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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
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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.