Raumklima- Regelung mit ABB i-bus KNX

Heizen/Kühlen – Lüftung/Klima Raumklimaregelung mit ABB i-bus ® KNX

2 2CDC 500 070 M0101 Inhalt Heizen/Kühlen – Lüftung/Klima 3 Das richtige Raumklima 4 Optimale Energieeffizienz und gesundes Raumklima 6 Regelung von Raumtemperatur und Luftqualität 7 Vernetzter Sonnenschutz 8 Raumtemperaturregelung mit elektromotorischem oder elektrothermischem Stellantrieb 10 Raumtemperaturregelung mit Gebläsekonvektoren (Fan Coil Units) 11 Regelung der Luftqualität mit Luftgütesensor 12 Alle Anwendungen integriert in der KNX-Technologie 14 ABB i-bus® KNX – weltweit im Einsatz 15 Kontakt 16

2CDC 500 070 M0101 3 Heizen/Kühlen – Lüftung/Klima Raumklimaregelung mit ABB i-bus ® KNX Mit ABB i-bus KNX ist eine Integration der Raumtemperatur- regelung sowie der Lüftungs- und Klimaregelung in die ver netzte Gebäudeinfrastruktur möglich. Nur wenn alle Gewerke (Beleuchtung, Sonnenschutz, Hei- zung-Lüftung-Klima) in einem Gebäude miteinander vernetzt arbeiten und optimal aufeinander abgestimmt sind, kann der effizienteste Betrieb eines modernen Gebäudes erreicht werden. Das gilt besonders für die Energieeffizienz, aber auch für die Bewirtschaftung, Wartung sowie die Anpassungsgeschwindig- keit und Flexibilität bei Nutzungsänderungen.

4 2CDC 500 070 M0101 Die nachstehende Grafik zeigt für einige Gebäudetypen die Abweichungen der Energieverbräuche in den Energieeffizienz- klassen A, B und D in Bezug auf die Basiswerte in Klasse C. Mit Klasse A kann man zum Beispiel in Büros 30 % thermischer Energie einsparen. Hoch energieeffiziente Raumautomation und vernetzte Gewerke Höherwertige, Gewerke-optimierte Einzellösung, partiell vernetzt Standard Raumautomation, Referenzgrundlage Keine Raumautomation, nicht energieeffizient Einsparpotenziale bei thermischer Energie Büro Schule Hotel 0,70 0,80 0,68 0,80 0,88 0,85 1 1 1 1,51 1,20 1,31 Einsparpotenziale bei elektrischer Energie Büro Schule Hotel 0,87 0,86 0,90 0,93 0,93 0,95 1 1 1 1,10 1,07 1,07 Energieeffizienzklassen nach EN 15232 A B C D Das richtige Raumklima Mit ABB i-bus ® KNX eine effiziente Sache Industrie Wohngebäude Zweckgebäude Transport Beleuchtung Klimatisierung Bürogeräte Sonstiges Warmwasser Energieverbrauch in Gebäuden 1) Anteil von Gebäuden am Gesamtenergieverbrauch 2) Der größte Teil des Energieverbrauchs im Gebäude ist auf die Klima- tisierung zurückzuführen, je nach Klimaregion und Jahreszeit mit unterschiedlichen Schwerpunkten (Heizen, Kühlen, Lüften) und Anwendungen (Gebläsekonvektor (Fan Coil Unit), Warmwasser- heizung, Elektroheizung, Klimaanlage, Kühlsysteme durch Bau- teilaktivierung, usw.). Im Bereich der Klimatisierung liegen große Optimierungspotenziale für die Gebäudeenergieeffizienz, wie das auch in der europäischen Norm EN 15232 dargestellt ist. 1) Quelle: Office Buildings end usage (U.S. Average) 2) Quelle: www.architecture2030.org

2CDC 500 070 M0101 5 Funktionsliste und Zuordnung zu den Klassen der Gebäudeautomation – Energieeffizienz (Ausschnitt aus Tabelle 1 der EN 15232:2007 [D]) Heizbetrieb / Kühlbetrieb Lüftung- / Klimaregelung Sonnenschutz Beleuchtung A – Integrierte Einzelraumregelung einschließlich bedarfsgeführter Rege- lung (durch Nutzung, Luftqualität usw.) – Bedarfsgesteuerte oder außentempera- turgesteuerte Vorlauftemperatur – Vollständige Verriegelung zwischen Heiz- und Kühlbetrieb – Anwesenheitsabhängige oder bedarfsabhängige Regelung des Luftstromes auf Raumebene – Regelung der Vorlauftemperatur mit variablem Sollwert in Abhängigkeit von der Last – Regelung der Feuchte der Raum- oder Abluft – Elektrische Jalousieantriebe und Sonnenschutzsteuerung mit Vernetzung von Jalousie- und Beleuchtungssteuerung sowie Vernetzung von Jalousie steuerung und Heizung, Lüftung, Klima - ti sierung – Konstantlichtregelung – Ein- / Ausschalten über Präsenzmelder B – Einzelraumregelung mit Kommunikation zwischen den Regeleinrichtungen und der Gebäudeautomation – Bedarfsgesteuerte oder außentempera- turgesteuerte Vorlauftemperatur – Teilweise Verriegelung zwischen Heiz- und Kühlbetrieb (abh. vom HLK-System) – Zeitabhängige Regelung des Luftstromes auf Raumebene – Regelung der Vorlauftemperatur mit variablem Sollwert in Abhängigkeit von der Außentemperatur – Regelung der Feuchte der Zuluft – Elektrische Jalousieantriebe und automatische Sonnen- schutzsteuerung – Außenlichtabhängige Lichtsteuerung – Ein- / Ausschalten über Präsenzmelder C – Automatische Einzelraumregelung mit Hilfe von Thermostatventilen oder durch elektronische Regeleinrichtungen – Bedarfsgesteuerte oder von der Außen- temperatur abhängige variable Vorlauf- temperatur – Teilweise Verriegelung zwischen Heiz- und Kühlbetrieb (abh. vom HLK-System) – Zeitabhängige Regelung des Luftstromes auf Raumebene – Regelung der Vorlauftemperatur mit konstantem Sollwert – Begrenzung der Feuchte der Zuluft – Elektrische Jalousieantriebe und einfache Sonnenschutz- automatik – Beleuchtungsstärke von Hand einstellbar / dimmbar – Ein- / Ausschalten von Hand mit übergeordne- ter Ausschaltung D – Zentrale automatische Regelung oder keine automatische Regelung – Konstante Vorlauftemperatur – Keine Verriegelung zwischen Heiz- und Kühlbetrieb – Manuelle oder keine Regelung des Luftstromes auf Raumebene – Konstante Vorlauftemperatur – Keine Luftfeuchte-Regelung – Elektrische Jalousieantriebe mit Handbedienung – Manuelles Ein- / Aus- schalten Die Tabelle auf dieser Seite zeigt konkrete Anforderungen an die haustechnischen Gewerke zur Erreichung der gewünschten Energie- effizienzklasse. Auffällig sind hierbei insbesondere zwei Tatsachen: 1. Die höheren Effizienzklassen sind nur durch einen höheren Vernetzungsgrad zu erreichen. 2. Bedingt durch die physikalischen Zusammenhänge, besteht eine Wechselwirkung zwischen den Gewerken.

6 2CDC 500 070 M0101 Optimale Energieeffizienz und gesundes Raumklima Eine Planungsaufgabe Die europäische Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz in Gebäuden EPBD fordert, dass in den Methoden zum Nachweis der Gesamt- energieeffizienz die jeweiligen außenklimatischen Anforderungen sowie die Anforderungen an das Innenraumklima Berücksichtigung finden. Dies bedeutet, dass die für den Raumkomfort und die Behaglichkeit wichtigen Größen Raumtemperatur, Raumluftfeuchte und Raumluftqualität bei der energetischen Bewertung von Ge- bäuden betrachtet werden müssen. Ein optimaler Gebäudebetrieb, der den unterschiedlichen Anforde- rungen gerecht wird, kann nur durch eine vernetzte Steuerungs- infrastruktur aller gebäudetechnischen Anlagen erreicht werden. Hier bietet Gebäudesystemtechnik mit ABB i-bus KNX eine hervor- ragende und bewährte Planungsgrundlage, um gewerkeüber- greifende Lösungen zu entwickeln.

2CDC 500 070 M0101 7 Einflussgrößen auf die Raumtemperatur Die Raumtemperatur wird durch äußere und innere Faktoren be- einflusst. Von außen hat besonders die Sonne Einwirkung auf die Raumtemperatur. Das umso mehr, je mehr Glaselemente in der Fassade genutzt werden. Außerdem geschieht über Wände und Fenster ein ständiger Temperaturaustausch mit der Umwelt, aber auch innerhalb des Gebäudes zwischen den Räumen und Etagen. Als dritter Faktor kann die Temperaturabgabe über offene Fenster oder Türen angesehen werden. Abhängig von der Intensität, haben diese Wechselwirkungen einen Einfluss auf die Energieeffizienz des Gebäudes. Durch geeignete Maßnahmen können diese Wechselwirkungen in Bezug auf die Energieeffizienz optimiert werden. Im Innern wirken sich unter- schiedliche Wärmequellen auf die Raumtemperatur aus. Diese Faktoren müssen ebenfalls bei der Planung und Auslegung der Gebäudetechnik mitbeachtet werden. Regelung von Raumtemperatur und Luftqualität Die wichtigsten Einflüsse auf das Raumklima Einflussgrößen auf die Luftqualität Das Raumklima in Wohn- und Arbeitsräumen beeinflusst Gesund- heit, Arbeitsleistung und Behaglichkeit der Menschen. Als ein ent- scheidender Faktor für die Bestimmung der Raumluftqualität, die neben der Raumtemperatur für das Raumklima mitentscheidend ist, kann der CO 2 -Gehalt der Luft herangezogen werden. Studien haben ergeben, dass sich abhängig vom CO 2 -Gehalt der Raumluft die Arbeits- und Konzentrationsfähigkeit des Menschen verändern. Ein hoher CO 2 -Gehalt führt z.B. schneller zu Müdigkeit. Neben dem natürlichen CO 2 -Gehalt der Luft, reichern Menschen beim Atmen den CO 2 -Gehalt der Luft zusätzlich an. Dies hat Aus- wirkungen in Räumen, in denen sich viele Menschen über längere Zeit aufhalten, z. B. in Schulen und Seminarräumen. In solchen Räumen ist es deshalb besonders wichtig, den CO 2 -Gehalt zu messen und bei Bedarf rechtzeitig für ausreichende Belüftung zu sorgen. Wärmestrahlung durch Sonne, Beleuchtung, Geräte/Anlagen und Menschen Temperaturabgabe durch offene Türen Temperaturaustausch durch Wände/Fenster

8 2CDC 500 070 M0101 Vernetzter Sonnenschutz Schont Ressourcen und Kosten Im Hinblick auf die Fragen der Energieeffizienz in Gebäuden spielen auch Sonnenschutzsteuerungen eine wichtige Rolle, wenn es um die Klimatisierung geht. Eine intelligente Jalousiesteuerung wirkt klima optimierend auf das Gebäude und unterstützt den Nutzer bei einem schonenden und kostenoptimierten Energieeinsatz. Die besten Resultate ergeben sich bei einer Vernetzung der Jalousie steuerung mit den Systemen der Raumklimatisierung. Um ein unnötiges Aufheizen der Räume zu verhindern, ist es im Sommer notwendig, die Jalousien an den Gebäudefassaden zu schließen, die gerade von der Sonne beschienen werden – so lässt sich Energie einsparen für die Kühlung der Arbeitsbereiche. Im Winter ergibt sich ein umgekehrter Effekt. Hier ist es sinnvoll, möglichst viel Sonnenwärme in die Räume einzubringen – dies spart Energie für die Raumheizung. In beiden Fällen ist es notwendig, die „Klimasteuerung“ der Jalousien mit der Anwesenheit von Personen in einem Raum abzugleichen. Solange in einem Raum gearbeitet wird, sollte die lichtabhängige Jalousiesteuerung Vorrang haben – dies gilt besonders bei Bild- schirmarbeitsplätzen, aber beispielsweise auch in Schulen oder Besprechungsräumen. Alle ABB i-bus KNX-Jalousieaktoren ver- fügen bereits serienmäßig über eine Heizen-/Kühlen-Automatik zur Klimasteuerung der Jalousien. Zur Optimierung der Tages- lichtnutzung kann zusätzlich ein Jalousiesteuerbaustein JSB/S eingesetzt werden. Wie Untersuchungen der Hochschule Biberach ergeben haben, reduziert eine Klimasteuerung der Jalousien die elektrische Energie für eine Kühlanlage um bis zu 30 %. ermittelt von der Hochschule Biberach mit ABB i-bus ® KNX-Komponenten nach dem Nutzungsprofil „Großraumbüro“ (Nutzungsprofil 3 [DIN V 18599-10:2005-07]) in einem Beispielgebäude (klassisches Bürogebäude) aus dem 5S IBP:18599-Programm. Die Einsparpotenziale beziehen sich auf den Endenergieverbrauch. Die Forschungsergebnisse sind beschrieben in der Studie „Energieeinspar- potenzial und Energieeffizienz durch Bustechnik sowie Raum- und Gebäudeautomation“, die 2008 für ABB STOTZ-KONTAKT GmbH und Busch-Jaeger Elektro GmbH erstellt wurde. Einsparpotenziale für die Kühlung durch automatische Jalousiesteuerung Automatische Jalousiesteuerung (Dämmerungsautomatik, Zeitschaltprogramm) Automatische Jalousiesteuerung (abhängig von der Außenhelligkeit) Automatische Jalousiesteuerung (Lamellennachführung abhängig vom Sonnenstand) Automatische Jalousiesteuerung (Lamellennachführung abhängig vom Sonnenstand und präsenzgesteuerte Konstantlichtregelung) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Einsparpotenziale gegenüber manueller Bedienung

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10 2CDC 500 070 M0101 Zeitsteuerung, Logiksteuerung z.B. ABZ/S, ABL/S, SW/S Vorgabe des Reglerbetriebs- zustands und Heizprofils PrŠsenzsteuerung z.B. PM/A Vorgabe des Reglerbetriebs- zustands Raumtemperaturregler mit Temperaturmessung z.B. TUS/U, RDF/A KNX Einstellung der Solltemperatur FensterŸberwachung Elektromotorischer Stellantrieb z.B. ST/K Elektrothermische Stellantriebe, TSA/K Elektronischer Schaltaktor z.B. ES/S, ER/U, VAA/A TUS/U: Tastsensor mit RTR RDF/A: RTR Fan Coil mit Display PM/A: PrŠsenzmelder ABZ/S: Applikationsbaustein Zeit ABL/S: Applikationsbaustein Logik SW/S: Schaltuhr ST/K: Elektromotorischer Stellantrieb ES/S: Elektronischer Schaltaktor ER/U: Elektronisches Relais VAA/A: Ventil-Antriebs-Aktor Raumtemperaturregelung mit elektromotorischem oder elektrothermischem St ellantri eb Ventil steuert WŠrmezufuhr WŠrmeeintrag von anderen WŠrmequellen (z. B. Sonne, Personen, GerŠte) Raumtemperaturregler Stellgrš§e fŸr Ventilšffnung Sollwert WŠrmeeigenschaften des Raumes Istwert Mit Hilfe des Raumtemperaturreglers (RTR) wird die gewünschte Raumtemperatur eingestellt (Sollwert). Diese Einstellung erfolgt für die unterschiedlichen Betriebszustände des Reglers (Anwesen- heit, Abwesenheit, Nacht, Frostschutz). Im RTR ist ein Temperatur- sensor integriert, der die tatsächliche Temperatur im Raum misst (Istwert). Durch einen stetigen Vergleich von Sollwert und Istwert errechnet der RTR Stellgrößen für die Öffnung der Stellantriebe, die die Heizventile öffnen oder schließen. Aus Gründen der Energie- effizienz sollte die Überwachung der Fenster in die Raumtemperatur- regelung einbezogen werden. Solange Fenster geöffnet sind, wird dabei der Betriebszustand des RTR auf Frostschutz umgeschaltet, so dass keine Heizenergie unnötig verschwendet wird. Ablauf der Raumtemperaturregelung Heizen Kühlen

2CDC 500 070 M0101 11 Raumtemperaturregelung mit Gebläsekonvektoren (Fan Coil Units) Ventil HEIZEN Ventil KÜHLEN Lüfter Fensterkontakt Lüftersteuerung Wärmetauscher Wärmetauscher 4-Rohr-System FCA/S KNX Kondenswasser- meldung Gebläsekonvektoren sind Wärmetauscher, bei denen der Wasser- fluss wie bei Heizkörpern und Warmwasser-Fußbodenheizungen über ein Ventil geregelt wird. Über einen Lüfter wird die erwärmte oder gekühlte Luft in den Raum geblasen. Durch diese erzwungene Konvektion lässt sich eine schnelle Temperaturanpassung im Raum erreichen. Optional kann die Lufterwärmung auch über elektrische Heizstufen erreicht werden. Diese Variante wird besonders in heißen Klima- regionen eingesetzt, in denen die Installation eines Warmwasser- Heizungssystems zu aufwändig ist. Raumtemperaturregler mit Temperaturmessung z.B. RDF/A Einstellung der Solltemperatur, Einstellung der LŸftergeschwindigkeit, Einstellung des Reglerbetriebszustands Zeitsteuerung, Logiksteuerung z.B. ABZ/S, ABL/S, SW/S Vorgabe des Reglerbetriebs- zustands und Heizprofils KNX PrŠsenzsteuerung z.B. PM/A Vorgabe des Reglerbetriebs- zustands FensterŸberwachung Kondenswasser- Ÿberwachung Steuerung Fan Coil Unit mit: Ventil KŸhlen, Ventil Heizen, LŸftersteuerung z.B. FCA/S, RM/S Ventil KŸhlen Ventil Heizen LŸfter Optional: Elektrische Heizstufen RDF/A: RTR Fan Coil mit Display PM/A: PrŠsenzmelder ABZ/S: Applikationsbaustein Zeit ABL/S: Applikationsbaustein Logik SW/S: Schaltuhr FCA/S: Fan Coil-Aktor RM/S: Raum Master Steuerung einer Fan Coil Unit über Fan Coil Aktor FCA/S Heizen Kühlen Lüftung Klimatisierung

12 2CDC 500 070 M0101 Regelung der Luftqualität mit Luftgütesensor z.B. LGS/A KNX PrŠsenzsteuerung z.B. PM/A Vorgabe des Reglerbetriebs- zustands Zeitsteuerung, Logiksteuerung z.B. ABZ/S, ABL/S, SW/S Vorgabe des Reglerbetriebs- zustands und Heizprofils Messung und †berwachung von CO 2 Konzentration, Temperatur, und Luftfeuchtigkeit CO 2 Konzentration Temperatur, Luftfeuchtigkeit z.B. US/U optional: manuelle Einstellung der LŸfterstufe Steuerung von LŸftern und GeblŠsen z.B. LFA/S, FCA/S, RM/S, FC/S Ventilator (mehrstufig) Ansteuerung von motorisch angetriebenen Fenstern z.B. JA/S Motorantrieb LGS/A: LuftgŸtesensor US/U: Universal-Schnittstelle PM/A: PrŠsenzmelder ABZ/S: Applikationsbaustein Zeit ABL/S: Applikationsbaustein Logik SW/S: Schaltuhr LFA/S: LŸfter-/Fan Coil-Aktor FCA/S: Fan Coil-Aktor RM/S: Raum Master FC/S: Fan Coil-Regler JA/S: Jalousieaktor Der Luftgütesensor misst neben der Raumtemperatur und Raum- luftfeuchtigkeit auch den CO 2 Gehalt der Raumluft. Durch die ein- gestellten Schwellwerte können Lüfterstufen über KNX geschaltet werden um die Raumluft mit Frischluft anzureichern und so den CO 2 Gehalt automatisch zu regulieren. Neben dem CO 2 Gehalt sind auch die Werte für Raumtemperatur und Raumluftfeuchtigkeit für ein behagliches Raumklima aus- schlaggebend. 2500 2000 1500 1000 500 CO 2 Konzentration Zeit abnehmende Konzentration, Kopfschmerzen stšrend angenehm Relative Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft in % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 unbehaglich feucht behaglich noch behaglich unbehaglich trocken Umgebungstemperatur in ¡C 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Quelle: VFW e.V. 2500 2000 1500 1000 500 CO 2 Konzentration Zeit abnehmende Konzentration, Kopfschmerzen stšrend angenehm Relative Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft in % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 unbehaglich feucht behaglich noch behaglich unbehaglich trocken Umgebungstemperatur in ¡C 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Quelle: VFW e.V. Lüftung Klimatisierung Einfluss der CO 2 Konzentration auf das Wohlbefinden Behagliches Raumklima – abhängig von Raumtemperatur und Raumluftfeuchtigkeit

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14 2CDC 500 070 M0101 Alle Anwendungen integriert in der KNX-Technologie Funktionen im Detail ABB i-bus ® KNX wird tagtäglich von Elektroplanern, Elektroinstallateuren und Systemintegratoren weltweit eingesetzt. Zufriedene Kunden genießen in Tausenden von Projekten die Funktionsvorteile, die durch die Imple- mentierung der KNX-Technologie zur Verfügung gestellt werden. Beleuchtung Lichtsteuerung und -regelung Klimatisierung Heizung, Klimaanlagen und Lüftung Beschattung Rollladen- und Jalousiesteuerung Sicherheit Sicherheit und Überwachung Energiemanagement Energie- und Verbrauchsmanagement Automatisierung Zentrale Automatisierung und Fernwirktechnik Kommunikation Fernzugriff (Remote Access) und Kommunikations-Gateways Komfortable Bedienung Anzeigen, Bedienen, Beobachten Beleuchtung Beschattung Heizung Klimatisierung Lüftung Energie- manage ment Automatisierung Komfortable Bedienung Kommunikation Sicherheits- technik KNX-Bus ABB i-bus ® KNX: Integration aller Funktionen

2CDC 500 070 M0101 15 Pudong International Airport, Shanghai, China Le Reve Tower, Appartments Dubai, Vereinigte Arabische Emirate Schulkomplex Neufahrn, Deutschland Bürogebäude IO – 1 Warschau, Polen ABB i-bus ® KNX – weltweit im Einsatz Auszug aus unseren Referenzen

Druckschrift Nummer 2CDC 500 070 M0101 gedruckt in Deutschland (03/11-2-ZVD) Hinweis: Technische Änderungen der Produkte sowie Änderungen im Inhalt dieses Dokuments behalten wir uns jederzeit ohne Vorankündigung vor. Bei Bestellungen sind die jeweils vereinbarten Beschaffenheiten maßgebend. Die ABB AG über- nimmt keinerlei Verantwortung für eventuelle Fehler oder Unvollständigkeiten in diesem Dokument. Wir behalten uns alle Rechte an diesem Dokument und den darin enthaltenen Gegenständen und Abbildungen vor. Vervielfältigung, Bekanntgabe an Dritte oder Verwertung seines Inhaltes – auch von Teilen – ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung durch die ABB AG verboten. Copyright© 2011 ABB Alle Rechte vorbehalten ABB STOTZ-KONTAKT GmbH Eppelheimer Straße 82 69123 Heidelberg, Deutschland Telefon: +49 (0)6221 701 607 Telefax: +49 (0)6221 701 724 E-Mail: [email protected] Weitere Informationen und Ansprechpartner: www.abb.com/knx Kontakt