BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Zonentemperaturen und Luftverteilanlage zur Durch- führung des Verfahrens.
In herkömmlichen Anlagen mit variablem Luftvolumen, die in der Lage sind, die abgegebene Luftmenge durch Verändern der Ventilatordrehzahl, durch Positionieren der Einlassleitschaufeln oder durch Steuern des Einstellwinkels eines Axialventilators zu verändern, erfolgt die Ventilatorsteuerung durch die Verwendung eines einzelnen Druckfühlers, der irgendwo in der Hauptkanalleitung angeordnet ist. Der Druckfühler sendet ein Eingangssignal direkt zu der Ventilatorsteuerung, beispielsweise einem in der Drehzahl einstellbaren Antrieb eines Luftaufbereiters, um die Drehzahl zu vergrössern, zu verringern oder konstant zu halten. Wenn der Druck an dem Fühlerort zu hoch ist, wird daher ein Verringerungssignal gesendet, und, wenn er zu niedrig ist, wird ein Erhöhungssignal gesendet.
Der
Ort des Fühlers wird sorgfältig gewählt, damit der abgefühlte
Druck die Gesamtanlagendruckverteilung über dem gesamten
Lastbereich am besten repräsentiert. Gewöhnlich wird der Füh lerort etwa bei zwei Dritteln des Weges des Hauptkanals ge wählt, und zwar gemessen durch die Strecke oder den Gesamt druckabfall. Die Raumtemperaturen werden nicht benutzt, um die Ventilatordrehzahl zu steuern. Statt dessen wird der abge fühlte Druck zu der Drehzahl-Verstelleinrichtung über einen parallelen Additionspunkt/Funktionsgenerator-Steuerprozess zurückgeführt. Die Drehzahlverstellungen verändern die Venti latordrehzahl und dadurch den Ventilatorauslassdruck. Es gibt einen Druckverlust in dem verbleibenden Haupt-/gemeinsamen
Kanal stromabwärts des Druckfühlers.
Das Kanalsystem teilt die Strömung auf, wobei mehr Druck in den Zweigleitungen verlorengeht, und die Luft wird einer Regelschleife eines Termi nals oder Anschlusses der Anlage mit variablem Luftvolumen zugeführt, wobei die Regelschleife einen gesteuerten Druckver lust bewirkt und schliesslich die Raumtemperatur beeinflusst.
Obgleich die Temperatur die zu regelnde Variable ist, sind da her sämtliche Steuerungen druckempfindlich, und es wird ein einzelner Druckfühler benutzt. Selbst wenn der Druckfühler in dem Punkt angeordnet ist, wo der Fühler die beste Darstel lung der Gesamtkanaldruckverteilung bei der Entwurfsströ mung liefert, wenn eine von der Entwurfsströmung abweichen de Strömung vorhanden ist und wenn die Terminals der Anlage auf einer Seite des Kanalsystems schliessen, bewegt sich jedoch der beste Punkt zu einem anderen Ort. Infolgedessen kann der Fühler in seiner Darstellung der Kanaldruckverteilung bei von Entwurfsbedingungen abweichenden Bedingungen sowie aufgrund der normalen Änderungen während des Tages unge nau sein.
Darüber hinaus ergibt der abgefühlte Druck eine indirekte
Kommunikation zwischen dem Luftaufbereiter und den Termi nals in dem Sinne, dass der Luftaufbereiter auf den abgefühlten Druck hin betrieben und der abgefühlte Druck durch die Terminals beeinflusst wird, wenn sie öffnen und schliessen, um die Luftströmung und dadurch die Temperatur in den Zonen zu steuern. Da Temperaturdaten nicht direkt übertragen werden, kann die Anlage auf unerwünschte Weise arbeiten. Beispielsweise kann ein Belüftungsbedarf in einer Zone bewirken, dass diese überhitzt oder überkühlt wird.
Obgleich die inneren Zonen eines Gebäudes im wesentlichen von jahreszeitlichen Temperaturänderungen, Sonneneinstrahlung, usw., isoliert sind, gibt es noch Variable in der Kühllast aufgrund von Leuten, die ihre Arbeitsbereiche verlassen und/ oder sich zu Treffen versammeln, usw. Ausserdem ist die Kühllast von der Wärme abhängig, die durch Beleuchtung, Ausrüstung und Personal erzeugt wird. Über Nacht, während der Ferien, usw. kann Überkühlung verursacht werden, selbst wenn die Luft für den Mindestbelüftungsbedarf geliefert wird. Als Ergebnis dessen kann es notwendig sein, ein Aufwärmen am Morgen vorzunehmen, obgleich es nur eine Kühllast während der Besetzung gibt. Ebenso ist es unerwünscht, nichtbesetzte Bereiche, wie beispielsweise unbenutzte Büros, zu heizen.
Die Erfindung benutzt die Differenz zwischen der Zonentemperatur und dem festgelegten Sollwert, oder At als Grunddaten aus jeder Zone. Diese Daten werden benutzt, um das System zu betreiben, das die Kommunikation steuert und zwischen der Luftaufbereitersteuerung und den Terminalsteuerungen für die verschiedenen Zonen arbeitet. Am Anfang werden die Raumtemperaturen von sämtlichen Steuerzonen abgefühlt, um festzustellen, ob das System in der Heiz- oder in der Kühlbetriebsart sein sollte. Das ist selbstverständlich von den gegenwärtig festgelegten Sollwerten abhängig, bei denen es sich um die Nachtabsenkungstemperatur, normales Heizen, unbesetztes Heizen, normales Kühlen oder Anfahrkühlen handeln kann.
Die Grundzonentemperaturdaten können für mehrere andere Funktionen benutzt werden, nachdem die Betriebsart bestimmt worden ist, wie beispielsweise Steuern des Luftaufbereiterventilators in der Kühlbetriebsart für Energiesparzwecke und zum Verhindern von Überkühlung. In der Heizbetriebsart werden die Grundzonentemperaturdaten benutzt, um die Zulufttemperatur nach Bedarf bei Mindestventilatordrehzahl nachzustellen, um Raumbedingungen aufrechtzuerhalten. Sie werden ausserdem die Ventilatordrehzahl erhöhen, wenn die maximale Zulufttemperatur nicht ausreicht, um Raumbedingungen aufrechtzuerhalten, was beispielsweise der Fall sein wird, wenn eine Niedertemperaturwärmepumpenquelle benutzt wird.
Wenn der Luftaufbereiterventilator auf der erwünschten Mindestdrehzahl, 50%, ist, um Ventilatorenergie zu sparen, aber noch auf ausreichender Drehzahl/Strömung, um für eine ausreichende Frischluft und/oder Luftumwälzung zu sorgen, kann die Zonentemperatur weiterhin abnehmen und Überkühlung verursachen.
Die Grundzonentemperaturdaten werden wieder in der Luftanlagensteuerung benutzt. Die Luftanlagensteuerung stellt die Luftaufbereiterzulufttemperatur nach, so dass Frischluft und Luftumwälzung aufrechterhalten werden. Ein kleiner Prozentsatz von unbefriedigten Zonen wird als Betriebsstrategie be nutzt. Eine Einwirkung findet statt, wenn dieser kleine Prozent satz in der einen oder anderen Richtung überschritten wird, an dernfalls gibt es einen Unempfindlichkeitsbereich, wo keine Än derung verlangt wird.
Die einzelnen Zonenluftterminals haben eine Variables-Luft volumen-Steuerbetriebsart, um die Raumtemperatur zu befrie digen. Sämtliche Luftterminals oder Luftterminalsteuerungen, die durch einen Luftaufbereiter versorgt werden, werden entwe der in der direkt wirkenden Betriebsart zum Kühlen oder in der umgekehrt wirkenden Betriebsart zum Heizen sein. Die Luftan lagensteuerung wird bestimmen, in welcher Betriebsart die An lage sein sollte, und diese Daten zurück zu den Luftterminal steuerungen übertragen. Jeder Luftterminal und jede Luftter minalssteuerung wird in einer Betriebsart mit variablem Luftvolumen für Heizen und Kühlen arbeiten, um die grundlegende festgelegte Zonentemperaturforderung zu versuchen und zu befriedigen.
Die Erfindung ersetzt daher nicht die Luftaufbereitersteuerung oder die Luftterminalsteuerung, sondern verknüpft diese miteinander, wenn sie kompatibel sind, und liefert sämtliche Temperaturdaten zu der Luftaufbereitersteuerung.
Aufgabe der Erfindung ist es, die miteinander in Beziehung stehenden luftseitigen Funktionen eines Luftterminal/Luftaufbereiter-Systems auf irgendeine energiesparende Weise zu steuern und dabei die Zonenraumlufttemperaturen zu steuern, ohne dass eine merkliche Schalländerung erzeugt wird, Mindestfrischluft geliefert und die Luftumwälzung bewirkt wird, dabei aber eine Überkühlung verhindert wird. Ausserdem soll durch die Erfindung der Luftterminal beim Herabsetzen abgeglichen werden, so dass die Herabsetzungsgeschwindigkeiten nicht durch die Entfernung von dem Luftaufbereiter gesteuert werden.
Luftströmungsfühler oder Druckfühler für die Steuerung sollen nicht erfordert sein. Die Steuerung soll auf der Zonenwärmepriorität statt auf der Kanaldruckverfügbarkeit in dem Luftverteilsystem basieren.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch kennzeichnende Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 und die Luftverteilanlage nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Grundsätzlich wird die Geschwindigkeit des Änderns/Herabsetzens, um das System auszugleichen, begrenzt, um merkliche Änderungen hinsichtlich des Schallpegels zu verhindern, und die Temperaturdifferenz, At, zwischen dem Zonensollwert und der Istraumtemperatur wird als Basis für die Steuerung benutzt. Die Steuerfunktionen können beinhalten: (1) Raumtemperaturregelung; (2) das Verhindern einer merklichen Schalländerung; (3) Luftsystemausgleich; (4) Mindestsystemluftströmungssteuerung; (5) Mindestenergieventilatorvolumensteuerung; (6) Verhinderung von Ventilatormotorüberlast; (7) Umschaltung zwischen Kühlen und Heizen; und (8) Fernraumtemperaturüberwachung und -nachstellung.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Luftsystems ist, bei dem die Erfindung benutzt wird;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines einzelnen Terminals oder Anschlusses ist;
Fig. 3 ein Flussdiagramm des Betriebsartwählers für Heizen Kühlen ist;
Fig. 4 ein Flussdiagramm der Luftterminalsteuerung für Heizen ist;
Fig. 5 ein Flussdiagramm der Ventilatordrehzahlsteuerung für Heizen ist;
Fig. 6 ein Flussdiagramm der Zuluftnachstellung für Heizen ist;
Fig. 7 ein Flussdiagramm der Luftterminalsteuerung beim Kühlen ist;
Fig. 8 ein Flussdiagramm der Ventilatorsteuerung beim Kühlen ist;
Fig. 9 ein Flussdiagramm der Überkühlungsnachstellsteuerung ist;
;
Fig. 10 ein Diagramm der Luftströmung in m3/min (Kubikfuss/Minute) über der Temperatur in "C (Fahrenheit) für einen einzelnen Terminal ist;
Fig. 11A und 11B Diagramme der Förderung des Ventilators der Luftaufbereitungseinheit in m3/min (Kubikfuss/Minute) über unbefriedigten Terminals für Heizen bzw. Kühlen sind;
Fig. 12 ein Diagramm der Zulufttemperatur über unbefriedigten Terminals für Kühlen ist.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 insgesamt den Luftaufbereiter, der einen Ventilator, eine oder mehrere Schlangen und ein elektrisches oder Heisswasserheizelement enthält. Der Luftaufbereiter 10 empfängt Umluft und/oder Aussenluft, die er zu einem Kanal 14 fördert. Stellantriebe 11 steuern die Aussen- und Umluftdämpfer zum Steuern der Mengen an Umluft und/oder Aussenluft. Die Luftaufbereitersteuerung 12 steuert den Luftaufbereiter 10 durch Steuern der Ventilatordrehzahl, der Schlange(n) und des Heizelements auf herkömmliche Weise. Fühler 13 erfassen die Zulufttemperatur und die Ventilatormotorleistung. Die aufbereitete Luft, die dem Kanal 14 zugeführt wird, wird ihrerseits Zweigleitungen 14a-n zugeführt, die Terminals 15a-n versorgen.
Die Terminals 15a-n sind aufblasbare Balgdämpfer, bei denen Sammelkammerluft benutzt wird, um die Bälge aufzublasen und dadurch zu schliessen und um die Bälge zu entleeren und dadurch zu öffnen. Stellantriebe 16a-n steuern das Aufblasen der Bälge auf an sich bekannte Weise. Fühler 17a-n fühlen die Raumtemperatur und den Sollwert ab, was die Ät-Information für jeden Raum oder jede Zone ergibt, die zu den Luftterminalsteuerungen 18a-n geliefert wird. Die Luftterminalsteuerungen 18a-n enthalten die Logik zum Steuern der Stellantriebe 16a-n auf der Basis der Raumtemperaturdaten, die durch die Fühler 17a-n geliefert werden. Die Luftterminalsteuerungen 18a-n wissen nicht, wann zwischen Heizen und Kühlen umzuschalten ist.
Da die Kühlsteuerung direkt wirkend und die Heizsteuerung umgekehrt wirkend ist, muss die Logik beim Umschalten zwischen Heizen und Kühlen umgekehrt werden.
Fig. 2 zeigt die Einzelheiten des als Beispiel gewählten Luftterminals 15a, bei dem die Leitung 14a Luft in eine Sammelkammer 20 fördert. Unter der Steuerung der Bälge 21a und b strömt Luft aus der Sammelkammer 20. Die Stellantriebe 16a enthalten eine Magnetspule 22, die das Füllen oder Aufblasen der Bälge 21a und b steuert, und eine Magnetspule 23, die das Entlüften oder Entleeren der Bälge 21a und b steuert. Die Fühler 17a umfassen entweder einen integralen Raumtemperaturfühler 24 oder einen Ferntemperaturfühler (nicht dargestellt) und die Temperatursollwertvorrichtung 25 sowie, falls benutzt, einen Geschwindigkeitsfühler 27. Die Luftterminalsteuerung 1 8a weist eine Stromversorgung 28 und einen Übertragungskanal 29 auf.
Der Übertragungskanal 29 sendet die Raumtemperatur- und Sollwertdaten zu der Luftanlagensteuerung 19 und empfängt Rückstelltemperatursignale, beispielsweise für die Nachtabsenkung und für Energiesparstrategien, sowie Signale zum Anzeigen einer Umschaltung zwischen Heizen und Kühlen.
Die Luftanlagensteuerung 19 bewirkt die Datenübertragung zur Luftaufbereitersteuerung 12 und zu den Luftterminalsteuerungen 18a-n. Auf diese Weise wird den Luftterminalsteuerungen 18a-n gesagt, wann auf die andere Logik umzuschalten ist, wenn zwischen Heizen und Kühlen umgeschaltet wird, wann und wieviel die Terminals 15a-n zu öffnen/zu schliessen sind, usw. Die Luftaufbereitersteuerung 12 empfängt Information darüber, wie weit die Schlangentemperatur rückzustellen ist, ob die Ventilatordrehzahl zu ändern ist, usw.
Gemäss Fig. 3 beginnt der Prozess mit dem Betriebsartwäh ler für Heizen-Kühlen. Die Zonentemperatur tz wird in jeder Zone abgefühlt, was durch den Block 30 gezeigt ist, und wird als ein erstes Eingangssignal zu Komparatoren geliefert, die durch Blöcke 32 bzw. 34 dargestellt sind. Der Block 30 empfängt Datensignale S4A und S4B, die benutzt werden, um festzustellen, wann ein Zyklus einzuleiten ist. Die Heizsolltemperatur thsp wird abgefühlt, was durch einen Block 36 gezeigt ist, und als ein zweites Eingangssignal an den Block 32 abgegeben.
Das Ausgangssignal des Blocks 32, welches ein Vergleich zwischen tz und thsp ist, wird als Eingangssignal an Blöcke 38 und 40 angelegt. In dem Block 38 ist, wenn tz nicht kleiner als oder gleich thsp ist, kein Heizen erforderlich, und ein Rückkehrsignal wird an den Block 30 nach einer geeigneten Pause von xll Se kunden abgegeben, was durch einen Block 42 gezeigt ist. Wenn tz kleiner als oder gleich thsp ist, dann wird ein Votum S1 an einen Block 44 in Fig. 5 abgegeben, das ein Umschalten auf Heizen angibt. In dem Block 40 wird festgestellt, ob sämtliche Terminals in der Heizbetriebsart sind oder nicht oder Heizen verlangen, was durch tz angegeben wird, das kleiner als oder gleich thsp in jedem Fall ist.
Wenn nur einige der Terminals in der Heizbetriebsart sind, ist es notwendig, dass das Votum die Terminals der Anlage in die eine oder die andere Betriebsart bringt, da der Luftaufbereiter 10 nur eine Luftumschalteinheit ist, die stromabwärts von sich kein Heizen oder Kühlen hat.
Wenn sämtliche Terminals in der Heizbetriebsart sind, wird diese Information, S2, von dem Block 40 an den Block 46 in Fig.
4 abgegeben. Wenn nicht sämtliche Terminals in der Heizbetriebsart sind, was in dem Block 40 festgestellt wird, gibt es keine weitere Einwirkung hinsichtlich der Voten, die an den Block 44 abgegeben werden.
Die Kühltemperatur tcsp wird abgefühlt, was durch einen Block 48 gezeigt ist, und als ein zweites Eingangssignal an den Block 34 angelegt. Das Ausgangssignal des Blockes 34, welches ein Vergleich von tz und tcsp ist, wird als Eingangs signal an Blöcke 50 und 52 angelegt. In dem Block 50 wird, wenn tz nicht grösser als oder gleich tcsp ist, kein Kühlen verlangt, und ein Rückkehrsignal wird an den Block 30 nach einer geeigneten Pause von x12 Sekunden abgegeben, was durch einen Block 54 gezeigt ist. Wenn tz grösser als oder gleich tcsp ist, dann wird ein Votum, S1, an den Block 44 in Fig. 5 abgegeben, was eine Umschaltung auf Kühlen anzeigt.
Es ist zu erkennen, dass es einen Unempfindlichkeitsbereich zwischen tcsp und thsp gibt, der sich über mehrere Grad erstreckt, was am besten in Fig. 10 dargestellt ist, so dass ein zyklisches Umschalten zwischen Heizen und Kühlen vermieden wird. In dem Block 52 wird festgestellt, ob sämtliche Terminals in der Kühlbetriebsart sind oder nicht, was durch tz angezeigt wird, das grösser als oder gleich tcsp in jedem Fall ist. Wenn wie in dem Fall des Blockes 40 nur einige der Terminals in der Kühlbetriebsart sind oder Kühlen verlangen, ist es notwendig, dass das Votum die Terminals der Anlage in die eine oder die andere Betriebsart bringt. Wenn sämtliche Terminals in der Kühlbetriebsart sind, wird diese Information, S3, von dem Block 52 an den Block 56 in Fig. 7 abgegeben.
Gemäss Fig. 4, die die Luftterminalsteuerung für Heizen zeigt, ist das Ausgangssignal des Blockes 40, das als S2 an den Block 46 abgegeben wird, der Vergleich von tz und thsp. Gemäss der Darstellung in Fig. 10 gibt es einen stabilen oder Unempfindlichkeits-m3/min-Bereich, dessen Mitte sich bei tbsp befindet und der sich gemäss der Darstellung über einen Bereich von 0,56"C (1cd) oder von thsp 0,280C (thsp-O,SF0) bis thsp +0,28"C (thsp + 0,5F") erstreckt, in welchem keine Umschaltung erfolgt.
In dem Block 46 wird festgestellt, ob tz grösser als oder gleich thsp ist (die Zonentemperatur ist grösser als der oder gleich dem Heizsollwert und verlangt deshalb mehr Heizen) oder nicht und wie gross die Differenz in der Heiztemperatur, Ath, ist, und welches ihr Vorzeichen ist. Wenn tz grösser als oder gleich thsp ist, wird die Differenz, Ath, an den Block 58 abgegeben, wo festgestellt wird, ob Ath grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist oder nicht, was angibt, ob sie in dem Unempfindlichkeitsbereich ist oder nicht.
Wenn Ath nicht grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist, ist die Zone in dem Unemp findlichkeitsbereich und es ist keine Einstellung erforderlich, weshalb es eine Pause für yl Sekunden gibt, was durch einen Block 60 gezeigt ist, woraufhin ein Signal, S4A, an den Block 30 in Fig. 3 abgegeben wird. Wenn Ath grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist, ist die Zone zu warm, und diese Information wird an Blöcke 62 und 64 abgegeben. Wie in dem Block 62 angegeben wird der Dämpfer für eine geeignete Zeitspanne von x3 Sekunden in Richtung Schliessen bewegt, dann gibt es eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x4 Minuten, was durch einen Block 66 gezeigt ist, bevor diese Information, S4A, an den Block 30 in Fig. 3 abgegeben wird.
In dem Block 64 wird festgestellt, ob Ath grösser als oder gleich 0,56"C (1"F) ist oder ob die Zone um mehr als 0,56"C (1F") zu warm ist. Wenn Ath nicht grösser als oder gleich 0,56"C (1wo) ist, gibt es eine Pause und es ist hinsichtlich der Einwirkung, die in den Blöcken 62 und 66 erfolgt, keine Einwirkung notwendig. Wenn jedoch Ath grösser als 0,56"C (1F") ist, dann wird ein Votum, SS, zum Verringern des Heizens an einen Block 68 in Fig. 6 abgegeben.
Wenn tz nicht grösser als oder gleich thsp ist, wird die Differenz, -Ath, von dem Block 46 an einen Block 70 abgegeben, wo festgestellt wird, ob l-Athl grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist oder nicht, was bestimmt, ob sie in dem Unempfindlichkeitsbereich ist oder nicht. Wenn l-Athl nicht grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist, ist die Zone in dem Unempfindlichkeitsbereich, und es ist keine Einstellung erforderlich, weshalb es eine Pause für y2 Sekunden gibt, was durch einen Block 72 gezeigt ist, woraufhin ein Signal, S4B, an den Block 30 in Fig. 3 abgegeben wird.
Wenn I-At grösser als oder gleich 0,28"C (0,5FO) ist, ist die Zone zu kühl, und diese Information wird an Blöcke 74 und 76 abgegeben. Wie in dem Block 74 angegeben wird der Dämpfer der Dämpfer für eine geeignete Zeitspanne von xl Sekunden in Richtung Öffnen bewegt, dann gibt es eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x2 Minuten, was durch einen Block 78 dargestellt ist, bevor diese Information, S4B, an den Block 30 in Fig. 3 abgegeben wird. In dem Block 76 wird festgestellt, ob -Athj grösser als oder gleich 0,56"C (1F") ist oder ob die Zone um mehr als 0,56"C (1F") zu kühl ist.
Wenn 1 -At nicht grösser als oder gleich 0,56"C (1F") ist, gibt es eine Pause, und es ist keine Einwirkung notwendig hinsichtlich der Einwirkung, die in den Blöcken 74 und 78 er folgt. Wenn jedoch |Ath| I-At grösser als 0,56"C (lF ) ist, dann wird ein Votum, S5, zum Vergrössern des Heizens an den Block 68 in Fig. 6 abgegeben.
Die Voten, S1, die durch die Blöcke 38 und 50 in Fig. 3 geliefert werden, werden an den Block 44 in Fig. 5 abgegeben, der die Umschaltvoten aus sämtlichen Terminals für die Ventilatordrehzahlsteuerung für Heizen (Fig. 5) und Kühlen (Fig. 8) abtastet. Die Voten VH für Heizen und VC für Kühlen, die tz kleiner als thsp bzw. tz grösser als tcsp darstellen, werden in einem Block 80 in Fig. 5 addiert und verglichen. Wenn die Summe der Voten für Heizen, S VH, nicht grösser als die Summe der Voten für Kühlen, S VC, ist, dann erfolgt eine Umschaltung auf Kühlen, und das Kühlen wird gemäss der Darstellung in Fig. 8 gestartet, wobei angenommen wird, dass die Anlage in der Heizbetriebsart war, andernfalls wird das Kühlen fortgesetzt.
Das Kühlen hat gegenüber dem Heizen Vorrang, weil das Kühlen von Zonen, die ausreichend über der Temperatur sind, zwei Voten bekommt. Wenn jedoch die Summe der Voten für Heizen grösser als die Summe der Voten für Kühlen ist, erfolgt eine Umschaltung auf Heizen, wobei angenommen wird, dass die Anlage in der Kühlbetriebsart war, andernfalls wird das Heizen fortgesetzt. Wenn eine Umschaltung auf Heizen erfolgt oder wenn das Heizen fortgesetzt wird, wird ein Betätigungseingangssignal an einen Block 84 in Fig. 5 angelegt, und ein Betätigungssignal, S6, wird an einen Block 68 in Fig. 6 angelegt. Der Block 84 fühlt die Ventilatordrehzahl des Luftaufbereiters 10 über die Motorleistung ab und gibt dafür ein erstes Eingangssignal an einen Komparator 86 ab.
Der Mindestventilatordrehzahlsollwert wird über die Motorleistung in einem Block 88 bestimmt und als ein zweites Eingangssignal an den Komparator 86 angelegt. Das Ausgangssignal des Komparators 86 zeigt an, ob die Ventilatordrehzahl auf einem Mindestwert ist oder nicht, was durch einen Block 90 angegeben ist. Wenn die Ventilatordrehzahl auf einem Mindestwert ist, gibt es eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x5 Minuten, was durch einen Block 92 dargestellt ist, bevor zu dem Block 84 zurückgekehrt wird, um die Ventilatordrehzahl über die Motorleistung abzufühlen.
Wenn die Ventilatordrehzahl nicht auf einem Mindestwert ist, was in dem Block 90 bestimmt wird, dann stellt ein Block 94A, welches derselbe Block wie der Block 94B in Fig. 6 ist, fest, ob die Temperatur des Heizversorgungssollwerts, thss, kleiner als die Temperatur des Entwurfsheizversorgungssollwerts, tdhss, ist.
Wenn thss kleiner als tdhss ist, dann wird die Ventilatordrehzahl für eine geeignete Zeitspanne von x7 Sekunden verringert, was durch einen Block 96 gezeigt ist, woran sich eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x8 Minuten anschliesst, was durch einen Block 98 gezeigt ist, bevor zu dem Schritt des Blockes 84 zurückgekehrt wird. Wenn tbss nicht kleiner als tdhss ist, dann wird dieVentilatordrehzahl für eine geeignete Zeitspanne von x9 Sekunden vergrössert, was durch einen Block 100 gezeigt ist, woran sich eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x10 Minuten anschliesst, was durch einen Block 102 gezeigt ist, bevor zu dem Schritt des Blockes 84 zurückgekehrt wird.
Der Block 68 in Fig. 6 wird betätigt, S6, und zwar auf das Starten des Heizschrittes von Fig. 5 hin, und tastet daraufhin sämtliche Luftterminals ab, die unbefriedigte Differenztemperaturen im Heizen haben, - Ath und Ath, Voten, S5, die von den Blöcken 64 bzw. 76 in Fig. 4 geliefert werden. Ein Block 104 addiert die Voten -Ath und Ath, und, wenn die Voten -Ath grösser als die Voten Ath sind, was die Notwendigkeit stärkeren Heizens darstellt, wird die Heizversorgungssolltemperatur, thss, um 1,12"C (2wo) erhöht, was durch einen Block 106 gezeigt ist, und als ein erstes Eingangssignal an einen Komparator 108 angelegt.
Die Entwurfsheizversorgungssollufttemperatur, tdh,5, wird durch einen Block 110 als ein zweites Eingangssignal an den Komparator 108 angelegt, und das resultierende Signal wird an den Block 94B angelegt, welches derselbe Block wie der Block 94A in Fig. 4 ist. Wenn thss nicht kleiner als tdhss ist, gibt es eine Pause bis zum Einleiten einer Einwirkung durch irgendeinen anderen Teil der Anlage, da thss nicht erhöht werden kann, ohne es weiter aus dem Entwurfsbereich zu bringen.
Wenn thss kleiner als tdhss ist, gibt es eine geeignete Pause von x6 Minuten, was durch einen Block 112 gezeigt ist, bevor der Schritt des Blockes 68 eingeleitet wird. Wenn die Voten -Ath nicht grösser als die Voten Ath sind, was einen verringerten Bedarf für Heizen darstellt, dann wird thss um 1,12"C (2F") erniedrigt, was durch einen Block 114 gezeigt ist, und als ein erstes Eingangssignal an einen Komparator 116 angelegt. Die Mindestheizversorgungssollufttemperatur, tmhss, wird durch einen Block 118 als ein zweites Eingangssignal an den Komparator 116 angelegt, und das resultierende Signal wird an einen Block 120 angelegt.
Wenn thss grösser als tmhss ist, dann gibt es eine geeignete Pause von x13 Minuten, was durch einen Block 122 gezeigt ist, bevor der Schritt des Blockes 68 eingeleitet wird.
Wenn tiiss nicht grösser als tmhss ist, dann wird das Heizen gesperrt, und es gibt eine geeignete Pause von x16 Minuten, was durch einen Block 124 gezeigt ist, bevor das Einleiten des Schrittes des Blockes 68 erfolgt.
Wenn sämtliche Terminals in der Kühlbetriebsart sind, was in dem Block 52 in Fig. 3 bestimmt wird, dann wird ein Signal, S3, an den Block 56 in Fig. 7 abgegeben. In dem Block 56 wird festgestellt, ob tz grösser als oder gleich tcsp ist, wie gross die Differenz in der Kühltemperatur ist, Atc, und welches ihr Vorzeichen ist. Wenn tz nicht grösser als oder gleich tcsp ist, ist die Zonentemperatur kleiner als oder gleich dem Kühlsollwert und erfordert deshalb weniger oder keine zusätzliche Kühlung.
Wenn tz nicht grösser als oder gleich tcsp ist, wird die Differenz, Atc, an einen Block 126 abgegeben, wo festgestellt wird, ob I-At grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist, was bestimmt, ob sie in dem Unempfindlichkeitsbereich ist oder nicht. Wenn satz nicht grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist, ist die Zone in dem Unempfindlichkeitsbereich, und es ist keine Einstellung erforderlich, weshalb es eine Pause für y3 Sekunden gibt, was durch einen Block 128 gezeigt ist, woraufhin ein Signal, S4A, an den Block 30 in Fig. 2 abgegeben wird.
Wenn - Atcl grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist, ist die Zone zu kühl, und diese Information wird an Blöcke 130 und 132 abgegeben. Wie in dem Block 130 gezeigt wird der Dämpfer für eine geeignete Zeitspanne von x23 Sekunden in Richtung Schliessen bewegt, dann gibt es eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x24 Minuten, was durch einen Block 134 gezeigt ist, bevor diese Information, S4A, an den Block 30 in Fig. 3 abgegeben wird. In dem Block 132 wird festgestellt, ob l-Atcl grösser als oder gleich 0,560C (1wo) ist oder nicht oder ob die Zone um wenigstens 0,560C (1F") zu kühl ist.
Wenn satz nicht grösser als oder gleich 0,560C (1F") ist, ist keine Einwirkung notwendig hinsichtlich der Einwirkung, die in den Blöcken 130 und 134 erfolgt. Wenn jedoch I-At grösser als oder gleich 0,56"C (1F") ist, dann wird ein Votum, S7, zum Verringern der Ventilatordrehzahl an einen Block 136 in Fig. 8 abgegeben.
Wenn tz grösser als oder gleich tcsp ist, wird die Differenz, Atc, von dem Block 56 an einen Block 138 abgegeben, wo festgestellt wird, ob Atc grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist oder nicht, was bestimmt, ob sie in dem Unempfindlichkeitsbereich ist oder nicht. Wenn Atc nicht grösser als oder gleich 0,28"C (0,5F") ist, ist die Zone in dem Unempfindlichkeitsbereich, und es ist keine Einstellung erforderlich, so dass es eine Pause für y4 Sekunden gibt, was durch einen Block 140 gezeigt ist, woraufhin ein Signal, S4B, an den Block 30 in Fig. 3 abgegeben wird.
Wenn Atc grösser als oder gleich 0,28"C (0,5FO) ist, ist die Zone zu warm, und diese Information wird an Blöcke 142, 144 und
146 abgegeben. Wie in dem Block 142 angegeben, wird der Dämpfer für eine geeignete Zeitspanne von x21 Sekunden in Richtung Öffnen bewegt, dann gibt es eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x22 Minuten, was durch einen Block 148 angegeben ist, bevor diese Information, S4B, an den Block 30 in Fig. 3 abgegeben wird. In dem Block 144 wird festgestellt, ob Atc grösser als oder gleich 0,56"C (lF ) ist oder nicht oder ob die Zone mehr als 0,56"C (1F") zu warm ist.
Wenn Atc nicht grösser als 0,56"C (1wo) ist, ist keine Einwirkung notwendig hinsichtlich der Einwirkung, die in den Blöcken 142 und 148 erfolgt.
Wenn jedoch Atc grösser als oder gleich 0,56"C (1F") ist, wird ein Votum, S7, zum Erhöhen der Ventilatordrehzahl und dadurch des Kühlens an den Block 136 in Fig. 8 abgegeben. In dem Block 146 wird festgestellt, ob Atc grösser als oder gleich 1,12"C (2F") ist oder nicht. Wenn Atc nicht grösser als oder gleich 1,120C (2F") ist, ist keine Einwirkung notwendig hinsichtlich der Einwirkung, die in den Blöcken 142, 144 und 148 erfolgt. Wenn jedoch Atc grösser als oder gleich 1,12"C (2F") ist, wird ein zweites Votum, S7, zum Erhöhen der Ventilatordrehzahl an den Block 136 in Fig. -8 abgegeben.
Dieses zweite Votum ergibt ein gewichtetes Votieren oder Temperaturübersteuern, um zu berücksichtigen, wie weit eine Zone von dem Sollwert entfernt ist, sowie zum Berücksichtigen, wie weit eine Zone ausserhalb des Bereiches ist, wenn die Anlage so betrieben wird, dass ein gewisser kleiner Prozentsatz, z.B. 2, 4% oder 6No, der Terminals unbefriedigt sein können, ohne ein Ansprechen auszulösen.
Wenn die Summierung in dem Block 80 in Fig. 5 so war, dass die Summe der Voten für Heizen nicht grösser war als die Summe der Voten für Kühlen, d.h. es gab mehr Voten für Kühlen, wird das Kühlen gestartet, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wobei angenommen wird, dass die Anlage in der Heizbetriebsart war, andernfalls wird das Kühlen fortgesetzt. Beginnend in dem Block 136 in Fig. 8 werden sämtliche Voten unbefriedigter Luftterminals abgetastet, und zwar einschliesslich der Voten aus allen anderen gleichen Terminals, was in einem Block 141 angegeben ist. Ein Block 143 addiert alle Voten Atc und Atc, die zu warm/Unterkühlung bzw. zu kühl/Überkühlung darstellen.
Wenn die Summe der Voten, z Atc, die Unterkühlen darstellen, nicht grösser als die Summe der Voten, S Atc, die Überkühlen darstellen, ist, dann wird die Überkühlungsrücksetzsteuerung freigegeben, wie es durch einen Block 151 gezeigt ist, und ein Signal S8 wird an einen Block 153 in Fig. 9 abgegeben.
Wenn die Summe der Voten Atc grösser als die Summe der Voten Atc ist, d.h., wenn es mehr unterkühlte als überkühlte Zonen gibt, wird die Kälteerzeugung freigegeben, was durch einen Block 145 gezeigt ist, die Überkühlungsrücksetzsteuerung wird gesperrt, was durch einen Block 149 gezeigt ist, und ein Block 147 stellt fest, ob die Summe der Voten Atc grösser als oder gleich H ist, welches die maximal zulässige Zahl von unbefriedigten Terminals oder unbefriedigten Voten ist, wobei mehrere Voten möglich sind. Wenn die Summe der Voten Atc grösser als oder gleich H ist, wird die Ventilatordrehzahl für y5 Sekunden erhöht, was durch einen Block 150 gezeigt ist, und nach einer geeigneten Pause von x25 Minuten, was durch einen Block 152 gezeigt ist, bevor dem Block 136 signalisiert wird.
Wenn die Summe der Voten Atc nicht grösser als oder gleich H ist, stellt ein Block 154 fest, ob die Summe der Voten Atc kleiner als oder gleich L ist oder nicht, was die gewünschte Mindestzahl von unerfüllten Voten ist. Wenn die Summe der Voten Atc kleiner als oder gleich L ist, dann wird die Ventilatordrehzahl verringert, was durch einen Block 156 gezeigt ist, und zwar für y6 Sekunden, woran sich eine Pause von x26 Sekunden anschliesst, was durch einen Block 158 gezeigt ist, bevor dem Block 136 signalisiert wird. Wenn die Summe der Voten Atc nicht kleiner als oder gleich L ist, oder, mit anderen Worten, in dem Bereich zwischen L und H liegt, wird die Ventilatordrehzahl beibehalten, was durch einen Block 160 gezeigt ist, und es gibt eine Pause für eine unbestimmte Zeit, bis ein Ereignis eintritt, was durch einen Block 162 gezeigt ist.
Ein Ereignis wäre eine Änderung in der Anlage, die ein Ansprechen auslöst.
Wie erwähnt wird, wenn die Summe der Voten5 Atc, die Unterkühlen darstellen, nicht grösser ist als die Summe der Voten, -Atc, die Überkühlen darstellen, dann wird ein Signal S8, von dem Block 143 in Fig. 8 über den Block 151 an den Block 153 in Fig. 9 abgegeben. In dem Block 153 wird die Ventilatordrehzahl über die Motorleistung abgefühlt und als ein erstes Eingangssignal an einen Komparator 166 angelegt. Der Mindestventilatorsollwert wird über die Motorleistung von einem Block 168 an den Komparator 166 als zweites Eingangssignal abgegeben. Wie in einem Block 170 gezeigt wird festgestellt, ob die Ventilatordrehzahl grösser als die oder gleich der Mindestdrehzahl ist oder nicht.
Wenn die Ventilatordrehzahl nicht grösser als oder gleich der Mindestdrehzahl ist, wird der Kühlversorgungssollwert, tc55, um 0,560C (1"F) erhöht, was durch einen Block 172 angegeben ist, und der neue Wert von tcss wird als erstes Eingangssignal an einen Komparator 174 angelegt. Der Kühlversorgungsgrenzwert, ttcss wird von einem Block 176 an den Komparator 174 als zweites Eingangssignal angelegt. Wie in einem Block 178 angegeben wird der neue Wert von tcss mit tlcss verglichen. Wenn tcss grösser als oder gleich ttc55 ist, wird die Kälteerzeugung gesperrt, was durch einen Block 180 gezeigt ist.
Wenn tcss nicht grösser als oder gleich ticss ist, gibt es eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x28 Minuten, was durch einen Block 182 gezeigt ist, bevor dem Block 153 signalisiert wird.
Wenn die Ventilatordrehzahl grösser als die oder gleich der Mindestventilatordrehzahl ist, was durch den Block 170 gezeigt ist, wird der Kühlversorgungssollwert, tcss, um 0,560C (1"F) verringert, was durch einen Block 184 gezeigt ist, und dieser neue Wert von tcss wird als ein erstes Eingangssignal an einen Komparator 186 angelegt. Die Entwurfskühlversorgungssolltemperatur, tdcss, was durch einen Block 188 gezeigt ist, wird als ein zweites Eingangssignal an den Komparator 186 angelegt.
Wie durch einen Block 190 gezeigt wird der neue Wert von tcss mit tdcss verglichen, und, wenn tcss grösser als oder gleich tdcss ist, gibt es eine Pause für eine geeignete Zeitspanne von x27 Minuten, was durch einen Block 192 gezeigt ist, bevor dem Block 144 signalisiert wird. Wenn tcss nicht grösser als oder gleich tdcss ist, gibt es eine unbestimmte Pause, was durch einen Block 194 gezeigt ist, bis ein Ereignis eintritt.
In Fig. 10 ist der Terminal thsp auf 2l,l0C (70"F), und tcsp ist auf 23,90C (75"F). Die horizontalen Teile der Kennlinien stellen die Unempfindlichkeitsbereiche dar, die für Heizen von 20,8"C (69,5"F) bis 21,4"C (70,5"F) und für Kühlen von 23,6"C (74,5"F) bis 24,2"C (75,5"F) reichen. Die gestrichelten geneigten Teile der Kennlinien würden in Wirklichkeit aus einer Anzahl von Stufen bestehen, je nach den Einzelheiten der besonderen Werte der Zeitspannen, die beim Öffnen und Schliessen der Dämpfer usw. benutzt werden.
Die gestrichelten geneigten Linien enden bei den Volumengrenzwerten des Terminals, und, gelesen von links nach rechts, stellen die Enden Unterheizen (UH), Überheizen (OH), Überkühlen (OC) und Unterkühlen (UC) dar. Zwischen dem Überheizen-Punkt, OH, und dem Überkühlen-Punkt, OC, ist eine freie Energiezone, in der es weder Heizen noch Kühlen gibt, sondern Belüftung mit dem Mindestdurchsatz, und welche den Unempfindlichkeitsbereich zwischen Heizen und Kühlen darstellt. Mit Ausnahme des Umschaltens zwischen Heizen und Kühlen finden sämtliche anderen Operationen in dem Terminal statt.
In den Fig. 1 1A und B ist die Beziehung der Fördermenge des Luftaufbereiters in m3/min (cfm) zur Terminalbefriedigung gezeigt. In Fig. 11B sind die Punkte L und H diejenigen, die mit Bezug auf die Blöcke 147 und 154 in Fig. 8 erläutert worden sind. Der horizontale Teil dieser Kennlinien stellt den Unempfindlichkeitsbereich und den stabilen Betrieb dar, die durch die Blöcke 160 und 162 gezeigt sind. L und H sind in beiden Fig. 1 lA und B angegeben, sie können aber in beiden Betriebsarten dieselben oder unterschiedliche Werte sein.
Fig. 12 zeigt die Beziehung der Punkte L und H, die oben mit Bezug auf die Blöcke 147 und 154 in Fig. 8 erläutert worden sind, zusammen mit dem Erhöhen des Kühlversorgungssollwertes, tcss, um 0,560C (1FO), was mit Bezug auf die Blöcke 172 und 184 in Fig. 9 erläutert worden ist. Grundsätzlich wird, wenn Überkühlen bei der Mindestventilatordrehzahl stattfindet, die Zulufttemperatur erhöht, so dass mehr Luft benötigt wird, um das Kühlen zu erreichen, so dass der Belüftungsbedarf ohne, oder zumindest mit reduzierter, Überkühlung gedeckt werden kann.
Die verschiedenen Algorithmen, die oben beschrieben worden sind, können folgendermassen zusammengefasst werden: Steuerluftterminaldämpferstrategie
Der Zweck dieses Algorithmus ist es, die Zonenraumtemperatur zu regeln. Die Raumtemperatur wird mittels eines Terminals veränderlichen Luftvolumens geregelt. Der Luftterminal wird durch eine derartige Einrichtung gesteuert, dass die Luftströmungsänderung schnell genug erfolgt, um der Belastung zu folgen, jedoch langsam genug, um eine merkliche Schalländerung zu verhindern. Terminals, die einen Balg benutzen, der aufgeblasen oder entleert wird, um die Luftströmung zu ändern, und durch Magnetventile oder elektromotorische Stellantriebe zum Öffnen und Schliessen eines Dämpfers gesteuert wird, sind geeignet.
Darüber hinaus sorgt der Luftterminal bei der Raumtemperaturregelung für einen Betriebsausgleich des Zufuhrluftkanalsystems. Insbesondere wird At abgefühlt, und die Luftströmung wird höher nachgestellt, wenn At über den Kühlunempfindlichkeitsbereich geht. Wenn ein Strömungsfüh ler für die Kühlbetriebsart benutzt wird, ist es ausserdem notwendig, dass die abgefühlte Strömung unter der maximalen Strömungseinstellung ist. Das wird den Dämpfer öffnen und eine vergrösserte Luftströmung steuern. Wenn kein Luftströmungsfühler benutzt wird, wird der Dämpfer direkt mehr ge öffnet, wenn er nicht bis zur maximalen Positionsgrenze geöffnet ist. Wenn das abgefühlte At innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches ist, erfolgt keine zusätzliche Einwirkung.
Wenn jedoch das abgefühlte At unter diesen Unempfindlichkeitsbereich geht, wird die Luftströmung niedriger nachgestellt, wenn sie oberhalb der Mindesteinstellung ist, wo ein Strömungsfühler benutzt wird. Der Dämpfer wird weiter geschlossen, wenn er oberhalb der Mindestposition ist, wo kein Strömungsfühler benutzt wird.
Luftterminal/Luftaufbereiter-Schnittstelle- Ventllatorvolumen- steuerstrategle
Der Zweck dieses Algorithmus ist es, das Ventilatorvolumen des Luftaufbereiterventilators so zu steuern, dass er nur den Druck, den die Luftterminals benötigen, bei minimaler Ventilatorenergie liefert. Es werden sämtliche At' s der Luftterminalsteuerung abgefragt, um festzustellen, ob mehr oder weniger Luft benötigt wird. Wenn einige unbefriedigt sind, sollte die Ventilatordrehzahl erhöht werden. Wenn nahezu alle befriedigt sind, wird die Ventilatordrehzahl ungeändert bleiben. Wenn alle befriedigt sind, wird die Ventilatordrehzahl verringert. Die Ventilatordrehzahländerungsgeschwindigkeit muss um einen Faktor von wenigstens zehn langsamer sein als die Änderungen in den Terminals, um Luftströmungsstörungen zu verhindern.
Darüber hinaus kann es erwünscht sein, besondere Zonen aus dem Votieren zu eliminieren.
Zulufttemperaturnachstellung- Überkühlungsstrategie
Wenn Luftterminals während der Zwischensaison abgeschaltet sind, können zwei unerwünschte Erscheinungen auftreten, nämlich Überkühlung und unzureichende Luftumwälzung. Diese Bedingungen können durch den Algorithmus berücksichtigt werden, in welchem sämtliche At' s der Zonenluftterminals abgefragt werden, und, wenn mehrere negativ werden (d.h. die Temperatur ist unterhalb des Kühlsollwertunempfindlichkeitsbereiches), wird die Luftaufbereiterzulufttemperatur nach oben nachgestellt. Luftterminals, die befriedigt waren, aber drosseln, werden öffnen und mehr Luft über die Luftterminal/Luftauf bereiter-Schnittstelle-Ventilatorvolumensteuerstrategie verlangen.
Das Nachstellen der Zulufttemperatur erfolgt in Erhöhungsschritten von 0,56"C (1F") und wird aus irgendeinem der folgenden Gründe stoppen/umkehren: (1) es gibt nicht länger ausreichende At' s von negativen Zonen; (2) es gibt zuviele unbefriedigte Kühlzonen; (3) die Ventilatormotorleistung ist nicht länger in einem wirtschaftlichen Betriebsbereich; und (4) die durch den Benutzer wählbare Grenze des Nachstellens ist erreicht worden. Es sei beachtet, dass das Nachstellen der Zulufttemperatur nach oben oder das Drosseln des Kühlwasserventils durch die Anlagensteuerung als ein Grund zum Rückstellen der Kühlwassertemperatur abgefühlt werden kann.
Herabsetzen-Ausgleich der Primärluftströmung
Der Zweck dieses Algorithmus ist es, die Luftterminals beim Herabsetzen (Pulldown) so auszugleichen, dass die Herabsetzgeschwindigkeiten alle gleich sind oder auf eine vorher festgelegte Weise stabilisiert sind, damit schnellere Herabsetzungen in gewünschten Bereichen über eine At-Präferenz erreicht werden.
Beim Anfahren werden die Luftterminals, die dem Ventilator am nächsten sind, den höchsten Druck und die niedrigste Zulufttemperatur haben. Diese Luftterminals werden bestrebt sein, das Herabsetzen mit einer schnelleren Geschwindigkeit als die Luftterminals am Ende des Kanalverlaufes zu erreichen.
Gleiche Herabsetzgeschwindigkeiten sind ein echter Vorteil für den Benutzer, der ein Gebäude unter Kontrolle bringen möchte.
Während das Herabsetzen erfolgt, läuft der Luftaufbereiterventilator mit voller Drehzahl oder Entwurfsdrehzahl. Sämtliche
At's der Zonen werden abgefragt und gemittelt. Ausserdem wird die Änderungsgeschwindigkeit von sämtlichen At' s (Differentialquotient) abgefragt und ebenfalls gemittelt. Wenn die Herabsetzgeschwindigkeit von einigen Terminals den Unempfindlichkeitsbereich der mittleren Herabsetzgeschwindigkeit übersteigt, werden sie einen Impuls empfangen, damit sie sich für eine geeignete Zeitspanne in Richtung Schliessen bewegen.
Der Impuls zum Schliessen wird die Form eines zusätzlichen
Beitrages zu dem At haben, so dass der Steuerluftterminaldämpferstrategiealgorithmus bewirken wird, dass die Luftterminalluftströmung verringert wird. Nachdem das mittlere At unter Kontrolle gelangt ist, wird dieser Herabsetzausgleichalgorithmus unwirksam werden, und die anderen geeigneten Algorithmen werden fortfahren, wie beschrieben zu arbeiten.
Umschalten von Kühlen aufPrimärluftheizung - Aufwärmen
Der Zweck des Aufwärm- und Besetzt-Heizalgorithmus ist es, die Luftterminal- und Luftaufbereiterbetriebsarten auf Heizen umzuschalten. Die Luftterminalumschaltung erfolgt so, dass die Luftströmung bei einem Temperaturanstieg verringert wird. Das Aufwärmen wird benutzt, wenn die Aussentemperatur über dem Gebäudeausgleichpunkt ist, und nach einer Abschaltperiode. Die Zonentemperaturen sind unter dem Besetzt Heizsollwert. Das wird auch funktionieren, wenn es keine innere Zonge gibt, so dass das Besetzt-Heizen von den Luftterminals her mit einem einzigen Zonenluftaufbereiter erfolgen kann.
Wenn die Steuerung ein Startsignal empfängt und den Luftaufbereiterventilator startet, werden die At' s von sämtlichen Zonenterminals abgefragt, um festzustellen, ob Herabsetzen oder Aufwärmen benötigt wird. Der Herabsetzausgleich wurde oben beschrieben. Das Aufwärmen wird als notwendig festgestellt, wenn ausreichend viele At' s der Luftterminals unter dem Unempfindlichkeitsbereich der Besetzt-Heiztemperatursollwerte sind, woraufhin die Luftaufbereitersteuerung Aufwärmen signalisieren wird. Dadurch wird die Heizeinrichtung in dem Luftaufbereiter (heisses Wasser oder ein elektrischer Widerstand) freigegeben und das Kühlen unwirksam gemacht. Die Luftterminalsteuerungen werden, wenn ihnen signalisiert wird, in der Aufwärmbetriebsart zu arbeiten, zuerst auf den Besetzt Heiztemperatursollwert umschalten, und zweitens werden sämtliche At' s invertiert.
Das Aufwärmen sieht nun für die Steuerung wie Herabsetzen aus. Die Negativen werden positiver, und die Positiven werden negativer. Die geeigneten Algorithmen werden fortfahren, normal zu arbeiten, was ein Heizen mit variablem Luftvolumen mit Aufwärmausgleich und mit Ventilatorsteuerung ergibt. Das Aufwärmen oder Heizen wird fortgesetzt, bis eine ausreichende Zahl von Zonen oberhalb des Heizunempfindlichkeitsbereiches ist, ähnlich wie oben mit Bezug auf das Zulufttemperaturnachstellen-Überkühlen beschrieben.
Statt die Zulufttemperatur zurückzusetzen erfolgt wieder das Umschalten auf Kühlen. Der Algorithmus für das Umschalten von Kühlen auf Heizen wird unwirksam sein, wenn dieser Algorithmus benutzt wird. Der Dämpferfühler und -begrenzer kann auf Maximal- und Minimalpositionen eingestellt werden. Ein zusätzlicher Strömungsfühler kann auch statt des Dämpferpositionsbegrenzers benutzt werden. Während des Aufwärmens wird die Luftaufbereiterheizschlange so gesteuert, dass eine durch den Benutzer einstellbare konstante Temperatur aufrechterhalten wird.
Ein Dämpferpositionsbegrenzer kann benutzt werden, und, wenn er auf den Grenzwert eingestellt ist, ist der Dämpfer ab vollem Öffnen oder Schliessen gegenüber den vorangehenden Algorithmen bevorrechtigt. Sämtliche Algorithmen werden wie erläutert mit verbesserten und/oder verschlechterten Ergebnissen arbeiten, wenn der Dämpferhub begrenzt wird.
Ein zusätzlicher Strömungsfühler kann auch benutzt wer den, und, wenn er benutzt wird, ersetzt er den Dämpferpositionsbegrenzer. Eine maximale und/oder minimale Luftströ mung kann eingestellt und nach Bedarf demonstriert werden und wird gegenüber den Algorithmen Vorrang haben. Alle Al gorithmen werden wie erläutert mit insgesamt verbesserter Lei stung arbeiten. Die Luftströmung wird jedoch bei Minimal und/oder Maximaleinstellungen durch den Strömungsfühler ge steuert. Dazwischen übernehmen die At-Algorithmen und, wäh rend die Anlage nicht länger technisch druckunabhängig sein wird, wird sie ihren Zweck zur Raum- und Temperaturinstand haltung erfüllen.
Das thermische Ansprechen eines Raums oder einer Zone ist die Zeit, die für einen vollständigen Luftaustausch notwendig ist und in der Grössenordnung von zwei bis zwanzig Minuten bei normalen Zuluftdurchsätzen liegen wird. Eine merkliche Schalländerung würde auftreten, wenn sich die Luft mit schnel ler Geschwindigkeit ändert. Daher kann zwar eine Zonentemperatur durch eine schnell ansprechende Anlage aufrechterhalten werden, die zwischen voll offen und voll geschlossen periodisch umschaltet, die Personen, die die Zone besetzen, werden jedoch die schnelle Schalländerung als ein Hauptärgernis wahrnehmen.
Bei richtig gewählten Terminals und einer stabilen Regelung wird die volle Strömung oder die Mindestströmung zum Ausgleichen der Belastung keine merkliche Schalländerung erzeugen. Diese Änderungsgeschwindigkeit der Luftströmung und des Schalls stehen zueinander in Beziehung und bilden eine Schlüsselfunktion der Regelung. Im Betrieb sollte eine Änderung der Ventilatordrehzahl um 10No wenigstens 20 Minuten benötigen, und eine Luftströmungsänderung von 10% in einem Terminal sollte grössenordnungsmässig zwei Minuten benötigen, um ein promptes Ansprechen auszugleichen und merkliche Schalländerungen zu vermeiden.
Obgleich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen dargestellt und beschrieben worden ist, liegen weitere Änderungen im Rahmen fachmännischen Könnens. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll deshalb nur durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche begrenzt werden.
DESCRIPTION
The present invention relates to a method for controlling zone temperatures and an air distribution system for carrying out the method.
In conventional variable air volume systems that are able to change the amount of air discharged by changing the fan speed, by positioning the inlet guide vanes, or by controlling the setting angle of an axial fan, the fan is controlled by using a single pressure sensor located somewhere in the main duct line is arranged. The pressure sensor sends an input signal directly to the fan control, for example an adjustable speed drive of an air conditioner in order to increase, decrease or keep the speed constant. Therefore, if the pressure at the sensor location is too high, a decrease signal is sent, and if it is too low, an increase signal is sent.
The
The location of the sensor is carefully chosen so that the sensed
Pressure the total system pressure distribution over the entire
Load range best represented. Usually, the Füh ler location is ge about two thirds of the way of the main channel, measured by the distance or the total pressure drop. The room temperatures are not used to control the fan speed. Instead, the sensed pressure is returned to the speed adjuster via a parallel addition point / function generator control process. The speed adjustments change the fan speed and thereby the fan outlet pressure. There is a pressure drop in the remaining main / common
Channel downstream of the pressure sensor.
The duct system divides the flow, with more pressure being lost in the branch lines, and the air is fed to a control loop of a terminal or connection of the system with variable air volume, the control loop causing a controlled loss of pressure and ultimately influencing the room temperature.
Although the temperature is the variable to be controlled, all controls are therefore sensitive to pressure and a single pressure sensor is used. Even if the pressure sensor is located at the point where the sensor provides the best representation of the total duct pressure distribution in the design flow, if there is a flow deviating from the design flow and if the system terminals close on one side of the duct system, it moves however the best point to another place. As a result, the sensor may be inaccurate in its representation of the duct pressure distribution in conditions that differ from design conditions and due to normal changes during the day.
In addition, the sensed pressure gives an indirect one
Communication between the air conditioner and the terminals in the sense that the air conditioner operates at the sensed pressure and the sensed pressure is affected by the terminals when they open and close to control the air flow and thereby the temperature in the zones. Since temperature data are not transmitted directly, the system can work in an undesirable manner. For example, a ventilation requirement in a zone can cause it to overheat or overcool.
Although the inner zones of a building are essentially affected by seasonal temperature changes, solar radiation, etc. , isolated, there are still variables in the cooling load due to people leaving their work areas and / or gathering for meetings, etc. The cooling load also depends on the heat generated by lighting, equipment and personnel. Overnight, during the holidays, etc. overcooling can be caused even if the air is supplied for the minimum ventilation requirement. As a result, it may be necessary to warm up in the morning, although there is only one cooling load during the occupation. It is also undesirable to heat unoccupied areas, such as unused offices.
The invention uses the difference between the zone temperature and the specified set point, or At, as basic data from each zone. This data is used to operate the system that controls the communication and works between the air conditioning controller and the terminal controllers for the different zones. Initially, the room temperatures are sensed by all control zones to determine whether the system should be in the heating or cooling mode. Of course, this depends on the current setpoints, which can be the night setback temperature, normal heating, unoccupied heating, normal cooling or start-up cooling.
The base zone temperature data can be used for several other functions after the mode of operation has been determined, such as controlling the air conditioning fan in the cooling mode for energy saving purposes and to prevent overcooling. In the heating mode, the basic zone temperature data is used to adjust the supply air temperature as required at minimum fan speed in order to maintain room conditions. They will also increase the fan speed if the maximum supply air temperature is insufficient to maintain room conditions, which will be the case, for example, if a low temperature heat pump source is used.
If the air conditioning fan is at the desired minimum speed, 50%, to save fan energy, but is still at sufficient speed / flow to provide sufficient fresh air and / or air circulation, the zone temperature may continue to decrease and cause overcooling.
The basic zone temperature data are used again in the air system control. The air system controller adjusts the air conditioner supply air temperature so that fresh air and air circulation are maintained. A small percentage of unsatisfied zones are used as an operating strategy. There is an impact if this small percentage is exceeded in one direction or the other, otherwise there is an insensitivity area where no change is required.
The individual zone air terminals have a variable air volume control mode in order to satisfy the room temperature. All air terminals or air terminal controls that are supplied by an air conditioner will either be in the direct mode for cooling or in the reverse mode for heating. The air system controller will determine which mode the system should be in and will transfer this data back to the air terminal controls. Each air terminal and air terminal controller will operate in a variable air volume mode for heating and cooling to try and meet the basic set zone temperature requirement.
The invention therefore does not replace the air conditioner control or the air terminal control, but links them together if they are compatible and provides all temperature data for the air conditioner control.
The object of the invention is to control the interrelated air-side functions of an air terminal / air conditioning system in some energy-saving manner and to control the zone room air temperatures without producing a noticeable change in sound, supplying minimum fresh air and causing the air circulation, but in doing so overcooling is prevented. In addition, the invention is intended to adjust the air terminal when it is being lowered, so that the rates of reduction are not controlled by the distance from the air conditioner.
Air flow sensors or pressure sensors for the control should not be required. Control should be based on zone heat priority rather than duct pressure availability in the air distribution system.
This object is achieved according to the invention by characterizing features of the method according to claim 1 and the air distribution system according to claim 14. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Basically, the rate of change / decrease to compensate for the system is limited to prevent noticeable changes in sound level, and the temperature difference, At, between the zone setpoint and the ambient temperature is used as the basis for control. The control functions can include: (1) room temperature control; (2) preventing a noticeable change in sound; (3) air system balancing; (4) minimum system air flow control; (5) minimum energy fan volume control; (6) fan motor overload prevention; (7) switching between cooling and heating; and (8) remote room temperature monitoring and adjustment.
For a better understanding of the invention, reference is now made to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, in which
Fig. 1 is a schematic illustration of an air system using the invention;
Fig. 2 is a schematic representation of the structure of a single terminal or port;
Fig. 3 is a flowchart of the heating-cooling mode selector;
Fig. 4 is a flowchart of the air terminal controller for heating;
Fig. 5 is a flowchart of fan speed control for heating;
Fig. 6 is a flow diagram of supply air adjustment for heating;
Fig. 7 is a flowchart of the air terminal control in cooling;
Fig. 8 is a flowchart of fan control during cooling;
Fig. 9 is a flowchart of the supercooling adjustment control;
;
Fig. Figure 10 is a graph of air flow in m3 / min (cubic feet / minute) versus temperature in "C (Fahrenheit) for a single terminal;
Fig. 11A and 11B Diagrams of the conveyance of the fan of the air treatment unit in m3 / min (cubic feet / minute) via unsatisfied terminals for heating or Are cool;
Fig. Figure 12 is a graph of supply air temperature over unsatisfied cooling terminals.
In Fig. 1, reference numeral 10 designates the overall air conditioner that includes a fan, one or more coils, and an electric or hot water heater. The air conditioner 10 receives circulating air and / or outside air, which it conveys to a duct 14. Actuators 11 control the outside and recirculating air dampers to control the amounts of recirculating air and / or outside air. The air conditioner controller 12 controls the air conditioner 10 by controlling fan speed, coil (s), and the heating element in a conventional manner. Sensors 13 record the supply air temperature and the fan motor power. The conditioned air, which is fed to the duct 14, is in turn fed to branch lines 14a-n, which supply terminals 15a-n.
The terminals 15a-n are inflatable bellows dampers, in which collecting chamber air is used to inflate and thereby close the bellows and to empty and open the bellows. Actuators 16a-n control the inflation of the bellows in a manner known per se. Sensors 17a-n sense the room temperature and setpoint, which gives the Et information for each room or zone that is provided to the air terminal controls 18a-n. The air terminal controls 18a-n contain the logic to control the actuators 16a-n based on the room temperature data provided by the sensors 17a-n. The air terminal controls 18a-n do not know when to switch between heating and cooling.
Since the cooling control is direct and the heating control is reversed, the logic must be reversed when switching between heating and cooling.
Fig. 2 shows the details of the air terminal 15a chosen as an example, in which the line 14a conveys air into a collecting chamber 20. Under the control of the bellows 21a and b, air flows out of the plenum 20. The actuators 16a include a solenoid 22 which controls the filling or inflation of the bellows 21a and b, and a solenoid 23 which controls the bleeding or emptying of the bellows 21a and b. The sensors 17a comprise either an integral room temperature sensor 24 or a remote temperature sensor (not shown) and the temperature setpoint device 25 and, if used, a speed sensor 27. The air terminal controller 1 8a has a power supply 28 and a transmission channel 29.
The transmission channel 29 sends the room temperature and setpoint data to the air system controller 19 and receives reset temperature signals, for example for night reduction and for energy saving strategies, as well as signals for indicating a switchover between heating and cooling.
The air system controller 19 effects the data transmission to the air conditioner controller 12 and to the air terminal controllers 18a-n. In this way, the air terminal controls 18a-n are told when to switch to the other logic, when switching between heating and cooling, when and how much to open / close the terminals 15a-n, etc. The air conditioner controller 12 receives information about how far to reset the coil temperature, whether to change the fan speed, etc.
According to Fig. 3 the process begins with the operating mode selector for heating-cooling. Zone temperature tz is sensed in each zone, which is shown by block 30, and is provided as a first input to comparators, which are represented by blocks 32 and 34 are shown. Block 30 receives data signals S4A and S4B which are used to determine when to initiate a cycle. The heating target temperature thsp is sensed, which is shown by a block 36, and output to the block 32 as a second input signal.
The output of block 32, which is a comparison between tz and thsp, is applied as an input to blocks 38 and 40. In block 38, if tz is not less than or equal to thsp, no heating is required and a return signal is given to block 30 after a suitable pause of xll seconds, which is shown by block 42. If tz is less than or equal to thsp, then a vote S1 is sent to a block 44 in FIG. 5 issued, which indicates a switch to heating. In block 40 it is determined whether all terminals are in the heating mode or not or require heating, which is indicated by tz, which is less than or equal to thsp in each case.
If only some of the terminals are in the heating mode, it is necessary for the vote to put the terminals of the system into one or the other operating mode since the air conditioner 10 is only an air switching unit which has no heating or cooling downstream of it.
When all terminals are in the heating mode, this information, S2, is passed from block 40 to block 46 in FIG.
4 delivered. If not all of the terminals are in the heating mode, as determined in block 40, there is no further impact on the votes given to block 44.
The cooling temperature tcsp is sensed, which is shown by block 48, and applied to block 34 as a second input signal. The output signal of block 34, which is a comparison of tz and tcsp, is applied as an input signal to blocks 50 and 52. In block 50, if tz is not greater than or equal to tcsp, cooling is not requested and a return signal is given to block 30 after a suitable pause of x12 seconds, which is shown by block 54. If tz is greater than or equal to tcsp, then a vote, S1, is sent to block 44 in FIG. 5 issued, which indicates a switchover to cooling.
It can be seen that there is an insensitivity range between tcsp and thsp that extends over several degrees, which is best shown in FIG. 10 is shown, so that a cyclic switching between heating and cooling is avoided. In block 52 it is determined whether or not all terminals are in the cooling mode, which is indicated by tz, which is greater than or equal to tcsp in each case. If, as in the case of block 40, only some of the terminals are in the cooling mode or require cooling, it is necessary for the vote to bring the terminals of the system into one or the other operating mode. When all terminals are in the cooling mode, this information, S3, is passed from block 52 to block 56 in FIG. 7 delivered.
According to Fig. 4, which shows the air terminal control for heating, the output of block 40, which is delivered to block 46 as S2, is the comparison of tz and thsp. As shown in Fig. 10 there is a stable or insensitivity m3 / min range, the center of which is at tbsp and which is shown over a range of 0.56 "C (1cd) or thsp 0.280C (thsp-O, SF0) extends to thsp +0.28 "C (thsp + 0.5F"), in which no switching takes place.
In block 46 it is determined whether tz is greater than or equal to thsp (the zone temperature is greater than or equal to the heating setpoint and therefore requires more heating) or not and how large is the difference in the heating temperature, Ath, and what is it Sign is. If tz is greater than or equal to thsp, the difference, Ath, is passed to block 58 where it is determined whether or not Ath is greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), indicating whether it is or is not in the dead zone.
If Ath is not greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), the zone is in the insensitivity range and no adjustment is required, which is why there is a pause for yl seconds, which is shown by block 60 whereupon a signal, S4A, is sent to block 30 in FIG. 3 is delivered. If Ath is greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), the zone is too warm and this information is given to blocks 62 and 64. As indicated in block 62, the damper is moved toward closing for an appropriate period of x3 seconds, then there is a pause for an appropriate period of x4 minutes, which is shown by block 66 before this information, S4A, is passed to the Block 30 in Fig. 3 is delivered.
In block 64 it is determined whether Ath is greater than or equal to 0.56 "C (1" F) or whether the zone is too warm by more than 0.56 "C (1F"). If Ath is not greater than or equal to 0.56 "C (1wo), there is a pause and no action is necessary with respect to the action that occurs in blocks 62 and 66. However, if Ath is greater than 0.56 "C (1F"), then a vote, SS, to reduce heating is passed to block 68 in FIG. 6 delivered.
If tz is not greater than or equal to thsp, the difference, -Ath, is passed from block 46 to block 70, where it is determined whether l-Athl is greater than or equal to 0.28 "C (0.5F") is or not, which determines whether it is in the dead zone or not. If l-Athl is not greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), the zone is in the dead band and no adjustment is required, which is why there is a pause for y2 seconds, as indicated by block 72 is shown, whereupon a signal, S4B, is sent to block 30 in FIG. 3 is delivered.
If I-At is greater than or equal to 0.28 "C (0.5FO), the zone is too cool and this information is given to blocks 74 and 76. As indicated in block 74, the damper of the damper is moved toward the open for an appropriate period of x1 seconds, then there is a pause for an appropriate period of x2 minutes, which is represented by block 78, before this information, S4B, to block 30 in FIG. 3 is delivered. In block 76 it is determined whether -Athj is greater than or equal to 0.56 "C (1F") or whether the zone is too cool by more than 0.56 "C (1F").
If 1 -At is not greater than or equal to 0.56 "C (1F"), there is a pause and no action is necessary with respect to the action that occurs in blocks 74 and 78. However, if | Ath | I-At is greater than 0.56 "C (IF), then a vote, S5, for increasing the heating is sent to block 68 in FIG. 6 delivered.
The votes, S1, represented by blocks 38 and 50 in Fig. 3 are delivered to block 44 in FIG. 5 issued, which the switchover votes from all terminals for fan speed control for heating (Fig. 5) and cooling (Fig. 8) scans. The votes VH for heating and VC for cooling, the tz less than thsp or represent tz greater than tcsp are shown in a block 80 in FIG. 5 added and compared. If the sum of the votes for heating, S VH, is not greater than the sum of the votes for cooling, S VC, then a switchover to cooling takes place, and cooling is carried out as shown in Fig. 8 started, assuming that the system was in heating mode, otherwise cooling continues.
Cooling has priority over heating because cooling zones that are sufficiently above temperature have two votes. However, if the sum of the votes for heating is greater than the sum of the votes for cooling, a switchover to heating takes place, assuming that the system was in the cooling mode, otherwise the heating is continued. If there is a switch to heating or if heating is continued, an actuation input to block 84 in FIG. 5 is applied and an actuation signal, S6, is applied to a block 68 in FIG. 6 created. The block 84 senses the fan speed of the air conditioner 10 via the engine power and outputs a first input signal to a comparator 86.
The minimum fan speed setpoint is determined via the engine power in a block 88 and applied to the comparator 86 as a second input signal. The output of comparator 86 indicates whether or not the fan speed is at a minimum, which is indicated by block 90. If the fan speed is at a minimum, there is a pause for an appropriate period of x5 minutes, which is represented by block 92, before returning to block 84 to sense the fan speed via engine power.
If the fan speed is not at a minimum value, which is determined in block 90, then block 94A represents the same block as block 94B in FIG. 6, it is determined whether the temperature of the heating supply set point, thss, is less than the temperature of the design heating supply set point, tdhss.
If thss is less than tdhss, then the fan speed is decreased for an appropriate period of x7 seconds, which is shown by block 96, followed by a pause for an appropriate period of x8 minutes, which is shown by block 98, before returning to the step of block 84. If tbss is not less than tdhss, then the fan speed is increased for an appropriate period of x9 seconds, as shown by block 100, followed by a pause for an appropriate period of x10 minutes, as shown by block 102, before returning to the step of block 84.
Block 68 in FIG. 6 is operated, S6, on the start of the heating step of Fig. 5, and then scans all air terminals that have unsatisfactory differential temperatures in the heating, - Ath and Ath, Voten, S5, which of the blocks 64 and 76 in Fig. 4 can be delivered. A block 104 adds the votes -Ath and Ath, and if the votes -Ath are greater than the votes Ath, which represents the need for more heating, the desired heating supply temperature, thss, is increased by 1.12 "C (2wo), which is shown by a block 106 and applied to a comparator 108 as a first input signal.
The design heating supply target air temperature, tdh, 5 is applied by block 110 as a second input to comparator 108 and the resulting signal is applied to block 94B, which is the same block as block 94A in FIG. 4 is. If thss is not less than tdhss, there is a pause until action is taken by any other part of the facility because thss cannot be increased without moving it further out of the design area.
If thss is less than tdhss, there is an appropriate pause of x6 minutes, as shown by block 112, before the step of block 68 is initiated. If the Votes -Ath are not greater than the Votes Ath, which represents a reduced need for heating, then thss is lowered by 1.12 "C (2F"), shown by block 114, and as a first input signal a comparator 116 is applied. The minimum desired heating air temperature, tmhss, is applied to comparator 116 as a second input by block 118 and the resulting signal is applied to block 120.
If thss is greater than tmhss, there is an appropriate pause of x13 minutes, which is shown by block 122, before the step of block 68 is initiated.
If tiiss is not greater than tmhss, then heating is disabled and there is an appropriate pause of x16 minutes, which is shown by block 124, before the step of block 68 is initiated.
If all terminals are in the cooling mode, which is shown in block 52 in FIG. 3 is determined, then a signal, S3, is sent to block 56 in FIG. 7 delivered. In block 56, it is determined whether tz is greater than or equal to tcsp, how large is the difference in the cooling temperature, Atc, and what is its sign. If tz is not greater than or equal to tcsp, the zone temperature is less than or equal to the cooling setpoint and therefore requires less or no additional cooling.
If tz is not greater than or equal to tcsp, the difference, Atc, is passed to block 126, where it is determined whether I-At is greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), which determines whether it is in the dead zone or not. If set is not greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), the zone is in the dead band and no adjustment is required, which is why there is a pause for y3 seconds, as shown by block 128 whereupon a signal, S4A, is sent to block 30 in FIG. 2 is delivered.
If - Atcl is greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), the zone is too cool and this information is given to blocks 130 and 132. As shown in block 130, the damper is moved toward closing for an appropriate period of x23 seconds, then there is a pause for an appropriate period of x24 minutes, which is shown by block 134 before this information, S4A, is passed to the Block 30 in Fig. 3 is delivered. In block 132 it is determined whether l-Atcl is greater than or equal to 0.560C (1wo) or not or whether the zone is too cool by at least 0.560C (1F ").
If set is not greater than or equal to 0.560C (1F "), no action is necessary with respect to the action that occurs in blocks 130 and 134. However, if I-At is greater than or equal to 0.56 "C (1F"), then a vote, S7, to decrease the fan speed is sent to a block 136 in FIG. 8 delivered.
If tz is greater than or equal to tcsp, the difference, Atc, is passed from block 56 to block 138, where it is determined whether Atc is greater than or equal to 0.28 "C (0.5F") or not, which determines whether it is in the dead zone or not. If Atc is not greater than or equal to 0.28 "C (0.5F"), the zone is in the dead band and no adjustment is required, so there is a pause for y4 seconds, as shown by block 140 whereupon a signal, S4B, is sent to block 30 in FIG. 3 is delivered.
If Atc is greater than or equal to 0.28 "C (0.5FO), the zone is too warm and this information is passed to blocks 142, 144 and
146 delivered. As indicated in block 142, the damper is moved toward the open for an appropriate period of x21 seconds, then there is a pause for an appropriate period of x22 minutes, as indicated by block 148, before this information, S4B block 30 in FIG. 3 is delivered. In block 144 it is determined whether Atc is greater than or equal to 0.56 "C (IF) or not or whether the zone is more than 0.56" C (1F ") too warm.
If Atc is not greater than 0.56 "C (1wo), no action is necessary with respect to the action that occurs in blocks 142 and 148.
However, if Atc is greater than or equal to 0.56 "C (1F"), a vote, S7, for increasing fan speed and thereby cooling is sent to block 136 in FIG. 8 delivered. In block 146, it is determined whether Atc is greater than or equal to 1.12 "C (2F") or not. If Atc is not greater than or equal to 1.120C (2F "), no action is necessary with respect to the action that occurs in blocks 142, 144 and 148. However, if Atc is greater than or equal to 1.12 "C (2F"), a second vote, S7, is sent to block 136 in FIG. -8 given.
This second vote results in weighted voting or temperature override to take into account how far a zone is from the setpoint and how far a zone is out of range if the system is operated in such a way that a certain small percentage, e.g. B. 2, 4% or 6No, the terminals can be unsatisfied without triggering a response.
If the summation in block 80 in FIG. 5 was such that the sum of the votes for heating was not greater than the sum of the votes for cooling, i. H. there were more votes for cooling, cooling is started as shown in Fig. 8, assuming the system was in the heating mode, otherwise cooling continues. Starting at block 136 in FIG. 8, all votes from unsatisfied air terminals are scanned, including the votes from all other identical terminals, which is indicated in a block 141. A block 143 adds all votes Atc and Atc that are too warm / hypothermic or too cool / overcooled.
If the sum of votes, z Atc, which represent supercooling is not greater than the sum of votes, S Atc, which represent supercooling, then the supercooling reset control is enabled, as shown by block 151, and a signal S8 becomes to a block 153 in FIG. 9 delivered.
If the sum of votes Atc is greater than the sum of votes Atc, d. H. if there are more supercooled than supercooled zones, refrigeration is enabled, which is shown by block 145, overcooling reset control is disabled, which is shown by block 149, and block 147 determines whether the sum of votes Atc is greater is equal to or equal to H, which is the maximum permissible number of unsatisfied terminals or unsatisfied votes, whereby several votes are possible. If the sum of the votes Atc is greater than or equal to H, the fan speed is increased for y5 seconds, which is shown by block 150, and after a suitable pause of x25 minutes, which is shown by block 152, before block 136 is signaled.
If the sum of votes Atc is not greater than or equal to H, block 154 determines whether or not the sum of votes Atc is less than or equal to L, which is the desired minimum number of unfulfilled votes. If the sum of the votes Atc is less than or equal to L, then the fan speed is reduced, which is shown by block 156, for y6 seconds, followed by a pause of x26 seconds, which is shown by block 158, before signaling to block 136. If the sum of the votes Atc is not less than or equal to L, or in other words in the range between L and H, the fan speed is maintained, which is shown by block 160, and there is a pause for an indefinite one Time for an event to occur, which is shown by block 162.
An event would be a change in the system that triggers a response.
As mentioned, if the sum of the votes 5 Atc, which represent supercooling, is not greater than the sum of the votes, -Atc, which represent supercooling, then a signal S8 from block 143 in FIG. 8 via block 151 to block 153 in FIG. 9 delivered. In block 153, the fan speed is sensed via the engine power and applied to a comparator 166 as a first input signal. The minimum fan setpoint is output via the motor power from a block 168 to the comparator 166 as a second input signal. As shown in block 170, it is determined whether or not the fan speed is greater than or equal to the minimum speed.
If the fan speed is not greater than or equal to the minimum speed, the cooling supply set point, tc55, is increased by 0.560C (1 "F), which is indicated by block 172, and the new value of tcss is sent to a comparator 174 as the first input signal created. The cooling supply limit, ttcss, is applied by block 176 to comparator 174 as a second input signal. As indicated in block 178, the new value of tcss is compared to tlcss. If tcss is greater than or equal to ttc55, refrigeration is blocked, which is shown by block 180.
If tcss is not greater than or equal to ticss, there is a pause for an appropriate period of x28 minutes, which is shown by block 182 before signaling to block 153.
If the fan speed is greater than or equal to the minimum fan speed, as shown by block 170, the cooling supply set point, tcss, is decreased by 0.560C (1 "F), which is shown by block 184, and this new value of tcss is applied to a comparator 186 as a first input signal. The design target cooling supply temperature, tdcss, shown by block 188, is applied to comparator 186 as a second input signal.
As shown by block 190, the new value of tcss is compared to tdcss, and if tcss is greater than or equal to tdcss, there is a pause for an appropriate period of x27 minutes, which is shown by block 192 before the block 144 is signaled. If tcss is not greater than or equal to tdcss, there is an indefinite pause, which is shown by block 194 until an event occurs.
In Fig. 10 is the terminal thsp at 2l, 10C (70 "F), and tcsp is at 23.90C (75" F). The horizontal parts of the characteristic curves represent the insensitivity ranges which are necessary for heating from 20.8 "C (69.5" F) to 21.4 "C (70.5" F) and for cooling from 23.6 "C (74 , 5 "F) to 24.2" C (75.5 "F). The dashed, inclined parts of the characteristic curves would actually consist of a number of stages, depending on the details of the special values of the periods of time when the dampers are opened and closed, etc. to be used.
The dashed sloping lines end at the volume limits of the terminal and, read from left to right, represent the ends underheat (UH), overheat (OH), overcool (OC) and undercool (UC). Between the overheating point, OH, and the overcooling point, OC, there is a free energy zone in which there is neither heating nor cooling, but ventilation with the minimum throughput, and which represents the insensitivity range between heating and cooling. With the exception of switching between heating and cooling, all other operations take place in the terminal.
In the Fig. 1A and B show the relationship between the air flow rate in m3 / min (cfm) and terminal satisfaction. In Fig. 11B, points L and H are those that are related to blocks 147 and 154 in FIG. 8 have been explained. The horizontal part of these characteristics represents the dead band and stable operation shown by blocks 160 and 162. L and H are in both Fig. 1 1A and B are given, but they can be the same or different values in both operating modes.
Fig. FIG. 12 shows the relationship of points L and H described above with respect to blocks 147 and 154 in FIG. 8, along with increasing the cooling supply set point, tcss, by 0.560C (1FO), which is related to blocks 172 and 184 in FIG. 9 has been explained. Basically, if overcooling takes place at the minimum fan speed, the supply air temperature is increased so that more air is required to achieve cooling, so that the ventilation requirement can be covered without, or at least with reduced, overcooling.
The various algorithms described above can be summarized as follows: Control air terminal damper strategy
The purpose of this algorithm is to control the zone room temperature. The room temperature is regulated by means of a variable air volume terminal. The air terminal is controlled by means such that the air flow change is quick enough to follow the load, but slow enough to prevent a noticeable change in sound. Terminals that use a bellows that is inflated or deflated to change the air flow and that are controlled by solenoid valves or electromotive actuators to open and close a damper are suitable.
In addition, the air terminal ensures that the supply air duct system is balanced when the room temperature is controlled. In particular, At is sensed and the air flow is adjusted higher as At goes beyond the cooling insensitivity range. If a flow sensor is used for the cooling mode, it is also necessary that the sensed flow is below the maximum flow setting. This will open the damper and control an increased air flow. If an air flow sensor is not used, the damper is opened directly if it is not open to the maximum position limit. If the sensed At is within the insensitivity range, there is no additional action.
However, if the sensed At goes below this insensitivity range, the air flow will be readjusted lower if it is above the minimum setting where a flow sensor is used. The damper continues to close when it is above the minimum position where no flow sensor is used.
Air terminal / air conditioner interface - ventilator volume control strategy
The purpose of this algorithm is to control the fan volume of the air conditioning fan so that it only delivers the pressure that the air terminals require with minimal fan energy. All at's of the air terminal control are queried to determine whether more or less air is required. If some are unsatisfied, the fan speed should be increased. If almost everyone is satisfied, the fan speed will remain unchanged. When everyone is satisfied, the fan speed is reduced. The fan speed change rate must be at least ten times slower than the changes in the terminals to prevent air flow disturbances.
In addition, it may be desirable to eliminate special zones from voting.
Supply air temperature adjustment overcooling strategy
If air terminals are turned off during the off-season, two undesirable phenomena can occur, namely overcooling and insufficient air circulation. These conditions can be taken into account by the algorithm in which all At's of the zone air terminals are polled and when several become negative (i.e. H. the temperature is below the cooling setpoint insensitivity range), the air conditioner supply air temperature is adjusted upwards. Air terminals that were satisfied but throttling will open and require more air through the air terminal / air conditioner interface fan volume control strategy.
The adjustment of the supply air temperature is done in increments of 0.56 "C (1F") and will stop / reverse for any of the following reasons: (1) there are no longer sufficient At's of negative zones; (2) there are too many unsatisfied cooling zones; (3) fan motor performance is no longer in an economical operating range; and (4) the user-selectable limit of readjustment has been reached. It should be noted that adjusting the supply air temperature upwards or throttling the cooling water valve can be sensed by the system controller as a reason for resetting the cooling water temperature.
Reduce balance of primary air flow
The purpose of this algorithm is to equalize the air terminals when pulling down so that the drop speeds are all the same or are stabilized in a predetermined manner so that faster drops in desired areas are achieved via an At preference.
When starting, the air terminals closest to the fan will have the highest pressure and the lowest supply air temperature. These air terminals will endeavor to lower at a faster speed than the air terminals at the end of the channel.
Equal lowering speeds are a real advantage for the user who wants to control a building.
The air conditioner fan runs at full speed or at design speed while the reduction is in progress. All
At's of the zones are queried and averaged. In addition, the rate of change of all At's (differential quotient) is queried and also averaged. If the drop rate of some terminals exceeds the dead band of the average drop rate, they will receive an impulse to move towards closing for an appropriate amount of time.
The impulse to close becomes the form of an additional one
Contributing to the At, so the control air terminal damper strategy algorithm will cause the air terminal air flow to be reduced. After the middle At comes under control, this de-compensation algorithm will become ineffective and the other suitable algorithms will continue to operate as described.
Switch from cooling to primary air heating - warm up
The purpose of the warm up and busy heating algorithm is to switch the air terminal and air conditioner modes to heating. The air terminal is switched so that the air flow is reduced when the temperature rises. Warming up is used when the outside temperature is above the building equalization point and after a shutdown period. The zone temperatures are below the occupied heating setpoint. This will work even if there is no inner zonge so that the occupied heating from the air terminals can be done with a single zone air conditioner.
When the controller receives a start signal and starts the air conditioning fan, the At's are polled by all zone terminals to determine if a drop or warm up is needed. The discount compensation has been described above. Warm-up is determined to be necessary when enough At's of the air terminals are below the insensitivity range of the busy heating temperature setpoints, whereupon the air conditioner controller will signal warm-up. This will release the heater in the air conditioner (hot water or electrical resistance) and render cooling ineffective. When signaled to operate in the warm-up mode, the air terminal controls will first switch to the busy heating temperature setpoint, and secondly, all At's will be inverted.
The warm-up now looks like a decrease for the control. The negatives become more positive and the positives become more negative. The appropriate algorithms will continue to operate normally, resulting in variable air volume heating with warm-up compensation and fan control. Warming up or heating continues until a sufficient number of zones are above the heating insensitivity range, similar to that described above with respect to supply air temperature overcooling.
Instead of resetting the supply air temperature, the system switches back to cooling. The algorithm for switching from cooling to heating will be ineffective if this algorithm is used. The damper sensor and limiter can be set to maximum and minimum positions. An additional flow sensor can also be used instead of the damper position limiter. During the warm-up, the air conditioner coil is controlled to maintain a user-adjustable constant temperature.
A damper position limiter can be used and, if set to the limit, the damper is privileged over the above algorithms from full opening or closing. As explained, all algorithms will work with improved and / or deteriorated results if the damper stroke is limited.
An additional flow sensor can also be used, and if used, it replaces the damper position limiter. A maximum and / or minimum air flow can be set and demonstrated as needed and will take precedence over the algorithms. As explained, all algorithms will work with improved overall performance. However, the air flow is controlled by the flow sensor at minimum and / or maximum settings. In between, the At algorithms take over and, while the system will no longer be technically independent of pressure, it will fulfill its purpose of maintaining the room and temperature.
The thermal response of a room or zone is the time required for a complete air exchange and will be on the order of two to twenty minutes with normal supply air flow rates. A noticeable change in sound would occur if the air changes at a rapid rate. Therefore, although a zone temperature can be maintained by a responsive system that periodically switches between fully open and fully closed, the people occupying the zone will perceive the rapid change in sound as a major annoyance.
With properly selected terminals and stable control, the full flow or the minimum flow to compensate for the load will not produce any noticeable change in sound. These rates of change in air flow and sound are interrelated and are a key function of the control. In operation, a 10No change in fan speed should take at least 20 minutes, and a 10% change in airflow in a terminal should be on the order of two minutes to compensate for prompt response and avoid noticeable changes in sound.
Although a preferred embodiment of the invention has been shown and described in detail, further changes are within the skill of the art. The scope of the present invention is therefore intended to be limited only by the scope of the appended claims.