DE102005032042A1 - Apparatus and method for determining the energy input into a room by a radiation source - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Energieeintrags in einen Raum (10) mit den Schritten: DOLLAR A - Ermittlung der Einstrahlung mit wenigstens einem Strahlungssensor (20) in Richtung wenigstens einer Raumaußenseite ((10a, 10b, 10c), welche wenigstens ein Fenster (12) aufweist, DOLLAR A - Ermittlung der Fensterfläche auf jede Seite (10a, 10b, 10c) des Raumes (10) und DOLLAR A - Berechnung des Energieeintrags aus der mit den Strahlungssensoren (20) ermittelten Strahlungsleistung integriert über die Zeit und der Fensterfläche. DOLLAR A Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmemenge, welche über die Konvektion der Fensterfläche in den Raum abgegeben wird, aus der Temperaturdifferenz von Scheibeninnenfläche und Raumtemperatur sowie der Scheibengröße errechnet und bei der Ermittlung des Energieeintrags in einen Raum berücksichtigt. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Energieeintrags in einen Raum (10) durch eine Strahlungsquelle mit DOLLAR A - wenigstens einem Strahlungssensor (20) in Richtung wenigstens einer Raumaußenseite (10a, 10b, 10c), welche wenigstens ein Fenster (12) aufweist, und DOLLAR A - einer Auswerteeinheit (50), welche mit den Strahlungssensoren (20) verbindbar ist, wobei die Auswerteeinheit aus der mit den Strahlungssensoren (20) ermittelten Strahlungsleistung, welche über die Zeit integriert wird, und der Fensterfläche den Energieeintrag berechnet.The invention relates to a method for determining the energy input into a room (10) comprising the steps: DOLLAR A - determining the irradiation with at least one radiation sensor (20) in the direction of at least one room outside (10a, 10b, 10c), which at least one window (12), DOLLAR A - determination of the window area on each side (10a, 10b, 10c) of the room (10) and DOLLAR A - calculation of the energy input from the radiation power with the radiation sensors (20) determined integrated over the time and the window area DOLLAR A In an advantageous development of the method according to the invention, the amount of heat which is released into the room via the convection of the window surface is calculated from the temperature difference between the interior surface of the pane and room temperature and the size of the pane and taken into account in determining the energy input into a room Furthermore, the invention relates to a device for determining the Energi eeintrags in a room (10) by a radiation source with DOLLAR A - at least one radiation sensor (20) towards at least one room outside (10a, 10b, 10c), which has at least one window (12), and DOLLAR A - an evaluation unit (50 ), which can be connected to the radiation sensors (20), wherein the evaluation unit calculates the energy input from the radiation power determined with the radiation sensors (20), which is integrated over time, and the window area.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung des Energieeintrags in einen Raum durch eine Strahlungsquelle.The The invention relates to an apparatus and a method for detection the energy input into a room by a radiation source.
Bekannt sind Dimensionierungsverfahren und Regelungseinrichtungen für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, die in Räumen (z.B. Zimmer, Gebäude oder Fahrzeuge) Anwendung finden. Die Dimensionierung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen erfolgt nach unterschiedlichen Parametern wie Größe des Raumes, Isolierung, Nutzungsformen, externe und interne Wärmequellen oder Energieeffizienz. Nachteilig ist jedoch, dass die Fremdenergie, die in den Raum eingetragen wird, nicht oder nur anhand von Standardtabellenwerten berücksichtigt wird, was dazu führen kann, dass Anlagen eingebaut werden, die in ihrer Leistungsbereitstellung über die Zeit nicht den tatsächlichen Anforderungen des Objektes und seiner Nutzung entsprechen, so dass sich dann ein erhöhter Energieverbrauch, eine unzweckmäßige Verteilung bzw. auch eine zeitweilig ungenügende Energiebereitstellung ergeben kann, als für den Raum nötig wäre. Dies führt zu Einschränkungen in der Behaglichkeit, der Bereitstellung von Wärme oder Kälte am richtigen Ort zur richtigen Zeit für typische oder spezielle Bedingungen ungünstigen Anlagennutzungsgraden oder auch Mehrkosten für überdimensionierte bzw. ungünstig betriebene Anlagen.Known are dimensioning and control devices for heating, ventilation and air conditioning in rooms (for example, rooms, buildings or vehicles). The dimensioning of heating, ventilation and air conditioning is done according to different parameters such as room size, Insulation, uses, external and internal heat sources or Energy efficiency. The disadvantage, however, is that the external energy, which is entered in the room, not or only on the basis of standard table values considered will lead to what can be installed that plants in their service delivery over the Time is not the actual one Requirements of the object and its use correspond, so that then an elevated Energy consumption, an inappropriate distribution or a temporary insufficient Provide energy supply, as would be necessary for the room. This leads to limitations in the cosiness, the provision of heat or cold in the right place for the right one time for typical or special conditions unfavorable plant utilization grades or additional costs for oversized or unfavorable operated plants.
Bekannt sind weiterhin unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren zur Regelung von in Räumen (z.B. Zimmern, Gebäuden oder Fahrzeugen) angeordneten Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen. Dazu wird im Idealfall die Temperatur in dem zu heizenden oder zu kühlenden Raum bestimmt und das Thermostat der Anlage entsprechend geregelt.Known are still different devices and methods for Regulation of in rooms (e.g., rooms, buildings or vehicles) arranged heating, ventilation and air conditioning systems. To Ideally, the temperature in the one to be heated or to be cooled Room determined and the thermostat of the system regulated accordingly.
Nachteilig bei den bekannten Systemen ist, dass die Regelung meist ausschließlich auf der Bestimmung der Raumtemperatur beruht und Fremdenergie, die in Räume eingetragen wird, nicht direkt berücksichtigen oder erfassen kann. Dadurch wird die Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlage nicht optimal gesteuert, da beispielsweise ein Raum, in den zusätzlich Fremdenergie eingetragen wird, weniger geheizt werden muss als ein Raum, in den keine Fremdenergie eingetragen wird. Wird die Fremdenergie nur indirekt berücksichtigt, wird somit mehr Heizleistung bereitgestellt als benötigt wird, was den Nutzungsgrad der Heizung herabsetzen kann. Es ist daher wünschenswert, eine Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlage insbesondere im Hinblick auf ihre Dimensionierung, ihren Nutzungsgrad und ihre Konfigurierung für jede Fremdenergieeinträge bei beliebiger Temperatur an der Heizung oder Klimaanlage und für jede Temperatur in dem entsprechenden Raum planen bzw. optimieren zu können.adversely in the known systems is that the scheme mostly exclusively on the determination of the room temperature is based and external energy, which in Rooms entered will not take into account directly or can capture. As a result, the heating, ventilation or air conditioning not optimally controlled, for example, a Space in addition Foreign energy is entered, less than one must be heated Room in which no external energy is entered. Will the foreign energy only considered indirectly, Thus, more heating power is provided than is needed which can reduce the degree of utilization of the heating. It is therefore desirable, a heating, ventilation or air conditioning, in particular with regard to their dimensioning, their degree of utilization and configuration for each foreign energy input at any Temperature at the heating or air conditioning and for each temperature in the corresponding room plan and optimize.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Fremdenergie, die beispielsweise durch Sonneneinstrahlung durch die Fenster eines Raumes (z.B. Zimmer, Gebäude oder Fahrzeuge) in einen Raum eingetragen wird, zu bestimmen, um damit eine Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlage oder ähnliches für einen Neueinbau bzw. Ersatz optimal dimensionieren oder während des Betriebs optimal regeln zu können.It is therefore an object of the invention, the external energy, for example by sunlight through the windows of a room (e.g. building or vehicles) is entered in a room to determine so that a heating, ventilating or air conditioning or similar for one Fit new installation or replacement optimally or during the To be able to regulate the operation optimally.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung des Energieeintrags gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Ermittlung des Energieeintrags gemäß Patentanspruch 13.The The object is achieved by a device for determining the energy input according to claim 1 and a method for determining the energy input according to claim 13th
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments and refinements of the invention are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Energieeintrags in einen Raum weist folgende Schritte auf. Zunächst wird in Richtung wenigstens einer Raumaußenseite (beispiels weise Gebäude-, Zimmer- oder Fahrzeugaußenseite), welche wenigstens ein Fenster aufweist, wenigstens ein Strahlungssensor angebracht. Zur Ermittlung des Energieeintrags sind dabei bevorzugt nur die Raumaußenseiten zu berücksichtigen, an welchen auch Sonnenstrahlung in einem entscheidenden Ausmaß einfallen kann. Werden bspw. Außenseiten von Gebäuden durch benachbarte Gebäude ständig abgeschattet, müssen diese Raumaußenseiten, auch wenn sie Fenster aufweisen, nicht notwendigerweise mit einem Strahlungssensor versehen werden, da kein nennenswerter Energieeintrag erfolgt.The inventive method for determining the energy input into a room has the following Steps up. First Towards at least one room outside (example, building, room or vehicle outside), which has at least one window, at least one radiation sensor appropriate. To determine the energy input are preferred only the room outside to take into account where solar radiation can occur to a decisive extent. Be for example. Outer pages through buildings neighboring buildings constantly shadowed, need these room outside, even if they have windows, not necessarily one Radiation sensor are provided, since no appreciable energy input he follows.
Für das Anbringen des wenigstens einen Strahlungssensors in Richtung wenigstens einer Raumaußenwand bestehen folgende Alternativen. Entweder wird wenigstens ein Strahlungssensor an den entsprechenden Raumaußenseiten angeordnet, oder es wird ein Strahlungssensorpaket, bestehend im wesentlichen aus einem Quader, auf welchem auf jeder Fläche ausgenommen der Bodenfläche und ggfs. Flächen, für welche keine relevante Einstrahlung erwartet wird, Strahlungssensoren angeordnet werden, auf einer nicht abgeschatteten Stelle, beispielsweise auf der Oberseite des Raumes, angeordnet.For attaching of the at least one radiation sensor in the direction of at least one outer space wall the following alternatives exist. Either at least one radiation sensor at the corresponding room outside arranged, or it will be a radiation sensor package, consisting in essentially of a cuboid, on which except on each surface the floor area and, if necessary, areas, for which no relevant irradiation is expected, radiation sensors are arranged, on an unshaded spot, for example on the top of the room, arranged.
Mit diesen Strahlungssensoren wird die einfallende Einstrahlung über die Zeit ermittelt. Zusätzlich wird die Fensterfläche auf der zugehörigen Seite des Raumes bestimmt. Der Energieeintrag ergibt sich anschließend aus der mit den Strahlungssensoren ermittelten Einstrahlung über die Zeit und der zugehörigen Fensterfläche pro Raum bzw. Gebäude. Wird die Sonneneinstrahlung in W/m2 und die Fensterfläche in m2 ermittelt, ergibt sich der Energieeintrag als Integral des für die Sonneneinstrahlung ermittelten Werts über die Zeit multipliziert mit dem Wert der Fensterfläche bspw. in der Einheit kWh/m2.With these radiation sensors, the incident radiation is determined over time. In addition, the window area on the associated side of the room is determined. The energy input results then from the radiation detected with the radiation sensors over time and the associated window area per room or building. If the solar radiation is determined in W / m 2 and the window area in m 2 , the energy input results as the integral of the value determined for the solar irradiation over time multiplied by the value of the window area, for example in the unit kWh / m 2 .
Die Bestimmung des Energieeintrags in einen Raum, beispielsweise einem Zimmer, eines aus mehreren Zimmern bestehenden Gebäudes oder eines Fahrzeuginnenraums, ermöglicht es, die Energiebilanz des Raumes zu bestimmen und die Energiedifferenz, die von einer Heizung oder einer Klimaanlage zusätzlich aufgebracht werden muss, um eine vorgegebene Raumtemperatur zu erreichen oder zu halten, zu ermitteln. Bei einzelnen Zimmern, Gebäuden oder Fahrzeuginnenräumen wird in der Regel der Fremdenergieeintrag durch die durch Fenster einfallende Sonneneinstrahlung wesentlich bestimmt. Somit lässt sich der zu berücksichtigende Fremdenergieeintrag durch Bestimmung des Energieeintrags, welcher sich aus der Einstrahlung, insbesondere der Sonneneinstrahlung, über die Zeit auf die unterschiedlichen Seiten des Raumes und der auf diesen Seiten liegenden Fensterfläche ergibt, ermitteln. Die Verwendung mindestens eines Strahlungssensors an mindestens einer Außenseite des Raumes, welche ein Fenster aufweist, trägt dabei den unterschiedlichen Sonneneinstrahlungen je nach Sonnenstand und z.B. wetterbedingten Abschattungen Rechnung.The Determining the energy input into a room, for example a Rooms, a multi-room building or a vehicle interior, allows it to determine the energy balance of the room and the energy difference, which must be additionally applied by a heater or an air conditioner, to reach or maintain a predetermined room temperature, to investigate. For individual rooms, buildings or vehicle interiors becomes usually the external energy input through the incident through window Solar radiation essentially determined. Thus, the foreign energy input to be considered can be determined by determining the energy input resulting from the irradiation, especially the sunlight, over time on the different Sides of the room and the window area lying on these sides, determine. The use of at least one radiation sensor at least one outside of the room, which has a window, it carries the different Solar radiation depending on the position of the sun and e.g. weather-related Shadowing bill.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann den Nutzungsgrad einer Heizung oder einer Klimaanlage auf folgende Weise optimieren. Da beispielsweise ein Raum, in welchen durch ein Fenster die Sonne scheint, bereits durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird, ist weniger Leistung bzw. Arbeit der Heizung nötig, um den Raum auf die vorgegebene Endtemperatur zu erwärmen. Durch Berücksichtigung der eingetragenen Fremdenergie wird nur noch die Differenzenergie von der Heizung angefordert, so dass geringere Verluste auftreten, wodurch der Nutzungsgrad der Heizung verbessert wird. Weiterhin ermöglicht die Kenntnis von Fremdenergieeinträgen in einen Raum über die Zeit (Zyklus beliebig über Sekunden, Stunden, Tage, Wochen) ein entsprechend optimiertes technisches und energetisches Raummanagement bspw. für ein Gebäude, ein Fahrzeug oder ein Schiff. Insbesondere kann aus gemessenen Strahlungsverläufen, beispielsweise aus den Strahlungsverläufen in den vorangehenden Tagen, insbesondere den vorangehenden zwei Tagen, im Vorfeld eine Extrapolation zur Prognostizierung der Energie für die Objektkühlung oder -beheizung bzw. Reduzierung von Regelschwankungen erfolgen.The inventive method can the degree of utilization of a heater or air conditioning to the following Optimize way. For example, because a room in which by a Window the sun is shining, already by the sunlight heated is, less power or work of heating is needed to to heat the room to the specified final temperature. By consideration of enlisted external energy is only the differential energy of the heating requested so that lower losses occur the degree of utilization of the heating is improved. Furthermore, the Knowledge of foreign energy entries into a room over the time (cycle arbitrarily over Seconds, hours, days, weeks) a correspondingly optimized technical and energetic room management, for example, for a building, a vehicle or a Ship. In particular, from measured radiation profiles, for example from the radiation courses in the preceding days, especially the preceding two Days, in advance an extrapolation for predicting the energy for object cooling or heating or reduction of control fluctuations.
Soll z.B. in ein Gebäude eine Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlage eingebaut werden, können die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelten Daten über den Fremdwärmeeintrag, welche beispielsweise über einen Tag oder eine Woche ermittelt werden, zur optimalen Konfigurierung der Anlage verwendet werden, um die Anlage nicht größer als notwendig ausfallen zu lassen und somit Investitions- und Energiekosten zu sparen.Should e.g. in a building a heating, ventilation or air conditioning can be installed with the device according to the invention determined data about the external heat input, which for example over a day or a week for optimal configuration The plant used to make the plant no larger than necessary fail and thus investment and energy costs save up.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein durch Konvektion verursachter zusätzlicher Beitrag zum Energieeintrag aus der aus der Innentemperatur der Scheibe des Fensters und der Innentemperatur des Raumes ermittelten Differenztemperatur, welche über die Zeit integriert wird, und der Fensterfläche berechnet. Somit wird eine höhere Genauigkeit des gelieferten Ergebnisses erzielt.at A preferred embodiment of the invention is a by convection caused additional Contribution to the energy input from the from the internal temperature of the disc the window and the internal temperature of the room which over the time is integrated, and the window area is calculated. Thus, a higher Accuracy of the delivered result achieved.
Vorzugsweise ist zumindest eine Datenerfassungseinrichtung zum Erfassen der ermittelten Einstrahlung vorgesehen.Preferably is at least one data acquisition device for detecting the determined irradiation intended.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Auswerteeinheit zur Ermittlung des Energieeintrags aus der mit den Strahlungssensoren ermittelten Strahlungsleistung, welche über die Zeit integriert wird, und der Fensterfläche vorgesehen.at a further advantageous embodiment of the invention is at least an evaluation unit for determining the energy input from the with the radiation sensors determined radiation power, which on the Time is integrated, and the window area provided.
Vorzugsweise werden weitere charakteristische Daten des Raumes, vorzugsweise das Volumen und/oder Speichermassen und/oder Baustoffcharakteristiken und/oder U-Werte, erfasst, da diese ebenfalls Auswirkungen auf den Energieeintrag haben und daher berücksichtigt werden sollten. Vorzugsweise werden als charakteristische Daten des Raumes die durch bereits in dem Raum installierte Heizungs- und/oder Lüftungs- und/oder Klimaanlagen bewirkten Energieeinträge über die Zeit erfasst.Preferably will be more characteristic data of the room, preferably the volume and / or storage masses and / or building material characteristics and / or U-values, since these also affect the Energy input and should therefore be taken into account. Preferably, as characteristic data of the space by already installed in the room heating and / or ventilation and / or air conditioners caused energy inputs recorded over time.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Energieeintrags in einen Raum zur Ermittlung des dynamischen Aufheiz- oder Abkühlvorgangs eines Raumes verwendet, wobei zusätzlich zu dem ermittelten Strahlungsenergieeintrag weitere meteorologische Daten über die Zeit erfasst werden können. Besonders bei bereits bestehenden Gebäuden, welche energetisch optimiert, saniert oder nachgerüstet werden sollen, bietet sich für die Ermittlung des Einflusses der Solarstrahlung der Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Ermittlung der dynamischen Aufheiz- oder Abkühlvorgänge an, um die neuen Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlagen optimal konfigurieren zu können.at An advantageous development of the invention is the inventive method to determine the energy input into a room for identification the dynamic heating or cooling process of a room, in addition to the determined radiation energy input further meteorological Data about the time can be recorded. Especially in existing buildings, which are energetically optimized, rehabilitated or retrofitted should be, offers itself for the determination of the influence of solar radiation the use of the present Method for determining the dynamic heating or cooling processes, to the new heating, ventilation or to optimally configure air conditioners.
Der Auf heiz- oder Abkühlvorgang eines Raumes, insbesondere eines Gebäudes oder von Gebäudeteilen, erfolgt insbesondere in Abhängigkeit von meteorologischen Daten wie Sonnenstand, Himmelsrichtung und Abschattungseffekten und somit Verlauf der Sonneneinstrahlung an der Außenfläche des Raumes, Außentemperatur, Innentemperatur, Oberflächentemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit, Luftwechseldaten, der maximalen und/oder minimalen Außentemperatur, die während der letzten Jahre, beispielsweise der letzten vier Jahre, ermittelt wurde, der maximalen und/oder minimalen Sonneneinstrahlung, die während der letzten Jahre, beispielsweise der letzten vier Jahre, ermittelt wurde und weiteren meteorologischen Daten und bevorzugt weiteren charakteristischen Größen des Raumes selbst wie z.B. Speicherfaktoren der verwendeten Materialien, U-Werten für Wände und Dächer, Raumtypen und/oder weiterer Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlagen, die bereits Energieeinträge in den Raum liefern. Daher werden bevorzugt einige dieser Daten berücksichtigt und beispielsweise durch entsprechende Sensoren an Innen- und/oder Außenseite des Raumes über die Zeit erfasst, um aus ihnen den Abkühl- bzw. Aufheizvorgang in Abhängigkeit von der Zeit bestimmen zu können.The heating or cooling process of a room, in particular a building or building parts, takes place in particular as a function of meteorological data, such as the position of the sun, Him direction and shading effects, and thus the course of solar radiation on the outer surface of the room, outside temperature, inside temperature, surface temperature, humidity, wind speed, air exchange data, the maximum and / or minimum outside temperature, which has been determined during the last years, for example the last four years maximum and / or minimum solar radiation, which has been determined during the last years, for example the last four years, and further meteorological data and preferably further characteristic variables of the room itself such as storage factors of the materials used, U-values for walls and roofs, room types and / or other heating, ventilation and / or air conditioning systems that already supply energy into the room. Therefore, some of these data are preferably taken into account and detected, for example, by corresponding sensors on the inside and / or outside of the room over time, in order to be able to determine from these the cooling or heating process as a function of time.
Vorzugsweise werden der Energieeintrag und die weiteren meteorologischen Daten und/oder die weiteren charakteristischen Daten über einen Zeitraum von 24 h oder einen Zeitraum von mehreren 24-h-Zyklen erfasst, um den dynamischen Aufheiz- oder Abkühlvorgang in Abhängigkeit vom Tagesverlauf bestimmen und darauf abgestimmt die Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlagen optimal dimensionieren bzw. konfigurieren zu können.Preferably become the energy input and the further meteorological data and / or the other characteristic data over a period of 24 h or a period of several 24-h cycles recorded to the dynamic Heating or cooling process dependent on determine the course of the day and tuned to the heating, ventilation and / or air conditioners optimally dimensioned or configured to be able to.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst wenigstens einen Strahlungssensor in Richtung wenigstens einer Raumaußenseite mit wenigstens einem Fenster und wenigstens eine Auswerteeinheit, welche mit den Solarsensoren verbindbar ist. Die Strahlungssensoren erfassen die Einstrahlung, insbesondere die Sonneneinstrahlung, über die Zeit. Die Auswerteeinheit ermittelt unter Berücksichtigung der jeweiligen Fensterflächen den jeweiligen Energieeintrag durch jedes Fenster durch Integration der Strahlungsleistung über die Zeit. Die Auswertung kann direkt im Anschluss an die Aufnahme eines einzelnen Messwerts der Strahlungssensoren oder auch nach Aufnahme einer Serie von Messwerten der Strahlungssensoren durchgeführt werden.The inventive device to carry out of the method according to the invention at least one radiation sensor in the direction of at least one room outside with at least one window and at least one evaluation unit, which can be connected to the solar sensors. The radiation sensors capture the radiation, in particular the sunlight, on the Time. The evaluation unit determines taking into account the respective windows the respective energy input through each window through integration the radiation power over the time. The evaluation can be done immediately after the recording a single measured value of the radiation sensors or after Recording a series of measurements of the radiation sensors are performed.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist zusätzlich eine Datenerfassungseinrichtung auf. Die Datenerfassungseinrichtung erfasst die von den Strahlungssensoren gelieferten Daten und zeichnet sie über die Zeit auf. Die in gewissen Zeiträumen ermittelten Werte für die Einstrahlung können somit erfasst und entweder in der Datenerfassungseinrichtung oder in damit verbundenen Speicher- und/oder Auswerteeinheiten gespeichert und bei Bedarf auch direkt ausgewertet werden.A advantageous embodiment of the device according to the invention additionally has a Data acquisition device on. The data acquisition device detected the data supplied by the radiation sensors and draws them over the Time up. The at certain times determined values for the radiation can thus detected and either in the data collection device or stored in associated storage and / or evaluation and if necessary also directly evaluated.
Durch die Integration der Strahlungsleistung über Zeitperioden können die Energieeinträge während bestimmter Zeitperioden, beispielsweise von einigen Stunden, und insbesondere periodisch schwankende Energieeinträge während des Tagesverlaufs, von der Steuerung der Heizung oder der Klimaanlage berücksichtigt werden. Weiterhin können die Energieeinträge auch über einen ganzen Tag oder eine Woche ermittelt werden, um eine Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlage unter Berücksichtigung der zu erwartenden Energieeinträge bzw. der zur Messzeit vorkommenden Energieeinträge richtig dimensionieren bzw. parametrisieren zu können.By the integration of the radiation power over time periods can energy inputs while certain time periods, for example of a few hours, and in particular periodically fluctuating energy inputs during the course of the day, of the control of the heating or the air conditioning considered become. Furthermore, the Energy inputs also over one whole day or week to be determined to a heating, ventilation or air conditioning under consideration the expected energy inputs or the energy inputs occurring at the measuring time to parameterize.
Weist ein Fenster mehrere Strahlungssensoren auf, kann es von Vorteil sein, für jedes Fenster eine Auswerteeinheit vorzusehen, welche aus den von den Strahlungssensoren eines Fensters gelieferten Daten durch geeignete Mittelwertbildung den Energieeintrag in das jeweilige Fenster ermittelt und die erhaltenen Ergebnisse an eine weitere Auswerteeinheit weiterleitet, welche die Ergebnisse von allen Fenstern und somit allen Strahlungssensoren sammelt und gegebenenfalls entsprechend weiterverwertet.has a window on multiple radiation sensors, it may be beneficial be, for each window to provide an evaluation unit, which consists of the The data supplied to the radiation sensors of a window by suitable Averaging determines the energy input into the respective window and forwards the results obtained to another evaluation unit, which the results of all windows and thus all radiation sensors collects and, where appropriate, re-uses accordingly.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in jedem Fenster des Raumes wenigstens ein Strahlungssensor angeordnet. Somit kann berücksichtigt werden, dass die Einstrahlung, insbesondere die Sonneneinstrahlung, auch bei auf einer Seite liegenden Fenstern unterschiedlich sein kann, da beispielsweise verschiedene Fenster eines Raumes durch Bäume beschattet werden, während andere Fenster auf der gleichen Seite direkt von der Sonne beschienen werden. Der Energieeintrag in die unterschiedlichen Fenster einer Seite lässt sich somit genauer bestimmen, was insbesondere dann von Bedeutung ist, falls beispielsweise die Fenster zu unterschiedlichen Zimmern eines Gebäudes gehören, in welchen unterschiedliche Endtemperaturen durch Heizen, Kühlen oder Lüften erreicht werden sollen.at An advantageous development of the invention is in every window the space arranged at least one radiation sensor. Thus, can considered be that the radiation, in particular the sunlight, be different even when lying on one side windows can, for example, different windows of a room through Trees shaded be while other windows on the same side lit directly from the sun become. The energy input into the different windows of a Side leaves thus determine more precisely, which is particularly important If, for example, the windows to different rooms a building belong, in which different final temperatures by heating, cooling or ventilate to be achieved.
Ist der Strahlungssensor auf der Außenseite des Fensters oder auf der Außenseite des Raumes auf einer Wandfläche angeordnet, muss zur genauen Bestimmung des Energieeintrags in den Raum der Strahlungsdurchgang durch die Fensterscheibe berücksichtigt werden, bei welchem Energieverluste auftreten. Der tatsächlich in den Raum eingebrachte Energieeintrag ist dabei eine Funktion von Einfallswinkel der Strahlung auf die Fensterscheibe, Durchlässigkeit des Fensters, Reflexion und Absorption der Strahlung sowie der Zeitdauer der einfallenden Strahlung. Zur genauen Bestimmung des Energieeintrags in den Raum ist somit die Kenntnis einer Vielzahl von Faktoren nötig, was einen hohen Aufwand mit sich bringt. Vorzugsweise ist daher der Strahlungssensor auf der Innenseite des Fensters direkt hinter der Fensterscheibe, besonders bevorzugt parallel zur Fensterscheibe, angeordnet, so dass diese Faktoren automatisch mit berücksichtigt werden und von dem Strahlungssensor nur die tatsächlich in den Raum einfallende Strahlungsleistung über die Zeit gemessen wird. Nach Multiplikation mit der Fensterfläche ergibt sich somit ohne weitere Rechnungen direkt der in den Raum eingebrachte Energieeintrag.If the radiation sensor is arranged on the outside of the window or on the outside of the room on a wall surface, to accurately determine the energy input into the room, the radiation passage through the window pane must be taken into account, in which energy losses occur. The energy input actually introduced into the room is a function of the angle of incidence of the radiation on the window pane, permeability of the window, reflection and absorption of the radiation and the duration of the incident radiation. To accurately determine the energy input into the room thus the knowledge of a variety of factors is necessary, resulting in a high Auf wall brings with it. The radiation sensor is therefore preferably arranged on the inside of the window directly behind the window pane, particularly preferably parallel to the window pane, so that these factors are automatically taken into account and only the radiation power actually falling into the room is measured by the radiation sensor over time. After multiplication with the window area, the energy input introduced into the room thus results directly without further calculations.
Vorzugsweise weist der Strahlungssensor einen Temperaturfühler zur Ermittlung der Fensterscheibeninnentemperatur auf. Bei Durchgang der Sonnenstrahlung durch die Fensterscheibe wird durch Absorption der Strahlung die Fensterscheibe erwärmt, was dazu führt, dass die Fensterscheibe als Konvektionsfläche wirkt. Diese Wirkung ist abhängig von der Temperaturdifferenz von Rauminnentemperatur zu Fensterscheibeninnentemperatur. Um die durch die Aufwärmung der Fensterscheibe verursachte Konvektion berücksichtigen zu können, ist daher die Ermittlung der Fensterscheibeninnentemperatur notwendig. Bevorzugt weist zur genauen Ermittlung der durch die Aufwärmung der Fensterscheibe verursachten Konvektion die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich einen Temperaturfühler zur Erfassung der Innentemperatur des Raumes auf.Preferably the radiation sensor has a temperature sensor for determining the inside of the window pane on. Upon passage of solar radiation through the window pane is absorbed by absorption of radiation, the window pane, what causes that the window pane acts as a convection surface. This effect is depending on the temperature difference from room temperature to window glass temperature. To the by warming up the window pane caused by convection is to be considered Therefore, the determination of the window pane interior temperature necessary. For the exact determination, it is preferable for the temperature to be determined by the heating Window convection caused the inventive device additionally a temperature sensor for detecting the internal temperature of the room.
Es können in jedem Fenster eines Raumes (z.B. Zimmer, Gebäude, Fahrzeuginnenraum) wenigstens zwei Solarsensoren angeordnet werden, da auch ein einzelnes Fenster nur teilweise beschattet sein kann. Dieses Problem tritt insbesondere bei Räumen mit großflächigen Fensterflächen, bspw. bei Wintergärten, auf. Wäre in einem Fenster nur ein Sensor angeordnet, welcher der Sonne direkt ausgesetzt wäre, während ein Großteil des Fensters im Schatten läge, würde der aus der von dem Strahlungssensor ermittelten Sonneneinstrahlung und der entsprechenden Fensterfläche bestimmte Energieeintrag von dem tatsächlichen Energieeintrag signifikant abweichen. Zwei oder mehrere Strahlungssensoren können die Sonneneinstrahlung an unterschiedlichen Stellen des Fensters bestimmen, und der Energieeintrag kann aus einem geeignet gebildeten Mittelwert der von den verschiedenen Strahlungssensoren gemessenen Sonneneinstrahlungen ermittelt werden. Diese Strahlungssensoren werden bevorzugt in unterschiedlichen Höhen und/oder in diagonal liegenden Winkeln des Fensters angeordnet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei Anordnung direkt in einem Winkel einer Abschattung des Strahlungssensors durch die Fensterrahmen oder einer zusätzlichen Wärmequelle durch Abstrahlung ausgesetzt sein könnten, so dass bevorzugt die Strahlungssensoren mit entsprechendem Abstand zu den Fenstereinfassungsbauteilen angeordnet sind.It can in each window of a room (e.g., room, building, vehicle interior) at least two solar sensors are arranged, as is a single window only partially shaded. This problem occurs in particular at rooms with large windows, eg. at conservatories, on. Would in a window only one sensor arranged, which is the sun directly would be exposed while a big part of the window in the shadow, would the from the solar radiation determined by the radiation sensor and the corresponding window area certain energy input from the actual energy input significantly differ. Two or more radiation sensors can Determine solar radiation at different points of the window, and the energy input may be from a suitably-formed average determines the solar radiation measured by the various radiation sensors become. These radiation sensors are preferably in different Heights and / or arranged in diagonal angles of the window. It is to take into account that when arranged directly at an angle of shading of Radiation sensor through the window frame or an additional heat source could be exposed by radiation, so that preferably the Radiation sensors with appropriate distance to the window surround components are arranged.
Vorzugsweise ist der Strahlungssensor ein Solarsensor, damit er auf die speziellen Anforderungen bei der Messung der Strahlung, insbesondere der Sonneneinstrahlung, besonders geeignet ist.Preferably The radiation sensor is a solar sensor, so he on the special Requirements for the measurement of radiation, in particular solar radiation, is particularly suitable.
Vorzugsweise ist wenigstens ein weiterer Sensor auf der Außenseite des Raumes zur Erfassung von meteorologischen Daten angeordnet. Dies ermöglicht die Ermittlung des Energieeintrags in einen Raum zur Ermittlung des dynamischen Aufheiz- oder Abkühlvorgangs eines Raumes, welcher von den Wetterbedingungen außerhalb des Raumes und somit von meteorologischen Daten abhängt.Preferably is at least one other sensor on the outside of the room for detection arranged by meteorological data. This allows the determination of the energy input in a room to determine the dynamic heating or cooling process a room, which is outside of the weather conditions of space and thus depends on meteorological data.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigtThe Invention will be described below with reference to the figures Embodiments explained. It shows
Um
den Energieeintrag durch die Fenster
Die
Außenseiten
des Hauses
Außenseiten
des Hauses
Von
dem Strahlungssensor
Bei
dieser Berechnung wurde zunächst
angenommen, dass die Strahlungssensoren
Die
von den Fenstern
Die
Bestimmung des Strahlungsenergieeintrags durch Fenster
Neben
dem Haus
Wiederum
können,
wie auch in dem Ausführungsbeispiel
gemäß
Um
auch eine teilweise Abschattung der Fenster
Wiederum
können,
wie auch in den Ausführungsbeispielen
gemäß
Um
den ermittelten Strahlungsenergieeintrag, speziell bei sehr großen Glasflächen, die
bspw. wie in Wintergärten
ganze Raumaußenflächen einnehmen
können,
noch genauer bestimmen zu können,
ist der Einsatz weiterer Strahlungssensoren
In
Falls
weitere Fenster
Zusätzlich ist
bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung eine nicht dargestellte Datenerfassungseinrichtung
vor gesehen, welche in der Lage ist, die von einem einzelnen angeschlossenen Strahlungssensor
Die
Ausführungsbeispiele
in den
Befinden sich in einem Gebäude mehrere Zimmer, ist eine nicht dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin zu sehen, für jedes Zimmer einen Strahlungssensor vorzusehen, welcher gemäß der vorstehenden Ausführungsbeispiele bevorzugt in dem Fenster oder einem der Fenster und besonders bevorzugt auf der Innenseite der Fensterfläche angeordnet ist, da in der Regel bereits ein Strahlungssensor pro Zimmer ausreichend ist, den Strahlungsenergieeintrag in dieses Zimmer aufgrund der Sonneneinstrahlungsleistung hinreichend genau bestimmen zu können.Are located in a building several rooms, is a preferred embodiment, not shown of the invention is to be seen therein each room to provide a radiation sensor, which according to the above Embodiments preferred in the window or one of the windows, and more preferably the inside of the window area is arranged, since usually already one radiation sensor per Room is sufficient, the radiant energy entry into this room determine with sufficient accuracy due to the solar radiation power to be able to.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Strahlungsenergieeintrags in einen Raum kann dazu verwendet werden, in einem weiteren Verfahren die dynamischen Aufheiz- und Abkühlvorgänge eines Raumes zu bestimmen. Diese Vorgänge verlaufen in Abhängigkeit vom Energieeintrag in den Raum, wobei weiterhin meteorologische Einflüsse und gegebenenfalls auch charakteristische Daten des Raumes selbst berücksichtigt werden müssen. Dazu werden die meteorologischen Daten sowie gegebenenfalls weitere charakteristische Daten über die Zeit erfasst. Zu den meteorologischen Daten zählen beispielsweise der Sonnengang, die Himmelsrichtung, Abschattungseffekte, die Windgeschwindigkeit, die Luftfeuchte und die Außen-, Innen- und Oberflächentemperatur des Raumes sowie die maximale und/oder minimale Außentemperatur, welche während der letzten Jahre, beispielsweise der letzten vier Jahre, ermittelt wurde und die maximale und/oder minimale Sonneneinstrahlung, welche ebenfalls während der letzten Jahre, beispielsweise der letzten vier Jahre, ermittelt wurde. Zu den weiteren charakteristischen Daten des Raumes zählen Speicherfaktoren, U-Werte der Wände und Dächer des Raumes, Art, Lage und Größe der Fensterflächen, welche sich im Verlauf der Zeit jedoch nicht ändern, und weitere interne Wärmegewinne oder -verluste, die durch bereits installierte Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlagen zeitabhängig hervorgerufen werden.The inventive method for determining the radiant energy input into a room be used in another method, the dynamic Heating and cooling of a To determine space. These processes are ongoing dependent on from the energy input into the room, whereby meteorological Influences and if necessary also takes into account characteristic data of the room itself Need to become. To the meteorological data as well as possibly further characteristic Data about the Time recorded. The meteorological data include, for example, the sun gear, the direction, shading effects, the wind speed, the humidity and the external, Interior and surface temperature of the room and the maximum and / or minimum outside temperature, which during the last few years, for example the last four years was and the maximum and / or minimum sunshine, which also while the last few years, for example the last four years has been. Other characteristic data of the room include storage factors, U-values of the walls and roofs of Room, type, location and size of the windows, which but do not change over time, and more internal heat gains or losses caused by already installed heating, ventilation and and / or air conditioning time dependent be caused.
Zur
Erfassung dieser Daten können
in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
zusätzlich
zu den Strahlungssensoren
Sämtliche Daten, welche von den verschiedenen Sensoren ermittelt werden, werden zeitabhängig, insbesondere in 24-h-Zyklen mit der entsprechenden Datenerfassungseinrichtung erfasst, um somit die dynamischen Auf heiz- und Abkühlvorgänge mit Hilfe einer oder mehrerer Auswerteeinheiten bestimmen zu können.All Data, which are determined by the various sensors are time-dependent, especially in 24-h cycles with the appropriate data acquisition device recorded to thus the dynamic on heating and cooling processes Help determine one or more evaluation units.
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