Enthalpie-Sensorik zur Steigerung der Energieeffizienz in Gebäuden

Projektverlauf

Generelle Zielsetzung war die Entwicklung von Sensorknoten für die Messung des Durchsatzes in den Zweigen von HLK Anlagen und die drahtlose Anbindung an das HLK Steuerungssystem. Teilziele dabei waren:

• Technologien, die gleichzeitig die Miniaturisierung thermischer Strömungswandler und die Integration räumlich separierter Wandler auf einem gemeinsamen flexiblen Träger ermöglicht,
• technologiekonforme Entwurfsregeln für Strömungswandler welche die Zusammenfassung der einzelnen Sensorsignale zu einem Gesamtsignal ermöglichen,
• theoretische und praktische Modelle typischer Strömungssysteme,
• Aufbau von Testeinrichtungen zur Simulation realer Applikationen,
• Herstellung von Wandler-Prototypen,
• Wandlercharakterisierung, Vergleich mit Referenzmethoden (z.B. PIV),
• Verifizierung von Korrelationen auf der Basis dimensionsloser Strömungsprofile,
• Entwicklung der Elektronikkomponenten (des Interface) zur Aufbereitung des Sensorsignals für die Weiterverarbeitung im Wireless Sensorknoten,
• Sensorfusion (Kombination mit Standardsensoren z.B. für Temperatur, Druck),
• Entwicklung der Elektronik für die Systemfunktionalität des Sensorknotens,
• Applikation in Testumgebungen, Praxistests.

Der ökonomische Erfolg und die breite Durchsetzung des Konzepts auf dem HLK Markt sollte durch eine Open-Source Strategie bei der Systemarchitektur erreicht werden. Dadurch wird es anderen Firmen erleichtert, ebenfalls kompatible Produkte für dieses Sensornetzwerk zu entwickeln, selbständig kompatible Systeme zu kreieren und damit den neuen Standard weiter zu verbreiten. Am Ende des Projektes sollten Erkenntnisse über die grundsätzliche Messbarkeit von Enthalpieströmen in lüftungs- und klimatechnischen Anlagen vorliegen, ebenso wie ein prototypisches, kostengünstiges Messsystem bestehend aus Sensoren und ihrer Vernetzung sowie Richtlinien zu seiner optimalen Anwendung. Damit wird es möglich werden, die Energieeffizienz der Anlagen deutlich besser als heute zu beurteilen und letztlich auch zu optimieren.

Ergebnisse

Das Projekt konnte die grundsätzliche Machbarkeit der Messung von Luft- bzw. Enthalpieströmen in Lüftungs- und klimatechnischen Anlagen zeigen. Es konnte einerseits nachgewiesen werden, dass thermische Strömungssensoren mit einer integrierenden Charakteristik für den Einsatz in turbulenten Strömungen geeignet sind. Andererseits gelang es, erstaunlich gute Simulationsmodelle zu entwickeln, die die Strömungsverhältnisse hinreichend genau wiedergeben können. Damit sollte es später auch ohne extensive vorherige Experimente möglich sein, die Messergebnisse in Abhängigkeit von der jeweiligen Einbausituation zu normieren bzw. von vorherein Aussagen zu treffen, wo Sensoren sinnvoll angebracht werden können, um die Aussagekraft der Datenerfassung zu erhöhen und die Anzahl der Sensoren zu optimieren.

Das im Zuge des Projekts untersuchte und implementierte Sensornetzwerk wiederum erwies sich als vielversprechend, um später sowohl ausreichend Reichweite zur Verfügung stellen zu können als auch sich den durchaus wechselnden Bedingungen des Funkkanals robust anzupassen. Eine im Rahmen des Projekts durchgeführte Studie zum Energie Harvesting in Lüftungskanälen zeigte hingegen zumindest vorläufig, dass die in einem solchen Umfeld vorhandene Umgebungsenergie vermutlich nicht ausreichen wird, um ein verteiltes Messsystem mit sinnvollen Abtastraten zu betreiben.

Während das Projekt die angestrebten Ziele grundsätzlich erreichen konnte, zeigte es andererseits auch deutlich auf, wo noch Forschungsbedarf besteht. In fast allen Bereichen sind weiterführend (Grundlagen-) Forschungsarbeiten sinnvoll und notwendig. Das betrifft insbesondere die Herstellung von hinreichend stabilen (sowohl elektrisch als auch mechanisch) Sensoren auf der Basis von Thermosäulen, aber auch Aspekte wie Langzeitstabilität und Fehlertoleranz, Erhöhung der Genauigkeit durch technologische Verbesserungen, Systemaspekte wie Autokalibrierung oder die verbesserte Einbettung in Rohrleitungen. Diese Themen könnten und sollten im Rahmen von Anschlussprojekten verfolgt werden.