DD295706A5 - Verfahren zum regeln von temperatur und feuchte in raeumen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte in Raeumen und ist fuer rechnergesteuerte Klimaanlagen im Komfort- und Industriebau anwendbar, die mindestens Vorwaermer, Kuehler und Befeuchter enthalten. Ziel der Erfindung ist eine Verringerung der Betriebskosten von Klimaanlagen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz unter Verwendung einer rechnergesteuerten Klimaanlage, die mindestens Vorwaermer, Kuehler, Befeuchter sowie Meszfuehler fuer Temperatur und Feuchte der Raumluft enthaelt, in Abhaengigkeit der den Raumluftsollbereich charakterisierenden, vorgegebenen Klimagroeszen maximale, mittlere und minimale Raumluftenthalpie, maximale und minimale Raumlufttemperatur, maximale und minimale relative Raumluftfeuchte und maximaler, mittlerer und minimaler Raumluftwassergehalt, Raumluftzustandsbereiche vorgegeben sind. Auf Grund des Verhaeltnisses der Betriebskosten von Befeuchter zu Kuehler, sowie von Grenzkostenverhaeltnissen:gKV, 1 ro cp, Dtmax ro - Verdampfungswaerme{Temperatur; Feuchte; Klimaanlage; Vorwaermer; Kuehler; Befeuchter; Betriebskosten; Meszfuehler; Raumluftsollbereich; Raumluftenthalpie; Raumlufttemperatur; Raumluftfeuchte; Raumluftwassergehalt; Grenzkostenverhaeltnis}

Description

9kv,i = f₀ + Cp_/Dt_max r_o-VerdampfungswärmevonWasserbei0^oC

9kv,2 = —яг-— ^mL CpD-spezifischeWärmekapazitätvon Wasserdampf bei 0⁰C

X Xmin

und den jeweils gemessenen bzw. berechneten aktuellen Raumluftparametern Enthalpie der Raumluft (h_R), Raumtemperatur (t_R), relative Raumluftfeuchte (cp_R) und Wassergehalt der Raumluft (x_R), im Feuchte- und Temperaturregelkreis Vorwärmer (3), Kühler (4) und Befeuchter (5) arbeiten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Befeuchter (5) eine nahezu adiabate Zustandsänderung realisiert (Sprühkammer, Scheibenbefeuchter) und bei einer Abweichung des Raumluftzustandes (h_R, t_R, q>_R, x_R) vom Soll-Wert h_R < h_M (Raumluftbereiche IV und V) arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Befeuchter (5) auf t_min1 < t_R < t_max und q>_min,

- bei k_v > g_Kv>2 (Raumluftbereiche V, VII, X und Xl) x_R > x_min arbeitet im Feuchte-und Temperaturregelkreis der Kühler (4) auf t_mjn < t_R < t_max und cp_mm < <p_R < <p_max, x_R < x_m-,_n arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter (5) und im Temperaturregelkreis der Kühler (4) auf t_min und фтіп·

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Befeuchten ein Dampfbefeuchter (5) vorhanden ist und bei einer Abweichung des Raumluftzustandes (h_R, t_R, <p_R, x_R) vom Soll-Wert die Klimaanlage nach folgenden Kriterien gesteuert wird:

- im Feuchteregelkreis arbeiten zum Befeuchten der Befeuchter (5) und wenn das nicht ausreicht zusätzlich der Vorwärmer (3) oder, abhängig vom Kostenverhältnis (k_v) und den Grenzkostenverhältnissen (g^i/ Экѵ.гЬ der Kühler (4) und zum Entfeuchten der Kühler (4) und im Temperaturregelkreis zum Heizen der Vorwärmer (3) und zum Kühlen der Kühler (4) in Folge,

- bei t_R > t_min und (p_R < (p_min und x_R < x_M und

- K < gkv, 2

tR < tmax (Raumluftbereiche IV und V) arbeitet im Feuchteregelkreis der Befeuchter (5) auf t_min < t_R < Wax und φ,™, t_R > t_max (Raumluftbereiche IX und X) arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter (5) und im Temperaturregelkreis der Kühler (4) auf t_max und cp_min

~ K > 9kv,2

Xr > Xmin (Raumluftbereiche V und X) arbeitet im Feuchteregelkreis der Kühler (4) auf tmin < t_R <t_maxUnd(p_min,

Xr < Xmin (Raumluftbereiche IV und IX) arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter (5) und im Temperaturregelkreis der Kühler (4) auf t_min und cp_min.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte in Räumen und ist für rechnergesteuerte Klimaanlagen im Komfort- und Industriebau anwendbar, die mindestens Vorwärmer, Kühler und Befeuchter enthalten.

-2-Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Im allgemeinen dienen Klimaanlagen zur gezielten Beeinflussung mehrerer Luftparameter. Zur eindeutigen Bestimmung des thermodynamischen Zustandes der Luft genügen 2 Parameter, vorwiegend sind dies die Temperatur und die relative Feuchte oder der Wassergehalt. Deshalb gibt es meistens je einen Regelkreis für die Temperatur und für die relative Feuchte bzw. den Wassergehalt. Es sind aber auch Verfahren bekannt, wo mehr Regelkreise verwendet werden (DE 2839042 OS). Die Inbetriebnahme der Aggregate von Klimaanlagen wird durch sogenannte Folge- oder Sequenzschaltungen in den Regelkreisen gesteuert, wie in DD 260749 und DE 3610069 beschrieben.

Der Nachteil der bekannten technischen Lösung besteht darin, daß lediglich aufgrund der Abweichung des Raumluftzustandes vom Soll-Wert die Aggregate entsprechend einer festen Zuordnung der Aggregate zu den Regelkreisen in Betrieb genommen werden, die spezifischen Aggregatekosten keine Rolle spielen und das dadurch weder der finanziell günstigste Soll-Wert angestrebt, noch die dazu erforderlichen Aggregate in Betrieb genommen werden.

Es ist auch bekannt, Klimaanlagen unter dem Gesichtspunkt der Verringerung von Betriebskosten zu betreiben.

Aus DE-PS 2220598 (F 245F 11/00) ist ein Verfahren zur Regelung der Befeuchtung eines Luftstromes bekannt. Das Verfahren dient lediglich zum Befeuchten von Luft. Eine vollständige energieoptimale Regelung von Temperatur und Feuchte ist nicht möglich.

In DE-PS 3439288 PS (F24F11/00) ist ein Verfahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte von Luft in Räumen mittels einer, mehrere Klimaaggregate enthaltenden Luftaufbereitungsanlage dargestellt. Ausgehend von den Zuständen der Außen-, Zu- und Abluft sowie gespeicherten Betriebsparametern der Klimaaggregate werden Kenngrößen berechnet, aufgrund derer die Klimaaggregate in Betrieb genommen werden. Es ergeben sich Außenluftbereiche im Mollier-Diagramm. Die Bereichsgrenzen werden durch mathematische Beziehungen festgelegt, wobei die genannten Größen und Parameter eingehen. Nachteilig ist, daß beim Abweichen des realen Zustandsverlaufes in den Aggregaten von dem rechnerisch vorgegebenen Zustandsverlauf die Soll-Werte der Zuluft nicht erreicht werden können. Dasselbe tritt auch bei Meßungenauigkeiten der Temperatur- bzw. Feuchtemessung auf. Es wird auf einen festen Soll-Wert und nicht auf einen Soll-Wert-Bereich geregelt, was nicht immer die kostengünstigsten Soll-Werte garantiert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Verringerung der Betriebskosten von Klimaanlagen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, in Abhängigkeit der Abweichung des aktuellen Raumluftzustandes vom Soll-Wert und den Betriebskosten von Befeuchter und Kühler die Anlage am kostengünstigsten zu betreiben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung einer rechnergesteuerten Klimaanlage, die mindestens Vorwärmer, Kühler, Befeuchter sowie Meßfühler für Temperatur und Feuchte der Raumluft enthält, in Abhängigkeit der den Raumluftsollbereich charakterisierenden, vorgegebenen Klimagrößen maximale, mittlere und minimale Raumluftenthalpie, maximale und minimale Raumlufttemperatur, maximale und minimale relative Raumluftfeuchte und maximaler, mittlerer und minimaler Raumluftwassergehalt, Raumluftzustandsbereiche ermittelt werden. Auf Grund des Verhältnisses der Betriebskosten von Befeuchter zu Kühler sowie von Grenzkostenverhältnissen:

9kv,i = ^ro + Cp.otmax Го - Verdampfungswärme von Wasser bei 0⁰C

9kv,2 = — — Cp,_D-spezifische Wärmekapazität von Wasserdampf bei 0⁰C

Xm Xmin

und den jeweils gemessenen bzw. berechneten aktuellen Raumluftparametern Enthalpie der Raumluft, Raumtemperatur, relative Raumluftfeuchte und Wassergehalt der Raumluft, arbeiten im Feuchte- und Temperaturregelkreis Vorwärmer, Kühler und Befeuchter.

Realisiert der Befeuchter eine nahezu adiabate Zustandsänderung (Sprühkammer, Scheibenbefeuchter) wird bei Abweichung des Raumluftzustandes vom Soll-Wert die Klimaanlage nach folgenden Kriterien gesteuert:

- im Feuchteregelkreis arbeiten zum Befeuchten der Befeuchter und wenn er nicht ausreicht, zusätzlich der Vorwärmer oder, abhängig vom Kostenverhältnis und den Grenzkostenverhältnissen, der Kühler und zum Entfeuchten der Kühler und im Temperaturregelkreis zum Heizen der Vorwärmer und zum Kühlen, abhängig vom Kostenverhältnis und den Grenzkostenverhältnissen der Befeuchter oder der Kühler in Folge,

- bei h_R > h_min und x_R < x_max und t_R > t_max oder <p_R < <p_min und

- bei k_v < дкѵ.і und h_R < h_max arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Befeuchter auf t_mi_n < t_R < t_max und

<Pmin < <Pr < <Pmax,

- beik» < gicv.i und he > h_max arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter und im Temperaturregelkreis der Kühler auf t_max und

<Pmax/

- bei дкѵ.і < k_v < дкѵ.г xr > хм arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Kühler auf t_max und <p_min ψκ < <Pm_ax. Xr < Хм und h_R >hiH arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter und im Temperaturregelkreis der Kühler auf t_max und ip_min, h_R < Пм arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Befeuchter auf t_min < t_fl < t_max und <p_mm;

- bei k_v > дкѵ.г Xr > ^xmin arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Kühler auf t_min < t_R < t_max und (p_min < <p_R < <p_max, Xr < Xmin arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter und im Temperaturregelkreis der Kühler auf t_min und q>_min.

Wird zum Befeuchten ein Dampfbefeuchter verwendet, wird die Anlage wie folgt betrieben:

- im Feuchteregelkreis arbeiten zum Befeuchten der Befeuchter und wenn das Licht nicht ausreicht zusätzlich der Vorwärmer oder, abhängig vom Kostenverhältnis und den Grenzkostenverhältnissen der Kühler und zum Entfeuchten der Kühler und im Temperaturregelkreis zum Heizen der Vorwärmer und zum Kühlen der Kühler in Folge,

- bei t_R > t_mi„ und <p_R < <p_min und x„ < x_M und

- kv < g_Kv.2tR < t_max arbeitet im Feuchteregelkreis der Befeuchter auf t_min <t_R < t_maxundip_min,t_R > t_max arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter und im Temperaturregelkreis der Kühler auf t_max und ср_т,_п

- kv > g_KV,2 *r > Xmin arbeitet im Feuchteregelkreis der Kühler auf t_mi„ < t_R < t_m8X und <p_min, x_R < x_min arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter und im Temperaturregelkreis der Kühler auf t_m-_ln und (p_min

Außerhalb der genannten Raumluftzustandsbereiche wird die Klimaanlage in bekannter Weise betrieben. In Abhängigkeit vom Kostenverhältnis und den Grenzkostenverhältnissen wird die Folgeschaltung im Temperatur- und Feuchteregelkreis geändert. Für die Raumluft ist ein Soll-Wert-bereich angegeben. Es wird auf den kostengünstigsten Soll-Wert geregelt. Beim Abweichen des realen Zustandsverlaufes in den Aggregaten von dem rechnerisch vorgegebenen Zustandsverlauf wird durch die Folgeschaltung der Soll-Wert der Raumluft erreicht.

Ausführungsbeispiel

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: das Blockschaltbild einer Klimaanlage mit Steuereinrichtung,

Fig. 2: ein Mollier-Diagramm mit Raumluftbereichen für Befeuchter mit adiabater Zustandsänderung gemäß Anspruch 2 und Fig.3: ein Mollier-Diagramm mit Raumluftbereichen für Befeuchter mit isothermer Zustandsänderung gemäß Anspruch 3.

Die Erfindung wird an einer Klimaanlage erläutert, die aus einem Vorwärmer 3, einem Kühler 4, Befeuchter 5 und Nach wärmer 6 sowie Zuluft- und Abluftventilator? bzw. 2 besteht. In dem zu klimatisierenden Raum 1 befinden sich Meßfühler 8 und 9 für Temperatur t und Feuchte φ der Raumluft. Die Meßfühler 8 und 9 sind an einen Mikrorechner 10 angeschlossen, der die Aggregate 3 bis 6 der Anlage über Stellglieder steuert.

In Abhängigkeit der den Raumluftsollbereich charakterisierenden Klimagrößen maximale, mittlere und minimale Raumluftenthalpie (h_max, h_M, h_mir,), maximale und minimale Raumlufttemperatur (t_max, t_min), maximale und minimale relative Raumluftfeuchte (<p_max, 4W)/ maximaler, mittlerer und minimaler Raumluftwassergehalt (x_max. Хм. Xmin). sind Raumluftzustandsbereiche I bis Xl vorgegeben, wobei sich die Erfindung auf die Raumluftzustandsbereiche IV bis Xl bezieht, in den anderen Bereichen wird die Klimaanlage in bekannter Weise gesteuert (Fig. 2 bzw. 3). Ausgehend von Grenzkostenverhältnissen:

9kv,i = ro + Cp,Dt_max ro - Verdampfungswärme von Wasser bei 0°C

9κν,2 = ——d^ Cp_-D-spezifische Wärmekapazität von Wasserdampf bei 0°C

Хм ~~ Xmin

sowie dem Kostenverhältnis der Betriebskosten von Befeuchter zu Kühler k_v können in einem der interessierenden Raumluftzustandsbereiche (IV-XI) im Feuchte- und Temperaturregelkreis Vorwärmer 3, Kühler 4 und Befeuchter 5 arbeiten, wobei Vorwärmer 3 und Kühler 4 nicht gleichzeitig in Betrieb sein dürfen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Befeuchter eine Sprühkammer oder ein Scheibenbefeuchter (nahezu adiabate Zustandsänderung). Bei Abweichung des Raumluftzustandes vom Soll-Wert (aktueller Zustand der Raumluft) wird die Klimaanlage nach folgenden Kriterien gesteuert:

- im Feuchteregelkreis arbeiten zum Befeuchten der Befeuchter 5 und wenn er nicht ausreicht zusätzlich der Vorwärmer 3 oder, abhängig vom Kostenverhältnis k_v und den Grenzkostenverhältnissen (дкѵ.і, дкѵ.г), der Kühler4 und zum Entfeuchten der Kühler 4 und im Temperaturregelkreis zum Heizen der Vorwärmer 3 und zum Kühlen, abhängig vom Kostenverhältnis k_v und den Grenzkostenverhältnissen (дкѵ> Экѵ.гЬ der Befeuchter oder der Kühler 4 in Folge,

- bei h_R > h_m;_n und x_R < x_max und t_R > t_max oder q>„ < tp_min und

- bei к^лѴѴ^лѴ < g_Kv,i und h_R < h_max (Raumluftzustandsbereiche IV-VIII) arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Befeuchter 5 auf t_min < t_R < t_max und (p_min < cp_R < <p_max,

- bei k_v < дкѵ.і und h_R > h_msx (Raumluftzustandsbereiche IX-XI) arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter 5 und im Temperaturregelkreis der Kühler auf t_max und <p_max,

- bei g_Kv,i < k„ < g*v,2 Xr > Хм (Raumluftzustandsbereiche VIII, IX) arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Kühler 4 auf t_max und φ,™ < <Pr Я>тах, Xr < Хм und hR > h_M !Raumluftzustandsbereiche Vl, VII, IX, X) arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter 5 und im Temperaturregelkreis der Küh!er4 auf t_max und <p_mi_n, h_R < hM (Raumluftzustandsbereiche IV, V) arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Befeuchter 5 auf t™„ < t_R < t_max und ip_mm,

- bei k_v > g<v,2 Xr > Xnn (Raumluftzustandsbereiche V, VII, VIII, X, Xl) arbeitet im Feuchte- und Temperaturregelkreis der Kühler 4 auf tmin < t_R < t_max und <p_mi_n < <p_R < <p_max, Xr < X^₁₀ (Raumluftzustandsbereiche IV, Vl, IX) arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter 5 und im Temperaturregelkreis der Kühler 4 auf t_mj_n und <p_mj_n.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird zum Befeuchten ein Dampfbefeuchter verwendet (isotherme Zustandsänderung). Die Anlage wird wie folgt betrieben:

- im Feuchteregelkreis arbeiten zum Befeuchten der Befeuchter 5 und wenn das nicht ausreicht zusätzlich der Vorwärmer 3 oder, abhängig vom Kostenverhältnis kv und den Grenzkostenverhältnissen (дкѵ.і. Экѵ.г). der Kühler 4 und zum Entfeuchten der Kühler 4 und im Temperaturregelkreis zum Heizen der Vorwärmer 3 und zum Kühlen der Kühler 4 in Folge,

- bei t_R > t_min und cp_R < <p_mirl und x_R < x_M und

- kv < дкѵ,2*я < tmsx (Raumluftzustandsbereiche IV, V) arbeitet im Feuchteregelkreis der Befeuchter 5 auf t_min < t_R < t_max und <Pmin.tR > t_m,_x (Raumluftzustandsbereiche IX, X) arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter 5 und im Temperaturregelkreis der Kühler4 auf t_max und <p_min

- kv > дкѵ.гХя > Xmin (Raumluftzustandsbereiche V, X) arbeitet im Feuchteregelkreis der Kühler 4 auf tmin < tR <і_т,_хипаф_ті_л;,в < x_min (Raumluftzustandsbereiche IV, IX) arbeiten im Feuchteregelkreis der Befeuchter 5 und im Temperaturregelkreis der Kühler4auft_mir,und9_min

Außerhalb der genannten Raumluftzustandsbereiche wird die Klimaanlage in beiden Ausführungsbeispielen in bekannter Weise wie folgt betrieben:

- riR < hm-,,, (adiabate Befeuchtung) bzw. t_R < t_mi_n (isotherme Befeuchtung und Xr < x_mm (Raumluftzustandsbereich I) im Feuchteregelkreis arbeiten zum Befeuchten der Befeuchter 5 und wenn er nicht ausreicht zusätzlich der Vorwärmer 3 und im Temperaturregelkreis zum Heizen der Nachwärmer 6 und wenn er nicht ausreicht der Vorwärmer 3 in Folge, wobei das größere Signal für den Vorwärmer Vorrang hat,

- t_R < t_min und x_mi_n < x_R < Xm_ax (Raumluftzustandsbereich II) im Feuchteregelkreis arbeitet kein Aggregat und im Temperaturregelkreis arbeiten zum Heizen Nachwärmer 6 und wenn er nicht ausreicht zusätzlich der Vorwärmer 3,

- h_R > h_max bzw. t_R > t_max oder x_R > x_max (Raumluftzustandsbereich III) im Feuchteregelkreis arbeiten zum Befeuchten der Befeuchter 5 und zum Entfeuchten der Kühler 4 und im Temperaturregelkreis zum Heizen der Nachwärmer 6 und zum Kühlen der Kühler 4 in Folge, wobei das Kühlersignal vom Feuchteregelkreis Vorrang hat,

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Klimaanlage mit minimalen Kosten betrieben werden, wobei sich für die Raumluftbereiche IV bis Xl eine, vom Stand der Technik aus gesehen neue Verfahrensweise ergibt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für eine Anlage mit Wärmerückgewinnung geeignet.

In Abhängigkeit vom Kostenverhältnis k_v und den Grenzkostenverhältnissen (дкѵ.і, дкѵ.г) wird die Folgeschaltung im Temperatur- und Feuchteregelkreis geändert. Es erfolgt keine starre Zuordnung von Aggregaten zu Raumluftbereichen. Beim Abweichen des realen Zustandsverlaufes in den Aggregaten von dem rechnerisch vorgegebenen Zustandsverlauf werden durch die Folgeschaltung die Soll-Werte der Raumluft erreicht.

Für die Raumluft ist ein Soll-Wert-Bereich angegeben. Es wird auf den kostengünstigsten Soll-Wert geregelt.

Für den beschriebenen kostengünstigen Betrieb ist eine Verriegelungsschaltung zwischen Vorwärmer 3 und Kühler 4 erforderlich, d. h., wenn der Vorwärmer 3 arbeitet, darf der Kühler nicht in Betrieb genommen werden, sondern es muß die Vorwärmeleistung verringert werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte in Räumen mittels rechnergesteuerter Klimaanlage, die mindestens Vorwärmer, Kühler, Befeuchter sowie Meßfühler für Temperatur und Feuchte der Raumluft enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der, den Raumluftsollbereich charakterisierenden, vorgegebenen Klimagrößen maximale, mittlere und minimale Raumluftenthalpie (h_max, h_M, h_min), maximale und minimale Raumlufttemperatur (t_max, Wm). maximale und minimale relative Raumluftfeuchte (cp_max, 9min) und maximaler, mittlerer und minimaler Raumluftwassergehalt (x_max, x_M/ Xminb Raumluftzustandsbereiche (I bis Xl) vorgegeben sind und auf Grund des Verhältnisses der Betriebskosten von Befeuchter (5) zu Kühler (4) (k_v) sowie den Grenzkostenverhältnissen: