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Auf Wissen bauen

Simone Steiger und Runa T. Hellwig

Symposium „Innovative Lüftungstechnik für Schulen – Hybride Lüftung“

Automatisierte Fensterlüftung –Fassadengestaltung und Regelungskonzept

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Inhalt

Freilandversuchseinrichtung

Grundlegende Fensterlüftungsversuche im Winter

Automatisierung der Fensterlüftung – Regelung der Raumparameter

Besuche von realen Schülern im Testgebäude

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Freilandversuchseinrichtung „Schulhaus“

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Messeinrichtungen und Dummies

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Schwingflügel 2 Reihen Kippfenster 1 Reihe Kippfenster

Untersuchte Anordnungen der Öffnungen in der Fassade

Variation Öffnung von 7 bis 90%(4 – 46 cmKettenlänge)

Öffnungsweite50% oder 100%

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Winterversuche

Wichtigste Zielgrößen:

Luftqualität und thermische Behaglichkeit gekennzeichnet durch

Luftwechsel

Raumlufttemperatur

Zugluftrate neben dem Fenster

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Luftwechsel bei Schwingflügeln

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Luftwechsel bei Kippflügeln

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Zugluftrate bei Schwingflügeln

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Zugluftrate bei Kippflügeln

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Raumlufttemperatur bei Schwingflügeln

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Raumlufttemperatur bei Kippflügeln

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Winterversuche

Potentielle Einflussgrößen auf die Zielgrößen

Variante: Öffnungsweite und/oder Kombination von Kippflügeln

Außentemperatur

Windgeschwindigkeit

Windrichtung

→ Statistisches Verfahren zur Messdatenauswertung (Entscheidungsbaumverfahren)

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Schwingflügel – Einfluss auf Luftwechsel

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2 Reihen Kippflügel – Einfluss auf Luftwechsel

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1 Reihe Kippflügel – Einfluss auf Luftwechsel

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Wichtigste Einflussgrößen auf freie Lüftung

Einflussgröße

(2)21Zugluftrate

21Raumlufttemperatur

21Luftwechsel

WRWGTa∆TVarianteZielgröße

Schwingflügel

→ gut geeignet zur automatisierten Fensterlüftung

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Wichtigste Einflussgrößen auf freie Lüftung

Einflussgröße

21Zugluftrate

12Raumlufttemperatur

12Luftwechsel

WRWGTa∆TVarianteZielgröße

2 Reihen Kippflügel

1 Reihe Kippfenster

Einflussgröße

21Zugluftrate

221Raumlufttemperatur

21Luftwechsel

WRWGTa∆TVarianteZielgröße

→ besser geeignet zur automatisierten Fensterlüftung

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Regelungsversuche

Herausforderungen bei der Automatisierung der Fensterlüftung:

Variable Lasten im Raum

Zwei Regelgrößen (Raumtemperatur, Luftqualität)

Störgrößen (Außentemperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung)

Variable Eigenschaften der Raumluftströmung:ZuluftmengenZulufttemperatur

Heizung

→ mit mathematischen Modellen schwer zu beschreiben

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Fuzzy - Control

Vorteile Fuzzy-Control:

empirische Methodik

effektive Nachbildung menschlichen Verhaltens

relativ aufwandsarm

tendenziell robust

Positive Ergebnisse in der Literatur:

→ Regelung Raumtemperatur bei freier LüftungMarjanovic and Eftekhari: Design and Simulation of a Fuzzy Controller for Naturally VentilatedBuildings. Building Services Engineering, Vol. 25, Nr. 1 (2004), S. 33-53.

→ Regelung CO2-Konzentration bei freier LüftungDounis et al.: Indoor Air-Quality Control by a Fuzzy-Reasoning Machine in Naturally VentilatedBuildings. Applied Energy, Vol. 54, Nr. 1 (1996), S. 11-28.

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Fuzzy - Control

Marjanovic and Eftekhari: Design and simulatin of a fuzzy controller for naturally ventilatet buildings. Building Serv. Eng. Res. Technol. 25, 1 (2004), S. 33-53.

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Beispiel Fuzzifizierung

2000150012001000 ppm CO2

ok noch akzeptabel zu hoch

ok zu warmzu kalt

27262019 °C

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Beispiel Regeln

MaximalWarmMaximalWarmLeicht warmMaximalHochLeicht warm

VielAkzept.Leicht warmWenigOKLeicht warm

WenigHochKaltLeicht kaltMinimalAkzept. KaltLeicht kalt

SchließenOKKaltLeicht kaltWenigHochOK und WarmKalt

MinimalOK und AkzeptOK und WarmKaltMinimalWarmKaltKalt

SchließenOK und Akzept.KaltKalt

LüftungKohlendioxidInnentemperaturAußentemperatur

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Regelungsversuche mit Dummies - Schwingflügel

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Regelungsversuche mit Dummies - Schwingflügel

Heizung: PI-Regler

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Regelungsversuche mit Dummies - Schwingflügel

Heizung: PI-Regler

© Fraunhofer IBP

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Regelungsversuche mit Dummies - Schwingflügel

Mindestlüftung nur nach Ta

ohne CO2-Regelung

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Regelungsversuche mit Dummies - Schwingflügel

Mindestlüftung nur nach Ta

Heizung: Fuzzy-Regler

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Regelungsversuche mit Dummies - Kippflügel

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Regelungsversuche mit Dummies - Kippflügel

Heizung:PI-Regler

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Regelungsversuche mit Personen

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Regelungsversuche mit Personen

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Regelungsversuche mit Personen

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Regelungsversuche mit Personen

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Regelungsversuche mit Personen

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Schülerbesuche

Unterricht im Testgebäude mit Schülern der Kollegstufe des Gymnasiums Tegernsee

am 18.06 und 11.11.2009

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Bewertungen Schulbesuch Sommer

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Bewertungen Schulbesuch Winter

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Zusammenfassung

Automatisch unterstützte Fensterlüftung ist geeignet, die Innenraumluftqualität beträchtlich zu verbessern und gleichzeitigthermisch behagliche Verhältnisse bereitzustellen

Eine geeignete Wahl und Anordnung der Lüftungsöffnungen in derFassade ist erforderlich.

Schwingflügel sind am besten geeignet

Es ist ausreichend jedes zweite Element zu automatisieren.

Die Heizungsregelung kann aber muss nicht in den Regelalgorithmusintegriert werden. Wichtiger ist die Position des Temperaturfühlers.

Fuzzy control ist ein geeigneter Regelalgorithmus.