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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb einer dezentralen Vorrichtung zur kontrollierten Raumlüftung, mit einem sich zwischen einem zu be- und entlüftenden Raum und der Außenluft erstreckenden Strömungskanal, in dem ein zwischen Belüftungs- und Entlüftungsbetrieb reversierbares Lüftermittel und ein von der geförderten Luft durchströmter Wärmespeicher zur Reduktion der Abluftwärmeverluste angeordnet ist, wobei das reversierbare Lüftermittel in wenigstens einem Betriebsmodus der Vorrichtung periodisch zwischen Be- und Entlüftung umschaltbar ist.
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Kontrollierte Wohnraumbelüftungssysteme stellen eine Schlüsselkomponente für den reibungslosen Betrieb energiesparend und weitgehend luftdicht ausgestalteter Gebäude dar. Durch den Einsatz kontrollierter Wohnraumbelüftungssysteme kann die Wohnraumluftqualität aufrechterhalten werden, wobei die im Falle natürlicher Lüftung über Fenster ansonsten auftretenden Wärmeverluste minimiert werden. Hierdurch wird auch die Luftfeuchtigkeit auf einem kontrollierten Niveau gehalten, so dass Schimmelbildung und sonstige feuchtigkeitsbedingte Bauschäden vermieden werden.
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Im Markt wird zwischen zentralen und dezentralen Wohnraumbelüftungssystemen unterschieden.
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Dezentrale Wohnbelüftungssysteme erreichen in letzter Zeit eine zunehmend stärkere Verbreitung im Vergleich zu zentralen Wohnraumbelüftungssystemen.
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Dies liegt zum einen an einem tendenziell geringeren Erstellungsaufwand, der diese Systeme auch zum nachträglichen Einbau in Bestandsimmobilien prädestiniert. Ein wesentlicher Vorteil der dezentralen Systeme besteht ferner darin, dass auf lange, schwer oder gar nicht zugängliche Luftkanäle zu einem zentralen Wärmetauscher verzichtet werden kann. Dies stellt unter Wartungs- und Hygieneaspekten einen großen Vorteil dar.
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Um Wärmeverluste zu minimieren ist bei den vorstehend genannten dezentralen Wohnraumbelüftungssystemen ein Wärmespeicher vorgesehen, der über einen reversierenden Betrieb des Lüftermittels im Entlüftungsbetrieb von warmer, nach außen geführter Innenluft aufgewärmt wird und dann bei umgekehrter Betriebsweise die im Allgemeinen kühlere Außenluft vorwärmt. Für einen effektiven reversierenden Betrieb ist es üblich, dass wenigstens zwei dezentrale Lüftungsgeräte, die in einem Raum oder in strömungstechnisch verbundenen Räumen angeordnet sind, jeweils gegenläufig angesteuert werden, so dass in den Räumen kein Unter- oder Überdruck entsteht. Diese gegenläufige Steuerung erfolgt in der Regel durch meist an einer Rauminnenwand montiertes Steuergerät, das häufig auch Bedienelemente zur Steuerung der Wohnraumbelüftungsanlage durch einen Benutzer aufweist.
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Die Reversiersteuerung bekannter dezentraler Wohnraumbelüftungsanlagen sieht für die jeweiligen Betriebsphasen feste Intervalle – beispielsweise 70 Sekunden pro Betriebsphase in Be- oder Entlüftungsrichtung – vor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz und Flexibilität bekannter dezentraler kontrollierter Wohnraumbelüftungsvorrichtung zu steigern.
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Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 sowie eine zur Durchführung der Verfahren ausgelegte Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 6.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer dezentralen Vorrichtung zur kontrollierten Raumlüftung, mit einem sich zwischen einem zu be- und entlüftenden Raum und der Außenluft erstreckenden Strömungskanal, in dem ein zwischen Belüftungs- und Entlüftungsbetrieb reversierbares Lüftermittel und ein von der geförderten Luft durchströmter Wärmespeicher zur Reduktion der Abluftwärmeverluste angeordnet ist, wobei das reversierbare Lüftermittel in wenigstens einem Betriebsmodus der Vorrichtung periodisch zwischen Be- und Entlüftung umschaltbar ist, ist es vorgesehen, in dem Betriebsmodus mit periodischer Umschaltung zwischen Be- und Entlüftung die zeitliche Länge der Be- und/oder Entlüftungsphasen in Abhängigkeit von wenigstens einem Umgebungs- oder Betriebsparameter zu variieren.
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Durch diese Variation der zeitlichen Länge der Be- und Entlüftungsphasen kann der Betrieb der Lüftungsanlage noch effizienter gestaltet werden. Dabei kann entweder die Dauer der Be- und Entlüftungsphasen in gleicher Weise verlängert oder verkürzt werden. Letzteres stellt den Regelfall dar, zumal ein Betrieb einer dezentralen Lüftungsvorrichtung im Be- oder Entlüftungsmodus in der Regel einen gleichzeitigen Betrieb einer anderen Lüftungsvorrichtung im umgekehrten Modus mit sich bringt, so dass gleiche Betriebszeiten in beiden Modi zweckmäßig sind. Unter bestimmten Bedingungen kann jedoch auch eine asymmetrische Verteilung der Be- und Entlüftungsdauern vorzuziehen sein.
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Im Rahmen der Erfindung können die ein oder mehreren Umgebungs- und Betriebsparameter aus folgender Gruppe von Parametern ausgewählt werden:
- • Innentemperatur,
- • Außentemperatur,
- • Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur,
- • Innenluftfeuchte,
- • Außenluftfeuchte,
- • Volumenstrom des Lüftermittels (entsprechend einer Betriebsstufeneinstellung durch den Benutzer oder automatisch anhand von Sensordaten bestimmt) und/oder
- • Drehzahl eines in dem Lüftermittel enthaltenen Lüfters;
- • Luftdruck,
wobei die ausgewählten Parameter mittels Sensoren gemessen oder rechnerisch aus anderen Parametern berechnet oder abgeschätzt werden.
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Bevorzugt wird die zeitliche Länge der Be- und Entlüftungsphasen so berechnet und gesteuert, dass der Wärmebereitstellungsgrad oder der Wärmerückgewinnungsgrad der Vorrichtung maximiert wird. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass bei einer höheren Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur die Phasen verlängert werden, da für eine längere Zeit ein Zustand vorherrscht, bei dem zwischen anströmendem Luftstrom und den Wärmespeicher eine größere Temperaturdifferenz besteht, wobei eine möglichst große Temperaturdifferenz die Voraussetzung für den Wärmeaustausch zwischen Luftstrom und Wärmetauscher und damit für die Lade- und Entladeaktivität ist. Es können somit Betriebsphasen nahe der Temperatursättigung des Wärmespeichers minimiert werden, die die Energieeffizienz der Wärmerückgewinnung insgesamt beeinträchtigen. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich zur Berücksichtigung der Temperaturdifferenz beispielsweise auch die luftfeuchtigkeitsabhängige Wärmekapazität der Luft dahingehend berücksichtigt werden, dass bei feuchter Luft die Taktzeiten tendenziell verkürzt werden.
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Weiterhin wird zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ein Verfahren zum koordinierten Betrieb mehrerer dezentraler Vorrichtungen zur kontrollierten Raumlüftung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtungen jeweils einen sich zwischen einem zu be- und entlüftenden Raum und der Außenluft erstreckenden Strömungskanal aufweisen, in dem ein zwischen Belüftungs- und Entlüftungsbetrieb reversierbares Lüftermittel und ein von der geförderten Luft durchströmter Wärmespeicher zur Reduktion der Abluftwärmeverluste angeordnet ist, wobei das reversierbare Lüftermittel in wenigstens einem Betriebsmodus der Vorrichtung periodisch zwischen Be- und Entlüftung umschaltbar ist. Bei diesem Verfahren wird in dem ersten Betriebsmodus jeweils ein Teil der Vorrichtungen abwechselnd im Entlüftungs- und ein anderer Teil der Vorrichtungen im Belüftungsbetrieb betrieben, insbesondere mit variabler Phasendauer, wie vorstehend beschrieben.
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In einem zweiten Betriebsmodus wird ein Teil der Vorrichtungen über einen längeren Zeitraum im Belüftungs- und ein anderer Teil der Vorrichtungen über einen längeren Zeitraum im Entlüftungsbetrieb gehalten, wobei der zweite Betriebsmodus vorzugsweise zur Durchlüftung und Abkühlung des Raumes aktiviert wird, wenn die Innentemperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und die Innentemperatur des Raumes höher ist als die Außentemperatur. Bei diesem Modus wird die niedrigere Außentemperatur zur Abkühlung des Raumes genutzt. Durch einen bewusst längeren Betrieb der Anlage in einer Strömungsrichtung wird die in dieser Konstellation kontraproduktive Wirkung der Wärmespeicher gezielt aufgehoben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann außerdem ein dritter Betriebsmodus vorgesehen sein, bei dem die Förderleistung des Lüftungsmittels automatisch reduziert wird. Dieser dritte Betriebsmodus wird vorzugsweise dann aktiviert, wenn außen eine höhere Luftfeuchtigkeit als innen ermittelt wird.
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Schließlich wird zur Lösung der vorgenannten Aufgabe eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung dezentraler Vorrichtungen zur kontrollierten Wohnraumlüftung vorgeschlagen, die zur Steuerung von dezentralen Vorrichtungen nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet ist.
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Die Steuervorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Bedieneinheit für einen Benutzer aufweisen, die eine Filterwechselhinweisanzeige umfasst, wobei die Filterwechselhinweisanzeige bei Überschreiten eines Schwellenwertes für das über die gesamte Laufzeit seit dem letzten Filterwechsel aufintegrierte Fördervolumen des Lüftungsmittels aktiviert wird.
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Bei herkömmlichen Filterwechselanzeigen von Wohnraumbelüftungsanlagen sind zwar teilweise schon Filterwechselanzeigen vorgesehen. Diese werden jedoch lediglich abhängig von der Betriebsstundenanzahl und nicht abhängig von dem aufintegrierten Fördervolumen aktiviert. Durch die fördervolumenabhängige Anzeige wird ein Filterwechsel erst dann signalisiert, wenn dieser angesichts der durch den Filter geströmten Fördermenge wirklich angezeigt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erörtert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Wohngebäudes mit insgesamt vier dezentralen Raumbelüftungsvorrichtungen mit abwechselndem Betrieb im Lüftungs- und Entlüftungsmodus;
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2 eine analoge Darstellung zu 1 mit einem Betrieb im Durchlüftungsmodus;
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3 ein schematisches Diagramm zur Illustration der Abhängigkeit des Wärmerückgewinnungsgrades von der Taktzeit des Lüftungsventilators abhängig von unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten; und
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4 ein schematisches Diagramm zur Illustration der Abhängigkeit des Wärmerückgewinnungsgrades von der Taktzeit des Lüftungsventilators abhängig von unterschiedlichen Außen-/Innentemperaturdifferenzen.
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Ein schematisch dargestelltes Wohngebäude mit zwei Etagen weist insgesamt vier zwischen den Außen und Innenwänden oberhalb der Fenster angeordnete dezentrale Raumbelüftungsvorrichtungen auf. Nachfolgend werden nur die der oberen Etage 10 des Gebäudes zugeordneten Raumbelüftungsanlagen 12, 14 näher betrachtet. Für die darunterliegende Etage geltend die folgenden Ausführungen analog.
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Die Raumbelüftungsvorrichtungen 12, 14 weisen einen nicht näher dargestellten Axialventilator auf, der ja nach Drehrichtung einen kontrollierten Luftaustausch von außen nach innen (Belüftung) oder von innen nach außen (Entlüftung) bewirken kann. Die durch die Raumbelüftungsvorrichtungen 12, 14 strömende Luft wird zwangsweise durch ein Wärmespeicherelement (nicht dargestellt) geführt, das zu Reinigungszwecken entnehmbar ist und ggf. in der Geschirrspülmaschine gereinigt werden kann. Weiterhin weist die Raumbelüftungsanlage außen- und innenseitig Temperatursensoren auf, mittels derer die jeweiligen Temperaturverhältnisse und die Temperaturdifferenz zwischen außen und innen bestimmt werden kann. Eine an einer Innenwand angeordnete Steuereinheit (nicht dargestellt) steuert die Axiallüfter der Raumbelüftungsanlagen hinsichtlich Drehzahl und Drehrichtung an und erhält Informationen von den Temperatursensoren. Weiterhin kann die Raumbelüftungsanlage außen- und/oder innenseitig Feuchtigkeitssensoren aufweisen. Ein Teil der Sensoren kann auch in der Steuereinheit vorgesehen sein (insbesondere für die Innentemperatur), oder die Sensoren können als separate Einheit an einer anderen Stelle im Raum angeordnet sein.
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In dem in 1 dargestellten Modus mit abwechselnder Be- und Entlüftung werden die in gegenüberliegenden Außenwänden der Etage 10 angeordneten Raumbelüftungsvorrichtungen 12 und 14 entweder in einem Modus betrieben, bei dem Raumbelüftungsvorrichtung 12 im Belüftungs- und die Raumbelüftungsvorrichtung 14 im Entlüftungsmodus betrieben wird, wobei sich aufgrund kommunizierender Räume ein durchgängiger Luftstrom in Richtung des Pfeils 16 ergibt. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer werden beiden Vorrichtungen 12, 14 reversiert, wodurch der Luftstrom in umgekehrter Richtung in etwa entlang des Pfeils 18 fließt.
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Die Periodendauer des Betriebs- im Be- und Entlüftungsmodus wird abhängig von mittels Sensoren gemessener Umgebungsbedingungen angepasst, wie anhand der schematischen Diagramme in den 3 und 4 näher erläutert wird.
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In diesen Diagrammen ist der jeweils erreichbare (summarische) Wärmerückgewinnungsgrad abhängig von der Taktzeit, d.h. der Periodendauer des Betriebs der Vorrichtungen in einer Richtung, rein qualitativ dargestellt.
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Wie aus 3 ersichtlich, liegt das Wärmerückgewinnungsmaximum abhängig von der Luftfeuchte bei feuchter Luft bei einer kürzeren Taktzeit als bei trockener Luft.
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In 4 sind drei Kurven mit unterschiedlich hohen Temperaturdifferenzen ∆t zwischen Innen- und Außentemperatur dargestellt. Wie ersichtlich, verschiebt sich das Maximum des Wärmerückgewinnungsgrades bei steigender Temperaturdifferenz ∆t in Richtung längerer Taktzeiten.
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Diese Effekte werden von einer Steuerung zur Findung einer für den jeweiligen Betriebspunkt optimalen Taktzeit genutzt. Dabei kann die Taktzeit einem mehrdimensionalen Tabellenspeicher entnommen werden oder mit einer geeigneten Interpolationsfunktion berechnet werden, wobei als zusätzlicher Parameter in der Regel der aktuelle Luftdurchsatz eingeht.
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Alternativ kann die Steuerung anhand der Temperaturdifferenzen und optional anhand der Luftfeuchte die aktuelle Temperatur des Wärmespeichers anhand eines Modells abschätzen und bei Erreichen eines vorgegebenen Sättigungsgrades gegenüber der Temperatur der einströmenden bzw. ausströmenden Luft die Taktzeit anpassen. Für dieses Modell müssen die Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Luftstrom abhängig vom Luftdurchsatz in den Wärmespeicher und aus dem Wärmespeicher heraus näherungsweise bekannt sein.
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In einer Ausführungsform, bei der eine Variation der Be- und Entlüftungszeiten ohne bzw. ohne unmittelbare Hinzuziehung von Messsignalen erfolgt, erfolgt die Variation anhand der Lüftungsstufeneinstellung bzw. des Luftdurchsatzes der Anlage. Die Lüftungsstufe bzw. der Luftdurchsatz stellt ein ungefähres Maß für den pro Zeiteinheit ausgetauschten Volumenstrom dar und kann vom Benutzer in verschiedenen Stufen (z.B. Stufen 1 bis 4) eingestellt werden. Alternativ kann die Lüftungsstufe bzw. der Luftdurchsatz auch aufgrund bestimmter Parameter automatisch eingestellt oder modifiziert werden, z.B. aufgrund des Signals eines CO2-Sensors zur Bestimmung der Luftaustauschgrades, aufgrund des Signals eines VOC-Sensors (VOC=Volatile Organic Compounds, Luftgüte- bzw. Geruchssensor), aufgrund des Signals eines Feuchtigkeitssensors, aufgrund des Signals eines Temperatursensors (bevorzugt in Verbindung mit dem Feuchtigkeitssensor zur Bestimmung eines Taupunkts), aufgrund des Signals eines Kohlenmonoxidsensors und/oder abhängig von der Uhrzeit (z.B. durch eine kleinere Stufe Nachts in der Art einer "Nachtabsenkung"). Bei all diesen Automatiken erfolgt tendenziell eine Erhöhung des Luftdurchsatzes, wenn sich ein Luftgütekriterium im Innenraum verschlechtert. Sofern die o.g. Sensordaten berücksichtigt werden, erfolgt eine Variation der Be- und Entlüftungszeiten indirekt auch anhand dieser Sensordaten aufgrund einer Variation des Luftdurchsatzes bzw. der Lüftungsstufe. Die Führungsgröße für die Variation der Be- und Entlüftungszeiten ist in diesem Fall der Luftdurchsatz bzw. die Lüftungsstufe, und nicht das Signal der Sensoren an für sich. Die Anzahl der Stufen kann auch deutlich größer gewählt werden als vier, bis hin zu einer kontinuierlichen bzw. quasi-kontinuierlichen Einstellung des Volumenstroms mit einer Vielzahl von Stufen.
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Beispielsweise können die Zykluszeiten mit steigendem eingestellten Volumenstrom verkürzt werden, z.B. gemäß nachfolgender Tabelle 1:
| Stufe | Volumenstrom [m3/h] | Zykluszeit [s] |
| 1 | 20 | 70 |
| 2 | 30 | 60 |
| 3 | 40 | 50 |
| 4 | 50 | 40 |
Tabelle 1
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In 2 ist der Betrieb der bereits anhand von 1 beschriebenen Belüftungsvorrichtungen in einem Durchlüftungsmodus dargestellt. In diesem Modus werden die beiden Vorrichtungen 12, 14 längere Zeit in einer Förderrichtung (Pfeil 20) betrieben. Dieser Modus ist besonders zum Transport kühlerer Außenluft nach innen, beispielsweise nachts nach einem heißen Tag, geeignet und wird von der Steuerung unter diesen Bedingungen automatisch aktiviert.
