Intelligente Lüftungsklappen Energieverbrauch senken, Komfortlevel steigern

Blockdiagramm
Blockschaltbild der Steuerung von Ecovent. Herzstück bildet der Motortreiber TMC5130 von Trinamic, der mit „stealthChop“ die Geräuschentwicklung praktisch eliminiert, so dass Schrittmotoren erstmals auch im geräuschempfindlichen Wohnumfeld Einsatz finden können.

Mit intelligenten Schrittmotortreiber-Chips von Trinamic konnte das IoT-Startup-Unternehmen Ecovent aus Boston leise, energieeffiziente und einfach zu verwendende Lüftungsklappen für Wohnbauten entwickeln.

In den USA heizen und klimatisieren typischerweise Belüftungsanlagen die Haushalte. Die Regelung übernehmen dabei meist  ein oder zwei zentrale Thermostate. Verglichen mit der Beleuchtung bedeutet dies: Für das gesamte Haus gibt es nur einen Lichtschalter. Bisher ist es in diesen Systemen nicht möglich die Temperatur in jedem einzelnen Raum zu regeln, außer indem der Bewohner händisch die Klappen öffnet oder schließt. Die Klappen zu schließen, birgt aber ein Risiko. Sind zu viele Öffnungen auf einmal geschlossen, kann sich ein zu hoher Druck in den Leitungen aufbauen und das Klimasystem beschädigen.

Kabellose Einzelraumüberwachung

Wäre es nicht perfekt, ein System mit Temperatur-Sensoren in jedem Raum und einem intelligenten motorisierten Klappen zu bauen, die mit dem zentralen Thermostat kommunizieren und damit den Luftstrom für jeden einzelnen Raum und das zentrale System dynamisch regeln? Dafür gibt es bereits eine Reihe teure und aufwändig zu installierende Systeme, die eine dedizierte Verkabelung benötigen. Entsprechend sind die Kosten für die Installation hoch und für den Großteil der Haushalte nicht erschwinglich.

Ecovent hat ein simples und leicht zu verendendes System entwickelt, dass mit quasi jeder Hausinstallation kompatibel ist. Die Lüftungsklappen von Ecovent ersetzen einfach die mechanischen Klappen in der Wand, dem Boden oder der Decke. Die Komponenten kommunizieren kabellos. Pro Raum wird ein Raumthermostat einfach in die Steckdose gesteckt und für die ganze Wohneinheit ein Wireless-Hub an den Internet-Router angeschlossen. Ein spezielles Bedien-Panel ist nicht notwendig. Der Bewohner verwendet einfach eine App auf seinem Smartphone, um die Temperatur-Einstellungen für jeden Raum vorzuwählen.

Damit keine Verkabelung notwendig wird, mussten die Klappen so entwickelt werden, dass sie für den Batteriebetrieb geeignet sind. Weil aber der Wechsel von Batterien für 10-20 Klappen in einem Haus eine zeitraubende Aufgabe ist, wurde bei der Entwicklung eine Batterielebensdauer von drei bis fünf Jahren angestrebt. Der sparsame Umgang mit Energie war daher oberstes Gebot.

 »Während des Designs der Klappensteuerung hat Ecovent eine gründliche Analyse aller Komponenten vorgenommen um die Gesamtenergieaufnahme auf das absolut notwendige Minimum zu reduzieren. Es wurden zwei verschiedene Architekturen für Kombination von Prozessor und Funk-Modul entwickelt und viele Optionen zum physikalischen Öffnen und Schließen der Klappen gegenübergestellt. Nachdem sich ein Design mit Schrittmotoren herauskristallisiert hatte, musste der Antrieb auf eine niedrige Energieaufnahme, niedrige Betriebsgeräusche und das Vereinfachen der Stückliste optimiert werden«, sagt Nick Lancaster, CTO von Ecovent. »Eine Reihe Optionen wurden in Betracht gezogen, einige davon erfüllten ein oder zwei dieser Anforderungen. Nur die Komponenten von Trinamic haben alle drei Kriterien besser erfüllt, als Ecovent es für möglich gehalten hätte.«

So hätten die ICs von Trinamic die Kriterien niedrige Spanungsaufnahme sowie die gut steuerbare Stromaufnahme und das Energiekriterium erfüllt. „StealthChop“ habe die gesamte Einheit leise gemacht und die Schrittverlusterkennung „stallGuard“ habe die Bill of Materials bedeutend reduziert, weil kein externer Endschalter mehr erforderlich war. Alle Arten von Schaltern, Encodern oder Detektoren, die die Klappen-Position feststellen, seien damit überflüssig geworden. Die Verbindung dieser Fähigkeiten habe es Ecovent erlaubt, die fortschrittlichste elektronische Lüftungsklappe auf dem Markt zu bauen.

Klappen von Ecovent sind bereits in über 250 Gebäuden in den gesamten USA installiert. Das sind ca. 3000 Klappen, die 24 Stunden, 7 Tage die Woche in Betrieb sind. Dazu gehören auch viele Klappen, die nahe der Betten der Bewohner im Schlafzimmer Verwendung finden. »Bisher hat sich keiner der Nutzer über Geräusche beklagt. Das demonstriert, wozu stealthChop in der Lage ist«, so Nick Lancaster.