DE102015215485A1 - Method and control device for controlling an actual temperature of a building part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Ist-Temperatur (Tist) eines Gebäudeteils eines Gebäudes, mit den Schritten: Erfassen (S1) von Wetterdaten und Gebäudebelegungsdaten; Festlegen (S2) einer originalen Solltemperatur (Tsoll); Berechnen (S3) einer Kompensationstemperatur (Tkomp), basierend auf den Wetterdaten und den Gebäudebelegungsdaten; und Modifizierung der Sollwertvorgabe von Regelungseinheiten basierend auf der Kompensationstemperatur (S4) zur Regulierung der Wärmezufuhr bzw. -abfuhr durch verschiedene Methoden, wodurch die Ist-Temperatur Tist eines Gebäudeteils in einem gewissen Komfortbereich um die originale Sollwerttemperatur (Schritt S2) gehalten wird.The invention relates to a method for controlling an actual temperature (Tist) of a building part of a building, comprising the steps of: detecting (S1) weather data and building occupancy data; Setting (S2) an original set temperature (Tsoll); Calculating (S3) a compensation temperature (Tkomp) based on the weather data and the building occupancy data; and modifying the target value setting of control units based on the compensation temperature (S4) for regulating the heat supply or discharge by various methods, whereby the actual temperature Tact of a building part is kept in a certain comfort range around the original target temperature (step S2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Ist-Temperatur eines Gebäudeteils eines Gebäudes und eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Ist-Temperatur eines Gebäudeteils.The present invention relates to a method for controlling an actual temperature of a building part of a building and a control device for controlling an actual temperature of a building part.
Stand der TechnikState of the art
Eine Aufgabe von HLK(Heizung, Lüftung, Klimatechnik)-Systemen besteht darin, eine Ist-Temperatur eines Gebäudes oder eines Gebäudeteils auf eine vorgegebene Soll-Temperatur zu regeln. Häufig ergibt sich das Problem, dass aufgrund von nicht berücksichtigten Störungen, welche Temperaturänderungen verursachen, das Gebäude zu stark aufgeheizt oder abgekühlt wird. Solche Störungen können beispielsweise die Änderung der Umgebungstemperatur des Gebäudes, solare Lasten oder die Gebäudebelegung, das heißt der Anzahl der Personen in dem Gebäude, sein. Die Ist-Temperatur steigt über die Soll-Temperatur bzw. fällt unter diese, und muss durch Regeln wieder an die Soll-Temperatur angeglichen werden. Dadurch wird unnötigerweise Energie zum Heizen bzw. Kühlen des Gebäudes verbraucht. One of the tasks of HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning) systems is to control an actual temperature of a building or part of a building to a predetermined target temperature. Often there is the problem that due to unaccounted for disturbances which cause temperature changes, the building is overheated or cooled down. Such disturbances can be, for example, the change in the ambient temperature of the building, solar loads or the occupancy of buildings, that is, the number of people in the building. The actual temperature rises above the target temperature or falls below it, and must be adjusted by rules to the target temperature. This unnecessarily consumes energy for heating or cooling the building.
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Steuern einer Ist-Temperatur eines Gebäudeteils eines Gebäudes. Das Verfahren umfasst das Erfassen von Wetterdaten und Gebäudebelegungsdaten sowie das Festlegen einer Solltemperatur. Weiter wird basierend auf den Wetterdaten und den Gebäudebelegungsdaten eine Kompensationstemperatur berechnet und die Ist-Temperatur des Gebäudeteils basierend auf der Kompensationstemperatur reguliert.The present invention according to a first aspect provides a method for controlling an actual temperature of a building part of a building. The method includes acquiring weather data and building occupancy data as well as establishing a set temperature. Furthermore, based on the weather data and the building occupancy data, a compensation temperature is calculated and the actual temperature of the building part is regulated based on the compensation temperature.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Ist-Temperatur eines Gebäudeteils. Diese umfasst mindestens eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Wetterdaten und Gebäudebelegungsdaten sowie eine Steuereinheit, welche zum Festlegen einer Solltemperatur und zum Berechnen einer Kompensationstemperatur, basierend auf den Wetterdaten und den Gebäudebelegungsdaten, ausgebildet ist. Die Steuereinheit ist weiter dazu ausgebildet, basierend auf der Kompensationstemperatur die Ist-Temperatur des Gebäudeteils zu regulieren.According to another aspect, the present invention provides a control device for controlling an actual temperature of a building part. This comprises at least one detection device for acquiring weather data and building occupancy data and a control unit, which is designed to set a setpoint temperature and to calculate a compensation temperature based on the weather data and the building occupancy data. The control unit is further configured to regulate the actual temperature of the building part based on the compensation temperature.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the respective subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das Verfahren berücksichtigt Wetterdaten, das heißt beispielsweise aktuelle Umgebungstemperaturen des Gebäudeteils oder Wettervorhersagen. Ist etwa ein starker Anstieg der Umgebungstemperatur des Gebäudes im Laufe des Tages zu erwarten, so kann die Kompensationstemperatur bereits frühzeitig entsprechend angepasst werden. Es wird dadurch verhindert, dass direkt auf eine in diesem Fall zu hohe Soll-Temperatur geregelt wird, sondern stattdessen das Ansteigen der Umgebungstemperatur mit eingerechnet wird und die Erwärmung durch natürliche Sonneneinstrahlung genutzt wird. So wird verhindert, dass sich der Gebäudeteil aufgrund der starken Sonneneinstrahlung und der erhöhten Umgebungstemperatur auf eine Temperatur oberhalb der Soll-Temperatur erwärmt.The method takes account of weather data, that is, for example, current ambient temperatures of the building part or weather forecasts. If, for example, a strong rise in the ambient temperature of the building is to be expected during the day, the compensation temperature can be adjusted early enough. It is thereby prevented that is regulated directly to a target temperature in this case too high, but instead the increase of the ambient temperature is taken into account and the warming is used by natural solar radiation. This prevents the building part from heating to a temperature above the setpoint temperature due to the strong sunlight and the increased ambient temperature.
Das Verfahren dient damit der Vermeidung von unnötigem Energieverbrauch, da externe Faktoren, welche Einfluss auf die Temperatur haben, insbesondere Wetterdaten und Gebäudebelegungsdaten, in die Regelung mit eingerechnet werden. Durch die gesteigerte Effizienz lassen sich Kosten sparen und die Umwelt wird geschont. Beispielsweise lässt sich unnötiges Aufheizen während der frühen Morgenstunden verhindern, da die Erwärmung aufgrund der einsetzenden Sonneneinstrahlung berücksichtigt wird. Genauso lässt sich überflüssiges Kühlen verhindern, da externe Wärmequellen, beispielsweise Sonneneinstrahlung oder Wärme, welche von in dem Gebäude befindlichen Personen abgegeben wird, mit einberechnet werden.The method thus serves to avoid unnecessary energy consumption, as external factors which have an influence on the temperature, in particular weather data and building occupancy data, are included in the regulation. Increased efficiency saves costs and protects the environment. For example, unnecessary heating can be prevented during the early hours of the morning as the warming due to the onset of solar radiation is taken into account. In the same way, superfluous cooling can be prevented, since external heat sources, for example solar radiation or heat, which is emitted by persons in the building, are included in the calculation.
Das Verfahren ist auch bei bereits vorhandenen Heiz- oder Kühlsystem durch einfache Softwareimplementierung einsetzbar, mit nur geringen oder keinen Hardwaremodifikationen. Das Verfahren erlaubt es, die Wärmezufuhr und -abfuhr in den Gebäudeteil anhand der Kompensationstemperatur zu begrenzen, wenn eine Standardregelung zu unnötigem Heizen und/oder Kühlen führen würde. Die beschriebenen Aspekte erlauben es, die Idee auf einer Vielzahl von verschiedenen HLK-Systemkonfigurationen anzuwenden.The method can also be used in existing heating or cooling system by simple software implementation, with little or no hardware modifications. The method makes it possible to limit the heat supply and removal in the building part based on the compensation temperature, if a standard control would lead to unnecessary heating and / or cooling. The described aspects allow the idea to be applied to a variety of different HVAC system configurations.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird das Regulieren der Ist-Temperatur durch Einstellen der Solltemperatur basierend auf der Kompensationstemperatur durchgeführt. Durch Einstellen der Soll-Temperatur kann direkt die zum Erwärmen bzw. Kühlen des Gebäudeteils verwendete Energie reguliert werden. Liegt beispielsweise die berechnete Kompensationstemperatur oberhalb einer vorgegebenen Schwelle, so kann die Soll-Temperatur verringert werden, um das Gebäude weniger stark zu erwärmen. In dieser Kompensationstemperatur können dabei auch zu erwartende Effekte, wie eine erwartete Erhöhung der Temperatur berücksichtigt werden. Da die Kompensationstemperatur Wetterdaten und Gebäudebelegungsdaten mit einbezieht, wird somit ein unnötiger Energieverbrauch verhindert. Durch Ändern der Soll-Temperatur wird wiederum die Ist-Temperatur reguliert.According to another aspect of the method, the actual temperature is regulated by adjusting the target temperature based on the compensation temperature. By setting the setpoint temperature, the energy used to heat or cool the building part can be regulated directly. Is for example the calculated compensation temperature above a predetermined threshold, so the target temperature can be reduced to heat the building less. In this compensation temperature also expected effects, such as an expected increase in temperature can be considered. Since the compensation temperature includes weather data and building occupancy data, unnecessary energy consumption is thus prevented. Changing the setpoint temperature will in turn regulate the actual temperature.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird das Regulieren der Ist-Temperatur durch Einstellen einer Zulufttemperatur einer Luftzufuhr des Gebäudeteils basierend auf der Kompensationstemperatur durchgeführt. Durch Ändern der Zulufttemperatur kann die Ist-Temperatur des Gebäudeteils reguliert werden, da diese von der Temperatur der zugeführten Luft abhängt.According to another aspect of the method, the actual temperature is regulated by adjusting a supply air temperature of an air supply of the building part based on the compensation temperature. By changing the supply air temperature, the actual temperature of the building part can be regulated, as it depends on the temperature of the supplied air.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird das Regulieren der Ist-Temperatur durch Einstellen einer Pumpgeschwindigkeit und/oder einer maximalen Betriebszeit einer Pumpe, welche ein Kühl- und/oder Heizmittel zum Kühlen bzw. Heizen des Gebäudeteils bereitstellt, basierend auf der Kompensationstemperatur durchgeführt. Das Verfahren kann somit die Menge des bereitgestellten Kühl- und Heizmittels regulieren und dadurch die Ist-Temperatur selbst bei einer fest vorgegebenen, nicht einstellbaren Soll-Temperatur regulieren.According to another aspect of the method, adjusting the actual temperature is accomplished by adjusting a pumping speed and / or a maximum operating time of a pump providing cooling and / or heating means for heating the building part based on the compensation temperature. The method can thus regulate the amount of cooling and heating means provided and thereby regulate the actual temperature even at a fixed, non-adjustable target temperature.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird das Regulieren der Ist-Temperatur durch Einstellen einer Ventilatorgeschwindigkeit und/oder einer maximalen Betriebszeit eines Ventilators, welcher Luft zum Kühlen bzw. Heizen des Gebäudeteils bereitstellt, basierend auf der Kompensationstemperatur durchgeführt. Das Verfahren kann somit die durch die Luft zugeführte Wärme regulieren und dadurch die Ist-Temperatur regulieren.According to another aspect of the method, adjusting the actual temperature is accomplished by adjusting a fan speed and / or maximum operating time of a fan that provides air for cooling the building part based on the compensation temperature. The method can thus regulate the heat supplied by the air and thereby regulate the actual temperature.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird das Regulieren der Ist-Temperatur durch Einstellen des Öffnungsgrades von mindestens einem Ventil (
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens wird das Regulieren der Ist-Temperatur durch Einstellen des Öffnungsgrades von mindestens einer Lüftungsklappe, welches in eine Versorgungsleitung einer Luftzufuhr des Gebäudeteils eingebracht ist, basierend auf der Kompensationstemperatur durchgeführt. Dadurch kann die zugeführte Menge eingestellt werden.According to another aspect of the method, adjusting the actual temperature by adjusting the degree of opening of at least one ventilation flap, which is introduced into a supply line of an air supply of the building part, based on the compensation temperature is performed. As a result, the amount supplied can be adjusted.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Steuervorrichtung eine Pumpe zum Bereitstellen eines Kühl- und/oder Heizmittels zum Kühlen bzw. Heizen des Gebäudeteils. Die Steuereinheit ist ausgebildet, die Ist-Temperatur des Gebäudeteils durch Einstellen einer Pumpgeschwindigkeit und/oder maximalen Betriebszeit der Pumpe zu regulieren.According to a further aspect, the control device comprises a pump for providing a cooling and / or heating means for cooling or heating the building part. The control unit is designed to regulate the actual temperature of the building part by adjusting a pumping speed and / or maximum operating time of the pump.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Steuervorrichtung eine Versorgungsvorrichtung, welche ein Kühl- und/oder Heizmittel zum Kühlen bzw. Heizen des Gebäudeteils enthält. Die Steuereinheit ist ausgebildet, eine Versorgungstemperatur des Kühl- und/oder Heizmittels zu regulieren.According to a further aspect, the control device comprises a supply device, which contains a cooling and / or heating means for cooling or heating the building part. The control unit is designed to regulate a supply temperature of the cooling and / or heating means.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and, in particular, should not, unless otherwise indicated, imply a particular chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In einem ersten Schritt S1 werden Wetterdaten und Gebäudebelegungsdaten erfasst. In a first step S1, weather data and building occupancy data are acquired.
Die Wetterdaten umfassen beispielsweise eine Messung einer Umgebungstemperatur TU des Gebäudeteils oder Gebäudes, etwa durch ein Thermometer, welches an einer Außenseite des Gebäudes angeordnet ist. Die Wetterdaten können auch die Messung einer Ist-Temperatur des Gebäudeteils durch ein in dem Gebäudeteil befindliches Thermometer umfassen. Die Wetterdaten können jedoch auch eine Vorhersage der Umgebungstemperatur TU einer Umgebung des Gebäudes beinhalten. Diese Vorhersagen können etwa auf meteorologischen Daten basieren oder auf einer Auswertung von historischen Daten, beispielsweise Messungen über einen längeren Zeitraum hinweg, anhand welcher auf zukünftige Wetterdaten rückgeschlossen werden kann. Die Wetterdaten können eine Vorhersage für eine Durchschnittstemperatur in den nächsten N Stunden sein, wobei N beispielsweise zwischen eins und zehn liegt. Die Wetterdaten können also eine Messung und/oder Vorhersage einer Umgebungstemperatur des Gebäudes und einer Sonneneinstrahlung auf das Gebäude umfassen.The weather data include, for example, a measurement of an ambient temperature T U of the building part or building, such as a thermometer, which is arranged on an outside of the building. The weather data may also include the measurement of an actual temperature of the building part by a thermometer located in the building part. However, the weather data may also include a prediction of the ambient temperature T U of an environment of the building. These predictions may be based on meteorological data, for example, or on an evaluation of historical data, such as measurements over a longer period of time, based on which future weather data can be deduced. The weather data may be a prediction for an average temperature in the next N hours, where N is between one and ten, for example. The weather data may therefore include a measurement and / or prediction of an ambient temperature of the building and a solar radiation on the building.
Eine Gebäudebelegung bezeichnet die Anzahl der Personen, welche sich in dem Gebäudeteil des Gebäudes befinden. Entsprechende Gebäudebelegungsdaten können entweder basierend auf einer Zählung der Personen und/oder auf einer Vorhersage der sich im Gebäude befindlichen Personen bestimmt werden. Die Vorhersage kann mittels Durchschnittsbildung von erfassten Daten der Vergangenheit ermittelt werden. Die Gebäudebelegungsdaten kann also eine Zählung und/oder Vorhersage der im Gebäude befindlichen Personen umfassen.A building occupancy designates the number of people who are in the building part of the building. Corresponding building occupancy data can be determined either based on a count of the persons and / or on a prediction of the persons in the building. The prediction can be determined by averaging acquired historical data. The building occupancy data may thus include a count and / or prediction of the persons in the building.
Sowohl Wetterdaten als auch Gebäudebelegungsdaten können von einer Zeit t, etwa der Tageszeit, der Jahreszeit oder dem Wochentag abhängen.Both weather data and building occupancy data may depend on a time t, such as the time of day, the season or the day of the week.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Soll-Temperatur Tsoll festgelegt. Die Soll-Temperatur Tsoll kann hierbei beispielsweise auf einen festen, zeitunabhängigen Wert eingestellt werden, oder auf einen Wert, welcher von einer Tageszeit, Jahreszeit oder dem Wochentag abhängt. So kann etwa im Sommer die Soll-Temperatur Tsoll auf einen höheren Wert festgelegt werden als im Winter, um den Energieverbrauch zum Heizen bzw. Kühlen zu verringern. Die Soll-Temperatur Tsoll kann beispielsweise in einem Bürogebäude außerhalb der Öffnungszeiten im Winter auf einen niedrigeren Wert, im Sommer auf einen höheren Wert eingestellt werden.In a second step S2, a target temperature T soll is set. The target temperature T soll can be set, for example, to a fixed, time-independent value, or to a value which depends on a time of day, season or the day of the week. For example, in summer the target temperature T soll can be set to a higher value than in winter to reduce energy consumption for heating or cooling. The target temperature T soll can be set to a lower value, for example in an office building outside the opening hours in winter, and to a higher value in summer.
Die Solltemperatur Tsoll kann beispielsweise auch nur lokal eingestellt werden, etwa direkt im Gebäudeteil durch Einstellen von Thermostatventilen an Heizkörpern des Gebäudeteils. In diesem Fall kann die Solltemperatur Tsoll nicht mehr zentral geändert werden.The target temperature T soll can for example be set only locally, such as directly in the building by adjusting thermostatic valves to radiators of the building part. In this case, the target temperature T should not be changed centrally.
In einem dritten Schritt S3 wird eine Kompensationstemperatur Tkomp berechnet.In a third step S3, a compensation temperature T comp is calculated.
Beispielsweise kann eine Kompensationstemperatur Tkomp für die folgenden N Stunden, wobei N beispielsweise zwischen eins und zehn liegt, anhand folgender Formel berechnet werden:
Der Index i bezeichnet hierbei die räumliche Orientierung des Gebäudeteils, d.h. beispielsweise ist i ∊ {N, S, W, O}, wobei N, S, W und O eine Öffnung des Gebäudeteils nach Norden, Süden, Westen beziehungsweise Osten berücksichtigt.The index i denotes the spatial orientation of the building part, i. for example, i ε {N, S, W, O}, where N, S, W and O take into account an opening of the building part to the north, south, west or east.
Hierbei bezeichnet Tum die über die folgenden N Stunden gemittelte Umgebungstemperatur des Gebäudeteils. Diese kann anhand der Wetterdaten berechnet werden, etwa durch Mittelwertbildung der für die folgenden N Stunden meteorologisch vorhergesagten Umgebungstemperatur, oder sie kann aus gemessenen historischen Werten abgeleitet werden.Here, T denotes the average over the following hours north ambient temperature of the building part. This can be calculated from the weather data, such as averaging the meteorologically predicted ambient temperature for the following N hours, or it can be derived from measured historical values.
Die Eingangsgröße I bezeichnet die durchschnittliche horizontale Sonneneinstrahlung, gemittelt über die nächsten N Stunden. Auch diese Größe kann aus vorhergesagten oder gemessenen Wetterdaten berechnet werden.Input I is the average horizontal solar radiation, averaged over the next N hours. This size can also be calculated from predicted or measured weather data.
Die Eingangsgröße n bezeichnet die durchschnittliche Personenanzahl, welche sich in den folgenden N Stunden in dem Gebäude aufhalten wird. Diese Größe wird anhand der Gebäudebelegungsdaten berechnet.Input n is the average number of people that will be in the building for the following N hours. This size is calculated based on the building occupancy data.
αi ist ein Faktor, welcher von Umwelteinflüssen abhängt. Der Faktor αi kann beispielsweise die Veränderung der Durchlässigkeit der Fenster des Gebäudes durch Verschmutzung und/oder die Abschattung des Gebäudes durch angrenzende Objekte, wie etwa andere Häuser oder Bäume, berücksichtigen. Der Faktor αi kann als zeitvariabel oder konstant angenommen werden.α i is a factor that depends on environmental influences. The factor α i can, for example, take into account the change in the permeability of the windows of the building due to soiling and / or the shading of the building by adjacent objects, such as other houses or trees. The factor α i can be assumed to be time-variable or constant.
Der Faktor βi hängt von der Zeit t ab und parametrisiert den Jalousiebetrieb des Gebäudes. βi berücksichtigt damit, wie viel Sonnenstrahlung durch die Fenster in den Gebäudeteil gelangen kann, wobei berücksichtigt wird, ob zu dem Zeitpunkt t Jalousien des Gebäudeteils geöffnet oder geschlossen sind. Ist beispielsweise der Zeitpunkt, zu dem die Jalousien des Gebäudeteils herabgelassen werden, festgelegt und damit bekannt, so überträgt sich diese Zeitabhängigkeit auf den Faktor βi.The factor β i depends on the time t and parameterizes the blind operation of the building. β i thus takes into account how much solar radiation can reach the building through the windows, taking into account whether at the time t blinds of the building part are opened or closed. For example, if the time at which the blinds of the building part are lowered, set and thus known, then this time dependence is transferred to the factor β i .
γi ist ein geometrischer Faktor, welcher die Umrechnung der horizontalen Sonneneinstrahlung auf die verschiedenen Orientierungen des Gebäudes sowie die verschiedenen Fensterflächen der Fassaden des Gebäudeteils, welche der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, berücksichtigt. Aufgrund des unterschiedlichen Sonnenstandes hängt der Faktor γi von der Zeit t ab. γ i is a geometric factor, which takes into account the conversion of the horizontal solar radiation to the different orientations of the building as well as the different window areas of the facades of the building part, which are exposed to the solar radiation. Due to the different position of the sun, the factor γ i depends on the time t.
Der Faktor φ dient der Umrechnung der durchschnittlichen vorhergesagten Anzahl von Personen n, gemittelt über die nächsten N Stunden, in eine Leistung. Der Faktor φ berücksichtigt die internen Lasten durch Personen sowie durch dazugehörige Arbeitsmittel.The factor φ converts the average predicted number of persons n, averaged over the next N hours, into one power. The factor φ considers the internal loads by persons as well as by associated work equipment.
Der Faktor F dient schließlich der Umrechnung der Leistung in eine Temperatur.The factor F finally serves to convert the power into a temperature.
Die Faktoren αi, βi und γi können hierbei entweder fest vorgegeben sein, etwa durch empirisches Ausprobieren und Optimieren, oder auf optimale Werte geregelt werden. αi, βi und γi sind hierbei numerische Werte, welche typischerweise zwischen 0 und 1 liegen. In this case, the factors α i , β i and γ i can either be predefined, for example by empirical trial and error, or regulated to optimum values. α i , β i and γ i are numerical values which are typically between 0 and 1.
Der Parameter F hängt von der Gebäudekonstruktion, der Dämmung und Infiltration des Gebäudes ab. Der Parameter F kann etwa dadurch bestimmt werden, dass eine maximal erlaubte Kompensation festgelegt wird, beispielsweise auf 5°C. Diese maximal erlaubte Kompensation Kmax ist definiert als die Abweichung der Kompensationstemperatur Tkomp von der gemittelten Umgebungstemperatur Tum. Ein Maximalwert Jmax des Faktors (αi·βi(t)·γi(t)·I + φ·n) wird abgeschätzt, indem die Maximalwerte für αi, βi, γi und φ eingesetzt werden und der Faktor für vorgegebenes I und n ausgewertet wird. Der Faktor F berechnet sich dann als F = Kmax/Jmax. Beispielsweise ist F = 0,2 °C/kW, wobei der genaue Wert auf das Gebäude eingestellt werden kann. The parameter F depends on the building construction, insulation and infiltration of the building. The parameter F can be determined, for example, by setting a maximum allowable compensation, for example to 5 ° C. This maximum allowed compensation K max is defined as the deviation of the compensation temperature T comp from the averaged ambient temperature T um . A maximum value J max of the factor (α i * β i (t) * γ i (t) * I + φ * n) is estimated using the maximum values for α i , β i , γ i and φ and the factor is evaluated for given I and n. The factor F is then calculated as F = K max / J max . For example, F = 0.2 ° C / kW, where the exact value can be set on the building.
Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die kompensierte Temperatur auch durch folgende Gleichung bestimmt werden:
Hierbei müssen nur drei Parameter bestimmt werden, wobei γ dem oben definierten γi entspricht, α* die Effekte des Produkts von F, αi und βi parametrisiert, und φ* die Effekte des Produkts von F und φ.Here, only three parameters have to be determined, where γ corresponds to the γ i defined above, α * parameterizes the effects of the product of F, α i and β i , and φ * the effects of the product of F and φ.
Über die Abhängigkeit von der durchschnittliche Personenanzahl n hängt die kompensierte Temperatur Tkomp von den Gebäudebelegungsdaten ab, und über die gemittelte Umgebungstemperatur Tum sowie die gemittelten Sonneneinstrahlung I hängt die kompensierte Temperatur Tkomp von den Wetterdaten ab. By way of the dependence on the average number of persons n, the compensated temperature T comp depends on the building occupancy data, and on the average ambient temperature T um and the average solar radiation I the compensated temperature T comp depends on the weather data.
In einem vierten Schritt S4 wird die Ist-Temperatur Tist des Gebäudeteils basierend auf der Kompensationstemperatur reguliert. Eine Steuerungseinheit gibt die auf Basis der Kompensationstemperatur neuberechneten Sollwerte für eine oder mehrere Regelungseinheiten vor. Die Regelungseinheit hat dabei das Ziel, unter Berücksichtigung von Störgrößen unnötige Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr zu vermeiden. Die Regelungseinheit ist ausgebildet, die Ist-Temperatur Tist des Gebäudeteils in einem gewissen Temperaturbereich um die in Schritt S2 eingestellte Sollwerttemperatur Tsoll zu halten. Dabei können verschiedene Regelgrößen Verwendung finden, wie zum Beispiel ein Massenstrom des Heiz- oder Kühlmittels und/oder eine Zulufttemperatur der Luftzufuhr und/oder eine Solltemperatur des Gebäudeteils. In a fourth step S4, the actual temperature T ist of the building part is regulated based on the compensation temperature. A control unit predefines the setpoints for one or more control units based on the compensation temperature. The control unit has the goal to avoid unnecessary heat input and heat dissipation, taking into account disturbance variables. The control unit is adapted to the actual temperature T of the building part to within a certain temperature range around the set in step S2 setpoint temperature T hold. In this case, different controlled variables can be used, such as, for example, a mass flow of the heating or cooling medium and / or a supply air temperature of the air supply and / or a setpoint temperature of the building part.
Vorzugsweise entspricht hierbei die obere Soll-Temperatur Tsoll,2 der festgelegten Soll-Temperatur Tsoll. Für Kompensationstemperaturen oberhalb der unteren Kompensationstemperatur Tkomp,1 wird die Soll-Temperatur Tsoll also auf einen niedrigeren Wert eingestellt. Anhand dieser Soll-Temperatur Tsoll wird dadurch die Ist-Temperatur Tist auf einen niedrigeren Wert geregelt.Preferably, the upper setpoint temperature T soll, 2 corresponds to the setpoint setpoint temperature T soll . For compensation temperatures above the lower compensation temperature T comp, 1 , the setpoint temperature T soll is thus set to a lower value. Based on this is to set temperature T is thus the actual temperature T is controlled to a lower value.
Da die Kompensationstemperatur Tkomp insbesondere auch die Effekte von Wetterdaten und Gebäudebelegungsdaten umfasst, werden diese Einflüsse berücksichtigt, anders als dies der Fall wäre, wenn die Ist-Temperatur Tist anstelle der Kompensationstemperatur Tkomp zum Bestimmen der Solltemperatur verwendet werden würde. Die untere Soll-Temperatur Tsoll,1, die untere Kompensationstemperatur Tkomp,1 und die obere Kompensationstemperatur Tkomp,2 können hierbei fest vorgegebene oder einstellbare Werte sein, beispielsweise ist Tkomp,1 = 15 °C, Tkomp,2 = 25 °C, Tsoll,1 = 20 °C, Tsoll,2 = 23 °C. Durch geeignete Wahl dieser Temperaturwerte kann die Ist-Temperatur des Gebäudeteils genau reguliert werden.In particular, since the compensation temperature T comp also includes the effects of weather data and building occupation data, these influences are taken into account, unlike the case where the actual temperature T ist would be used instead of the compensation temperature T komp for determining the target temperature. The lower target temperature T soll, 1 , the lower compensation temperature T comp, 1 and the upper compensation temperature T comp, 2 may be fixed or adjustable values, for example T comp, 1 = 15 ° C., T comp, 2 = 25 ° C, T soll, 1 = 20 ° C, T soll, 2 = 23 ° C. By a suitable choice of these temperature values, the actual temperature of the building part can be regulated precisely.
Diese Ausführungsform und die weiter folgenden Ausführungsformen sind insbesondere auch dann anwendbar, wenn die Soll-Temperatur Tsoll nicht direkt verändert werden kann, etwa im Falle einer dezentralen Steuerung, wobei die zentrale Steuerung nicht oder nur begrenzt die Soll-Temperatur Tsoll steuern kann. Die festgelegte Soll-Temperatur Tsoll wird in dieser Ausführungsform nicht geändert. Eine lokale Steuerung versucht, die Ist-Temperatur Tist auf die festgelegte Soll-Temperatur Tsoll zu regeln. Da die tatsächliche Versorgungstemperatur Tvers jedoch von der erwarteten Versorgungstemperatur Tvers abweicht, wird die Ist-Temperatur von der lokalen Steuerung auf einen von der Soll-Temperatur Tsoll abweichenden Wert reguliert.This embodiment and the further following embodiments are particularly applicable even if the target temperature T soll can not be changed directly, such as in the case of a decentralized control, the central control can not or only limited to the target temperature T soll can control. The specified target temperature T soll is not changed in this embodiment. A local controller tries to regulate the actual temperature T ist to the specified target temperature T soll . However, since the actual supply temperature T vers deviates from the expected supply temperature T verse, the actual temperature of the local control on one of the desired temperature T set different value is regulated.
Analog lässt sich die Versorgungstemperatur Tvers eines Kühlmittels zum Kühlen des Gebäudeteils einstellen.Analogously, the supply temperature T vers of a coolant for cooling the building part can be set.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Pumpgeschwindigkeit v auch in Abwandlung der vorhergehenden Ausführungsform in Abhängigkeit von der Kompensationstemperatur Tkomp in diskreten Schritten zwischen der oberen Pumpgeschwindigkeit v2 und der unteren Pumpgeschwindigkeit v1 angepasst werden, wie in
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ist-Temperatur Tist durch Einstellen einer Ventilatorgeschwindigkeit vvent und/oder einer maximalen Betriebszeit tvent eines Ventilators, welcher Luft zum Kühlen bzw. Heizen des Gebäudeteils bereitstellt, durchgeführt werden. Das Einstellen der Ventilationsgeschwindigkeit vvent und der maximale Betriebszeit tvent des Ventilators wird dazu analog zu dem soeben beschriebenen Einstellen der Pumpgeschwindigkeit v beziehungsweise der maximalen Betriebszeit tp der Pumpe durchgeführt.According to a further embodiment, the actual temperature T ist by adjusting a Fan speed v vent and / or a maximum operating time t vent a fan, which provides air for cooling or heating of the building part performed. The setting of the ventilation speed v vent and the maximum operating time t vent of the fan is performed analogously to the just described setting of the pump speed v or the maximum operating time t p of the pump.
Die Reihenfolge der Schritte ist durch die genannten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. So kann etwa die Solltemperatur Tsoll auch erst nach dem Berechnen der Kompensationstemperatur Tkomp festgelegt werden.The order of the steps is not limited by the mentioned embodiments. For example, the setpoint temperature T soll can also be set only after the compensation temperature T comp has been calculated.
Die Steuervorrichtung
Die Steuereinheit
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuereinheit
Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. So kann die Steuervorrichtung
In
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ist-Temperatur Tist durch Einstellen von mindestens einer Lüftungsklappe durchgeführt werden. Die Lüftungsklappe ist hierbei in einer Versorgungsleitung einer Luftzufuhr des Gebäudeteils eingebracht. Beispielsweise kann der Öffnungsgrad der Lüftungsklappe in Abhängigkeit von der Kompensationstemperatur Tkomp eingestellt werden.According to a further embodiment, the actual temperature T ist can be performed by adjusting at least one ventilation flap. The ventilation flap is in this case introduced into a supply line of an air supply of the building part. For example, the degree of opening of the ventilation flap can be adjusted as a function of the compensation temperature T comp .
Die Erfindung ist nicht auf die genannten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können verschiedene Ausführungsformen kombiniert werden. So kann etwa ein Einstellen einer Öffnungszeit von Ventilen
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19537850 A1 [0003] DE 19537850 A1 [0003]
- US 2013/0231792 A1 [0004] US 2013/0231792 A1 [0004]
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DE102020213467A1 (en) | 2020-10-26 | 2022-04-28 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Room conditioning system, room ventilation system and method of operating the same |
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2015
- 2015-08-13 DE DE102015215485.8A patent/DE102015215485A1/en active Pending
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