Die Klappe, die ihre
Stellung nicht meldet

Zwei 0–10-V-Signale genügen, damit eine VAV-Box funktioniert. Sie genügen nicht, um die Anlage zu betreiben, aus der sie besteht.

Was die 0–10-V-Verdrahtung überträgt

Der klassische Anschluss einer Box mit variablem Volumenstrom besteht aus zwei analogen Signalen: einem Ausgang der Automationsstation zum Regler der Box mit dem Volumenstrom-Sollwert, und einem Eingang, der den gemessenen Volumenstrom zurückmeldet. Dazu kommen die 24-V-Versorgung und häufig eine separate Leitung für den Raumfühler.

Das ist einfach, bewährt, und es funktioniert: die Box hält ihren Volumenstrom. Darin liegt das Problem nicht. Es liegt in allem, was diese zwei Adern nicht übertragen.

Der Regler der Box kennt die Stellung seiner Klappe jederzeit. Er berechnet sie, er nutzt sie, und er meldet sie niemandem. Es ist eine bereits bezahlte, bereits verfügbare Messgrösse, die die analoge Verdrahtung liegen lässt.

Warum diese Stellung die nützliche Information ist

Der Volumenstrom einer Box sagt etwas über den Raum aus. Die Stellung ihrer Klappe sagt etwas über das Kanalnetz aus.

Eine weit offene Klappe bedeutet, dass die Box Mühe hat, ihren Volumenstrom zu erreichen: der verfügbare Druck ist knapp. Eine fast geschlossene Klappe bedeutet das Gegenteil: der Ventilator liefert weit mehr als nötig, und die Box drosselt dauernd.

Der Sollwert des Kanaldrucks ist jedoch in der überwiegenden Mehrheit der Anlagen ein fester Wert. Er wurde einmal bei der Auslegung berechnet, für den ungünstigsten Fall — also für einige Dutzend Stunden im Jahr. Den Rest des Jahres drückt der Ventilator gegen Klappen, die bremsen. Die Energie wird zweimal aufgewendet: einmal, um sie zu erzeugen, einmal, um sie in den Klappen zu vernichten. Und sie kommt als Geräusch am Durchlass zurück.

Den Druck auf die ungünstigste Klappe zurücksetzen

Sobald die Automationsstation alle Klappenstellungen liest, wird eine Funktion möglich, die keine zusätzliche Hardware kostet.

Die Automationsstation sucht laufend die am weitesten geöffnete Klappe — die ungünstigste, die am schwersten zu versorgen ist — und senkt den Sollwert des Kanaldrucks, bis diese Klappe bei rund 90 % Öffnung steht. Sie bleibt versorgt, denn sie hat noch Reserve; und alle anderen, weniger beanspruchten Klappen drosseln deutlich weniger.

Die übliche Umsetzung erfolgt schrittweise, nicht sprunghaft: alle paar Minuten wird der Druck um einen Schritt gesenkt, solange zu wenige Klappen nahe der maximalen Öffnung stehen, und um einen Schritt angehoben, sobald es zu viele sind. Der Bereich wird durch ein Minimum und ein Maximum begrenzt, und zwischen zwei Schritten erhält die Anlage Zeit zu reagieren.

Veröffentlichte Messungen an realen Anlagen beziffern den Gewinn auf rund 25 % der Ventilatorenergie, mit einer Streuung von 19 bis 60 % je nach Netzgrösse, Anzahl Boxen und Abstand zwischen ursprünglichem Festsollwert und tatsächlichem Bedarf. Das sind Grössenordnungen aus dem Betrieb, keine garantierten Werte: je grosszügiger der ursprüngliche Sollwert, desto spektakulärer der Gewinn.

Ein Wort zu den Effizienzklassen, da die Frage immer kommt. Die SIA 386.111 (SN EN ISO 52120-1) stuft die Automationsfunktionen nach Niveau ein, und die Volumenstromregelung auf Raumebene gehört dazu: Ein/Aus-Betrieb, ein Zeitprogramm, eine Präsenzerfassung und eine bedarfsgeführte Regelung — etwa nach Luftqualität — sind nicht gleich viel wert. Auf Ebene der Lüftungszentrale setzt das obere Ende der Einstufung einen Sollwert voraus, der vom tatsächlichen Bedarf der Räume geführt wird, und keinen eingefrorenen Druck. Ohne die Klappenstellungen ist diese Stufe nicht erreichbar.

Zwei Diagnosen, die gratis mitkommen

Die Klappenstellung spart nicht nur Strom. Sie legt ohne jede Messkampagne zwei sehr verbreitete Mängel offen.

• Eine Box, deren Klappe das ganze Jahr bei 100 % steht, hält ihren Volumenstrom nicht. Der Abschnitt ist unterdimensioniert, eine Drosselklappe blieb geschlossen, oder der Filter der Zentrale ist verschmutzt. Bei 0–10 V zeigt sich das nur, wenn die Volumenstrom-Rückmeldung verdrahtet wurde — und nur, wenn jemand Messwert und Sollwert von Hand vergleicht.
• Eine Box, deren Klappe nie über 15 % hinausgeht, ist überdimensioniert. Sie regelt bei kleiner Öffnung schlecht, und sie pfeift. Darauf geht ein guter Teil der Lärmreklamationen in Sitzungszimmern zurück.

Beides ist in einer analogen Anlage unsichtbar und auf einer Trendkurve der Klappenstellung offensichtlich.

Was der Bus zusätzlich bringt

Die Klappenstellung ist das Hauptargument. Sie ist nicht das einzige.

Die meistunterschätzte Zeile dieser Tabelle ist die zweitletzte. Minimaler und maximaler Volumenstrom einer Box sind Projektparameter: sie hängen von der Nutzung des Raums ab. Nach einem Umbau einer Etage — ein Grossraum in Büros geteilt, ein Sitzungszimmer zum Lager umgenutzt — müssten sie nachgeführt werden. In einer analogen Anlage heisst das Leiter, Revisionsöffnung und Notebook unter jeder abgehängten Decke; es wird also nie gemacht. In einer kommunizierenden Anlage ist es eine Änderung aus der Leitstelle.

Und schliesslich die Verkabelung. Vier bis sechs Adern je Box sternförmig zum Schaltschrank, gegenüber einem zweiadrigen Bus in Linie: bei sechzig Boxen zeigt sich der Unterschied im Ausmass, in der Anzahl Klemmen und in der Anzahl Ein- und Ausgänge der Automationsstation.

Was ins Pflichtenheft gehört

1. Kommunizierende Boxen. Auf einem offenen Protokoll — BACnet MS/TP oder Modbus — ohne herstellereigenes Gateway dazwischen.
2. Eine Datenpunktliste je Box. Mindestens: Volumenstrom-Sollwert, gemessener Volumenstrom, Klappenstellung in %, Zustand und Störung — und die Raumtemperatur, wenn der Fühler an der Box angeschlossen ist.
3. Minimaler und maximaler Volumenstrom zugänglich zum Lesen und Schreiben aus der Leitstelle.
4. Ein laufend zurückgesetzter Kanaldruck auf Basis der Klappenstellungen, begrenzt durch ein Minimum und ein Maximum.
5. Die Funktion bei der Abnahme nachgewiesen: Klappenstellungen und Kanaldruck vor und nach der Aktivierung erfasst und im Protokoll festgehalten.
6. Normierte Bezeichnung und EDE-Export bei der Abnahme — sonst existiert die Klappenstellung in der Automationsstation und erreicht die Leitstelle nie.