DE102009016418A1

DE102009016418A1 - Method for air conditioning of room, involves conveying definitive supply of air volume from outside by heating or cooling of room, where selected differing volume flow is descended from pre-determined value

Info

Publication number: DE102009016418A1
Application number: DE102009016418A
Authority: DE
Inventors: Stefan Plüth
Original assignee: DEOS CONTROL SYSTEMS GmbH
Current assignee: Deos Ag De
Priority date: 2009-04-04
Filing date: 2009-04-04
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-04-05
Also published as: DE102009016418B4

Abstract

The method involves conveying a definitive supply of air volume (V) from outside by heating or cooling of a room (1). Respective supply of air volume compulsorily exposes the definable change of a conditioned air state of a controller (7') in a conditioning state. A selected differing volume flow is descended from a pre-determined value (W) with different air state in the room. An independent claim is also included for an apparatus for air conditioning of a room.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung eines Raumes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine dafür konzipierte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The The invention relates to a method for air conditioning a room according to the preamble of claim 1 and a designed for this device according to the The preamble of claim 12.

Klimatisierungsanlagen zur Versorgung von Räumen mit Luft sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, wobei insbesondere nach Erwärmung oder Abkühlung eine entsprechend geregelte Luftzufuhr vorgesehen ist. Gemäß EP 0 851 179 B1 werden ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Klimatisierung eines Raumes vorgeschlagen, wobei die Temperatur in dem zu klimatisierenden Raum in an sich bekannter Verfahrensführung mit geheizter oder gekühlter Zuluft auf einen vorgegebenen Temperatur-Sollwert geregelt wird. Um dabei eine optimale Durchmischung der Raumluft und behagliche Raumbedingungen zu erreichen, erfolgt eine zusätzliche Druckregelung. Durch Erzeugung eines Differenzdruckes im zu klimatisierenden Raum gegenüber einem gemessenen Außendruck wird erreicht, dass ein vorbestimmter Überdruck gegenüber dem Außerdruck in dem Raum gewahrt bleibt. Im Ergebnis führt dieses Verfahren dazu, dass mit jeweiligen Erhöhungen des Überdrucks im zu klimatisierenden Raum auch eine bessere Durchströmung eingeblasener Luft im Raum nachweisbar sein soll.Air conditioning systems for supplying air to rooms are known in various designs, in particular after heating or cooling, a correspondingly regulated air supply is provided. According to EP 0 851 179 B1 Such a method and such a device for air conditioning a room are proposed, wherein the temperature is controlled in the room to be air-conditioned in a known process control with heated or cooled supply air to a predetermined temperature setpoint. In order to achieve optimal mixing of the room air and comfortable room conditions, there is an additional pressure control. By generating a differential pressure in the room to be conditioned against a measured external pressure is achieved that a predetermined overpressure against the pressure in the room is maintained. As a result, this method leads to a better flow of injected air in the room should be detectable with respective increases in the pressure in the room to be air-conditioned.

Mit ähnlicher Zielsetzung wird in DE 10 2005 057 454 B eine auf der Erfassung der Luftdichte basierende Vergleichsregelung vorgeschlagen, wobei eine Luftdichte-Differenz zwischen dem zu belüftenden Raum und dem Zuluftbereich genutzt wird. Durch eine gleichmäßige Luftdichte sollen weder Thermik noch Zugerscheinungen im Raum auftreten und damit das Raumklima vorteilhaft verbessert werden.With similar objective is in DE 10 2005 057 454 B proposed a comparison based on the detection of the air density, wherein an air density difference between the room to be ventilated and the supply air area is used. By a uniform air density neither thermals nor drafts should occur in the room and thus the room climate can be improved.

Bei den beiden vorgeschriebenen Verfahren bzw. Klimatisierungsvorrichtungen erfolgt jeweils eine Regelung mit kontinuierlicher Erfassung der jeweiligen Druckverhältnisse bzw. der jeweiligen Luftdichte, wobei in Abhängigkeit von diesen Parametern eine jeweilige Zuluft-Temperatur aus einem Vergleich mit der Raumtemperatur als Stellwert für ein Heizventil o. dgl. Aktoren vorgegeben wird. Das Konzept dieser jeweiligen Vorrichtungen sieht vor, dass ausgehend von einem die Raum-Soll-Temperatur mit der aktuell gemessenen Raum-Ist-Temperatur vergleichenden PI-Regler die Zuluft-Soll-Temperatur berechnet wird, dieser Wert mit der einförderbaren Luft bzw. deren Temperatur in einem nachgeschalteten P-Regler verglichen und von diesem aus ein Stellwert an den entsprechenden Aktor in Form des Luftkonditionierers weitergegeben wird. Damit soll ein konstanter Zustand der eingebrachten Zuluft erreicht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Zufuhr von durch einen einfachen Vergleich jeweils PI-geregelter Temperatur aufweisenden Luft-Volumenströmen zu ungewollten Temperatur- bzw. Luftschichtungen im Raum führen kann, so dass zu deren Beseitigung nachteilig hohe Lüfterleistungen für eine erforderliche Umwälzung der Raumluft notwendig sind.at the two prescribed methods or air conditioning devices in each case a control with continuous detection of respective pressure conditions or the respective air density, depending on these parameters a respective Supply air temperature from a comparison with the room temperature as Control value for a heating valve o. The like. Actuators specified becomes. The concept of these respective devices provides that starting from a room setpoint temperature with the currently measured Room-actual-temperature comparative PI controller the supply air setpoint temperature calculated, this value with the injectable air or whose temperature is compared in a downstream P-controller and from this from a control value to the appropriate actuator in shape the air conditioner is passed. This should be a constant State of the introduced supply air can be achieved. It has, however demonstrated that this supply of PI-regulated by a simple comparison Temperature having air volumetric flows to unwanted Temperature or air stratification in the room can lead so that their disposal disadvantageous high fan performance for a required circulation of the room air necessary.

Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen zu schaffen, womit im Raum bei geringem technischem Aufwand eine gleich bleibende Raumkonditionierung erreicht wird, dabei eine Absenkung des Energieverbrauchs möglich ist und mit weniger Zuglufterscheinungen sowie Geräuschbelastungen behagliche Luftzustände im Raum erzeugt werden.The The invention addresses the problem, a method and an apparatus to create air conditioning of rooms, bringing in space with little technical effort a constant room conditioning is reached, thereby lowering the energy consumption possible is and with less drafts and noise pollution comfortable air conditions are generated in the room.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10 sowie 13 bis 18.The Invention solves this problem with a method with the Features of claim 1 and a device with the features of claim 12. Further advantageous embodiments will be apparent from the claims 2 to 10 and 13 to 18.

Ausgehend von bekannten Verfahren zur Klimatisierung eines Raumes – bei denen die Temperatur, der Druck, die Feuchte o. dgl. als Klimawert erfassbare Zustandsgrößen von Raum- bzw. Umgebungsluft eine Basis zur Ermittlung einer nachführbaren Stellgröße bilden – zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass zur Bereitstellung des Zuluftvolumens dieses – ausgehend von einem variabel vorgebbaren Raum-Klima-Sollwert – einer mittels einer Regelung weitgehend frei definierbaren Änderung des Luftzustandes zwangsweise ausgesetzt wird. Bei dieser Verfahrensführung mit einem vom Sollwert, beispielsweise der Temperatur, definiert abweichende Klimawerte aufweisenden Volumenstrom werden im Raum gezielt unterschiedliche Luftzustände als ”beruhigte Mischung” aufgebaut und so mit geringem Aufwand das Raumklima nachweisbar verbessert.outgoing of known methods for air conditioning a room - at the temperature, the pressure, the humidity o. The like. As climate detectable state variables of room or ambient air a basis for determining a traceable manipulated variable form - the invention is characterized Process characterized in that for the provision of the supply air volume this - starting from a variable predeterminable room-climate setpoint - a by means of a regulation largely freely definable change the air condition is forcibly suspended. In this procedure with one of the setpoint, such as the temperature, defined Deviating air volume flow rates are targeted in the room different air conditions are built as a "soothing mix" and so demonstrably improved with little effort the indoor climate.

Zur Verfahrensführung wird die bisher bekannte ”Vergleichsregelung” dadurch modifiziert, dass die – weitgehend beliebig vom System erfassbaren bzw. vorgegebenen – Sollwerte vor dem üblicherweise erfolgenden Soll-Ist-Vergleich mit nachfolgender Ausgabe des Aktor-Stellwertes nunmehr nach Art einer ”Anregung” zwangsweise verändert werden. Die an sich zur Verfahrensführung vorgegebenen Sollwerte aus dem Soll-Ist-Vegleich einer PI-Regelstufe werden nicht mehr direkt dem P-Regler zur Stellwerterzeugung zugeführt. Vielmehr ist vorgesehen, dass ausgehend von einem raum- und umweltspezifisch vorgebbaren Sollwert eine permanente positive oder negative Veränderung dieses Sollwertes in einer vorgelagerten Regelphase erfolgt und dieser veränderte Sollwert als permanent, weitgehend willkürlich, periodisch und/oder stochastisch ”schwankender” neuer Ausgangswert dem andererseits den Klima-Ist-Zustand, z. B. die Temperatur des Zuluftvolumens, aufnehmenden P-Regler zugeführt wird.In order to carry out the method, the hitherto known "comparison control" is modified by forcing the setpoint values, which are largely arbitrarily detectable or predetermined by the system, to be forcibly changed in the manner of an "excitation" before the usually occurring setpoint-actual comparison with subsequent output of the actuator control value become. The nominal values from the setpoint-actual-comparison of a PI control stage which are prescribed for the process control are no longer supplied directly to the P controller for control value generation. Rather, it is provided that, starting from a space and environment specifiable setpoint, a permanent positive or negative change in this setpoint takes place in an upstream control phase and this changed setpoint as permanent, largely arbitrary, periodically and / or stochastically "fluctuating" new output value of others on the one hand the climate actual state, z. B. the temperature of the supply air volume, receiving P-controller is supplied.

In einer vorteilhaften Verfahrensführung wird zumindest eine dem P-Regler vorgelagerte Regelphase genutzt. In dieser wird mittels eines den Wert des Raum-Ist-Zustands sowie den durch zwangsweise ”Schwankung” veränderten Wert des Raum-Soll-Zustands verarbeitenden PI-Reglers der neue, für den P-Regler als Ausgangsgröße vorgegebene Zuluft-Soll-Wert erzeugt. Diesem Zuluft-Soll-Wert können weitere positive oder negative Änderungen, z. B. entsprechend den Umlufteinflüssen, aufgeprägt werden.In an advantageous process control is at least one used the P-controller upstream control phase. In this is by means of one of the value of the space-actual state as well as the by forcibly "fluctuation" changed Value of the room setpoint state processing PI controller the new, predetermined for the P controller as the output variable Supply air setpoint value generated. This supply air setpoint value can other positive or negative changes, eg. B. accordingly the Umlufteinflüssen be imprinted.

Damit wird dem den an sich bekannten Vergleich mit dem Zuluft-Ist-Wert durchführenden P-Regler ein sich permanent ändernder, angeregte Zuluft-Soll-Wert zugeführt. Aus diesem wird dann die Anregung des Stellwertes im Bereich des Heizventils, der Luftleistung, der Feuchte, des Druckes o. dgl. Kennwerte des Luftzustandes mit sich ständig gezielt verändernden Parametern abgeleitet und im Raum eine gezielte ”Klimaschwankung” vorgegeben.In order to is the known comparison with the supply air actual value performing P-controller a permanently changing, excited supply air setpoint value supplied. This will then become the excitation of the control value in the area of the heating valve, the air flow, Humidity, pressure o. The like. Characteristics of the air condition with derived from constantly changing parameters and specified in the room a targeted "climate change".

Diese vorbeschriebene und mittels zumindest eines Moduls im Bereich des PI-Reglers erzeugbare Zwangsanregung hat zur Folge, dass insbesondere die Temperatur des eingeführten Zuluftvolumens eine ständige Änderung aufweist und damit die bisher beobachtete Schichtung von Raum-Zonen mit unterschiedlicher Temperatur zuverlässig vermieden werden kann. Damit wird mit geringem technischem Aufwand eine überraschend effiziente Beeinflussung des Raumsklimas erreicht, bei der insbesondere auch eine Energieeinsparung zu verzeichnen ist.These described above and by means of at least one module in the field of PI controller generated compulsory stimulation has the consequence that in particular the temperature of the introduced supply air volume is a constant change and thus the previously observed stratification of space zones be reliably avoided with different temperature can. This is a surprising with little technical effort efficient influencing of the indoor climate achieved, in particular also an energy saving is recorded.

Für die vorbeschriebene Verfahrensführung ist in einer entsprechenden Vorrichtung die Anwendung eines an sich bekannten PI-Reglers mit dem zumindest einen die Verfahrensparameter zwangsweise ändernden Modul und eines P-Reglers zur Durchführung der beiden Regelungsschritte vorgesehen, wobei jedoch denkbar ist, dass eine Erweiterung dieser Regelstrecke durch mehr als zwei Regler erfolgt. In zweckmäßiger Ausführung ist der PI-Regler zur Erfassung der Raum-Ist-Temperatur und der angeregten Raum-Soll-Temperatur ausgelegt, wobei in diesem Bereich zusätzlich noch eine Erfassung von äußeren Einflussgrößen, beispielsweise der äuße ren Windgeschwindigkeit oder dgl. Luftkennwerte in einem zweiten Modul möglich ist.For the procedure described above is in a corresponding Device with the use of a known PI controller with the at least one forcibly changing the process parameters Module and a P-controller for performing the two control steps provided, but it is conceivable that an extension of this Controlled system is carried out by more than two controllers. In more convenient Execution is the PI controller for recording the actual room temperature and the excited room set temperature designed, wherein in this Area additionally still a capture of outer Influencing variables, such as the external wind speed or the like. Air characteristics in a second module possible is.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ausgehend vom Stand der Technik der Verfahrensablauf anhand einer Regelungsvorrichtung beschrieben ist. In der Zeichnung zeigen:Further Details and advantageous embodiments of the invention result from the following description, starting from the stand the technique of the procedure using a control device is described. In the drawing show:

1 eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik mit den Bauteilen einer zum Luftdichtevergleich vorgesehenen einer Regelstrecke, 1 a device according to the prior art with the components of a provided for air density comparison of a controlled system,

2 eine Prinzipdarstellung der Regelung eines Heizventils gemäß dem Stand der Technik mittels eines PI-Reglers und eines P-Reglers, 2 a schematic representation of the control of a heating valve according to the prior art by means of a PI controller and a P-controller,

3 eine zusammenfassende Prinzipdarstellung ähnlich 1 und 2 mit der erfindungsgemäß erweiterten Regelstrecke im Bereich des Heizventils, und 3 a summary schematic representation similar 1 and 2 with the inventively extended controlled system in the region of the heating valve, and

4 ein eine angeregte Steuerung im Bereich des PI-Reglers verdeutlichendes Wirkungsdiagramm. 4 a stimulus diagram illustrating an excited control in the area of the PI controller.

In 1 ist eine dem Stand der Technik entnommene Ausführung einer Vorrichtung 6 zur Klimatisierung eines Raumes 1 dargestellt. Zum Betreiben derartiger Lüftungsvorrichtungen 6 sind entsprechende Verfahren bekannt, wobei zur Optimierung eines jeweiligen Verfahrensablaufs eine in 2 gezeigte Regelungseinrichtung 7 eingesetzt wird. Damit wird eine konventionelle Regelung durchgeführt, wobei der Betreiber der Anlage eine jeweilige Raum-Soll-Temperatur W vorgibt. Mittels eines PI-Reglers 8 wird die Raum-Soll-Temperatur W mit einer jeweils aktuell zu messenden Raum-Ist-Temperatur X verglichen, wobei die Raum-Ist-Temperatur X beispielsweise im Bereich einer Abluftleitung 9 (1, 3) erfasst werden kann. Mittels dieses Vergleichs im PI-Regler 8 wird diejenige Zuluft-Soll-Temperatur T berechnet, mit der die Raum-Ist-Temperatur X der Raum-Soll-Temperatur W angepasst werden kann. Ein nachgeschalteter P-Regler 10 vergleicht die Werte der Zuluft-Soll-Temperatur T mit den Werten der aktuell gemessenen Zuluft-Ist-Temperatur T' (die der Temperatur der in einer Leitung 11 zugeführten Luft entspricht, 1), so dass danach ein entsprechender ausgangsseitiger Stellwert Y bereitgestellt wird und dieser Stellwert Y beispielsweise auf ein Heizventil 12 eines Lufterhitzers 13 als Aktor A der Verfahrensführung übertragen werden kann. Damit wird die in den Raum 1 eingeführte Zuluft-Ist-Temperatur T' entsprechend ”nachgeregelt”.In 1 is a taken from the prior art embodiment of a device 6 for the air conditioning of a room 1 shown. To operate such ventilation devices 6 are corresponding methods known, wherein for optimizing a respective process flow in an 2 shown control device 7 is used. Thus, a conventional control is performed, wherein the operator of the system specifies a respective desired room temperature W temperature. By means of a PI controller 8th the room setpoint temperature W is compared with an actual room temperature X currently to be measured, the room actual temperature X being in the range of an exhaust air line, for example 9 ( 1 . 3 ) can be detected. By means of this comparison in the PI controller 8th the supply air setpoint temperature T is calculated with which the room actual temperature X of the room setpoint temperature W can be adjusted. A downstream P-controller 10 compares the values of the supply air setpoint temperature T with the values of the currently measured supply air actual temperature T '(that of the temperature in a line 11 corresponds to supplied air, 1 ), so that thereafter a corresponding output-side manipulated variable Y is provided and this manipulated variable Y, for example, to a heating valve 12 an air heater 13 can be transmitted as actuator A the process control. This will put you in the room 1 introduced supply air actual temperature T 'according to "readjusted".

Diese bekannten Systeme gemäß 1 und 2 sind so ausgelegt, dass die vom Betreiber vorgegebene Raum-Soll-Temperatur W schnell erreicht wird und nach dem Erreichen möglichst lange gehalten werden kann. Ziel ist dabei vor allem auch, dass die Temperatur T' des über die Zuleitung 11 eingebrachten Zuluftvolumens V' weitgehend konstant sein soll und nach Erreichen der Raum-Soll-Temperatur W diese möglichst langzeitig weder über- noch unterschritten wird.These known systems according to 1 and 2 are designed so that the predetermined by the operator room set temperature W is reached quickly and can be kept as long as possible after reaching. Above all, the goal is that the temperature T 'of the over the supply line 11 introduced supply air volume V 'is to be substantially constant and after reaching the desired room temperature W this is not exceeded or not as long as possible.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Zufuhr von Luft mit konstanter Temperatur T' zu einer Schichtung im Raum 1 führt, wobei sich die warme Luft jeweils über der kalten Luft sammelt und damit eine Temperaturschichtung 2 (Raum 1, 1) entsteht. Um diese Schichtung 2 auszugleichen, werden einen relativ hohen Volumenstrom im Bereich von der Zu- bzw. Ableitungen 9 und 11 erzeugende Lüfter 4, 5 in das System 6 integriert. Damit ergeben sich jedoch Nachteile, da sich erhöhte Volumenströme sowohl akustisch als auch durch Zuglufterscheinungen im Raum 1 bemerkbar machen und dabei eine nachteilig hohe Lüfterleistung aufgebracht werden muss. Derartige Lüftungsanlagen 4, 5 sind dabei so auszulegen, dass pro Stunde ein dem 2,5-fachen Volumen des zu belüftenden Raumes 1 entsprechendes Volumen umgewälzt werden kann.However, it has been shown that the feed of air with constant temperature T 'to a stratification in space 1 leads, with the warm air collects above the cold air and thus a temperature stratification 2 (Room 1 . 1 ) arises. To this layering 2 Become a relatively high volume flow in the range of the supply and discharge lines 9 and 11 generating fans 4 . 5 in the system 6 integrated. This, however, disadvantages, since increased volume flows both acoustically and by drafts in the room 1 make noticeable and thereby a disadvantageously high fan performance must be applied. Such ventilation systems 4 . 5 are to be designed in such a way that per hour a 2.5 times the volume of the room to be ventilated 1 corresponding volume can be circulated.

Bekannt ist auch, dass je nach Bedarf und Bauart die vorbeschriebenen konventionellen Regelungen 7 bzw. Anlagen 6 auch weitere physikalische Messgrößen, wie Druck, Temperatur, Feuchte, Volumenstrom o. dgl. als Regelungsgrößen B, C, D (1) verwendet werden. Dabei können die zugehörigen Regelprozesse simultan stattfinden und eine gegenseitige Beeinflussung ist nicht ausgeschlossen. Eine dafür verwendete Hardware im Bereich der Regelungseinrichtung 7 ist mit einer entsprechenden Anzahl von in diese Einrichtung 7 integrierten Reglern versehen, wobei spezifische Regleralgorithmen durch eine entsprechende Kontroll-Software umgesetzt werden. Diese Reglerverfahren vergleichen jeweils für sie spezifische Soll- und Ist-Werte und berechnen daraus die jeweiligen Stellwerte Y für das als Aktor A vorgesehene Heizsystem.It is also known that, depending on the need and design, the above-described conventional regulations 7 or plants 6 Also other physical parameters, such as pressure, temperature, humidity, flow rate o. The like. As control variables B, C, D ( 1 ) be used. The associated control processes can take place simultaneously and a mutual influence is not excluded. A hardware used in the area of the control device 7 is with a corresponding number of in this facility 7 integrated controllers, where specific controller algorithms are implemented by an appropriate control software. These controller methods compare specific setpoints and actual values for them and calculate therefrom the respective control values Y for the heating system provided as actuator A.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür ausgebildete Einrichtung 6' (3) sind im Bereich der Regeleinrichtung 7' dadurch verbessert, dass in einer Aufbereitungsphase der Zuluft V vor oder unmittelbar während dem Einfördern (Leitung 11, 3) ein jeweiliges Zuluftvolumen mittels zumindest eines zusätzlichen Moduls M in der Regelung 7' zwangsweise einer definierten Änderung des Luftzustandes (z. B. der Temperatur) ausgesetzt wird. Diese ”zwangsweise Regelung” ist darauf gerichtet, den üblicherweise vorgebbaren oder aus Messungen errechneten Sollwert W definiert zu verändern und diesen neuen Zuluft-Soll-Wert dem Volumenstrom V' als abweichenden Ist-Zuständen aufzuprägen, so dass damit ein permanent gezielt wechselnder Luftzustand mit einer Verteilung 2' im Raum 1 erzeugt wird. Diese in das System integrierte Zwangsveränderung des Luftzustandes kann dabei auch mit variierenden Druck-, Feuchtigkeits-, Volumenstrom- und/oder dgl. Kennwerten bzw. deren kombinierte Anwendung erfolgen.The inventive method and the device designed for this purpose 6 ' ( 3 ) are in the area of the control device 7 ' improved in that in a preparation phase of the supply air V before or immediately during the conveying (line 11 . 3 ) a respective supply air volume by means of at least one additional module M in the scheme 7 ' Forcibly a defined change of the air condition (eg the temperature) is exposed. This "forcible control" is directed to change the usually predetermined or calculated from measurements setpoint W defined and impose this new supply air setpoint the volume flow V 'as deviating actual states, so that thus a permanently targeted changing air condition with a distribution 2 ' in the room 1 is produced. This forced change of the air state, which is integrated in the system, can also take place with varying pressure, humidity, volume flow and / or the like characteristics or their combined application.

Aufbauend auf der bekannten Verfahrensführung (2) geht das erfindungsgemäße Konzept nunmehr davon aus, dass zumindest dem den Stellwert Y für einen Aktor A der Vorrichtung 6' erzeugenden P-Regler ein zum Vergleich mit dem anliegenden Zuluft-Ist-Wert T' vorgesehener neuer Zuluft-Soll-Wert R als zweiter Verfahrensparameter zugeführt wird; wobei dieser Wert R eine zwangsweise erzeugte Abweichung von einem insbesondere vorgegebenen Benutzer-Sollwert W aufweist.Based on the known process management ( 2 ), the concept according to the invention now assumes that at least the control value Y for an actuator A of the device 6 ' generating P-controller for comparison with the applied supply air actual value T 'provided new supply air target value R is supplied as a second process parameter; wherein this value R has a forcibly generated deviation from a particular predetermined user setpoint W has.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass die jeweiligen Regler 8, 10 der Regeleinrichtung 7 in Bezug auf die jeweilige physikalische Messgröße (Luftdruck, Luftqualität, Feuchtigkeit, Volumenstrom, Temperatur) nicht mehr mit einer entlang eines statischen Soll-Wert erfolgenden Regelungstheorie betrieben werden, sondern dem ursprünglichen ”statisch” vorliegenden Sollwert W gezielt eine periodische und/oder stochastische Anregungsfunktion so überlagert wird, dass danach eine entsprechend zwangsveränderter Wert vorliegt. Dazu sind Anregungsfunktionen im Bereich der Module M, M' mit jeweils veränderter Frequenz und/oder Amplitude in weitgehend unbegrenzter Vielfalt einsetzbar. Die Frequenz und die Amplitude sind für jeden der Sollwerte separat so einstellbar, dass die zwangsweise veränderte Sollwert-Vorgabe in weiten Grenzen an das jeweilige realisierte System der Vorrichtung 6' bzw. die Bedingungen des Raumes 1 anpassbar ist.The inventive method is based on the fact that the respective controller 8th . 10 the control device 7 With respect to the respective physical measured variable (air pressure, air quality, humidity, volume flow, temperature) are no longer operated with a control theory along a static setpoint value, but the original "statically" present setpoint W targeted a periodic and / or stochastic excitation function is superimposed so that thereafter a corresponding zwangsveränderter value exists. For this purpose, excitation functions in the area of the modules M, M ', each with a different frequency and / or amplitude, can be used in a largely unlimited variety. The frequency and the amplitude are separately adjustable for each of the setpoint values such that the forcibly changed setpoint specification falls within wide limits to the respective realized system of the device 6 ' or the conditions of the room 1 is customizable.

In 3 wird in Bereichen des vor dem Regler 8 befindlichen Moduls M – der insbesondere von einer Software-Komponente des Steuerungsprogramms definiert sein kann – deutlich, dass mit diesem der vorgegebene Sollwert W durch ein Anregungsglied 16 verändert wird, so dass danach am Eingang des PI-Reglers 8 ein neuer Sollwert W anliegt. Dabei ist die Ausnutzung eines periodischen Signals vorgesehen, wobei sich der jeweils zu addierende Wert E ergibt als E = A·sin(ωt). In 3 will be in areas of the front of the controller 8th located module M - which may be defined in particular by a software component of the control program - clearly that with this the predetermined setpoint W by an excitation member 16 is changed, so that afterwards at the input of the PI controller 8th a new setpoint W is present. In this case, the utilization of a periodic signal is provided, whereby the value E to be added in each case results as E = A · sin (ωt).

Denkbar ist auch, an einem der Module M, M' eine Veränderung durch die Wirkung des schematisch dargestellten Sensors 14 und des mit diesem verbundenen Differenziergliedes 15 vorzunehmen. In vorteilhafter Ausführung wird der – beispielsweise die Windgeschwindigkeit abbildende – Änderungswert Z dadurch gebildet, dass die Funktion

gilt. Damit basiert diese Veränderung im Bereich des Moduls M auf einer stochastischen Signalverarbeitung mit der Konstanten k.It is also conceivable, on one of the modules M, M ', a change by the action of the sensor shown schematically 14 and the associated with this differentiator 15 make. In an advantageous embodiment of - for example, the wind speed imaging - change value Z is formed by the fact that the function

applies. Thus, this change in the range of the module M is based on a stochastic signal processing with the constant k.

Die beiden vorbeschriebenen Ausführungen von Additions- bzw. Integrier-Gliedern 15 und 16 sind lediglich Ausführungsbeispiele, wobei sowohl andere periodische als auch andere stochastische Funktionen denkbar sind und durch die entsprechende Ableitung in den Modulen M bzw. M' weitgehend beliebige mittelwertfreie Störgrößen (an Stelle eines vergleichsweise einfachen Sinus-Signals) genutzt werden können.The two above-described embodiments of addition or integration terms 15 and 16 are merely exemplary embodiments, wherein both other periodic and other stochastic Funktio NEN are conceivable and can be used by the corresponding derivation in the modules M and M 'largely arbitrary mean-free disturbances (instead of a comparatively simple sine wave signal).

In 4 ist ein Beispiel für die vorbeschriebenen Anregungsfunktionen dargestellt, wobei es sich versteht, dass bei periodischen Anregungsfunktionen das Integral über die Periodendauer t zu einem Wert von t = 0 führt. In 4 ist mit einer Linie 17 ein statischer Sollwert angedeutet, so dass sich aus der Kurve 18 die jeweilige Anregung f ergibt. Bei stochastischen Anregungsfunktionen f(t) müssen die Ableitungen nach der Zeit einer stochastischen Stammfunktion F(t) entsprechen, um sicher zu stellen, dass das Integral über die positiven Bereiche der Anregungsfunktion gleich dem Betrag des Integrals über die negativen Bereiche ist (Mittelwertfreiheit); wobei gilt: f(t) = F(t)/dt. In 4 is an example of the above-described excitation functions shown, it being understood that in periodic excitation functions, the integral over the period t leads to a value of t = 0. In 4 is with a line 17 indicated a static setpoint, leaving out of the curve 18 the respective excitation f gives. For stochastic excitation functions f (t), the derivatives must correspond to the time of a stochastic stem function F (t) to ensure that the integral over the positive regions of the excitation function is equal to the integral of the negative regions (mean value); where: f (t) = F (t) / dt.

Diese Bedingungen müssen erfüllt sein, um zu erreichen, dass durch die Anregungsfunktion keine permanente Sollwertverschiebung verursacht wird.These Conditions must be met in order to achieve that by the excitation function no permanent setpoint shift is caused.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Senkung von Luftbewegungen in Räumen erreicht, wobei dies eine Senkung von sogenannten α-Werten durch die Luftbewegung an den raumbegrenzenden Flächen zur Folge hatte. Daraus resultiert auch eine Minderung unerwünschter Wärmeströmungen (dQ/dt) durch diese Flächen hindurch, so dass eine erhebliche Senkung des Energieverbrauchs bei weitgehend unveränderten Sollwert-Vorgaben erreicht wird. Mit der erfahrungsgemäß erreichten gezielten ”Verwirbelung” innerhalb des Raumes sind vom Menschen als unangenehm empfindbare Luftbewegung zuverlässig vermieden und damit durch verminderte Strömungen das Wohlbefinden insgesamt verbessert. Aus einer verbesserten Durchmischung von zugeführter und vorhandener Raumluft resultiert ein weitgehend homogener, vom jeweiligen Ort im Raum 1 unabhängiger Luftzustand (z. B. Kennwerte: Temperatur, Feuchte, Qualität, CO₂-Gehalt).With the method according to the invention, a reduction of air movements in rooms is achieved, whereby this resulted in a reduction of so-called α-values by the air movement at the space-limiting surfaces. This also results in a reduction of undesired heat flows (dQ / dt) through these surfaces, so that a considerable reduction in energy consumption is achieved with largely unchanged setpoint specifications. Experience has shown that targeted "swirling" within the room reliably prevents man from perceiving the air movement as unpleasantly sensitive, thus improving overall well-being through reduced flows. Improved mixing of supplied and existing room air results in a largely homogeneous, from the respective place in the room 1 independent air condition (eg characteristic values: temperature, humidity, quality, CO ₂ content).

Mit der angeregten Veränderung des zugeführten Volumenstroms V', nämlich

kann gleichzeitig eine Senkung der Raum-Soll-Temperatur W erreicht werden, ohne dass diese Absenkung spürbar ist. Dies bedeutet, dass die tatsächliche Raumtemperatur unter der ”gefühlten” Temperatur gehalten werden kann und damit eine zusätzliche Energieeinsparung möglich wird. Diese Einsparung basiert darauf, dass im Vergleich mit dem Stand der Technik – der eine Luftschichtung mit 21°-, 23°- usw. Zonen aufweist – durch das neue Verfahren mit geringeren Luftbewegungen ein Temperatur-Gradient nahe Null auftritt, damit die mittlere Oberflächentemperatur an den Wänden sinkt und daraus eine Energieeinsparung resultiert.With the excited change of the supplied volume flow V ', namely

can be achieved at the same time a reduction in the desired room temperature W without this reduction is noticeable. This means that the actual room temperature can be kept below the "sensed" temperature, allowing additional energy savings. This saving is based on the fact that compared with the prior art - which has an air stratification with 21 ° -, 23 ° - etc. zones - by the new method with lower air movements, a temperature gradient near zero occurs, thus the average surface temperature The walls sink and this results in energy savings.

Als Grundlage für diese Energieeinsparung sind an sich bekannte Berechnungen der Heizleistung möglich. Die zum Heizen des Raumes 1 erforderliche Energie wird über das Zuluftvolumen V heran geführt. Für die im Bereich des Heizventils 12 steuerbare Heizleistung gilt: d(Q)/dt = d(m)/dt·c·Δϑ;wobei der Term Δϑ die Differenz der Temperaturen von Raum- und Zuluft ist.As a basis for this energy savings are known per se calculations of heating power possible. The for heating the room 1 required energy is supplied via the supply air volume V zoom. For those in the area of the heating valve 12 controllable heat output applies: d (Q) / dt = d (m) / dt · c · Δθ; where the term Δθ is the difference between the room and supply air temperatures.

Diese Zusammenschau der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 7' mit dem beeinflussten Volumenstrom V' zeigt, dass die Heizleistung generell durch den Volumenstrom und/oder die Zuluft-Temperatur geändert werden kann. Um eine gezielte Vermischung 2' im Raum 1 zu erreichen, wird der Volumenstrom V' im Bereich des Lüftungssystems 13 entsprechend verringert, und die Zuluft-Temperatur kann entsprechend erhöht werden. Dabei wird mit der Verringerung des Volumenstroms V' eine Senkung des Geräuschpegels erreicht, im Bereich 13 kann die Leistung gesenkt werden und Zuglufterscheinungen im Raum 1 sind nahezu vollständig vermieden. Gleichzeitig wird die Bildung von bisher zu beobachtenden Temperaturschichtungen im Raum 1 entgegengewirkt, da die eingebrachten Teilmengen des Volu menstroms V' zwischen den zeitlich aufeinanderfolgenden Zuluft-Temperatur-Extremwerten (4) entsprechend geringe Volumina aufweisen. Gleichzeitig können die durch die Anregung verursachten Zuluft-Temperaturen größere Schwankungen aufweisen. Ebenso kann der bisher erforderliche 2,5-fache Luftwechsel innerhalb des Raumes vermieden werden. Um den ”angeregten” Luftaustausch mit den vorbeschriebenen Verfahrensparametern sicherzustellen, ist denkbar, dass im Raum 1 entsprechende CO₂-Sensoren und/oder Mischgassensoren installiert werden, die dann auf den Volumenstrom V' der Zuluft wirken können.This overview of the control device according to the invention 7 ' with the influenced volumetric flow V 'shows that the heating power can generally be changed by the volumetric flow and / or the supply air temperature. To a purposeful mixing 2 ' in the room 1 to reach the volume flow V 'in the area of the ventilation system 13 reduced accordingly, and the supply air temperature can be increased accordingly. In this case, with the reduction of the volume flow V 'is achieved a reduction in the noise level, in the area 13 The performance can be lowered and draft phenomena in the room 1 are almost completely avoided. At the same time the formation of previously observed temperature stratification in space 1 counteracted because the introduced subsets of the volume flow V 'between the temporally successive supply air temperature extremes ( 4 ) have correspondingly small volumes. At the same time, the supply air temperatures caused by the excitation can have greater fluctuations. Likewise, the previously required 2.5-fold air exchange within the room can be avoided. To ensure the "excited" air exchange with the above-described process parameters, it is conceivable that in space 1 corresponding CO ₂ sensors and / or mixed gas sensors are installed, which can then act on the volume flow V 'of the supply air.

Die vorbeschriebene angeregte Regelung als Teil eines Klimatisierungsverfahrens bewirkt im Vergleich mit der konventionellen Regelung (2) bei zumindest gleichbleibenden Raumkonditionen eine Absenkung des Energieverbrauchs, und die Behaglichkeit im Raum ist durch einen besseren, durchmischten Luftzustand nachweisbar.The above-mentioned excited control as part of an air conditioning method causes in comparison with the conventional control ( 2 ) in at least constant room conditions a reduction in energy consumption, and the comfort in the room is provable by a better, mixed air condition.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0851179 B1 [0002]
- DE 102005057454 B [0003]

Claims

Method for air conditioning a room ( 1 ), wherein a supply air volume (V ') defining an air state conditioned at least by heating or cooling, from the outside into the room ( 1 ) and for this supply air volume (V ') preferably the temperature as a control base in the form of a setpoint (W) for the indoor climate is specified, characterized in that in a preparation phase before or immediately during the conveying a respective supply air volume (V) forcibly one of a scheme ( 7 ' ) is subjected to a definable change in the air state and thus a volumetric flow (V ') deviating from a predetermined desired value (W) and having different air states into the room ( 1 ).

Method according to claim 1, characterized in that that the change of the air condition is permanent and with varying Parameters is performed.

Method according to claim 1 or 2, characterized that changing the parameters of the air condition after a periodic and / or stochastic excitation function takes place and these superimposed on the basis serving as the target value (W) positively or negatively becomes.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the regulation for the defined change the air condition as a function of a particular heating or cooling case takes place.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the desired value (W) as one in a Control program stored fixed size specified becomes.

Method according to claim 5, characterized in that that the fixed size of the setpoint (W) changeable is.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the change of the air condition is influenced by a periodic excitation function, in which the integral over the period t = 0.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the change of the air condition is carried out by a stochastic excitation function, starting out from the static setpoint according to the equation f (t) = dF (t) / dt is the integral over the positive parts of the Excitation function is equal to the integral over the negative Parts of the excitation function.

Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the setpoint value (W) predetermined by the control program or adjustable in accordance with the exhaust air flow is increased or decreased by a constantly changing value, so that a sum setpoint value (T) is sent to a corresponding controller ( 10 ) supplied to the air state and with the resulting by means of an actuator (A) volume flow (V ') a coating-free air condition in space ( 1 ) is produced.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that one of a controller ( 8th . 10 ) calculated value value of the supply air volume (V ') is added or deducted a value changing this value, so that a forcibly changed setpoint specification for the supply air volume (V) generates and thus the volume flow (V') with permanently fluctuating around the setpoint states in the room ( 1 ) is supplied.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the forced change of the air condition by means of at least one controller line ( 7 ' ), so that in particular shares of supply air volume (V) with constantly changing temperature (T ') introduced into the flow (V') and thus a layering and trouble-free forced mixing in space ( 1 ) is achieved.

Apparatus for air-conditioning a room, in particular for carrying out a method according to one or more of claims 1 to 11, with regulators (at least two respective climate or air condition values (W, X, T ')) detecting or comparing each other ( 8th . 10 ), characterized in that at least one control value (Y) for an actuator (A) of the device generating controller ( 10 ) can be supplied as a process parameter for comparison with the current value (T ') that can be applied to this actual value (R).

Device according to Claim 12, characterized in that the regulator (11) connected directly to the actuator (A) 10 ) a second regulator (R) generating the changed nominal values ( 8th ) is arranged upstream.

Device according to claim 12 or 13, characterized in that the regulators ( 8th . 10 ) are each connected in the region of their inputs (W, R) receiving inputs to an excitation element in the form of modules (M, M ').

Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the modules (M, M ') of respective Software components of a control program are formed.

Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that the modules (M, M ') cause a change based on a sine function.

Device according to one of claims 12 to 16, characterized in that the modules (M, M ') with at least one stochastically varying climate sensors receiving sensor ( 14 ) interact.

Apparatus according to claim 17, characterized in that between sensor ( 14 ) and module (M ') a differentiator ( 15 ) is provided, with its output value (Z) one from the PI controller ( 8th ) or already modified supply air setpoint (R) can be influenced.