Nachhaltiges Gebäudemanagement mit 10BASE-T1L-Gebäudesteuerungen

Salem Gharbi, Systems Applications Engineer

(Quelle: Lena - stock.adobe.com)

DDC-Systeme (Direct Digital Controllers) sind für das moderne Gebäudemanagement unverzichtbar. Sie ermöglichen die Überwachung und Steuerung verschiedener Gebäudesysteme in Echtzeit. Im Zuge des technologischen Fortschritts kommen DDC-Systeme mit Ethernet-Anschluss immer häufiger zum Einsatz und tragen dazu bei, die Effizienz und Sicherheit von Gebäuden weiter zu verbessern. Die Lösungen ADIN1100 PHY, ADIN1110 MAC PHY und der Dual-Port-Switch ADIN2111 von Analog Devices eignen sich ideal für die Integration von 10BASE-T1L in ein DDC-System. Mit dieser Technologie können Prozessdaten, Konfigurationsinformationen, Software-Updates und Diagnosedaten übertragen und damit die Verwaltung und Wartung von Gebäudesystemen erleichtert werden. 10BASE-T1L kann mit einer Kabellänge von bis zu 1 km eingesetzt werden und bietet Diagnosefunktionen, mit denen eventuelle Fehler im System schnell und effizient behoben werden können. Durch die Integration von 10BASE-T1L mit Software-Stacks wie Modbus IP und BACnet IP entsteht eine umfassende Lösung für industrielle Automatisierungssysteme für eine effiziente Datenerfassung, Gerätesteuerung und Systemüberwachung. Abbildung 1 zeigt, wie 10BASE-T1L-Produkte in Steuerungen für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) und Raumsteuerungen integriert werden können und mit mehreren Raum- oder Gebäudereglern in einer Ring- oder Linientopologie kommunizieren.

Wir empfehlen Ihnen dieses Schulungsvideo, um ein umfassendes Verständnis und detaillierte Einblicke in Gebäudesteuerungen mit Ethernet-Anbindung und der Technologie von ADI zu erhalten. Dieses Video bietet wertvolle Informationen über die neuesten Fortschritte und Entwicklungen in diesem Bereich.

Anwendung: T1L-fähiger VAV-Regler (variable Volumenstromregler) in HVAC-Systemen

Definition des Begriffs „Variabler Volumenstrom“ (variable air volume, VAV)

Ein sogenanntes VAV-System ist ein gängiges HLK-System, das in modernen Bürogebäuden eingesetzt wird, in denen häufig mehrere Systeme in verschiedenen Zonen/Bereichen installiert sind, um ein angenehmes Temperaturniveau zu gewährleisten. Mit diesem System können verschiedene Zonen mit dem gleichen Lüftungssystem mit unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, indem die zugeführte Luftmenge variiert und die Temperatur konstant gehalten wird. Für eine angemessene Belüftung verwenden VAV-Systeme eine DDC-Programmierung, mit der die entsprechenden Klappeneinstellungen berechnet und gesteuert werden. Moderne programmierbare VAV-Zonenregler verfügen über einen eingebauten Stellantrieb und halten die Zonentemperatur konstant, indem sie den Ventilator des Endgeräts ansteuern und den Zustrom der klimatisierten Luft in den Raum regeln. Sie bieten spezielle Regelfunktionen für Einzelkanäle, parallele Ventilatorkästen und Reihenventilatorkästen mit modulierender Heizung. Der Regler besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Klappenantrieb und einem integrierten programmierbaren DDC. Er bietet außerdem eine Schnittstelle für verschiedene Sensoren, die für die korrekte Einstellung der Luftmenge und die Überwachung der Luftqualität in VAV-Anwendungen erforderlich sind. Der programmierbare VAV-Zonenregler kann die Zonentemperatur messen und anzeigen, die Belegung erkennen, die Temperatur in den Kanälen messen, die Ablufttemperaturen messen, die Zonenfeuchtigkeit und den Taupunkt bestimmen, den CO2-Gehalt erkennen und die Drehzahl der Ventilatoren steuern. Durch den Einsatz von 10BASE-T1L-Controllern in großen Gebäuden, wie z. B. Flughäfen, lassen sich eine optimale Energieeffizienz und Raumluftqualität erzielen und gleichzeitig die Wartungs- und Betriebskosten senken.

Abbildung 1: Eine T1L-fähige Gebäudesteuerung.

Anwendungsbeispiel in großen Gebäuden

Bei dieser Anwendung konzentrieren wir uns auf einen bestimmten Bereich in einem Flughafen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Das hier beschriebene VAV-System und die Regelalgorithmen können jedoch auch auf andere große Gebäude angewendet werden. Die Zone besteht aus zwei Räumen, und das VAV-System arbeitet mit fünf Sensoren und Stellantrieben, die an verschiedenen Stellen im Lüftungskanalsystem dieser Zone installiert sind. Im ersten Raum werden zwei Stellantriebe (D1 und D2), ein Temperatursensor (S1) und ein Drucksensor (S2) verwendet. S1 und S2 befinden sich im Zuluftkanal in der Nähe des Endgeräts. Sie verwenden D2 als Abluftklappe und D1 als Außenluftklappe, um den Luftstrom im Raum zu steuern. Im zweiten Raum wird die gleiche Anzahl von Sensoren und Stellantrieben (D3, D4, S3, S4) verwendet, aber aufgrund der zusätzlichen Raumbelastung werden ein CO2-Sensor (S5) und ein zusätzlicher Stellantrieb (D5) im Abluftkanal eingesetzt, um eine bessere Kontrolle des Luftstroms und der Luftqualität zu ermöglichen. Zur Überwachung und Steuerung der Sensoren und Stellantriebe verwendet das VAV-System entsprechende Regelkreisalgorithmen. Es moduliert die Klappenstellung auf der Grundlage der Messwerte der Temperatur- und Drucksensoren und regelt dann entsprechend der Programmierung. Ändert sich beispielsweise die Temperatur in Raum eins, beginnt das VAV-System, die Klappen D1 und D2 zu öffnen und zu schließen, was zu einer Druckänderung im Zuluftkanal führt, die mit S2 erfasst werden kann. Steigt der Druck, bemerkt das VAV-System diese Veränderung und drosselt den Ventilator im Lüftungsgerät.

Alle Sensoren sind in einer Linientopologie verbunden und an verschiedenen Stellen des Lüftungskanalsystems positioniert. Jede Klappe wird direkt vom VAV-System über eine Punkt-zu-Punkt-Topologie angesteuert. Die bestehende Infrastruktur ist aufgrund der Beschränkungen von Kabellänge, Impedanz, Dicke und vor allem des Gleichstromschleifenwiderstands des Systems stark eingeschränkt. Diese Probleme lassen sich jedoch mit 10BASE-T1L DDC-Controllern lösen, die mit einem einzigen verdrillten Kabelpaar eine Echtzeitsteuerung von Sensoren und Aktuatoren in einem Netzwerk von über 1 km Länge ermöglichen. Darüber hinaus kann der 10BASE-T1L-Stellantrieb per Fernzugriff konfiguriert werden, um die Laufzeit und die Position der Klappe auf einen minimalen Sollwert einzustellen. Er kann auch verwendet werden, um die Klappe im Falle eines Ausfalls zu überprüfen. Das VAV-System ist ein leistungsstarkes Tool, mit dem eine komfortable Klimatisierung in großen Gebäuden wie Flughäfen gewährleistet werden kann. Mithilfe von Sensoren und Stellantrieben an verschiedenen Positionen im Lüftungssystem kann das VAV-System den Luftstrom und die Luftqualität so regulieren, dass Temperatur und Druck konstant bleiben. Durch dein Einsatz fortschrittlicher Technologien wie den 10BASE-T1L-DDC-Reglern lassen sich die HLK-Anlagen steuern und warten und gleichzeitig erhebliche Energieeinsparungen und eine bessere Effizienz erzielen.

Abbildung 2: Ein T1L-fähiger VAV-Controller

Fazit

Durch die Integration von 10BASE-T1L in die Gebäudesteuerung werden komplexe Gateways mit hohem Stromverbrauch überflüssig. Gleichzeitig erhöht sich die Leistungsfähigkeit der Gebäudesteuerung durch die Echtzeitsteuerung von Sensoren und Aktuatoren über große Entfernungen mit einem einzigen Twisted-Pair-Kabel. Je nach Netzwerkleistung und -anforderungen lassen sich mit Gebäudesteuerungen größere Reichweiten mit einer praktisch unbegrenzten Anzahl von Edge-Geräten erzielen. Mit 10BASE-T1L-fähigen Gebäudesteuerungen lassen sich außerdem Netzwerkausfälle überwachen und Verkabelungsprobleme mithilfe von Fehlererkennung und Kabeldiagnosefunktionen ermitteln.

Über den Autor

Salem Gharbi ist Systems Applications Engineer bei Analog Devices in der Business Unit Sustainable Buildings and Infrastructure. Salem Gharbi verfügt über 7 Jahre Erfahrung in zahlreichen IoT- und Industrieapplikationen. Er ist verantwortlich für die Entwicklung von Systemlösungen im Bereich Industrieautomatisierung.