DD268761A1 - Verfahren zur belueftung landwirtschaftlicher lagerraeume - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belueftung landwirtschaftlicher Lagerraeume. Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Lufttemperatur und -feuchte innerhalb geschlossener Raeume und findet Anwendung bei der Belueftung von Lagerhaeusern fuer Agrarprodukte. Das erfindungsgemaesse Verfahren stellt bei einer Belueftungsmoeglichkeit das optimale Mischungsverhaeltnis der dem Lagerraum zugefuehrten Zuluft ein, die sich aus einem Aussen- und einem Innenluftanteil zusammensetzt. Hierzu werden die gemessenen, errechneten bzw. bekannten Zustandswerte von Temperatur, Feuchte und Enthalpie von Aussen-, Innen- und Zuluft hinsichtlich eines von der Zuluft zu erreichenden und einzuhaltenden Klimafeldes im Mollier-h,x-Diagramm bewertet.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der physikalischen Zustände Lufttemperatur und -feuchte sowie Sauerstoffgehalt

innerhalb von baulich allseitig geschlossenen Räumen.

Sie findet Anwendung bei der Belüftung von Lagerhäusern und Großmieten für Agrarprodukte, beispielsweise für Pflanzkartoffeln. Charakteristik des bekannten Standes der Tecchnik

Nach DE-OS ?300389 ist ein Klimawächter für von Menschen genutzten Räumen bekannt, der Meßfühler für Luftfeuchte und -temperatur enthält. Die elektrischen Ausgangssignale der Fühler werden in einem Mikroprozessor mit einem Behaglichkeitsfeld, dessen Koordinaten durch Programmierung festgelegt sind, verglichen. Beim Erreichen von Grenzwerten des Behaglichkeitsfeldes werden für das Personal bzw die Bewohner Hinweisleuchten zum Kühlen oder Heizen und/oder Belüften eingeschaltet bzw. Steuersignale für die Heiz jngsventile und Belüftungseinrichtungen ausgegeben. Diese Lösung hat den Nachteil, daß zur Erzielung des vorgegebenen Inntmklimafeldes eine energieaufwendige Aufbereitung der Luft durch Heizen bzw. K'.hlen erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil ist, drß bei automatischer Klimaregelung das Einlassen der Außenluft zwecks Beeinflussung der Rauml jftfeuchte und die Aufbereitung der Raumluft unabhängig voneinander erfolgen, untfsomit zwangsweise überflüssig Energieaufwendungen aufgebracht werden müssen.

Nach EP-PA 140734 ist eine elektronische Anordnung zum Regeln der Temperatur und Luftfeuchte innerhalb geschlossener Räume bekannt. Bei einer festgelegten Temperatur erfolgt der Übergang von Sommer- auf Winterbetrieb bzw. umgekehrt durch Umschalten auf eine entsprechende SoNterr.peratur. Die Temperaturregelung erfolgt im Winter durch mit der Temperaturregelabweichung gleichsinnig zunehmendes Heizen und imSommer durch Belüften, das gleichsinnig mit der Temperatur- oder mit der Luftfeuchteregelabweichung zunimmt, je nachdem, ob erstere oder letztere überwiegt. Die Regelung der Luftfeuchte erfolgt im Winter durch mit der Luftfeuchteregelabweichung gleichsinnig zunehmendes Belüften. Das Belüften wird in Abhängigkeit einer variablen, gegensinnig mit aer Temperaturregelabweichung abnehmenden Grenzheizleistung bzw. Grenz-Temperaturregelabweichung begrenzt. Diese Lösung hat den Nachteil, daß im Winterbetrieb eine energieaufwendige Luftbeheizung erforderlich ist. Bei Übertragung des Sommerbetriebes auf die gesamte Lagerperiode von Agrarprodukten würde diese Lesung in nachteiliger Weise zu unzulässigen und damit schädigenden Innenklimazuständen, insbesondere Feuchteausfällung, führen, da sich die Lagerzustände knapp unterhalb der Sättigungsk.jrve für die Luftfeuchte befinden, jedoch die Sättigung nie erreichen bzw. überschreiten dürfen.

Nach US-PS 4503707 ist ein Feuchtemeßgrößenaufnehmer bekannt, der einen Feuchtefühler (im besonderen einen Taupunktfühler) und einen Temperaturfühler enthält.

In einer Signalverarbeitungseinheit (im besonderen in einem Mikroprozessorsystem) wird das elektrische Ausgangssignal des Feuchtefühlers hinsichtlich seiner individuellen Kennlinie linearisiert und mit dem elektrischen Ausgangssignal des Temperaturfühlers zu einem digitalen zweiten Feuchtesignal (z. B. zum Wassergehalt) und zum digitalen Temperatursignal aufbereitet.

Diese digitalen Signale werden zur weiteren Behandlung bereitgestellt und können beim Erreichen vorbestimmter Grenzen hör- oder sichbare Meldungen auslösen. Diese Lösung beseitigt jedoch nicht den für Feuchtefühler charakteristischen Fehler, daß das Meßsignal erheblichen statischen Schwankungen ausgesetzt ist. Das wiederum führt in nachteiligerweise bei der Lagerung aus Gründen der Sicherheit für das landwirtschaftliche Lagergut zu einer beträchtlichen Einschränkung der Belüftungsmöglichkeiten. Der statistische Fehler wäre in naheliegender Weise durch Verwendung eines adiabatischen Feuchtemeßsystems nach US-PS 4606994 zu beseitigen, würde aber einen nicht zu vertretenden hohen Material- und Meßzeitaufwand zur Folge haben.

Ziel der Erfindung

Daher zielt die Erfindung auf die Verbesserung der Lagerungsbedingungen durch höchstmögliche Außenluftzuführung sowie dio Senkung des Risikos für das Lagergut bei gleichzeitiger Senkung des Energie- und Materialaufwandes.

Darlegung des Wesens der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, dies durch ein Belüftungsverfahren mit erweiterten Belüftungsmöglichkeiten über eine effektive Ausnutzung der Außenluftzustände Temperatur und Feuchte zu erreichen. Die Aufgabe wird ausgehend von einem Belüftungsverfahren mit den Verfahrensschritten

b) Korrektur des F' jthtewortes hinsichtlich der individuellen Fühlerkennüriis,

d) Verarbeiten des erhaltenen Feuchtewertes, insbesondere der Taupunkttemperatur, zum Wassergehalt und/oder zur Enthalpie, c jst. Hierzu sind erfindungsgemäß die Verfahrensschritte

a) Fun^'^iisKontrolle der Meßfühler und der nachfolgenden signalaufbereitenden Baugruppen sowie Unterdrückung singular stark abweichender Meßwei te,

c) Verarbeiten der jeweils letzten Feuchtewerte vorgegebener Anzahl zu einem gemittelten Feuchtewert,

e) Ermitteln eines maximal möglichen Mischungsverhältnisses von Außen- zu Innenluft, bei der sich die Temperatur, der Wassergehalt und die Enthalpie der Zuluft innerhalb des vorgegebenen Klimafeldes im Mollier-h,x-Diagramm einstellen, wobei das Klimafeld durch die lagertechnologisch zulässigen Werte einer Mindesttemperatur, eines Mindestwassergehaltes und einer Höchstenthalpie der Zuluft sowie der sättigungsnahen relativen L'iftfeuchte unmittelbar am Lagergut begrenzt ist,

f) ist hinsichtlich eines vorgegebenen Mindnstverhältnisses das ermittelte Mischungsverhältnis f a) größer: Aktivieren der Zuluftztifuhr mit diesem Mischungsverhältnis

f b) nicht größer: falls erforderlich. Aktivieren der Zulufczufuhr mit 100% Innenluftanteil,

g) Kontrolle der Zuluftzustände hinsichtlich des Klimafeldes durch Messung der Zulufttemperatur und Messung sowie Bewertung der Außenlufttemperatur und -feuchte unter Anwendung der Verfahrensschritte a) bis d) und bei Überschreitung des Klimafeldes Rückkehr zu Verfahrensschritt e),

erforderlich. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte entspricht der alphabetischen Folge, die der Verfahrensschritt b) und c) ist vertauschbar.

Die vorgeschlagene Lösung ist ein automatisches Belüftungsverfahren und beruht auf der Ausnutzung und Berücksichtigung der Wassergehalte und Enthalpien (Wärmemengen) der Außen-, der Innen- und der Zuluft. Ausgangspunkt für das Verfahren sind der Zustand der Inneniuft, dargestellt durch deren gemessene Temperatur und bekannten Wassergehalt am Lagergut, sowie der Zustand der Außenluft, dargestellt durch deren gemessene Temperatur und Feuchte (insbesondere Taupunkttemperatur), wobei letztere weitgehend von störenden statistischen Schwankungen befreit wird. Bei vorhandenem Lüftungsbedarf, d. h. Temperatur und/oder Wassergehalt der Innenluft sind :u hoch, wird durch das Verfahren automatisch entweder eino Belüftungsmöglichkeit mit einem Zuluftstrom realisiert, der unter Berücksichtigung aller lagertechnologisch einzuhaltenden Bedingungen einen maximal möglichen Außenluftanteil enthält, oder es wird eine Belüftung mit Außenluft untersagt. Im letzteren Falle wird jedoch tin Zuluftstrom ohne Außenluftanteile (sogenannte Umluft) erzeugt, wenn ein von übergeordneten Steuerungen herrührender Signalzustand dies erfordert.

Das Verfahren ist in an sich bekannter Weise mittels eines speicherprogrammierbaren Mikroprozessorsystems zu steuern. Die ausgangsseitigen Steuersignale dienen zum Einstellen des Mischungsverhältnisses der Zuluft, beispielsweise über die öffnungswinkel entsprechender Luftklappen, zum Ein- und Ausschalten der Lüftermotoren und zur Weiterverarbeitung in anderen Geräten. Das Mikroprozessorsystem läßt sicii auch mit anderen Steuerungsaufgaben koppeln. Die Verarbeitung bzw. gegenseitige Umwandlung zugehöriger Werte für Temperatur, Taupunkttemperatur, Wassergehalt, Enthalpie und erforderlichenfalls relative Luftfeuchte entsprechend den allgemeingültigen Beziehungen des Mollier-h,x-Diagramms erfolgt über eine gespeicherte Tabelle oder/und über Berechnungen nach den bekannten Formeln. Auf analoge Weise erfolgt die Speicherung bzw. Berechnung der Grenzen des Klimafeldes. Für die verschiedenen Lagerphasen sind unterschiedliche Klimafelder programmierbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert gegenüber den vorbekannten Lösungen die Lagerungsbedingungen durch eine in bezug auf sowohl den Anteil als auch die Zeit höchstmögliche Außenluftzuführung und durch eine Erhöhung der lagertechnologischen Sicherheit. In seiner Realisierung bedarf es weder einer energieaufwendigen Luftaufbereitung noch speziellen, teuren Baugruppen.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren belüftetes Lagerhaus im Horizontalabschnitt, Fig. 2: eine beispielhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des. Verfahrens, Fig. 3: die Darstellung eines beispielhaften Klimafeldes im Mollier-h,x-Diagramm.

Fig. 1 zeigt ein Lagerhaus 1, in dessen Innerem, d. h. im Lagerraum 2, landwirtschaftliches Lagergut in Behältern 3 gestapelt ist. In einer Ecke befindet sich eine Kammer 4, in der die über eine stirnseitige Außenluftregalklappe 6 einströmende Außenluft 10 mit der über eine innenseitige Innenluftregelklappe 7 zuströmende Innenluft 11 gemischt wird. Dieses Gemisch wird durch einen ersten Lüfter 16 als Zuluft 12 in einen Zuluftkanal 18, der entlang einer Längswand 20 angeordnet ist, und von da aus durch L jftungsöffnungen 22 in den Lagerraum 2 eingeblasen. Die verbrauchte Luft gelangt durch Lüftungsöffnungen 23 in einen Abluftkanal 19, der entlang der anderen Längswand 21 angeordnet ist, und wird von dort als Abluft 13 von einem zweiten Lüi'i?' 17 in eine Kammer 5 in der stirnseitig angrenzenden Ecke abgesaugt.

Von da aus gelangt die Abluft 13 im Falle der Mischluftfahrweise teils über eine innenseitige Umluftregalklappe 8 als Umluft 14 wieder in den Lagerraum 2 und teils über eine stirnseitige Rückluftregelklappe 9 als Fortluft 15 ins Freie. An der Längswand 20 befindet sich ein Steuerschrank 30. Dieser ist eingangsseitig über gestrichelt dargestellte Leitungen mit einem am Lagergut 3 angeordneten Meßfühler 31 für die Innentemperatur Ti, mit einem im Zuluftstrom 12 angeordneten Meßfühler 32 für die Zulufttemperatur T₁, mit einem außerhalb des Lagerhauses 1 angeordneten Meßfühler 33 für die Außenlufttemperatur T, und mit einem ebendort angeordneten Meßfühler 34 für die Taupunkttemperatur τ, der Außenluft 10 verbunden. Die relative Innenluftfeuchte <p-, am Lagergut 3 befindet sich aufgrund der Wasserabgabe der gelagerten Agrarprodukte in Sättigungsnähe, ist annähernd konstant und wird daher als bekannt betrachtet. Ausgangsseitig ist der Steuerschrank 30 in nicht dargestellter Weise mit den Regelklappen 6 bis 9 und den Lüftern 16,17 verbunden. Entsprechend den Eingangsgrößen T₁, T₁, T₁, τ, und deren Steuerprogramm werden die I Öfter 16,17 ein- bzw. ausgeschaltet und die Öffnungswinkel der Außen- und der Innenregelklappen 6 bzw. 7 in dinem gegenseitigen Verhältnis eingestellt, welches das Mischungsverhältnis von Außenluft 10 zu Innenluft 11 dar Zuluft 12 bestimmt. Die Um- bzw. die Fortluftregelklappe 8 bzw. 9 wird mit gleichem Öffnungswinkel wie die Innen- bzw. die Außenluftklappe 7 bzw. 6 eingestellt.

Der Steuerschrank 30 beinhaltet eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Belüftungsverfahrens, wie sie in Fig. 2 prinzipiell dargestellt ist und die als Hauptbestandteil ein Mikroprozessorsystem als speicherprogrammierbare Schaltung enthält. Die von den Meßfühlern 31 bis 34 sowie von Referenzwiderständen 35 erzeugten Meßsignale gelangen über einen Multiplexer 36, eine Abtast- und Halteschaltung 37, einen Analog-Digital-Umsetzer 38 sowie ein erstes Eingangs-Ausgangstor 41 zu einem Mikroprozessor 40. Der Mikroprozessor arbeitet mit einem Festwertspeicher 44, der neben dem Steuerprogramm lagertechnologische und klimatechnologische Konstanten und Tabellen enthält, sowie mit einem Arbeitsspeicher 45 zusammen. Ein zweitem Eingangs-Ausgangstor 42 dient zum Datenaustausch mit einem Steuerblcck 46 für die Regelklappen 6 bis 9 sowie die Lüfter 16,17 (siehe Fig. 1). Ein drittes Eingangs-Ausgangstor 43 dient zum Datenaustausch mit einem Protokolliersystem, einem Terminal und anderen Steuerschaltungen. Es muß hervorgehoben werden, daß die beschriebene Schaltungsanordnung nur ein Beispiel von an sich bekannten Möglichkeiten darstellt. Die Durchführung des Verfahrens bei aufgetretenem Belüftungsbedarf wird anhand aller drei Figuren unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. In Fig.3 bedeuten der Punkt a den Zustand der Außenluft 10, der Punkt i den Zustand der Innenluft 11 am Lagergut 3 und der Punkte ζ den Zustand der Zuluft 12 im Mollier-h,x-Diagramm. Daiin sind die Luftzustände in Abhängigkeit der Lufttemperatur T, der Taupunkttemperatur, des Wassergehaltes x, der relativen Luftfeuchte und der Enthalpie h dargestellt, wobei mit jeweils zwei Koordinaten die drei anderen festgelegt sind. Die Indizees a, i und ζ der Zustandskoordinaten beziehen sich ebenfalls auf die Außen-, Innen- bzw. Zuluft 10. π bzw. 12. Verfahrensschritt a): Die Meßfühler 31 bis 34 sowie die Baugruppen 36 bis 38 werden durch Kontrollmessungen unter Einbeziehung der Referenzwiderstände 35 überprüft. Ebenso werden vereinzelte, stark abweichende Meßwerte vor deren datenmäßigen Weiterverarbeitung unterdrückt.

Verfahrensschritt b): Die Werte der Taupunktiemperatur T₁ werden hinsichtlich der Kennlinie des Taupunktfühlers 34 korrigiert, dessen individuelle Korrekturfaktoren im Festwertspeicher 44 abgelegt sind.

Verfahrensschritt c): Die jeweils η letzten Taupunktwerte τ, werden gemittelt (z. B. η = 10) und als gemittelte Taupunkttemperatur τ, zur Weiterverarbeitung bereitgestellt.

Verfahrensschritt d): Der erhaltene Wert τ, wird über im Festwertspeicher 44 abgelegte Tabellc-nwerte zum Mollier-h, x-Diagramm weiterverarbeitet zum Wassergehalt x,.

Verfahrensschritt e): Es wird ein Mischungsverhältnis der Zuluft 12 vorgegeben. Im Mollier-h,x-Diagramm liegt der Mischluftzustand ζ auf der Verbindungsgeraden der beiden Zustandspunkte a und i, die im umgekehrten Verhältnis der beiden trockenen Luftmassen zu teilen ist. Es wird g ad ruft, ob sich der Mischluftzustand ζ innerhalb des stark umrandeten Klimafeldes F, befindet. Das Klimafeld F₁ ist abgelegt im Festwertspeicher 44 durch die lagertechnologisch vorgegebenen Grenzwerte für eine Mindesttemperatur T_lnlin, die von der Innenlufttemperatur Ti am Lagergut 3 abhängig ist und eine biologisch schädigende Unterkühlung des Lagergutes 3 sicher verhindert, einen Mindestwassergehalt x_lm;_n, der eine Austrocknung vermeidet, eine Höchstenthalpie h_lmtx, die eine schädliche Erwärmung verhindert, und eine sättigungsnahe relative Luftfeuchte, die mit der relativen Innenluftfeuchte φι übereinstimmt. Die Bewertung des Mischlufuujtandes ζ hinsichtlich des Klimafeldes F₂ geschieht in einfacher Weise durch Vergleich von Temperaturwerten. Es wird geprüft, ob der Wassergehalt X₂ der Zuluft 12 oberhalb von x>m!n liegt, was dann der Fall ist, wenn deren Taupunkt T₁ oberhalb der von x_2mi„ ableitbaren Mindesttaupunkttemperatur T_lm;_n liegt, und ob die relative Luftfeuchte der Zuluft 12 keinen Wert oberhalb φ, annimmt, was der Fell ist, wenn die Zulufttemperatur Τ, oberhalb der zu X₂ und zu φ-, gehörenden unteren Zulufttemperatur T_lu liegt.

Weiter wird geprüft, ob T₁ größer als T_m\„ ist und ob die Enthalpie h, der Zuluft 12 die Höchstenthalpie h,_mlx nicht überschreitet, was bei NichtÜberschreitung der zu X₁ und zu h,_m>x gehörenden oberen Zulufttemperatur T₁₀ gewährleistet ist. Der Verfahrensschritt dauert an, bis ein zulässiges Mischungsverhältnis mit einem möglichst hohen Außenluftanteil gefunden worden ist (z.B. durch sukzessive Approximation).

Verfahrensschritt f): Ist das so ermittelte Mischungsverhältnis größer als ein vorgegebenes Mindestvorhältnis (z.B. 10% Außenluftanteil), dann werden die Regelklappen 6 bis 9 entsprechend eingestellt, und die Lüfter 16,17 werden bzw. bleiben eingeschaltet. Im anderen Fall werden bzw. bleiben zwecks Gewährleistung eines stabilen Regelverhaltens die Lüfter 16,17 abgeschaltet; es sei denn, daß über das dritte Eingangs-Ausgangstor 43 durch eine übergeordnete Steuerung der Umluftbetrieb gefordert wird, d. h., die Regelklappen 6,9 sind geschlossen, die Pegelklappen 7,8 geöffnet und die Lüfter 16,17 eingeschaltet. Verfahrensschritt g): In der bisher beschriebenen Weise wird der vorhandene MischlufUustand ζ hinsichtlich der Einhaltung des Klimafeldes F, kontrolliert. Bei dessen Überschreitung wird nach Verfahrens schritt e) ein neues Mischungsverhältnis ermittelt.

Claims (1)

1. Verfahren zur Belüftung landwirtschaftlicher Lagerräume mit aus Außen- und Innenluft gesteuert gemischter Zuluft, mittels Temperaturfühlern für die Außen-, die Zu- und Innenluft am Lagergut und mindestens eines Feuchtefühlers, insbesondere Taupunktfühlern, für die Außenluft, eines Mikroprozessorsystems und programmiert vorgegebener Kiimafelder, mit den Verfahrensschritten,

   b) Korrektur des Feuchtewertes hinsichtlich der individuellen Fühlerkennlinie,

   d) Verarbeiten des erhaltenen Feuchtewertes, insbesondere der Taupunkttemperatur, zum Wassergehalt und/oder zur Enthalpie, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

   a) Funktionskontrolle der Meßfühler (31 bis 34) und der nachfolgenden signalaufbereitenden Baugruppen (36,37,38) sowie Unterdrückung singular stark abweichender Meßwerte (T_a; T_a; T-; T₁),

   c) Verarbeiten der jeweils letzten Feuchtewerte vorgegebener Anzahl zu einem gemittelten Feuchtewert (τ₈),

   e) Ermitteln eines maximal möglichen Mischungsverhältnisses von Außen- (10) zu Innenluft (11), bei der sich die Temperatur (T₁), der Wassergehalt (x_z) und die Enthalpie (h_z) der Zuluft (12) innerhalb des vorgegebenem Klimafeldes (F₁) im Mollier-h,x-Diagramm einstellen, wobei das Klimafeld (F₂) durch die lagertechnologisch zulässigen Werte einer Mindesttemperatur (Z_zmin), eines Minder twassergehaltes (x_2min) und einer Höchstenthalpie (h_2max) der Zuluft (12) sowie der sättigungsnahen relativen Luftfeuchte (φι) unmittelbar am Lagergut (3) begrenzt ist,

   f) ist hinsichtlich eines vorgegebenen Mindestverhältnisses das ermittelte Mischungsverhältnis f a) größer: Aktivieren der Zuluftzufuhr mit diesem Mischungsverhältnis, f b) nicht größer: falls erforderlich, Aktivieren der Zuluftzufuhr mit 100% Innenluftanteil,

   g) Kontrolle der Zuluftzustände (T₁, x„ h_z) hinsichtlich des Klimafaldes (F_z) durch Messung der Zulufttemperatur (T₁) und Messung sowie Bewertung der Außenlufttemperatur (T_a) und -feuchte (τ,,) unter Anwendung der Verfahrensschritte a) bis d) und bei Überschreitung des Klimafeldes (F_z) Rückkehr zu Verfahrensschritt e), in alphabet! ?cher Folge bei vertauschbarer Verfahrensschritte b) undc).