a) Prinzipschema der Filterüberwachung
b) Wirkdiagramm des Führungsgebers
1 Zonen mit variablem Zuluft-Volumenstrom
2 Zuluft-Druckregelung mit Ventilator-Drehzahlsteuerung
3 Druckdifferenzfühler der Filterüberwachung
4 Luftgeschwindigkeitsfühler
5 Sollwert-Führungsgeber
6 Druckdifferenzregler der Filterüberwachung
7 Luftfilter-Störungsmeldung
n
2
w
7
1
B77-5

7.3 Lüftungs- und Klimaanlagen mit
Elektro-Lufterwärmern
Diese Anlagen werden im Prinzip genau gleich geregelt, wie Anlagen
mit Warmwasser-Lufterwärmern. Die Leistungsregelung geschieht hier
jedoch mit Hilfe eines Mehrstufenschalters, Digitalstufenschalters oder
Stromventils, d.h. das Ausgangssignal vom Temperatur-Regler wird in
ein, für den Elektro-Lufterwärmer geeignetes, Steuersignal umgesetzt.
2
T
3 4
u
Fig. 7-7 Elektro-Lufterwärmer mit Leistungsregelung über Stufenschalter
1 Temperaturregler
2 Mehrstufen-, Digitalstufenschalter oder Stromventil
3 Elektro-Lufterwärmer (evtl. mehrstufig)
4 Sicherheitsthermostat
5 Strömungswächter
Ist ein Elektro-Lufterwärmer mehrstufig gebaut, d.h. die Heizelemente
sind zu separaten Leistungseinheiten verdrahtet (z.B. 7-tel Aufteilung;
1/7, 2/7, 4/7), kann dieser direkt mit einem Mehr- oder Digital-Stufenschalter
geschaltet werden. Dabei werden, je nach Anlagesituation,
unterschiedliche Leistungseinheiten (teilweise in Kombination) geschaltet.
Elektro-Lufterwärmer können auch mit einem Stromventil betrieben
werden. Das Stromventil dosiert die erforderliche Leistung mit einem
kontaktlosen Leistungsschalter (Triac). Angesteuert wird das Stromventil
mit einem Puls-/Pausen-Ausgangssignal. Stromventile können nur
eine bestimmte Leistung direkt schalten. Deshalb müssen bei grossen
Leistungen mehrere Stromventile verwendet werden (Hersteller-Unterlagen
beachten).
Bei der Auslegung des Elektro-Lufterwärmers für Komfortanlagen ist
darauf zu achten, dass die Temperaturdifferenz pro Leistungsstufe ca.
3 K nicht überschreitet. Dadurch können unbehagliche Zugerscheinungen
im Raum vermieden werden.
Da bei Ausfall der Luftströmung die Heizstäbe des Elektro-Lufterwärmers
sehr hohe Temperaturen annehmen können, ist bei allen Anwendungen
der Brandgefahr besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Es
muss deshalb immer eine Luftstromüberwachung (Strömungswächter,
Windfahnenschalter oder Druckdose), ein Sicherheits-Temperaturbegrenzer
und eine Ventilator-Nachlaufzeit als Sicherheitskette wie folgt
wirksam sein:
• Der Strömungswächter sperrt das Einschalten des Elektro-Lufterwärmers,
bevor eine Luftströmung gemeldet wird, bzw. schaltet ihn
aus, wenn die Luftströmung infolge Defekt oder Abschalten des
Ventilators wegfällt. Eine einstellbare Ausschalt-Verzögerung verhindert,
dass kurzzeitige Strömungsschwankungen zu einer Störabschaltung
führen.
1
5
Δp
B77-6
103

104
• Der Sicherheits-Temperaturbegrenzer überwacht die Temperatur
des Elektro-Lufterwärmers und schaltet ihn ab, wenn eine Über -
temperatur festgestellt wird.
• Ventilator-Nachlaufzeit: In Anlagen mit einem Elektro-Lufterwärmer
müssen die Ventilatoren nach dem Ausschalten der Anlage noch
während einer einstellbaren Zeitdauer in Betrieb bleiben, damit in
der Umgebung des Elektro-Lufterwärmers kein übermässiger Wärmestau
entsteht.
In komplexeren Anlagen mit zweistufigen Zuluft-Ventilatoren sorgt
ausserdem eine Stufenüberwachung dafür, dass bei einer Umschaltung
von der höheren auf die tiefere Drehzahlstufe, die Heizleistung
des Elektro-Lufterwärmers während einer einstellbaren Zeitdauer auf
50 % reduziert wird. Damit wird ein übermässiger Temperaturanstieg,
der bei einer Reduktion des Luftvolumenstromes in der Zuluft entstehen
würde, verhindert. Nach Ablauf der eingestellten Zeitdauer übernimmt
wieder der Temperaturregler die Leistungssteuerung des
Elektro-Lufterwärmers.

7.4 Quell-Lüftung
In Räumen mit vorwiegender Kühllast können mit der Quell-Lüftung die
immer höheren Anforderungen an die Lüftungsanlagen bezüglich Zugfreiheit,
Wärme- und Schadstoffabfuhr weitgehend abgedeckt werden.
Eine allfällige Heizlast muss aber von statischen Heizflächen übernommen
werden.
Bei der Quell-Lüftung wird die aufbereitete Luft mit einer – gegenüber
der Raumtemperatur – geringen Untertemperatur im Bodenbereich
laminar oder turbulenzarm eingeblasen (Fig. 7-8). Die Zulufttemperatur
sollte einerseits im Maximum 2...3 K in Büros, bzw. bis zu 8 K in Fabriken,
tiefer liegen als die Raumtemperatur, anderseits einen Wert von
21 °C in Büros bzw. 17 °C in Industrieräumen nicht unterschreiten
(unbehagliche Fusskälte). Die Austrittsgeschwindigkeit beträgt ca.
0.2 m/s im Bürobereich und bis 0.6 m/s bei anderen Anwendungen.
Somit bildet sich in der Aufenthaltszone ein sogenannter «Frischluftsee».
Die thermischen Auftriebskräfte an Personen und Geräten sorgen
dann dafür, dass die Luft nach oben in den Deckenbereich steigt,
wo sie wieder abgesaugt wird. Durch die Tatsache, dass aufbereitete
Aussenluft nur im Bereich von Wärmequellen nach oben strömt, wird
die Wärme und die stoffliche Belastung direkt dort abgeführt, wo sie
auftritt und nicht im ganzen Raum verteilt. Dadurch kann eine hohe
Luftqualität mit relativ kleinen Luftmengen erzielt werden. Die übliche
Luftwechselzahl liegt dabei zwischen 1...4 h -1 .
1
3
ca. 1 m
< 0,2 m/s
> 21 °C
0,15 m/s
25 ... 27 °C
� 0,1 m/s
= 24 � 25 °C
22 °C
Fig. 7-8 Prinzip, Temperaturen und Luftgeschwindigkeiten der Quell-Lüftung
1 Quellluft-Auslass
2 Abluftkanal
3 Nahzone
2
� 0,1 m/s
24 °C
Bei Anwendung der reinen Quell-Lüftung im Komfortbereich ist die
Untertemperatur der Zuluft gegenüber der Raumtemperatur im allgemeinen
auf ca. 2...3 K begrenzt. Deshalb lassen sich entweder nur
relativ kleine Kühllasten abführen oder es sind entsprechend grössere
Luftmengen zur Abführung einer grösseren Kühllast notwendig. Zudem
kann direkt im Einblasbereich der Zuluft der thermische Komfort nicht
gewährleistet werden, so dass für Aufenthaltszonen ein gewisser
Abstand zu den Auslässen einzuhalten ist, d.h. die Auslässe sollten
nicht im Bereich von Aufenthaltszonen angebracht werden.
Quell-Luftsysteme eignen sich besonders für Räume, in denen keine
stark unterschiedlichen Lasten vorhanden sind oder wenn die Luftqualität
eine wesentliche Rolle spielt (Industrie- und Sporthallen, Hotels,
Theater, Schulen, Restaurants).
B77-7
105

106
Regelung
7.4.1 Kombination von Quell-Lüftung
und Kühldecke
Taupunkt-Überwachung
In einer Quell-Lüftungs-Anlage wird normalerweise die Zulufttemperatur
(Einblastemperatur) geregelt (vgl. auch Kapitel 1). Bei Bedarf kann
der Sollwert der Zulufttemperatur-Regelung auch nach der Raumtemperatur
geführt sein (evtl. auch nach der Aussentemperatur).
7
3
Fig. 7-9 Zulufttemperatur-Regelung einer Quell-Lüftung
1 Zulufttemperaturfühler
2 Zulufttemperaturregler
3 Stellantrieb mit Heizventil
4 Stellantrieb mit Kühlventil
5 Raumtemperaturfühler
6 Sollwert-Führungsgeber Raumtemperatur
7 Aussentemperaturfühler
8 Sollwert-Führungsgeber Aussentemperatur
8
4
Die in Fig. 7-8 gezeigte Luftgeschwindigkeit beim Auslass (z.B.
0.15 m/s) wird nicht geregelt, sondern muss durch die korrekte Dimensionierung
der Auslässe in der Planungs- und Ausführungsphase
sichergestellt werden.
Sind grössere Kühllasten abzuführen, wird eine Kombination von Quell-
Lüftung und Kühldecken eingesetzt. Die Quell-Lüftung wird dabei für
die Lufterneuerung im Raum eingesetzt, die Kühldecken führen die
Kühllast ab. Dadurch können hohe Komfortansprüche zufriedengestellt
werden.
Die Quell-Lüftung wird auf eine konstante Zulufttemperatur geregelt.
Es kann damit teilweise auch eine minimale Kühlleistung in den Raum
gebracht werden (Winter, bei internem Wärmeanfall).
Die Regelung der Kühldecken erfolgt über den Raumtemperatur-Regler
in Sequenz zur Raumheizung (falls Teil der Regelung).
Beim Einsatz von Kühldecken muss sichergestellt werden, dass die
Temperatur der Kühldecken oder der Leitungen, und damit des Kühlwassers,
immer über dem Taupunkt der Raumluft liegt, da sonst Kondenswasser
ausgeschieden wird.
Die Taupunkt-Überwachung kann auf verschiedene Arten erfolgen:
• Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur nach der Aussentempe -
ratur
• lokale Taupunkt-Überwachung im Raum (Ein/Aus)
• zentrale Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur nach einem
kritischen Raum
• lokale Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur nach dem Raum -
zustand
2
1
w ϑZU
6 w ϑR
5

7.4.1.1 Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur
nach der Aussentemperatur
7.4.1.2 Lokale Taupunkt-Überwachung
im Raum (Ein/Aus)
Die Kühlwasser-Vorlauftemperatur wird im gesamten Gebäude nach
dem Taupunkt der Aussenluft geschoben. Dies ist eine kostengünstige
und effiziente Art einer Taupunkt-Überwachung, allerdings wird dabei
mit einer relativ grossen Sicherheitszone gearbeitet, was zu einer
Reduktion der nutzbaren Kühlleistung in einzelnen Räumen führt.
Eine weitere Schiebung durch Berechnung des Taupunktes eines Referenzraumes
resp. der Abluft ist ebenfalls möglich. Die Feuchtelasten
können zentral oder für einzelne Zonen erfasst werden, sofern die
Feuchtlast gleichmässig verteilt ist. Das Resultat ist die zulässige Kühlwasser-Vorlauftemperatur.
ϑ CW
2
3
1
Fig. 7-10 Zentrale Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur nach der Aussentemperatur
1 Taupunkttemperatur der Aussenluft
2 Kühlwasser-Vorlauftemperatur
3 Sicherheitszone
Die Überwachung erfolgt lokal mit einem Kondensationswächter pro
Raum. Die Kühldecke wird bei Überschreitung des Taupunktes abgeschaltet.
Dies ist eine kostengünstige Art, einzelne Räume individuell
vor Schwitzwasser zu schützen. Nachteil dieser Lösung ist, dass im
Falle der Taupunkt-Überschreitung keine Kühlung des Raumes mehr
erfolgt.
Fig. 7-11 Kühldecke mit lokaler Taupunktüberwachung (Beispiel Siemens Desigo RX)
D3 Taupunktfühler R1 Raumgerät mit Temperaturfühler
YC Kühlventil (stetig) D1 externer Kontakt (z.B. Fenster)
N1 Einzelraumregler D2 Präsenzmelder
t
107

108
7.4.1.3 Zentrale Führung der
Kühlwasser-Vorlauftemperatur
nach einem kritischen Raum
Der Kondensatwächter muss am kältesten Punkt angebracht werden
(Kaltwassereintritt), sowie die Raumluftfeuchte gut erfassen können.
Bei Decken mit feuchteempfindlicher Oberfläche ist diese Lösung nicht
zu empfehlen.
ϑ CW
2
3
1
4
5
Fig. 7-12 Lokale Taupunkt-Überwachung mit Kondensatwächter
(z.B. Siemens QFX 21, rechts)
1 Taupunktemperatur der Aussenluft, Abluft oder eines Referenzraumes
2 Kühlwasser-Vorlauftemperatur zentral geführt
3 Sicherheitszone
4 Taupunkttemperatur eines kritischen Raumes
5 Kühlung unterbrochen im kritischen Raum durch Kondensatwächter
Die Taupunkt-Überwachung erfolgt in Sequenz zu der zentralen Kühlwasser-Vorlauftemperatur-Regelung
und der lokalen Taupunktberechnung.
Die zulässige Kühlwasser-Vorlauftemperatur wird für den kritischen
Raum aus Raumfeuchte und Temperatur individuell berechnet
und – wenn nötig – zentral angehoben. Für den kritischen Raum muss
der Kühlwasser-Anschluss mit einer temperaturvariablen hydraulischen
Schaltung (z.B. Beimisch- oder Einspritz-Schaltung) erfolgen.
ϑ CW
2
3
1
4
5
3
Fig. 7-13 Zentrale Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur nach der
Raumluft-Temperatur
1 Taupunktemperatur der Aussenluft, Abluft oder eines Referenzraumes
2 Kühlwasser-Vorlauftemperatur zentral geführt
3 Sicherheitszone
4 Taupunkttemperatur eines kritischen Raumes
5 Kühlwasser-Vorlauftemperatur berechnet für den kritischen Raum
t
t

7.4.1.4 Lokale Führung der
Kühlwasser-Vorlauftemperatur
nach dem Raumzustand
7.5 Druck- und Volumenstromregelungen
in Lüftungsanlagen
Die Taupunkt-Überwachung erfolgt individuell in jeden Raum. Die zulässige
Kühlwasser-Vorlauftemperatur wird in jedem Raum aus Temperatur
und Raumfeuchte berechnet und – wenn nötig – in diesem Raum
angehoben. Der Kühlwasser-Anschluss erfolgt mit einer temperaturvariablen
hydraulischen Schaltung (z.B. Beimisch- oder Einspritz-Schaltung).
ϑ CW
2 3
1
Fig. 7-14 Lokale Führung der Kühlwasser-Vorlauftemperatur nach dem Raumzustand
1 Taupunkttemperatur des Raumes
2 Kühlwasser-Vorlauftemperatur
3 Sicherheitszone
Bei vielen Grossanlagen (z.B. zentrale Luftaufbereitung mit Einzelraumregelungen)
besteht oft die sehr wichtige Forderung, dass variierende
Luftvolumenströme bei gleichbleibendem Druck gefördert werden. Die
durch Drosselung oder Abschaltung des Luftstromes einzelner Räume
oder Zonen entstehenden unterschiedlichen Kanaldrücke bewirken
sonst in den anderen Räumen oder Zonen eine entsprechende Erhöhung
des Zuluft-Volumenstromes und die damit verbundenen Zug- und
Geräuschbelästigungen. In andern Anlagen – so z.B. für gewisse Räu -
me in Krankenhäusern, Fabrikationsgebäuden, Bürogebäuden usw. –
wird ein Überdruck oder Unterdruck gegenüber der Aussenluft oder
benachbarten Räumen gefordert.
Die Regelung einer Luft-Druckdifferenz oder eines Luftvolumenstromes,
zur Anpassung an den Bedarf, kann z.B. durch folgende Stellgrössen-Änderungen
geschehen:
• Stufenlose Drehzahlsteuerung des Ventilator-Antriebsmotors
• Polumschaltbarer Elektromotor (stufenweise Drehzahländerung)
• Dralldrosselregelung: Im Luftstrom wird vor dem Eintritt in das Laufrad
des Ventilators, durch verstellbare Leitschaufeln, ein mehr oder
weniger starker Drall und damit Druckabfall erzeugt.
• Laufradschaufelregelung (nur für Axialventilatoren): Der Anstellwinkel
der Laufradschaufeln ist – über ein im Zentrum des Laufrades
eingebautes Getriebe – im Lauf stufenlos verstellbar. (Kostspielige
Lösung für grosse Industrie-Ventilatoren)
• Parallelbetrieb mehrerer kleinerer Ventilatoren statt eines einzigen
grossen Ventilators. Einer der Ventilatoren kann noch zusätzlich mit
einer stufenlosen Drosselsteuerung ausgerüstet sein, während die
andern, je nach Belastung, zu- oder weggeschaltet werden.
• Einstellbare Bypassklappe (Kurzschluss) über dem Ventilator: Je
nach Luftklappenstellung wird ein variabler Anteil der vom Ventilator
geförderten Luft vom Ventilator-Austritt (Druckseite) wieder zum
Ventilator-Eintritt (Saugseite) zurückgeführt.
• Verstellbare Abluftklappen: Je nach Stellung der Abluftklappen verändert
sich der Luftwiderstand des Abluftkanals. Dadurch resultiert
ein veränderlicher Überdruck im belüfteten Raum.
t
109

110
7.5.1 Regelung des Zuluftdruckes
Wenn in einem verzweigten Kanalnetz Teilbereiche gedrosselt oder
abgeschaltet werden müssen, ohne dass in Betrieb stehende Anlagen
beeinflusst werden dürfen, dann muss der Zuluftkanal auf einem
bestimmten Druck oder auf einer bestimmten Druckdifferenz zur
Umgebung gehalten werden (Fig. 7-15).
Der stetige Regler (1) vergleicht die vom Fühler (2) gemessene
Druckdifferenz (Druck im Kanal gegenüber Umgebung) mit dem Sollwert.
Bei einer Abweichung korrigiert der Regler den Förderdruck des
Ventilators (3) über die Drehzahl, das Leitgerät oder (alternativ) die
Bypassluftklappen (4).
4
3
n
u
�p 2
Fig. 7-15 Regelung des Zuluftdruckes in einem verzweigten Kanalnetz
1 Zuluft-Druckregler
2 Druckdifferenzfühler
3 Drehzahlsteuerung des Ventilators
4 Bypassklappe mit stetigem Antrieb (alternativ)
5 Verschiedene Zonen
Heute sind Frequenzumrichter (3) auf dem Markt, die den Druckregler
(1) schon miteingebaut haben und den direkten Anschluss eines Druck -
differenzfühlers (2) ermöglichen.
Fig. 7-16 Frequenzumrichter mit eingebauter Druckregelung (z.B. Siemens SED2)
1
p
w
B77-8
5

7.5.2 Überdruck- oder Unterdruck -
regelung eines Raumes
aseptisch / septisch
Bei diesen Regelungen wird im belüfteten Raum gegenüber der Aus -
sen luft und benachbarten Räumen ein Überdruck oder ein Unterdruck
erzeugt. Über- oder Unterdruck in einem Raum kann erreicht werden
z.B. durch unterschiedliche Förderleistung des Zuluft- und Abluftventi -
lators, Veränderung des Luftwiderstandes im Luftkanal durch Klappen
usw.
Wird ein Raum auf Überdruck gehalten, so wird der Zustrom von unerwünschter,
unreiner Luft durch undichte Stellen verhindert (Fig. 7-17).
Die Überdruckregelung wird z.B. in Labors und Fabrikationsräumen für
empfindliche elektronische, optische und mechanische Geräte, und
auch in Operationssälen von Krankenhäusern (zur Vermeidung von In -
fektionen) angewendet. Ein bestimmter Überdruck wird erzeugt, indem
der Zuluftstrom konstant gehalten wird und der Regler (1) durch die
Abluftklappe (3) den Abluftstrom in Abhängigkeit des gewünschten
Raum-Überdruckes (Fühler 2) drosselt oder die Drehzahlsteuerung des
Ventilators (4) verstellt.
Bei der Unterdruckregelung eines Raumes wird die Ausbreitung
schlechter Luft in Nebenräume verhindert. Sie findet daher hauptsächlich
Anwendung bei Räumen mit starker Luftverunreinigung durch
Gase, Dämpfe oder Gerüche wie z.B. Küchen, WC-Anlagen, Garderoben,
Laboratorien, Fabrikationsräumen, Akkuräumen usw. In Operationssälen
von Krankenhäusern wird im Unterdruckbetrieb die Ausbreitung
von Bakterien verhindert. Zur Erzeugung von Unterdruck hält man
den Abluftstrom konstant und drosselt den Zuluftstrom entsprechend
dem geforderten Raum-Unterdruck.
3
Fig. 7-17 Überdruckregelung in einem Raum
1 Druckregler
2 Druckdifferenzfühler
3 Abluftklappe mit stetigem Antrieb
4 Abluftventilator mit Leistungssteuerung (alternativ)
4
Im Zusammenhang mit Über- und Unterdruckregelung wird z.B. in
Krankenhäusern oft auch von aseptischen und septischen Räumen
gesprochen.
Aseptisch steht für steril, keimfrei. Aseptische Räume sind also keimfreie
Räume, in die keine Verunreinigungen eindringen dürfen � Überdruck
erforderlich.
Septisch stammt vom griechischen Wort sepis und bedeutet faulig,
verlaufen. Septische Räume sind Räume, die verunreinigt sind, z.B.
durch Krankheitserreger, Bakterien, ... und aus denen diese nicht austreten
dürfen � Unterdruck. erforderlich.
n
u
1
p
2
�p
w
B77-9
111

112
7.5.3 Luftvolumenstromregelung
Die Luftvolumenstromregelung wird z.B. in Anlagen angewendet, in
denen der Luftvolumenstrom trotz zunehmendem Verschmutzungsgrad
(= Druckabfall) des Luftfilters konstant bleiben soll oder in denen
ein Luftvolumenstrom variabel ist und ein anderer proportional dazu
verändert werden muss. Als Beispiel dazu dient ein Fabrikationsbetrieb,
in welchem der Abluftvolumenstrom wegen verschiedener
Absaugeinrichtungen oft ändert und der Zuluftvolumenstrom – trotz
Undichtheit des Gebäudes – zur Erzeugung eines leichten Über- oder
Unterdruckes proportional dazu angepasst werden muss (Fig. 7-18).
Eine stabile Regelung gewährleistet auch hier die Kaskaden-Regelung.
Messwert für den Luftvolumenstrom im Zuluft- und Abluftkanal ist sein
dynamischer Druck, d.h. die Differenz zwischen dem Gesamtdruck und
dem statischen Druck. Als Messwertgeber dienen Druckdifferenzfühler
mit Membranen zur Aufnahme der Druckdifferenz. Bei der Kaskaden-
Regelung (Fig. 7-18) erfasst der Druckdifferenzfühler (2) den Zuluftvolumenstrom
und der Druckdifferenzfühler (3) den Abluftvolumenstrom.
Der Zuluftvolumenstrom-Regler (1, Folgeregler) regelt den Zuluftvolumenstrom
in Abhängigkeit des Abluftvolumenstromes, d.h. bei einer
Änderung des Abluftvolumenstromes ändert der Abluftvolumenstrom-
Regler (4, Führungsregler) den Sollwert des Zuluftvolumenstrom-
Reglers, entsprechend dem eingestellten Kaskadeneinfluss (siehe auch
Kap. 1, Abs. 1.5). Stellglied des Regelkreises ist z.B. eine Einrichtung
(5) zur Änderung der Ventilatordrehzahl oder ein Klappenantrieb. Da hier
der Abluftvolumenstrom als Führungsgrösse für den Zuluftvolumenstrom
dient, haben Druckeinflüsse von aussen oder von benachbarten
Räumen keinen Einfluss.
Fig. 7-18 Regelung des Zuluftvolumenstroms in Abhängigkeit des Abluftvolumenstroms
1 Zuluft-Volumenstromregler
2 Zuluft-Druckdifferenzfühler
3 Abluft-Druckdifferenzfühler
4 Abluft-Volumenstromregler
5 Drehzahlsteuerung des Zuluftventilators

7.6 Kühlung durch intensive
Nachtlüftung
Einschalt-Bedingungen
Ausschalt-Bedingungen
In Perioden mit hohen Tagestemperaturen wird mit der intensiven
Nachtlüftung, besonders in Gebäuden mit grossen Wärmespeichermassen,
der Kühlenergieverbrauch reduziert, indem während der Nacht
die Räume (Speichermassen) mit kühler Aussenluft für den folgenden
Tag vorgekühlt werden.
Um einen energie-optimalen Betrieb der intensiven Nachtlüftung zu
gewährleisten, muss diese an das Gebäude «angepasst» werden.
Diese Anpassung erfolgt am Steuergerät (Fig. 7-19) durch entsprechendes
Einstellen der Uhrzeiten und Temperatur-Grenzwerte für die Einund
Ausschaltbedingungen.
Die intensive Nachtlüftung wird eingeschaltet, wenn folgende Bedingungen
gleichzeitig erfüllt sind:
• die Aussenlufttemperatur liegt über dem eingestellten Minimal-
Grenzwert von 12 bis 14 °C
• die Raumtemperatur liegt über dem eingestellten Maximal-
Grenzwert
• die Differenz zwischen Raum- und Aussenlufttemperatur ist grösser
als die eingestellte Differenz
Die intensive Nachtlüftung wird ausgeschaltet:
• durch das Zeitschaltprogramm
oder
• frühestens nach Ablauf der eingestellten Minimal-Betriebszeit,
wenn eine der obenstehenden Einschaltbedingungen nicht mehr
erfüllt ist
In der Anlagen-Betriebsart «Intensive Nachtlüftung» werden:
• Auf-/Zu-Luftklappen ganz geöffnet
• stetige Luftklappen ungeregelt auf die Maximalstellung gesteuert
(Umluftklappen geschlossen)
• 1-stufige Ventilatoren eingeschaltet
• 2-stufige Ventilatoren auf der höheren Drehzahlstufe betrieben
Nicht in Betrieb genommen sind Lufterwärmer, Wärmerückgewinnung
und Regelung.
2
Q1
Fig. 7-19 Prinzip der intensiven Nachtlüftung
1 Raumtemperaturfühler
2 Aussentemperaturfühler
3 Steuergerät oder Steuerprogramm
4 Zeitschaltprogramm
Q1 Steuersignal für die Luftklappen
Q2 Steuersignal für die Ventilatoren
Q2
3
4
1
B77-11
113

114
7.7 Brandfallsteuerung
7.7.1 Brandabschaltung
7.7.2 Entrauchungsbetrieb
Wird von der Brandmelde-Anlage ein Brand im Gebäude gemeldet,
übernimmt die Brandfallsteuerung den Anlagenbetrieb. Diese umfasst
folgende Funktionen:
• Ausschalten der Anlage und der Anlagenelemente
• Melden des Brandes am Prozessgerät, an die Brandmeldezentrale
und extern durch Alarmhorn oder Lampe
• Entrauchen des Gebäudes nach dem Brand
Durch die Brandmeldung wird die Anlage in den Betriebszustand
Brandabschaltung geschaltet. Dabei werden – je nach Anlagenkonfiguration
– die folgenden Schaltungen vorgenommen:
• Ausschalten der Ventilatoren
• Schliessen der Aussenluft-/Fortluft-Klappen
• Schliessen der Brandschutzklappen mit Motorantrieb
Die Entrauchungsfunktion ermöglicht nach dem Brand das Entfernen
von Rauch und Wärme aus dem Gebäude. Nur im Betriebszustand
Brandabschaltung kann die Anlage durch den Entrauchungsbefehl
des Feuerwehrschalters in den Betriebszustand Entrauchungsbetrieb
geschaltet werden. Je nach Anlage stehen dazu folgende Ent rau -
chungs möglichkeiten zur Verfügung:
In Anlagen ohne Überdruck- oder Unterdruckgefahr:
• Entrauchen nur mit Zuluftventilator
• Entrauchen nur mit Abluftventilator
• Entrauchen gleichzeitig mit Zuluft- und Abluftventilator
In Anlagen mit Überdruck- oder Unterdruckgefahr:
• Entrauchen gleichzeitig mit Zuluft- und Abluftventilator
Je nach Entrauchungskonzept werden stetige Klappen, entsprechende
Auf-/Zu- und Brandschutzklappen geöffnet, sowie entsprechende Ventilatoren
eingeschaltet:
Ein Entrauchungsbetrieb mit drehzahlgesteuerten Ventilatoren ist in
VVS-Anlagen nur möglich, wenn die Drosselklappen der Luftvolumenstromregelungen
in den einzelnen Zonen ganz geöffnet sind. In diesen
Anlagen muss deshalb im Entrauchungsbetrieb ein Schaltbefehl zum
Öffnen der Drosselklappen ausgelöst werden.

8. Regeln und Steuern der Luftnachbehandlung
8.1 Allgemeines
8.2 Einkanal-Anlage mit
Zonen-Nachbehandlung
Zweck der Luftnachbehandlung ist die Anpassung der Zuluft an die
Komfortbedürfnisse einzelner Räume oder Raum-Zonen eines Gebäudes.
Übergeordnetes Ziel ist dabei die Optimierung des Energieverbrauchs.
Dieses Ziel wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass nur
soviel Komfort wie nötig, und dieser nur dann geboten wird, wenn er
auch genutzt, bzw. angefordert wird. Es hat beispielsweise keinen
Sinn, Büroräume oder Hotelzimmer auf Komfort zu halten, wenn sich
niemand darin aufhält.
Der unterschiedliche Wärmeanfall in einzelnen Räumen oder Zonen
erfordert eine individuelle Anpassung der Heiz- oder Kühlleistung, entweder
durch Temperatur- oder Volumenstromänderung der Zuluft. Wie
diese Anpassung in den gebräuchlichen Anlagentypen steuer- und
regeltechnisch erfolgen kann, wird in diesem Kapitel erklärt. Das Funktionsprinzip
dieser Anlagen wird im Trainingsmodul B01HV «Einführung
in die HLK- und Gebäudetechnik», Kapitel 7 «Einführung in die Luftund
Klimatechnik» behandelt.
Die in der Zentrale vorbehandelte Zuluft wird für jeden Raum oder jede
Zone, entsprechend dem gewünschten Raumluftzustand, nachbehandelt.
Diese Nachbehandlung kann die Funktionen Nachwärmen, Nachkühlen,
Nachentfeuchten oder Nachbefeuchten beinhalten.
In Einkanal-Anlagen mit terminaler Zonen-Nachbehandlung (Fig. 8-1)
erfolgt die Nachbehandlung nahe bei den Zonen. Die Stellsignale der
Raum- oder Zonenregler (7) steuern direkt die Stellgeräte der Nachbehandlungs-Komponenten
(3+4), entsprechend dem individuellen Leis -
tungsbedarf.
Fig. 8-1 Einkanal-Anlage mit terminaler Zonen-Nachbehandlung
1 Zentrale Luftaufbereitung
2 Zuluftkanal
3 Lufterwärmer als Nachbehandlungseinheit
4 Luftkühler als Nachbehandlungseinheit
5, 6 Raum oder Raumzone
7 Raum- oder Zonentemperatur-Regelgerät
In Einkanal-Anlagen mit zentraler Zonen-Nachbehandlung (Fig. 8-2)
erfolgt die Nachbehandlung unmittelbar nach der Zentrale. Die Stell -
signale der Raum- oder Zonenregler steuern direkt die Stellgeräte der
Nachbehandlungs-Komponenten, entsprechend dem individuellen Leis -
tungsbedarf. Die Stellsignalleitungen müssen allerdings von den einzelnen
Räumen oder Zonen zum Schaltschrank der Luftaufbereitungszentrale
geführt werden. Um Energieverschwendung zu vermeiden, sollten
die gleichzeitig erforderlichen Zulufttemperaturen der einzelnen
Zonen nicht zu stark voneinander abweichen.
115

116
8.3 Mehrzonen-Anlage mit
Mehrzonenzentrale
Fig. 8-2 Einkanal-Anlage mit zentraler Zonen-Nachbehandlung
1 Zentrale Luftaufbereitung
2 Zonen-Nachwärmer
3 Zonen-Heizventil
I...III Zonen-Zuluft
R1...R3 Zonen-Temperaturregler
In der Zentrale (Fig. 8-3) erfolgt zuerst die Aussenluft-/Umluft-
Mischung, die Filterung und die Vorwärmung der gesamten Zuluftmenge.
Nach dem Zuluftventilator wird der Zuluftstrom in zwei Teilströme
aufgeteilt (Fig. 8-4). Ein Teilstrom wird durch den Nachwärmer, der
andere durch den Kühler geblasen. In den anschliessenden Zonenklappen
(5) wird durch Mischen von Kalt- und Warmluft die individuell erforderliche
Zulufttemperatur für jede Zone gemischt. Die Zonenklappen
sind ver tikal angeordnet und je eine Kalt- und Warmluftklappe sitzt auf
der gemeinsamen Klappenachse. Die Kaltluftklappe ist gegenüber der
Warmluftklappe um 90 Winkelgrade verdreht, so dass bei geschlossener
Kaltluft- die Warmluftklappe ganz geöffnet ist.
Fig. 8-3 Mehrzonen-Anlage
1 Mehrzonenzentrale
2 Zuluftkanäle
3 Verschiedene Zonen
1
2
3
3
3
B78-4

8.4 Zweikanal-Anlagen
Fig. 8-4 Funktionsweise einer Mehrzonen-Anlage
1 Vorwärmer 5 Zonenklappen
2 Zuluft-Ventilator 6 Zonen-Temperaturregler
3 Nachwärmer A Warmluft
4 Luftkühler B Kaltluft
Bezüglich Heiz- und Kühlenergieverbrauch (Mischungs-Verluste) ist es
vorteilhaft, wenn die Zulufttemperaturen für die einzelnen Zonen nur
geringe Unterschiede (< 5 K) aufweisen.
Die Mischung der Warm- und Kaltluft nach dem individuellen Bedarf
der einzelnen Räume erfolgt in speziell dafür konstruierten Mischkästen,
die in den Räumen (Zwischendecken) installiert sind. Das Mischverhältnis
wird durch die einzelnen Raumtemperatur-Regler gesteuert.
1
1
2
2 3
Fig. 8-5 Zweikanal Anlage mit Entfeuchtung des Gesamt-Zuluftstromes
1 Zentrale Luftaufbereitung
2 Nachwärmer
3 Dampfbefeuchter
4 Warmluftkanal
5 Kaltluftkanal
6 Mischkästen (Mischboxen)
6
3
Die Zulufttemperatur-Sollwerte bleiben nicht konstant, sondern die
Warmlufttemperatur entspricht dem jeweils höchsten und die Kaltlufttemperatur
dem jeweils tiefsten Zulufttemperatur-Sollwert aller angeschlossenen
Raumtemperatur-Regler (Fig. 8-6). Die moderne Digitaltechnik
ermöglicht, diese aktuellen Werte über einen Gebäudebus
abzufragen und daraus den jeweiligen Maximal- und Minimalwert auszuwählen.
Dadurch lassen sich die Mischverluste verringern. Räume mit maxi -
maler Kühllast erhalten nur Kaltluft, solche mit maximaler Heizlast nur
Warmluft und Räume mit Teillast ein Gemisch von Kalt- und Warmluft.
4
4
5
5
6 6
B78-6
B
A
6
B78-5
117

118
1
Fig. 8-6 Zweikanal-Anlage mit Teil-Entfeuchtung der Zuluft
1 Zentrale Luftaufbereitung 6 Mischkasten (Mischbox)
2 Nachwärmer 7 Warmluftregler
3 Kühler 8 Kaltluftregler
4 Warmluftkanal 9 Sollwert-Führungsgeber
5 Kaltluftkanal 10 Max.-/Min.-Auswahl der Stellsignale
R1...R3 Raum- oder Zonen-
Temperaturregler
Die Luft für den Kaltluftkanal wird in der Zentrale auf die erforderliche
Temperatur gebracht und entfeuchtet, diejenige für den Warmluftkanal
geheizt und eventuell befeuchtet. Die Anordnung des Luftkühlers
gemäss Fig. 8-5 ermöglicht eine geregelte Entfeuchtung des Gesamt-
Zuluftstroms. Zusammen mit der Dampfbefeuchtung im Warmluftkanal
ergibt diese Anordnung eine Vollklimaanlage mit Raumtemperatur und
Feuchteregelung. Dieser Komfort muss jedoch mit relativ hohem Energieverbrauch
für das Entfeuchten und anschließende Nachwärmen der
Zuluft bezahlt werden und wird deshalb nur noch in speziellen Fällen
bewilligt. Die Anordnung gemäss Fig. 8-6 mit nur teilweiser, unkontrollierter
Entfeuchtung des Kaltluftstroms durch Wasserausscheidung,
entspricht deshalb der Standardlösung für normale Komfortansprüche.
Fig. 8-7 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Zweikanal-Mischkastens.
Die Mischkästen sind mit einer Luftmischeinrichtung (Ventile oder Klappen)
ausgerüstet. Ferner enthalten sie einen mechanischen Volumenstrom-Regler,
der den Zuluft-Volumenstrom – auch bei Druckschwankungen
in den Zuluftkanälen – konstant hält. Mischkästen mit variablem
Kaltluft-Volumenstrom sind ebenfalls erhältlich (Fig. 8-8).
6
w
Fig. 8-7 Aufbau eines Zweikanal-Mischkastens
1 Kaltluft-Eintritt
2 Warmluft-Eintritt
3 Luft-Mischventil mit Stellantrieb
4 Konstant-Volumenstrom-Regler
5 Zuluft
6 Raumtemperatur-Regelgerät
2
3
B78-8
6
4
5
7
8
9
9
R 1 R 2 R 3
MAX 10 MIN
B78-7

6
Fig. 8-8 Zweikanal-Mischkasten mit variabler Kaltluft-Volumenstrom-Regelung
1 Kaltluft-Eintritt
2 Warmluft-Eintritt
3 Luft-Mischventil mit Stellantrieb
4 Konstant-Volumenstrom-Regler
5 Zuluft
6 Raumtemperatur-Regelgerät
7 Kaltluft-Volumenstrom-Regler (50 bis 100 %)
Die Raumtemperaturregelung erfolgt gemäss Fig. 8-9. Der PI-Regler (1)
vergleicht die vom Fühler (2) gemessene Raumtemperatur mit dem
eingestellten Sollwert. Bei einer Abweichung verändert er über den
Stellantrieb (3) das Kalt-/Warmluft-Mischverhältnis und damit auch die
Zulufttemperatur solange, bis die Regelabweichung beseitigt ist.
4
1
0
w
Y
�
Y1
0 +
3
B78-9
Fig. 8-9 Einzelraum-Temperaturegelung mit Zweikanal-Anlage
1 Raumtemperatur-Regler
2 Raumgerät mit Temperaturfühler
3 Stellantrieb für Mischklappen oder -ventile
4 Wirkdiagramm der Raumtemperaturregelung
Q
3
1
Werden digitale, kommunikationsfähige Raumtemperaturregler eingesetzt,
dann übernimmt das Gebäudeleit-System zusätzlich folgende
Funktionen:
• Vorgabe der Sollwerte für Comfort- oder Sparbetrieb
• Vorgabe sämtlicher Regelparameter
• Abfrage der aktuellen Stellsignale zur Führung der Kanaltemperatur-
Sollwerte
• Überwachung aller Raumtemperatur-Regelkreise Luftkühlanlagen
mit variablem Volumenstrom (VVS)
W
2
B78-10
119

120
8.5 Funktionsprinzip der VVS-Anlagen
VVS-Anlagen (Variabler Volumen-Strom) ist grundsätzlich ein Kühl -
system und muss deshalb für den Heizbetrieb mit einem geeigneten
Heiz system (Radiatorenheizung oder Bodenheizung) kombiniert werden.
Die gesamte Kühlleistung wird durch die Zuluft erbracht. Die
Zulufttemperatur bleibt dabei auf einem vorgegebenen Sollwert und
die Raumtemperatur wird durch Variieren des Zuluft-Volumenstromes
auf dem gewünschten Sollwert gehalten. Eine Zonenaufteilung des
Gebäudes erübrigt sich, denn der Zuluft-Volumenstrom kann in jedem
Raum individuell an die sensible Kühllast angepasst werden. Bei Verwendung
geeigneter Luftauslässe, kann zudem die Temperaturdifferenz
zwischen Raum- und Zuluft, gegenüber konventionellen Anlagen,
wesentlich erhöht werden.
Bei der in Fig. 8-10 dargestellten VVS-Anlage wird die zentral aufbereitete
Zuluft durch ein Einkanalsystem den zu klimatisierenden Räumen
zugeführt und dort – je nach individueller Kühllast – mengenvariabel
eingeblasen.
1
2
5
6
Fig. 8-10 Variable Volumenstrom-Anlage (VVS)
1 Aussenluft
2 Fortluft
3 Zuluft
4 Abluft
5 Luftklappen
6 Einzonen-Zentrale
7 VVS-Boxen (Zu- und Abluft)
8 Grundlastheizung
9 Raum
7
4
8
3
7
9
B17-31

8.5.1 Einzelraum-Temperaturregelung
mit VVS
Eine stabile Raumtemperatur kann nur durch eine Kaskadenregelung
erreicht werden. Bei einer direkt auf den Volumenstrom-Stellantrieb
wirkenden Raumtemperaturregelung, würde dieser – wegen der Trägheit
der Raum-Regelstrecke – nur im AUF/ZU-Betrieb arbeiten, was
grosse Schwankungen der Raumtemperatur und unzumutbare Zugluft-
Erscheinungen zur Folge hätte.
Bei der Kaskadenregelung gemäss Fig. 8-11 führt der Raumtemperatur-
Regler (1) den Sollwert des Luftgeschwindigkeits-Reglers (3), der die
Auswirkung des Stelleingriffs (5) mit dem Luftgeschwindigkeits-Fühler
(4) sehr schnell erfassen und stabilisieren kann.
Auch in VVS-Anlagen muss normalerweise aus hygienischen Gründen
ein minimaler Aussenluftanteil zugeführt werden. Deshalb wird das
Stellsignal des Volumenstrom-Reglers entsprechend minimalbegrenzt.
100 %
Y MIN
0
Y
5
4
w V
3
x W
w V MAX
w V MIN
2
�
w � R
w �R
Fig. 8-11 Einzelraum-Temperaturregelung mit variablem Volumenstrom (VVS)
1 Raumtemperatur-Führungsregler
2 Raumgerät mit Temperaturfühler und Sollwertgeber
3 Zuluftgeschwindigkeits-Folgeregler
4 Luftgeschwindigkeits-Fühler
5 Stellantrieb zu Volumenstrom-Regler
a) Wirkdiagramm des Volumenstrom-Reglers
b) Wirkdiagramm des Raumtemperatur-Reglers
wV Sollwert des Volumenstrom-Reglers
1
w V
B78-12
Q
121

122
VVS-Regelgerät
Die in Fig. 8-11 gezeigten Zuluftgeschwindigkeits-Regler (3), Luft ge -
schwindigkeits-Fühler (4) und der Stellantrieb (5) werden meistens in
einem Bauteil – einem VVS-Regelgerät – kombiniert.
Fig. 8-12 VVS-Regelgerät mit Anschluss-Stutzen für Druckmessung
(rechts: Detailansicht)
– P Anschluss für «niedrigeren» Druck der Messeinrichtung
+ P Anschluss für «höheren» Druck der Messeinrichtung
Als Luftgeschwindigkeits-Fühler wird dabei häufig ein statischer, d.h.
nicht durchströmter Druckfühler mit einer Silizium-Membrane eingesetzt
(4 in Fig. 8-13). Dieser wird über Messleitungen (3) mit der Mess -
einrichtung (2, z.B. Messblende, Messkreuz, usw.) der VVS-Box verbunden.
Das Messsignal wird im Druckfühler direkt in ein, zum Volumenstrom
proportionales, Messsignal umgewandelt.
4
Fig. 8-13 Druckmessung zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit resp. des
Luftvolumenstroms
1 Luftvolumenstrom-Istwert
2 Strömungswiderstand im Kanal (z.B. Messblende, Messkreuz, ...)
3 Messleitungen
4 Statischer Druckfühler (z.B. Silizium-Membrane)
5 Druckmesseinheit mit eingebautem Druckfühler und Luftventil
- P
+ P
5

Fig. 8-14 Druckmesseinheit mit Druckfühler (1) und Luftventil (2), das für den auto -
matischen Nullpunkt-Abgleich umgestellt wird (Druckfühler erhält von beiden
Seiten den niedrigeren Druck «– P»)
Das VVS-Regelgerät wird üblicherweise vom VVS-Boxen-Lieferant auf
die VVS-Box aufgebaut und auf die erforderliche Luftmenge (Nennvolumenstrom)
eingestellt. Ebenso stellt der VVS-Boxen Lieferant den minimalen/maximalen
Volumenstrom (V · min, V · max) ein.
Fig. 8-15 VVS-Regelgerät aufgebaut auf VVS-Box
1 2
Der Raumtemperaturregler (Fig. 8-11,1), gibt dem VVS-Regelgerät die
gewünschte Luftmenge in Form eines stetigen Sollwert-Signal zwischen
dem minimalen und maximalen Volumenstrom (V · min...V · max)
vor.
+P + P
Reicht dann in einzelnen Räumen die innere Wärme nicht aus, um bei
dieser minimalen Kühlluftmenge, die Raumtemperatur auf dem Sollwert
zu halten, müssen örtlich Nachwärmer eingebaut, und diese in
Sequenz mit dem Volumenstrom geregelt werden (Fig. 8-16).
- P
123

124
100 %
Y MIN
0
5
4
Y 2
Y V
w V
3
a) b) w
Fig. 8-16 Einzelraum-Temperaturregelung mit VVS und Nachwärmer
Y 1
x W
1 Raumtemperatur-Führungsregler
100 %
2
ϑ
2 Raumgerät mit Temperaturfühler und Sollwertgeber
3 Zuluftgeschwindigkeits-Folgeregler
4 Luftgeschwindigkeits-Fühler
5 Stellantrieb zu Volumenstromregler
6 Stellantrieb zu Heizventil
a) Wirkdiagramm des Volumenstrom-Reglers
b) Wirkdiagramm des Raumtemperatur-Reglers
Y1 Stellsignal für Heizventil
Y2 Sollwertführung des Volumenstroms
wV Sollwert des Volumenstrom-Reglers
6
1
0
w ϑR
Y1 Y2
w ϑR
B78-13
w V MAX
w V MIN
Q

8.5.2 Führung der zentralen Zuluft -
temperatur durch die Sollwerte der
Einzelraum-Temperaturen
Um zu vermeiden, dass in den Einzelräumen zu grosse Temperatur -
differenzen zwischen der Zuluft- und der Raumtemperatur, und damit
Zugluft-Erscheinungen auftreten, können die Sollwerte der Raumtemperaturregler
als Führungsgrösse für die Zulufttemperatur dienen. Voraussetzung
für dieses Regelkonzept (Fig. 8-17) ist die Kommunikation
der Einzelraum-Regler, über einen Bus, mit einem Gebäudeleit-System.
Fig. 8-17 Führung der zentralen Zulufttemperatur in VVS-Anlagen
1 Raumtemperatur-Sollwertgeber
2 Maximal- oder Mittelwertbildung der Raumtemperatur-Sollwerte
3 Sollwert-Führungsgeber für die Zulufttemperatur
4 Zulufttemperaturregler
5 Zulufttemperaturfühler
a) Wirkdiagramm des Führungsgebers
b) Wirkdiagramm des Zulufttemperatur-Reglers
w1 Führungs-Basiswert
w2 Zulufttemperatur-Sollwert
Der Führungsgeber (3) bildet aus dem Maximal- oder Mittelwertbildner
(2) den Raumtemperatur-Sollwerte (1), entsprechend dem eingestellten
(oder programmierten) Führungseinfluss E2 den Sollwert für den
Zulufttemperatur-Regler (4). Dieser wird dann stetig angehoben, wenn
die Raumtemperatur den vorgegebenen Führungsbasiswert w1 überschreitet.
125

126
8.5.3 Führung des primären
Luftvolumenstroms
Für dieses Regelkonzept gelten die gleichen Voraussetzungen wie
unter 8.5.2 erwähnt. Nur wählt hier das Gebäudeautomations-System
nicht die Sollwerte, sondern die aktuellen Stellgrössen der Raumtemperaturregler
als Führungsgrösse aus (Fig. 8-18).
Fig. 8-18 Führung des zentralen Zuluft-Volumenstroms in VVS-Anlagen
1 Stellsignal der Raumtemperaturregler
2 Maximalwertauswahl der Volumenstrom-Stellsignale
3 Zentraler Zuluft-Volumenstromregler
4 Drehzahlsteuergerät des Zuluftventilators
5 Zuluft-Ventilator
Das Gebäudeautomations-System (2) wählt aus allen angeschlossenen
Einzelraumreglern (1) das grösste Volumenstrom-Stellsignal aus und
übermittelt dieses als Istwert der Regelgrösse dem zentralen Zuluft-
Volumenstromregler (3). Dieser vergleicht den Istwert mit dem programmierten
Sollwert von ca. 90 % des Stellbereiches der Raumtemperaturregler.
Sinkt das aktuelle Stellsignal unter den Sollwert, dann
reduziert er über das Steuergerät (4) die Drehzahl des Zuluftventilators.
Dadurch sinkt der Druck im Zuluftkanal und die Raumtemperaturregler
müssen ihr Volumenstrom-Stellsignal erhöhen, bis das grösste daraus
wieder dem Sollwert des zentralen Zuluft-Volumenstromreglers (3) entspricht.
Dadurch wird vermieden, dass der Zuluftventilator einen unnötig
hohen Druck erzeugt, der dann in den Luftauslässen der Räume
wieder abgedrosselt werden müsste.

8.5.4 Statische Druckregelung in den
Luft-Kanälen
Die Drosselung der Luftauslässe durch die Einzelraum- oder Zonenregler
bewirkt, bei konstanter Drehzahl des Ventilators, einen Anstieg des
statischen Druckes im Verteilkanal. Dieser Druckanstieg entspricht der
Steilheit der Ventilator-Kennlinie und kann durch eine Regelung des statischen
Druckes (Fig. 8-19) im betreffenden Verteilkanal verhindert werden.
Der effizienteste Stelleingriff des Druckreglers ist in diesem Falle
die Drehzahlsteuerung der Ventilatoren in der zentralen Luftaufbereitungs-Anlage.
Fig. 8-19 Statische Druckregelung in den Luftkanälen von VVS-Anlagen
1 Kanal-Druckfühler
2 Minimalwertauswahl der Druckmesssignale
3 Zentraler Zuluftkanal-Druckregler
4 Ventilator-Drehzahlsteuergeräte
Die Platzierung der Kanal-Druckfühler muss besonders gut geplant werden.
Sie sollen an einem Ort eingesetzt werden, wo 50...70 % des
betreffenden Kanalwiderstandes, bei Vollast-Luftmenge, erfasst werden
kann. Die Druckfühler (1) übermitteln über eine Minimalauswahl (2)
dem Druckregler (3) den Messwert. Der Regler vergleicht diesen mit
dem eingestellten Sollwert und ändert bei Abweichung die Drehzahl
des Zuluftventilators. Mit einer Nachlaufsteuerung wird synchron auch
die Drehzahl des Abluftventilators verändert. Bei dieser Lösung geht
man davon aus, dass das Zuluft- und das Abluft-Kanalnetz in etwa die
gleiche Druckabfall-Kennlinie aufweisen. Trifft dies nicht zu, und sind
die Anforderungen an stabile Druckverhältnisse im den Räumen überdurchschnittlich,
dann müsste anstelle der Drehzahl-Synchronisation,
eine Abluft-Volumenstrom-Regelung, geführt nach dem Zuluft-Volumenstrom,
eingesetzt werden.
127

128
8.6 Fan-Coil-Anlagen
Fan-Coil-Anlagen sind ideale Luftheiz- und -kühlanlagen für Hotelzimmer.
Im Heizbetrieb liefert eine aussentemperaturgeführte Zentralheizung
(Fussbodenheizung) die Grundlast d.h. die Raumtemperatur wird
im Sparbetrieb auf ca. 15 °C gehalten. Bei Umschaltung auf Komfort -
betrieb erreicht das Fan-Coil-Gerät innerhalb wenigen Minuten die ge -
wünschte Komforttemperatur. In allen anderen Räumen bleiben die
Fan-Coil-Geräte auf Sparbetrieb bzw. ausgeschaltet.
Das sog. «Fan-Coil-Gerät» (Fig. 8-20) wird an eine geeignete Wand des
Raumes montiert und an das Kalt- und Warmwassernetz, sowie an das
elektrische Stromversorgungsnetz angeschlossen. Wird das Gerät an
einer Aussenwand platziert, kann durch eine Öffnung mit Hand-Einstellklappe
(5), auch ein kleiner Aussenluft-Anteil mitangesaugt und der
Umluft beigemischt werden.
Fig. 8-20 a) Fan-Coil-Gerät mit seinen Komponenten b) Fan-Coil-Gerät
mit Aussenluftkasten
1 Steuer- und Regelorgane
2 Rippenrohr-Wärmeübertrager
3 Ventilator
4 Verstellbares Zuluftgitter
5 Aussenluftkasten mit Luftklappe
6 Warm- oder Kaltwasser-Kreislauf (Zweileiter-System)
Grundsätzlich wird die im Raum oder in der entsprechenden Raumzone
anfallende Heiz- oder Kühllast durch den Warm- und Kaltwasserkreislauf,
im Zwei- oder Vierleitersystem, übernommen. Das Zweileitersys -
tem kann nur zentral auf Heiz- oder Kühlbetrieb geschaltet werden
(«Change over system»), während mit dem Vierleitersystem in jedem
Raum individuell geheizt oder gekühlt werden kann. Je nach Bauart der
Fan-Coil-Geräte, stehen für die Raumtemperatur-Regelung luft- oder
wasserseitige Stellgeräte zu Verfügung. Fig. 8-21 zeigt die Regelung an
einem Zweileiter-Fan-Coil mit wasserseitigem Stellgerät.
Der Raumtemperaturregler (2) vergleicht die vom Fühler (1) gemessene
Raumtemperatur mit dem eingestellten Sollwert. Bei einer Abweichung
bewirkt er das Verstellen des Ventils (3). Je nachdem, ob im Vorlauf
Warm- oder Kaltwasser zirkuliert, schaltet der «Change over»-Thermostat
(4) den Regler auf Wirksinn «Heizen» oder «Kühlen». Steht der
Regler auf Wirksinn «Heizen», öffnet er das Ventil bei unter den Sollwert
sinkender Raumtemperatur, steht er auf Wirksinn «Kühlen», öffnet
er das Ventil bei über den Sollwert steigender Raumtemperatur
(vgl. Wirkdiagramm 9). Es ist dabei möglich und sinnvoll, den Kühlsollwert
um 3...4 K höher als den Heizsollwert einzustellen (Totzonenregelung
siehe Kapitel 1.6).

Raumgeräte bieten auch die Möglichkeit, manuell oder automatisch
(Präsenzsteuerung) zwischen «Comfort»- und «Economy»-Betrieb
umzuschalten. Im «Economy»-Betrieb wird auf einen ca. 5 K tieferen
Sollwert geheizt und das Stellsignal «Kühlen» gesperrt. Ausserdem
wird bei geschlossenem Ventil der Ventilator ausgeschaltet.
Fig. 8-21 Wasserseitige Regelung und Steuerung eines Fan-Coil-Gerätes
(Zweileitersystem)
1 Raumgerät mit Temperaturfühler und Drehzahlschalter
2 Raumtemperaturregler
3 Stellgerät zum Lufterwärmer/-kühler
4 «Change over»-Thermostat
5 Ventilator-Drehzahlsteuergerät
6 Umluft
7 Aussenluft
8 Zuluft
9 Wirkdiagramm des Raumtemperaturreglers
In grösseren Gebäuden (Hotels) werden die Fan-Coils mit digitalen,
kommunikationsfähigen Regel- und Steuergeräten betrieben, welche
von einem Gebäudeautomations-System über einen Bus geführt und
überwacht werden.
Dieses System übernimmt dann folgende Funktionen:
• Vorgabe der Normal-Sollwerte für den «Comfort»- und «Economy»-
Betrieb
• Aufschaltung von Sollwert-Führungseinflüssen
• Vorgabe sämtlicher Regelparameter
• Sperrung des «Comfort»-Betriebs
• Überwachung der Regel- und Steuerfunktionen
129

130
8.7 Induktionsanlagen
Induktionsgerät
Anstelle eines Ventilators enthalten die Induktionsgeräte eine
geräuschabsorbierende Primärluft-Kammer mit aufgesetzten Kunststoffdüsen,
durch welche die Primärluft mit hoher Geschwindigkeit in
eine Mischkammer ausgeblasen wird und dort Unterdruck erzeugt (Fig.
8-22). Durch diesen Unterdruck wird Raumluft als sog. «Sekundärluft»
angesaugt (induziert) und dabei durch die Rippenrohr-Wärmeübertrager
geführt, wo sie nach Bedarf erwärmt oder gekühlt wird.
Fig. 8-22 Funktionsprinzip einer Induktionsanlage
1 Zentrale Primärluft-Aufbereitung
2 Primärluft-Kanal (Hochgeschwindigkeits-System)
3 Heizkessel
4 Wasser-Kühlmaschine
5 Raum
6 Induktionsgerät (Zweileitersystem)
Fig. 8-23 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Induktionsgerätes. Die
Primärluft wird mit hoher Geschwindigkeit in die Staukammer (4) eingeblasen,
wo der dynamische Druck in statischen Druck umgewandelt
wird. Dieser statische Druck bewirkt dann, dass die Primärluft sich
gleichmässig auf alle Düsen verteilt und wieder mit hoher Geschwindigkeit
in die Mischkammer ausgeblasen wird. Durch die Injektorwirkung
dieser Luftströme entsteht ein Unterdruck zur Raumluft, wodurch
diese als Sekundärluft über den Rippenrohr-Wärmeübertrager (6) angesaugt
(induziert) wird.
Fig. 8-23 Prinzipieller Aufbau eines Induktionsgerätes (Zweileitersystem)
1 Primärluft (aufbereitete Aussenluft)
2 Sekundärluft (Raumluft)
3 Zuluft
4 Staukammer mit Primärluft-Anschluss
5 Induktionsdüsen
6 Rippenrohr-Wärmeübertrager

Der Wärmeübertrager wird, je nach Bedarf, mit Warm- oder Kaltwasser,
versorgt.
Die induzierte Sekundärluft (2) nimmt im Wärmeübertrager (6) die er -
forderliche Sekundär-Heiz- oder Kühlleistung auf und vermischt sich
anschliessend mit der Primärluft (1). Das Gemisch von Sekundär- und
Primärluft wird schliesslich in den Raum ausgeblasen.
Wie bei der Fan-Coil-Anlage wird die im Raum oder in der entsprechenden
Raumzone anfallende Heiz- oder Kühllast grundsätzlich durch den
Wasserkreislauf, im Zwei- oder Vierleitersystem übernommen. Die Primärluft
kann jedoch eine zusätzliche Be- oder Entfeuchtung übernehmen.
Um die Raumtemperaturregelung nicht zu stören, wird die Primärluft
in der Regel mit einer konstanten Temperatur, die normalerweise
dem Heiz-Sollwert der Raumtemperatur entspricht, eingeblasen.
Das Zweileitersystem kann nur zentral auf Heiz- oder Kühlbetrieb ge -
schaltet werden («Change over system»), während mit dem Vierleitersystem
in jedem Raum individuell geheizt oder gekühlt werden kann.
Je nach Bauart der Induktionsgeräte, stehen für die Raumtemperatur-
Regelung luft- oder wasserseitige Stellgeräte zu Verfügung. Fig. 8-24
zeigt die Regelung an einem Zweileiter-Induktionsgerät mit luftseitigem
Stellgerät.
7
1
0
Y
5
8
9
Y1
� 0 +
3
Q
4
2
Fig. 8-24 Luftseitige Regelung und Steuerung eines Induktionsgerätes
(Zweileitersystem)
1 Raumgerät mit Temperaturfühler
2 Raumtemperaturregler
3 Stetiger Stellantrieb zu Bypassklappe
4 «Change over»-Thermostat
5 AUF/ZU-Steuergerät der Primärluftklappe
6 Sekundärluftstrom durch Wärmeübertrager
6’ Sekundärluftstrom durch Bypass
7 Primärluft (aufbereitete Aussenluft)
8 Zuluft
9 Wirkdiagramm des Raumtemperaturreglers
w
6
6'
T
1
B78-21
131

132
Regelung mit Zweileitersystem
Regelung mit Vierleitersystem
Der Raumtemperaturregler (2) vergleicht die vom Fühler (1) gemessene
Raumtemperatur mit dem eingestellten Sollwert. Bei einer Abweichung
bewirkt er das Verstellen des Luftklappen-Stellantriebs (3). Je
nachdem, ob im Vorlauf Warm- oder Kaltwasser zirkuliert, schaltet der
«Change over»-Thermostat (4) den Regler auf Wirksinn «Heizen» oder
«Kühlen». Steht der Regler auf Wirksinn «Heizen», schliesst er die
Bypassklappe bei unter den Sollwert sinkender Raumtemperatur, steht
er auf Wirksinn «Kühlen», schliesst er die Bypassklappe bei über den
Sollwert steigender Raumtemperatur (vgl. Wirkdiagramm 9). Im «Economy»-Betrieb
der Regelung wird über das Klappensteuergerät (5) die
Primärluftklappe geschlossen.
Mit dem Vierleitersystem kann in jedem Raum individuell geheizt oder
gekühlt werden. Die Raumtemperatur-Regler haben zwei separate
Stellsignalausgänge für «Heizen» und «Kühlen» und benötigen deshalb
keinen «Change over» Thermostaten. Je nach Bauart der Induktionsgeräte,
stehen für die Raumtemperatur-Regelung luft- oder wasserseitige
Stellgeräte zu Verfügung. Fig. 8-25 zeigt die Regelung an einem Vierleiter-Induktionsgerät
mit wasserseitigen Stellgeräten.
7
1
0
Y
5
8
9
Y1 Y2
� 0 +
3 4
Q
Fig. 8-25 Wasserseitige Regelung und Steuerung eines Induktionsgerätes
(Vierleitersystem)
1 Raumgerät mit Temperaturfühler
2 Raumtemperaturregler
3 Stetiger Stellantrieb zum Heizventil
4 Stetiger Stellantrieb zum Kühlventil
5 AUF/ZU-Steuergerät der Primärluftklappe
6 Sekundärluftstrom durch Wärmeübertrager
7 Primärluft (aufbereitete Aussenluft)
8 Zuluft
9 Wirkdiagramm des Raumtemperaturreglers
Y1 Stellsignal Heizventil
Y2 Stellsignal Kühlventil
2
6
T
w
B78-22
1

8.8 Sollwertführung der
Vorlauftemperaturen
Der Raumtemperaturregler (2) vergleicht die vom Fühler (1) gemessene
Raumtemperatur mit dem eingestellten Sollwert. Bei einer Abweichung
unter den Heizsollwert bewirkt er das Öffnen des Heizventils (3),
bzw. bei einer Abweichung über den Kühlsollwert (= Heizsollwert +
Totzone) bewirkt er das Öffnen des Kühlventils (4; vgl. Wirkdiagramm
9). Im «Economy»-Betrieb der Regelung wird über das Klappensteuergerät
(5) die Primärluftklappe geschlossen.
Im Übrigen sind die Steuer-, Regel- und Überwachungsfunktionen, wie
z.B. Totzonenregelung, «Comfort»- und «Economy»-Betrieb, mit oder
ohne Gebäudeautomations-System identisch mit denjenigen der Fan-
Coil-Geräte (vgl. 8.6).
In Fan-Coil- oder Induktionsanlagen, in denen die Raumklimageräte mit
zentral aufbereitetem Warm- und Kaltwasser versorgt werden, kann es
sinnvoll sein, die Vorlauftemperaturen dem Lastzustand dieser Luftheizund
-kühlgeräte anzupassen. Als Führungsgrösse können dabei die
aktuellen Stellsignale der Raumtemperaturregler dienen. Voraussetzung
für dieses Regelkonzept (Fig. 8-26) ist die Kommunikation der Einzelraum-Regler,
über einen Bus, mit einem Gebäudeautomations-System.
W 1
W 2
� V
6
4 3 2
MAX
7
�E 1
F 1
5
W 2
W 1
� V
1 1
y [%] y [%]
Fig. 8-26 Führung der Vorlauftemperaturen für Fan-Coil- und Induktionsanlagen
1 Raumtemperaturregler
2 Maximal- oder Mittelwertbildung der Raumtemperatur-Stellsignale
3 Sollwert-Führungsgeber für die Vorlauftemperatur
4 Vorlauftemperaturregler
5 Vorlauftemperaturfühler
6 Stellgerät für die Vorlauftemperaturregelung
7 Wirkdiagramm des Führungsgebers «Heizen»
8 Wirkdiagramm des Führungsgebers «Kühlen»
F1 Führungs-Basiswert (z.B. y = 90 %)
w1 Sollwert für Vollastbetrieb
8
+E 1
F 1
B78-23
133

134
8.9 Einzelraum-Kompakt-Klimageräte
8.9.1 Fenster-Klimageräte
8.9.2 Truhenklimageräte
Das Gebäudeautomations-System wählt aus den angeschlossenen
Einzelraumreglern (1) das grösste aktuelle Stellsignal (2, Heizen oder
Kühlen) aus und übermittelt dieses dem nachgeschalteten Sollwert-
Führungsgeber (3).
Wird das grösste Stellsignal mit Wirksinn «Heizen» kleiner als der eingestellte
Führungs-Basiswert F1 (z.B. y = 90 %), dann beginnt die stetige
Absenkung (Wirkdiagramm 7) des Sollwertes der Warmwasser-Vorlauftemperatur,
entsprechend dem programmierten Führungseinfluss
–E1. Wird das grösste Stellsignal mit Wirksinn «Kühlen» kleiner als der
eingestellte Führungs-Basiswert F1 (z.B. y = 90 %), dann beginnt die
stetige Anhebung (Wirkdiagramm 8) des Sollwertes der Kaltwasser-
Vorlauftemperatur, entsprechend dem programmierten Führungseinfluss
+E1.
Je nach unterschiedlichem Lastverhalten der einzelnen Räume könnte,
anstelle des Maximal-Stellsignals, auch der Mittelwert aller Stellsignale
als Führungsgrösse dienen.
Einzelraum-Kompakt-Klimageräte dienen zur Kühlung (und teilweisen
Entfeuchtung) oder Erwärmung der Raumluft. Sie werden vom Hersteller
mit den erforderlichen Regel-, Steuer- und Sicherheitsorganen ausgerüstet
und als «stecker- oder anschlussfertige» Geräte geliefert. Zu
dieser Gruppe gehören:
• Fenster-Klimageräte
• Truhen-Klimageräte
• Schrank-Klimageräte
• Split-Klimageräte
Bei diesen Geräten lässt sich die Ventilatordrehzahl sowie die Heiz- und
Kühlleistung zwischen einer Minimal- und Maximalstufe manuell einstellen.
Bei Fensterklimageräten, die Kühlung und Heizung ermöglichen
(Wärmepumpengeräte), erfolgt die Umschaltung von Kühl- auf Heizbetrieb
durch Umkehr des Kältemittelflusses mittels eines Vierwegventils.
Dadurch werden die Funktionen zwischen Verdampfer und Kondensator
vertauscht.
Die Thermodynamik des Kältekreislaufs ist im Trainingsmodul B01HV
«Einführung in die HLK-Technik», Kapitel 4 «Physikalische Grundlagen
der HLK-Technik» beschrieben.
Truhenklimageräte erfüllen die gleichen Funktionen wie die Fenster -
klimageräte und sind auch mit den gleichen Regel- und Steuergeräten
ausgerüstet.

8.9.3 Split-Klimageräte
Der funktionelle Aufbau eines Split-Klimagerätes (Fig. 8-27) besteht
prinzipiell aus einem Kältemittel-Kreisprozess mit Kompressor (3), luftgekühlten
Kondensator (4), Expansionsventil (5) und Direktverdampfer-
Luftkühler (2). Als Zusatzkomponente im Umluftgerät könnte noch ein
Lufterwärmer als Nachwärmer eingebaut werden, falls der Luftkühler
auch zur Luftentfeuchtung dienen muss.
4
Fig. 8-27 Aufbau eines Split-Klimagerätes
1 Raumtemperatur-Regelgerät
2 Luftkühler (Verdampfer)
3 Kompressor
4 Kondensator (luftgekühlt)
5 Expansionsventil
6 Saugdrosselventil
3
6
Die Regelung der Raumtemperatur (1) erfolgt durch Eingriff in den
Kältemittelkreislauf mittels Saugdrosselventil. Damit kann die Kühlleis -
tung zwischen ca. 40 % bis 100 % stetig, und unterhalb 40 % durch
EIN/AUS-Schaltung dem Bedarf angepasst werden. Ist noch ein Elektro-
Lufterwärmer eingebaut, dann muss eine zusätzliche Heizsequenz des
Reglers über einen Stufenschalter oder ein Stromventil dessen Leis -
tung steuern.
5
2
1
W ϑR
B78-1
135

136
Quellennachweis (Zweite aktualisierte Auflage / 2004)
Quellenangabe
• Recknagel, Sprenger, Schramek
Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik
• Schweizer Bundesamt für Kulturfragen
Impulsprogramm Haustechnik

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