Gebäudeleittechnik trifft Kaskadenregelung
Kaltwassersätze, Wärmepumpen und Co. einbinden
Blogartikel 31.10.2025Seit Jahrzehnten wird in kommerziell und industriell genutzten Gebäuden jeglicher Art eine Gebäudeleittechnik (GLT) zur Überwachung und Regelung der technischen Gebäudeausrüstung eingesetzt. Wie aber wirkt das Zusammenspiel mit der Kaskadenreglung der Hersteller von Kaltwassersätzen, Wärmepumpen und Multifunktions-Wärmepumpen?
Über eine Gebäudeleittechnik lassen sich mittlerweile die meisten Komponenten, die im Bereich der technischen Gebäudeausrüstung eingesetzt werden, einbinden, auslesen und überwachen. Als einige Beispiele seien hier Motoren, Lüfterklappen, Ventile, Temperatur- sowie Feuchtesensoren genauso wie Zugangskontrollsysteme, Brandmelde- und Sicherheitstechnik genannt.
Dabei lassen sich meist einzelne Betriebsvariablen je nach Komponente durch die GLT auslesen und überwachen sowie auch Soll- oder Leistungswerte vorgeben. Ein typisches Beispiel ist ein EC-Ventilator, dessen Betriebsvariablen wie die aktuelle Drehzahl, der Motorstrom, die Motortemperatur, die Leistungsaufnahme usw. ausgelesen werden können. Darüber hinaus kann, je nach gewünschten Bedingungen, über die GLT aber auch eine Vorgabe der Ventilatordrehzahl realisiert werden.
Wie interagiert eine GLT mit Kaltwassersätzen, Wärmepumpen und Multifunktionswärmepumpen
Bei Anwendungen, in denen nur ein Gerät einzubinden ist, wird die Kommunikation mit der GLT über eine passende Schnittstellenkarte im Gerät hergestellt. Typische Protokolle, die seitens der Hersteller zur Verfügung gestellt werden, sind aktuell Modus, BACnet, KNX oder auch SNMP. Je nach Anwendung werden entsprechend viele Variablen abgefragt und verändert. Bei einfachen Anwendungen wie z. B. in der Komfortklimatisierung werden meist nur die Mediumein und -austrittstemperatur sowie ggf. die Außentemperatur überwacht.
Abgerundet wird das Ganze durch Betriebsmeldungen der Verdichter und Störmeldungen inklusive der dazugehörigen Alarmcodes. Aufgrund des immer stärkeren Einsatzes von Wärmepumpen wird eine Information über die aktuelle Betriebsart wie Kühlen, Heizen und Abtauen wichtiger. Gerade die Information über die Abtauung kann dazu verwendet werden, die Drehzahl eines Ventilators in einem angeschlossenen Lüftungsgerät während des Abtaubetriebes über die GLT anzupassen. Befehle, die seitens der GLT an die Erzeuger gegeben werden, sind meistens die allgemeine Betriebsfreigabe, die Vorgabe der Betriebsart Kühlen oder Heizen und ggf. eine Änderung des Sollwertes.
Unter Multifunktionswärmepumpen versteht man Systeme, die über ein 4-Leiter-System im Verbraucherkreislauf auf der einen Seite kaltes und auf der anderen Seite warmes Wasser zeitgleich oder unabhängig voneinander zur Verfügung stellen können.
Diese Systeme finden breite Anwendung in Hotels oder Shopping-Malls sowie im Bereich der Prozessanwendungen. Vermehrt sind solche Gerätetypen auch im IT-Cooling zu finden, da auch hier immer mehr eine Wärmerückgewinnung gefordert wird. INTEGRA steht bei Mitsubishi Electric für diese Systeme als integraler Bestandteil einer nachhaltigen Energienutzung.
Befehle wie die Vorgabe der Betriebsart, die Änderung des Sollwertes oder eine Leistungsbegrenzung können neben einem GLT-Protokoll auch über analoge oder digitale Eingänge realisiert werden. Seit vielen Jahren ist es bereits Standard, dass über die Außentemperatur die Sollwerte gleitend gefahren werden. Auch eine Umschaltung der Betriebsart Kühlen / Heizen über die Außentemperatur ist bei aktuellen Geräteserien Standard. Über die Regelung des Gerätes werden so immer mehr Funktionalitäten, die über eine GLT realisiert wurden, in den Gerätestandard übernommen. Ziel dabei ist es, die Geräte möglichst autark arbeiten zu lassen und den bauseitigen Aufwand zu reduzieren.
Im Bereich der Prozess- oder IT-Cooling-Anwendungen sind die Anforderungen an die bgerufenen Betriebsvariablen höher. Hier kommen neben den o. g. Informationen z. B. die Drücke und Temperaturen der Kältekreisläufe, die Drehzahl der Verdichter und auch die eingebundenen Wärmemengenund Stromzähler hinzu. Die Anzahl der abgerufenen variablen steigt dabei stetig mit der Geräteentwicklung und den Anforderungen der Kunden.
Je nach eingesetztem Protokoll und der installierten Gerätesoftware steht ein eigenes Handbuch für die GLT-Einbindung zur Verfügung. Neben der Installation der Schnittstellenkarte ist dort eine vollumfängliche Liste der Variablen, die gelesen und geschrieben werden können, zu finden.
Kaskadenregelung von Kaltwassersätzen, Wärmepumpen
und Multifunktionswärmepumpen
Kaskadenregelung
Von einer Kaskadenregelung spricht man, wenn mehrere Geräte zur Deckung des Kühl- oder Heizbedarfes parallel in einem hydraulischen Netz geschaltet werden. Die Komplexität auf der hydraulischen Seite ist bis auf die Installation von zusätzlichen Rückschlagventilen je Gerät überschaubar.
Anspruchsvoller wird es, wenn man sich die regelungstechnische Einbindung anschaut.
Gründe für eine Kaskadenregelung:
- Erhöhte Betriebssicherheit
- Gestiegener Leistungsbedarf
- Dezentrale Aufstellung der Geräte aufgrund von Platzmangel erforderlich
- Einbringung der Geräte ins Gebäude
- Kontinuierlicher Betrieb bei Wärmepumpen während der Abtauung
- Erhöhung der Energieeffizienz
Mögliche Visualisierung von verschiedenen Betriebsvariablen über eine Gebäudeleittechnik (GLT).
Eine GLT kann zur Leistungsregelung typischerweise nur einzelne Geräte über die allgemeine Betriebsfreigabe ein oder ausschalten. Dies erfolgt meist über einen Temperaturfühler im gemeinsamen Vorlauf. Je nach Sollwertabweichung werden dann einzelne Geräte aktiviert oder deaktiviert.
Eine Aktivierung der jeweiligen Verdichter wird seitens der Hersteller nicht zugelassen. Dies ist sinnvoll, weil nur so sichergestellt werden kann, dass die angegebenen Effizienzwerte der Erzeuger eingehalten werden können.
Eine GLT kann also Geräte nur vollständig ein- oder ausschalten. Die Leistungsregelung wird in jedem Fall von der Regelung der Geräte selber übernommen. Ein abgestimmter oder energetisch optimierter Betrieb der einzelnen Geräte untereinander ist daher über eine GLT nicht möglich.
Die Nachteile einer Kaskadierung mehrerer Geräte über eine GLT in einer kurzen Übersicht:
- Jedes einzelne Gerät muss ein- oder ausgeschaltet werden.
- Eine Störmeldung sowie der entsprechende Alarmcode jedes Gerätes müssen erfasst werden.
- Die folgenden Änderungen müssen an jedem einzelnen Gerät vorgenommen werden, anstatt diese zentral zu verwalten:
- Änderung der Betriebsart
- Sollwertänderung
- Leistungsbegrenzung
- SG-Ready-Funktionalitäten
Weitere Nachteile:
- Keine Möglichkeit für eine energieoptimierte Regelung der Pumpendrehzahl
über eine VPF- oder VPF.D-Regelung - Keine Möglichkeit einer koordinierten Abtauung von Wärmepumpen
- Kein optimierter Free-Cooling-Betrieb
- Keine werksseitig getestete Lösung
- Erhöhter Dokumentations- und Abstimmungsbedarf zwischen den einzelnen Gewerken und Herstellern
- Unklare Verantwortlichkeiten
- Erhöhte Kosten
An dieser Stelle setzen die Hersteller an und bieten meist verschiedene Kaskadenregelungen je nach eingebundenen Geräten und gefordertem Leistungsumfang. Dabei stehen Lösungen zur Auswahl, die bereits in den Geräten vorhanden sind oder die Möglichkeit bieten, die Regelung in einem externen Schaltschrank unterzubringen. Im nächsten Teil der Serie stellen wir Ihnen die unterschiedlichen Kaskadenregler für Kaltwassersätze, Wärmepumpen und Multifunktions-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric sowie ihre Eigenschaften vor.
Integrierte Master-Client-Kaskadenregelung. Bis zu vier Kaltwassersätze oder Wärmepumpen können kaskadiert und optimiert betrieben werden.
