Zunehmendes Umweltbewusstsein, Verknappung der Ressourcen und vor allem steigende Energiepreise lassen die Frage nach bewussterem Umgang mit Energie immer wieder zum Tagesgespräch werden. Dabei gibt es noch ein großes Potenzial an möglichen Einsparungen, ohne dass wir einen spürbaren Komfortverlust hinnehmen müssten. – Der Schlüssel hierzu heißt Effizienz. Mit neuen Technologien, aber auch mit der Vernetzung bestehender Techniken, lassen sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen.
In der Vergangenheit war der effiziente bzw. sparsame Umgang mit Energie wirtschaftlich nicht interessant. Die Mehrausgaben zur Energieeinsparung wogen häufig die rein rechnerischen Einsparungen auf. Mit steigenden Energiekosten sieht das schon anders aus: Schreibt man den Preisanstieg der letzten Jahre fort, so rechnen sich zukünftig viele Investitionen. – Im einfachsten Fall kann man mit marktüblichen Komponenten durch Vernetzung und intelligente Steuerung den Energieverbrauch deutlich effizienter gestalten.
Vernetzung hilft Energie sparen
Einsparpotenziale liegen in industriellen Gebäuden und privaten Haushalten vor allem bei der Heizung, die den größten Teil des Energieverbrauchs ausmacht. Beispielsweise kann die Heizung an der Südseite eines Gebäudes heruntergefahren werden, wenn die Sonne durch die Fenster scheint. Ohne Vernetzung mit einem Sonnensensor reagiert die Heizung aber erst, wenn die Temperatur über den Sollwert klettert. Die Restwärme in den Heizkörpern führt daher zu einer kurzzeitigen Übertemperatur. Ist die Heizung mit dem Sonnensensor der Beschattungsanlage über eine intelligente Steuerung verbunden, werden die entsprechenden Informationen abgerufen und verarbeitet. Über einen Internetzugriff auf die Wetterprognose kann die Heizung auch vorausschauend arbeiten, indem sie sich auf die Klimadaten entsprechend einstellt.
Die Embedded-PC-Serie CX bietet, zusammen mit dem Automatisierungsbaukasten, bestehend aus I/O-Modulen und unterschiedlichen Gateways, die Möglichkeit, alle Geräte direkt anzusteuern bzw. zu vernetzen. Einfaches Zusammenstecken verbindet die Hardware mit den notwendigen Signalen zu einer leistungsfähigen und kompakten Lösung. Die auf dem CX integrierte Steuerungssoftware TwinCAT und das Betriebssystem Windows stellen eine leistungsfähige und flexible Plattform für die schnelle Handhabung großer Datenmengen über unterschiedliche Kommunikationswege zur Verfügung. Der CX dient als Bindeglied zwischen IT, Multimedia und Video auf der einen Seite und der Sensorik und Aktorik und den Subbussen auf der anderen Seite.
Bedarfsgerechte Beleuchtung
Der Automatisierungsbaukasten bietet alle Voraussetzungen für eine moderne, innovative Gebäudesteuerung auf der Basis von Standardkomponenten. Bedarfsgerechte Beleuchtung, in Abhängigkeit vom Tageslicht/Sonne, Wochentag, Tages- oder Nachtzeit sowie An- und Abwesenheit, lässt sich durch unterschiedliche Schnittstellen in das System integrieren. Der einfachste Fall ist der direkte Anschluss des Leuchtmittels an einen Dimmer. Die Universaldimmerklemmen – bis 600 VA in einer Standard-Busklemme auf 12 mm – erkennen die Art des Beleuchtungsmittels und stellen sich auf dieses ein. Durch die eingebaute Kurzschlussfestigkeit vereinfacht sich die spätere Wartung, d. h. beim „Durchbrennen“ eines Glühdrahtes muss die Sicherung nicht mehr gewechselt werden. Der Dimmer wird ohne weitere Verbindungskabel, Schalter oder Parameter von der Steuerung aus angesprochen.
Komplexere Beleuchtungsgeräte arbeiten mit eingebauten Schnittstellen, wie DALI und DMX. Über entsprechende Busklemmen kann die Steuerung mit diesen kommunizieren. Die gesamte Beleuchtungsvielfalt kann energetisch sinnvoll und gleichzeitig komfortabel von der Steuerung aus kontrolliert werden.
Effiziente Drehzahlregelung von Pumpen und Lüftern
Zirkulationspumpen werden in älteren Anlagen mechanisch gedrosselt betrieben, wodurch sich der Arbeitspunkt verschiebt und die Pumpe besonders ineffizient arbeitet. Mit einem einfachen Regelkonzept lässt sich der Volumenstrom dem Bedarf anpassen und die Drehzahl der Pumpe entsprechend reduzieren. Besonders in kleinen Heizungsanlagen ist die Zirkulationspumpe meist um ein Vielfaches überdimensioniert und bietet Einsparpotenzial. Die logische Verbindung der Pumpe mit der Zentralsteuerung lässt sich durch die 230-V-Ausgangsklemme KL2791 einfach realisieren. Die Klemme enthält eine Leistungselektronik, die einen 1-Phasenmotor in einem weiten Drehzahlbereich – um 10 % bis zu 100 % – verändern kann. Zusammenhänge, wie Außen- und Innentemperatur, aber auch Anwesenheit und Windgeschwindigkeit, beeinflussen den Wärmebedarf und damit auch den notwendigen Volumenstrom der Zirkulationspumpe.
Ein Luftbedarfsprofil sorgt für gute Luft und spart Heiz- und Stromkosten. Wie auch bei den Pumpen ist es aufwändig, für Lüfter eine Schnittstelle zur Steuerung zu gestalten. Mit der KL2791 „schreibt“ die Software nur einen digitalen Wert und kontrolliert die Förderleistung. Die Druckmessklemmen KM37xx ermitteln den Volumenstrom durch Staudruck und können so den Verschmutzungsgrad der Filter feststellen. Auf diese Weise findet der Betrieb in den vorgesehenen Grenzen statt. Die Folge ist, dass weniger Verbrauchsmaterial (Filter) anfällt und geringerer Energieeinsatz notwendig ist, als wenn Filter über Monate unbemerkt verschmutzt sind. Voraussetzung für Einsparungen und eine effizientere Nutzung von Energie sind exakte Verbrauchsmessungen. Erst die Messung einzelner Verbraucher und kleiner Gruppen lässt einen gezielten Eingriff und auch eine Erfolgskontrolle zu. Dadurch sieht man schnell, wo sich das Nachdenken erst gar nicht lohnt und wo Einsparpotenzial besteht. Die KL3403 stellt jedem Feldbus eine umfangreiche Netzanalyse zur Verfügung, auf deren Basis eine Art „Selbstlernen“ möglich ist: Mit dem Ein- und Ausschalten von Geräten sind typische Energieverbräuche verbunden. Treten diese nicht auf, kann man auf einen Fehler im Gerät geschlossen und ein Techniker (zumindest über Fernwartung) mit der Kontrolle beauftragt werden.
Uwe Prüßmeier Produktmanager für I/O-Systeme, Beckhoff Automation in Verl
PC-Baukasten
Mit dem Beckhoff-Automatisierungsbaukasten werden weltweit Lösungen in vielen Bereichen der Gebäudeautomation realisiert. Die PC- und Ethernet-basierte Steuerungstechnik ist aufgrund der offenen Schnittstellen, die auf IT- und Windows-Standards basieren, von Haus aus bestens für die Gebäudeautomatisierung geeignet. Die vielfältigen Funktionen eines Gebäudes beruhen auf tausenden von Datenpunkten, die erfasst, verarbeitet, weitergeleitet, zentral ausgewertet und visualisiert werden müssen. Das moderne Facility-Management muss zudem flexibel und schnell auf Gebäude und Nutzungsänderungen reagieren können.
Das skalierbare, modulare Steuerungssystem bietet für jede Aufgabenstellung die passende Lösung: von der PC-basierten Gebäudesteuerung als Industrie-PC oder Embedded-PC bis zum dezentralen Ethernet-Controller. Das Busklemmensystem für die Anbindung der Datenpunkte unterstützt mit 400 verschiedenen I/O-Klemmen alle gängigen Sensoren und Aktoren.
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