Einleitung:

Die Luftqualität in einem Raum ist maßgeblich für unser Wohlbefinden. Man könnte sogar sagen, dass die Luft, die wir einatmen, unser Nahrungsmittel Nummer 1 ist. Die Qualität der Luft sollte daher so gut wie möglich sein, wenn man bedenkt, dass wir uns über 90 % unseres Lebens innerhalb von Räumen aufhalten.

In Altbauhäusern ist dies zwar kein Problem, da durch baulich bedingte Undichtigkeiten die Luftinfiltration sehr hoch ist und aufgrund von Ritzen, beispielsweise durch Rolladenkästen, ein ständiger Luftwechsel stattfindet, allerdings versucht man heute aus energetischen Gründen die Luftleckagen immer weiter einzudämmen, was natürlich eine Verschlechterung der Raumluftqualität zur Folge hat.

Hinzu kommt, dass belastende und sogar krankmachende Luftinhaltsstoffe, die durch Möbel, Kleber, Lacke, Kunststoffe, Putzmittel usw. an die Raumluft abgegeben werden, aus gesundheitlichen Gründen abtransportiert werden sollten.

Außerdem ist die Luftfeuchtigkeit ein großes Thema. Zum einen kann durch bauliche Mängel Schimmel entstehen (Wärmebrücken) und zum anderen kann die relative Luftfeuchtigkeit im Winter schnell unter 40% fallen, was der Mensch wiederum als unbehaglich empfindet.

Als maßgebende Größe um die Raumluftqualität sichtbar zu machen kann der CO₂-Gehalt der Raumluft verwendet werden. Jeder hat schon einmal folgende Situation erlebt: In einem mit Menschen überfüllten Raum fällt einem beim Betreten sofort der unangenehm muffige Geruch auf. Die Personen, die sich im Raum befinden, nehmen diesen nicht mehr wahr.

Jeder Atemstoß eines Menschen enthält 4% (40000 ppm) CO₂. Laut Max von Pettenkofer soll die CO₂-Konzentration von 1000 ppm (0,1%) nicht überschritten werden. Diese Konzentration ist aber schnell überschritten, wenn gar nicht oder unregelmäßig gelüftet wird. Beste Beispiele sind ein Schlafzimmer am Morgen oder eine Schulklasse vor der Pause.

Angesichts dieser Problematik ist es sinnvoll, die Wohnungslüftung an einen CO₂-Sensor zu koppeln, der die Lüftung bedarfsgerecht regeln kann.

Regelstrategie:

Ziel des Projektes ist es, die Qualität der Raumluft durch eine bedarfsgerechte Regelstrategie, unabhängig von jeder im Wohnraum auftretenden Beanspruchung, möglichst konstant zu halten. Die Beanspruchungen können beispielsweise durch Menschen, Pflanzen, Kochen oder Temperaturschwankungen verursacht werden. Die bedarfsgerechte Regelung reagiert auf die Veränderungen mit Lüften, Heizen und Befeuchten.

Durch bedarforientiertes Heizen, Lüften und Befeuchten können außerdem eine Menge Energiekosten gespart werden. Außer dem eingestellten Mindestluftwechsel reagiert die Anlage nur, wenn die Raumluftbehaglichkeit gefährdet ist. Zusätzlich wird der Vergesslichkeit und Bequemlichkeit der Bewohner entgegengewirkt.

Daraus ergeben sich die Regelgrößen CO₂, Temperatur und relative Feuchte, die durch Luftqualitätssensoren innerhalb des Gebäudes abgefragt werden.

Bestehende Heizungssteuerungen orientieren sich an der Außentemperatur. Die Vorlauftemperatur der Heizkörper wird hier abhängig von der Temperatur außerhalb des Gebäudes gesteuert. Dies führt zu einer teils zufälligen Raumtemperatur, weil innere Einflüsse (Kochen, Duschen, …) nicht berücksichtigt werden.

In Niedrigenergie- und Passivhäusern z.B. ist es aufgrund des energetischen Gesamtkonzepts eine Notwendigkeit, Lüftung und Heizung nach inneren Gegebenheiten zu regeln.

Für den Versuchsaufbau (Bild 1) wird ein Wohnungslüftungsgerät mit Wärmepumpe und frequenzgesteuertem Kompressor verwendet. Die Luftfeuchte wird durch Ultraschallbefeuchtung realisiert. Die Software-SPS OAT‘s berechnet den Regelalgorithmus und kommuniziert durch ein I/O-System von Wago mit dem Wohnungslüftungsgerät. Die Software-SPS ist auf einem DOS-PC installiert. Hier sind die Sensoren über die RS-232-Schnittstelle angeschlossen. Die Sensoren liefern CO₂, Temperatur und relative Feuchte als Regelgrößen.

Bild 1 - Versuchsschema

Die Regelstrategie besteht im Wesentlichen aus einer kaskadierten Regelung zweier Adaptivregler (lernfähiger Regler). Die innere Kaskade regelt die Luftkonditionierung direkt am Ausblasrohr, an dem sich auch der erste Sensor befindet. Hier werden Temperatur und Feuchte eingeregelt. Die innere Kaskade ist außerdem Stellgröße für die äußere Kaskade (Raum/Wohnung). Der zweite Sensor befindet sich im Raum und misst neben Temperatur und Feuchte auch die CO₂- Konzentration. Steigt die CO₂- Konzentration an, wird die Luftmenge am Ausblasrohr erhöht (Bild 2).

Bild 2 - Regelungsschema

Gegenwärtig wird an einer neuen Hardwarekonzeption gearbeitet, die eine Kommunikation der Wohnungslüftungsanlage mit seinen Peripherien über Ethernet erlaubt. Mit der neuen Hardwarebasis wird es möglich sein, per Internetbrowser von überall auf die Anlage zuzugreifen.

>>>TZWL-Ansprechpartner: Prof. Dipl.-Ing. Peter Müller