DE102015226187A1 - Room air conditioning method and room air conditioning device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Raumklimatisierungsverfahren zum Klimatisieren von mindestens einem Raum, mit den Schritten: Temperieren (S1) von Zuluft auf eine einstellbare Zulufttemperatur (Tluft) durch eine Temperierungseinrichtung (201a); Leiten (S2) der Zuluft in den mindestens einen Raum mit einem einstellbaren Volumenstrom (V) durch eine Lüftereinrichtung (201b); Messen (S3) einer Temperaturdifferenz (dT) zwischen einer Raumtemperatur (Traum) oder einer Ablufttemperatur (Tab) des mindestens einen Raumes und der Zulufttemperatur (Tluft); Berechnen (S4) einer Abhängigkeit einer Wärmeleistung (Pq), welche durch die Zuluft an den mindestens einen Raum abgegeben wird, von der Temperaturdifferenz (dT) und dem Volumenstrom (V); Regeln (S5) der Raumtemperatur (Traum) oder Ablufttemperatur (Tab) auf eine Soll-Temperatur (Tsoll) durch Einstellen der Wärmeleistung (Pq); Messen (S6) einer Verbrauchsleistung (Pv), welche einer Zulufteinrichtung (201), umfassend die Temperierungseinrichtung (201a) und die Lüftereinrichtung (201b), zugeführt wird; und Minimieren (S7) der Verbrauchsleistung (Pv) durch Variieren von Zulufttemperatur (Tluft) und Volumenstrom (V) bei konstanter eingestellter Wärmeleistung (Pq).The invention relates to a room air conditioning method for conditioning at least one room, comprising the steps of: tempering (S1) supply air to an adjustable supply air temperature (Tluft) by a tempering device (201a); Directing (S2) the supply air into the at least one room with an adjustable volume flow (V) through a fan device (201b); Measuring (S3) a temperature difference (dT) between a room temperature (dream) or an exhaust air temperature (Tab) of the at least one room and the supply air temperature (Tluft); Calculating (S4) a dependence of a heat output (Pq), which is delivered by the supply air to the at least one room, of the temperature difference (dT) and the volume flow (V); Regulating (S5) the room temperature (dream) or exhaust air temperature (Tab) to a target temperature (Tsoll) by adjusting the heat output (Pq); Measuring (S6) a consumption power (Pv) which is supplied to a supply air device (201) comprising the temperature control device (201a) and the fan device (201b); and minimizing (S7) the consumption power (Pv) by varying the supply air temperature (Tluft) and volume flow (V) at a constant set heat output (Pq).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Raumklimatisierungsverfahren zum Klimatisieren von mindestens einem Raum und eine Raumklimatisierungsvorrichtung.The present invention relates to a room air conditioning method for air conditioning at least one room and a room air conditioning apparatus.
Stand der TechnikState of the art
Bei Klimaanlagen in großen, insbesondere kommerziellen Gebäuden wird eine Luft, welche zum Temperieren eines Raumes verwendet wird, vor dem Einblasen auf eine Zulufttemperatur temperiert. Um zu niedrige Lufttemperaturen und ein Zugluftrisiko zu vermeiden, können die Zulufttemperaturen im Allgemeinen bestimmte Niedrigstwerte nicht unterschreiten. In air conditioning systems in large, especially commercial buildings, an air, which is used for controlling the temperature of a room, tempered before blowing to a supply air temperature. In order to avoid low air temperatures and a draft risk, the supply air temperatures can generally not be lower than certain minimum values.
Eine Klimatisierungsvorrichtung ist beispielsweise aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Da Klimaanlagen jedoch sehr viel Energie verbrauchen können, ist es vorteilhaft, Klimatisierungsvorrichtungen möglichst energieeffizient auszubilden. However, since air conditioners can consume a great deal of energy, it is advantageous to design air conditioning devices as energy-efficient as possible.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Raumklimatisierungsverfahren zum Klimatisieren von mindestens einem Raum, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Raumklimatisierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.The present invention discloses a room air conditioning method for air conditioning at least one room, with the features of claim 1 and a room air conditioning device with the features of claim 6.
Die vorliegende Erfindung schafft demnach ein Raumklimatisierungsverfahren zum Klimatisieren von mindestens einem Raum, mit den Schritten: Temperieren von Zuluft auf eine einstellbare Zulufttemperatur durch eine Temperierungseinrichtung; Leiten der Zuluft in den mindestens einen Raum mit einem einstellbaren Volumenstrom durch eine Lüftereinrichtung; insbesondere Messen einer Temperaturdifferenz zwischen einer Raumtemperatur oder einer Ablufttemperatur des mindestens einen Raumes und der Zulufttemperatur; insbesondere Berechnen einer Abhängigkeit einer Wärmeleistung, welche durch die Zuluft an den mindestens einen Raum abgegeben wird, von der Temperaturdifferenz und dem Volumenstrom; Regeln der Raumtemperatur oder Ablufttemperatur auf eine Soll-Temperatur durch Einstellen der Wärmeleistung; Messen einer Verbrauchsleistung, welche einer Zulufteinrichtung, umfassend die Temperierungseinrichtung und die Lüftereinrichtung, zugeführt wird; und Minimieren der Verbrauchsleistung durch Variieren von Zulufttemperatur und Volumenstrom bei konstanter eingestellter Wärmeleistung.The present invention accordingly provides a room air conditioning method for conditioning at least one room, comprising the steps of: controlling supply air to an adjustable supply air temperature by means of a temperature control device; Directing the supply air into the at least one room with an adjustable volume flow through a fan device; in particular measuring a temperature difference between a room temperature or an exhaust air temperature of the at least one room and the supply air temperature; in particular, calculating a dependence of a heat output, which is delivered by the supply air to the at least one room, of the temperature difference and the volume flow; Regulating the room temperature or exhaust air temperature to a set temperature by adjusting the heat output; Measuring a consumption power which is supplied to a supply air device, comprising the temperature control device and the fan device; and minimizing the consumption by varying the supply air temperature and flow rate at a constant set heat output.
Die vorliegende Erfindung schafft demnach weiter eine Raumklimatisierungsvorrichtung, mit einer Zulufteinrichtung zum Belüften von mindestens einem Raum, mit einer Temperierungseinrichtung zum Temperieren von Zuluft auf eine einstellbare Zulufttemperatur, und einer Lüftereinrichtung zum Leiten der Zuluft in den mindestens einen Raum mit einem einstellbaren Volumenstrom; einer Messeinrichtung, welche insbesondere ausgebildet ist zum Messen einer Temperaturdifferenz zwischen einer Raumtemperatur des mindestens einen Raums oder einer Ablufttemperatur und der Zulufttemperatur, und zum Messen einer Verbrauchsleistung, welche der Zulufteinrichtung zugeführt wird; insbesondere einer Berechnungseinrichtung, welche ausgebildet ist zum Berechnen einer Abhängigkeit einer Wärmeleistung, welche durch die Lüftereinrichtung an den mindestens einen Raum abgegeben wird, von der Temperaturdifferenz und dem Volumenstrom; und einer Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist zum Regeln der Raumtemperatur oder Ablufttemperatur auf eine Soll-Temperatur durch Einstellen der Wärmeleistung, und zum Minimieren der Verbrauchsleistung durch Variieren von Zulufttemperatur und Volumenstrom bei konstanter eingestellter Wärmeleistung.The present invention accordingly further provides a room air conditioning device, comprising a supply air device for ventilating at least one room, with a temperature control device for controlling supply air to an adjustable supply air temperature, and a fan device for directing the supply air in the at least one room with an adjustable volume flow; a measuring device, which is in particular designed for measuring a temperature difference between a room temperature of the at least one room or an exhaust air temperature and the supply air temperature, and for measuring a consumption power, which is supplied to the air supply device; in particular a calculation device which is designed to calculate a dependence of a heat output, which is discharged by the fan device to the at least one room, from the temperature difference and the volume flow; and a control device, which is designed to control the room temperature or exhaust air temperature to a desired temperature by adjusting the heat output, and to minimize the power consumption by varying supply air temperature and flow rate at a constant set heat output.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the respective subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Raumklimatisierungsverfahren berücksichtigt somit sowohl eine Verbrauchsleistung der Temperierungseinrichtung als auch eine Verbrauchsleistung der Lüftereinrichtung. In der Abhängigkeit von der Wärmeleistung werden die Zulufttemperatur und der Volumenstrom demnach auf optimale Werte eingestellt, so dass die Verbrauchsleistung der Zulufteinrichtung minimiert wird. Somit kann die gegebene Zulufteinrichtung also sehr effizient betrieben werden, wodurch Stromkosten eingespart werden.The room air conditioning method according to the invention thus takes into account both a consumption of the temperature control device and a consumption of the fan device. Depending on the heat output, the supply air temperature and the volume flow are therefore set to optimum values, so that the consumption of the air supply device is minimized. Thus, the given Zulufteinrichtung can therefore be operated very efficiently, whereby electricity costs can be saved.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Raumklimatisierungsverfahren den weiteren Schritt des Bestimmens einer Kennlinienschar der Zulufteinrichtung durch Bestimmen einer Abhängigkeit der Verbrauchsleistung von der Temperaturdifferenz und dem Volumenstrom, wobei das Minimieren der Verbrauchsleistung anhand der Kennlinienschar durchgeführt wird. Anhand der Kennlinienschar kann ein Minimum der Verbrauchsleistung als Funktion von Temperaturdifferenz und Volumenstrom einfach und schnell berechnet werden, und die Verbrauchsleistung dadurch minimiert werden.According to a preferred development, the room air conditioning method comprises the further step of determining a family of characteristics of the air supply device by determining a dependence of the consumption power on the temperature difference and the volume flow, wherein the minimization of the consumption power is performed on the basis of the family of characteristics. On the basis of the family of characteristics, a minimum of the consumption power as a function of temperature difference and volume flow can be calculated easily and quickly, and the consumption power can be minimized thereby.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Raumklimatisierungsverfahrens wird das Bestimmen der Kennlinienschar durch Messen von Wertetripeln von der Verbrauchsleistung, der Temperaturdifferenz und dem Volumenstrom durchgeführt. Die Kennlinienschar wird somit anhand empirischer Werte bestimmt.According to a preferred development of the room air conditioning method, the determination of the family of characteristics is performed by measuring value triples of the consumption power, the temperature difference and the volume flow. The Characteristic family is thus determined on the basis of empirical values.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Raumklimatisierungsverfahren die weiteren Schritte des Ermittelns einer Effizienz der Temperierungseinrichtung, und des Ermittelns einer Effizienz der Lüftereinrichtung, wobei das Bestimmen der Kennlinienschar durch Berechnen von Wertetripeln von Verbrauchsleistung, Temperaturdifferenz und Volumenstrom anhand der ermittelten Effizienz der Temperierungseinrichtung der ermittelten Effizienz der Lüftereinrichtung durchgeführt wird. Hierbei können insbesondere die Charakteristika der Temperierungseinrichtung und der Lüftereinrichtung einberechnet werden, wodurch die Kennlinienschar optimal bestimmt werden kann. Ein Minimum der Verbrauchsleistung als Funktion der Zulufttemperatur und des Volumenstroms kann somit schnell und effizient bestimmt werden.According to a preferred embodiment, the room air conditioning method comprises the further steps of determining an efficiency of the temperature control device, and determining an efficiency of the fan device, wherein determining the characteristic family by calculating value triples of consumption power, temperature difference and volume flow based on the determined efficiency of the temperature control of the determined efficiency of Fan device is performed. In this case, in particular the characteristics of the tempering device and the fan device can be calculated, whereby the family of characteristics can be optimally determined. A minimum of the consumption power as a function of the supply air temperature and the volume flow can thus be determined quickly and efficiently.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Raumklimatisierungsverfahren den weiteren Schritt des Messens von Wertetripeln von der Verbrauchsleistung, der Temperaturdifferenz und dem Volumenstrom, wobei die Kennlinienschar anhand der gemessenen Wertetripel modifiziert wird. Die Kennlinienschar kann somit als Anfangswert vorgegeben werden und durch empirische Messwerte verbessert und angepasst werden. Das Raumklimatisierungsverfahren ist somit selbstlernend und die Kennlinienschar kann im Verlaufe des Betriebs zunehmend verbessert werden. Zusätzlich können somit Änderungen, welche beispielsweise aufgrund von Alterungsprozessen oder Änderungen an der Zulufteinrichtung auftreten, einberechnet werden. Insbesondere kann sich das Raumklimatisierungsverfahren auch bei Modifikationen der Zulufteinrichtung automatisch einstellen.According to a preferred development, the room air conditioning method comprises the further step of measuring value triples of the consumption power, the temperature difference and the volume flow, wherein the family of characteristics is modified on the basis of the measured value triples. The family of characteristics can thus be specified as an initial value and improved and adjusted by empirical measured values. The room air conditioning method is thus self-learning and the family of characteristics can be increasingly improved in the course of operation. In addition, changes that occur, for example, due to aging processes or changes to the air supply device can thus be included. In particular, the room air conditioning method can automatically adjust even with modifications of the air supply device.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Raumklimatisierungsvorrichtung eine Bestimmungseinrichtung, welche ausgebildet ist zum Bestimmen einer Kennlinienschar der Zulufteinrichtung durch Bestimmen einer Abhängigkeit der Verbrauchsleistung von der Temperaturdifferenz und dem Volumenstrom, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das Minimieren der Verbrauchsleistung anhand der Kennlinienschar durchzuführen.According to a preferred development, the room air conditioning device comprises a determination device which is designed to determine a family of characteristics of the air supply device by determining a dependency of the consumption power on the temperature difference and the volume flow, wherein the control device is designed to minimize the consumption power based on the family of characteristics.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Raumklimatisierungsvorrichtung ist die Bestimmungseinrichtung ausgebildet, das Bestimmen der Kennlinienschar anhand von gemessenen Wertetripeln von Verbrauchsleistung, Temperaturdifferenz und Volumenstrom durchzuführen.According to a preferred embodiment of the room air conditioning device, the determination device is designed to perform the determination of the family of characteristics based on measured value triples of consumption power, temperature difference and volume flow.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Raumklimatisierungsvorrichtung eine Ermittlungseinrichtung, welche ausgebildet ist zum Ermitteln einer Effizienz der Temperierungseinrichtung, und zum Ermitteln einer Effizienz der Lüftereinrichtung, wobei die Bestimmungseinrichtung ausgebildet ist, das Bestimmen der Kennlinienschar durch Berechnen von Wertetripeln von Verbrauchsleistung, Temperaturdifferenz und Volumenstrom anhand der ermittelten Effizienz der Temperierungseinrichtung und der ermittelten Effizienz der Lüftereinrichtung durchzuführen.According to a preferred development, the room air conditioning device comprises a determination device which is designed to determine an efficiency of the temperature control device, and to determine an efficiency of the fan device, wherein the determination device is designed to determine the characteristic set by calculating value triples of consumption power, temperature difference and volume flow on the basis of determined efficiency of Temperierungseinrichtung and the determined efficiency of the fan device to perform.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Raumklimatisierungsvorrichtung wird das Minimieren der Verbrauchsleistung unter der Nebenbedingung durchgeführt, dass die Zulufttemperatur und/oder der Volumenstrom in vorgegebenen Wertebereichen liegen.According to a preferred development of the room air conditioning device, the minimization of the consumption power is carried out under the secondary condition that the supply air temperature and / or the volume flow are within predetermined value ranges.
Insbesondere kann somit verhindert werden, dass die Zulufttemperatur unter einem zu niedrigen Wert liegt, wodurch das Auftreten von Zugluft oder zu niedrige lokale Lufttemperaturen in dem mindestens einen Raum verhindert werden können. Durch Begrenzung des Wertebereichs des Volumenstroms kann ebenfalls ein Zugluftrisiko verhindert werden, wodurch das Raumklimatisierungsverfahren verbraucherfreundlich gestaltet ist.In particular, it can thus be prevented that the supply air temperature is too low, whereby the occurrence of draft or too low local air temperatures in the at least one space can be prevented. By limiting the value range of the volume flow can also be prevented a draft risk, whereby the room air conditioning is designed consumer-friendly.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Raumklimatisierungsvorrichtung ist die Messeinrichtung weiter dazu ausgebildet, eine Feuchtigkeit des mindestens einen Raumes zu messen, wobei das Minimieren der Verbrauchsleistung unter der Nebenbedingung durchgeführt wird, dass die Zulufttemperatur nur in einem Wertebereich variiert wird, so dass die Feuchtigkeit des mindestens einen Raumes nicht unter einem vorgegebenen ersten Feuchtigkeitswert und/oder über einem vorgegebenen zweiten Feuchtigkeitswert liegt. Insbesondere in ariden Klimaregionen kann die Zulufttemperatur und der Volumenstrom derart eingestellt werden, dass die Feuchtigkeit über dem zweiten vorgegebenen Feuchtigkeitswert liegt, und somit eine Minimalfeuchte in dem mindestens einen Raum nicht unterschritten wird. Weiter können Anforderungen an eine maximale Feuchtigkeit bestehen, beispielsweise in Bibliotheken oder Fabrikhallen mit sensiblen Vorrichtungen oder Maschinen. Die Raumklimatisierungsvorrichtung kann dann verhindern, dass die Feuchtigkeit einen maximalen Feuchtigkeitswert überschreitet.According to a preferred embodiment of the room air conditioning device, the measuring device is further configured to measure a humidity of the at least one room, wherein the minimization of the consumption power is performed under the constraint that the supply air temperature is varied only in a value range, so that the humidity of the at least one Room is not below a predetermined first humidity level and / or above a predetermined second humidity level. In particular in arid climatic regions, the supply air temperature and the volume flow can be adjusted such that the humidity is above the second predetermined humidity value, and thus a minimum humidity in the at least one room is not exceeded. Furthermore, there may be requirements for maximum humidity, for example in libraries or factories with sensitive devices or machines. The room air conditioning device can then prevent the humidity from exceeding a maximum humidity level.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. Des Weiteren können verschiedene Ausführungsformen, soweit nichts anderes angegeben ist, beliebig miteinander kombiniert werden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and, in particular, should not, unless otherwise indicated, imply a particular chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously. Further, various embodiments may be arbitrarily combined with each other unless otherwise specified.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In einem ersten Schritt S1 wird Zuluft durch die Temperierungseinrichtung
In einem zweiten Schritt S2 wird die Zuluft durch die Lüftereinrichtung
Die Raumklimatisierungsvorrichtung
Die Raumklimatisierungsvorrichtung
Weiter umfasst die Raumklimatisierungsvorrichtung
In einem sechsten Schritt S6 misst die Messeinrichtung
In einem siebten Schritt S7 minimiert die Steuereinrichtung
Gemäß einer Ausführungsform kann das Minimieren der Verbrauchsleistung Pv durch Variieren von Zulufttemperatur Tluft und Volumenstrom V mit einem gradientenbasierten Verfahren durchgeführt werden. Hierbei verändert die Steuereinrichtung die Zulufttemperatur Tluft um einen Faktor x und den Volumenstrom V um einen Faktor 1/x durch Steuern der Temperierungseinrichtung
Verringert sich umgekehrt die Verbrauchsleistung Pv, so ist die Steuereinrichtung
Die Steuereinrichtung
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Raumklimatisierungsverfahren einen weiteren Schritt S8 des Bestimmens einer Kennlinienschar der Zulufteinrichtung
Gemäß einer Ausführungsform kann die Kennlinienschar durch Messen von Wertetripeln, das heißt von der Verbrauchsleistung Pv, der Temperaturdifferenz dT und dem Volumenstrom V zu verschiedenen Zeiten durchgeführt werden. Die Wertetripel können hierbei für verschiedene Parameter y durchgeführt werden, und für jeden festen Parameterwert y wird eine Kennlinie Pv(dT, v) berechnet, welche zusammen die Kennlinienschar Pv(dT, v; y) ergeben.According to one embodiment, the family of characteristics may be performed by measuring value triples, that is, the consumption power P v , the temperature difference dT and the volume flow V at different times. In this case, the value triplets can be carried out for different parameters y, and for each fixed parameter value y, a characteristic P v (dT, v) is calculated, which together give the family of characteristics P v (dT, v; y).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vor dem Bestimmen der Kennlinienschar in einem Schritt S7a eine Effizienz x1 der Temperierungseinrichtung
Die Bestimmungseinrichtung
Die Steuereinrichtung
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bestimmungseinrichtung
In
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Minimieren der Verbrauchsleistung Pv auch unter der Nebenbedingung durchgeführt werden, dass der zulässige Volumenstrom V in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.According to a further embodiment, the minimization of the consumption power P v can also be carried out under the secondary condition that the permissible volume flow V lies in a predetermined value range.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Messeinrichtung
Das Minimieren der Verbrauchsleistung Pv wird unter der Nebenbedingung durchgeführt, dass die Zulufttemperatur Tluft nur in einem Wertebereich variiert wird, so dass die Feuchtigkeit F des mindestens einen Raumes nicht unter einem vorgegebenen ersten Feuchtigkeitswert F1 und/oder über einem vorgegebenen zweiten Feuchtigkeitswert F2 liegt.The minimization of the consumption power P v is carried out under the constraint that the supply air temperature T air is varied only in a range of values, so that the humidity F of the at least one room is not below a predetermined first humidity value F 1 and / or above a predetermined second humidity value F 2 lies.
Die zulässigen Werte der Zulufttemperatur Tluft liegen hierbei innerhalb eines Wertebereichs
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |