DE102018133194A1

DE102018133194A1 - Lüftungssystem und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102018133194A1
Application number: DE102018133194.0A
Authority: DE
Inventors: Jakob Husen; Friedrich Heselhaus
Original assignee: HPS Home Power Solutions GmbH
Current assignee: Hps Home Power Solutions Ag De
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem ein Verfahren zum Betreiben eine Lüftungssystems (12) für einen Raum, bei dem ein über eine Außenluftzufuhr (15) bereitgestellter Zuluftstrom (18) in das Lüftungssystem (12) eintritt und über eine Lüftungseinrichtung (19) des Lüftungssystems (12) eine Zuluftzufuhr (22) erzeugt und dem Raum als Zuluft bereitgestellt wird, und bei dem aus dem Raum abgeführte Abluft über eine Abluftabfuhr (24) als Abluftstrom (25) über die Lüftungseinrichtung (19) geführt wird und als Fortluftstrom (25a) über eine Fortluftabfuhr (40) aus dem Lüftungssystem (12) abgeführt wird. Damit ein guter Betrieb bei einer gleichzeitig möglichst geringen Anzahl von Systemkomponenten durchgeführt werden kann, ist das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet:a) Bestimmen von Volumenstromwerten eines Fortluftstroms (25a), mittels einer Einrichtung (29) zum Bestimmen des Volumenstroms;b) Bestimmen von definierten Druckverlustwerten in einer Komponente (16, 30) des Lüftungssystems (12) mittels einer Druckmesseinrichtung (17, 31), insbesondere mittels einer Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks;c) Referenzieren, insbesondere Abgleichen, der bestimmten Volumenstromwerte zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere in einer dem Lüftungssystem (12) zugeordneten Steuereinrichtung (40);d) Auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung, gegebenenfalls Einleiten von Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben eines Lüftungssystems für einen Raum gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, wobei das Lüftungssystem insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lüftungssystem für einen Raum sowie ein Energiesystem, welches insbesondere als Hausenergiesystem ausgebildet ist.
Energiesysteme der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik bereits auf vielfältige Weise bekannt. Mit derartigen Systemen wird üblicherweise Energie für verschiedenste Anwendungsgebiete erzeugt und bereitgestellt.
Bei einer bekannten Art solcher Energiesysteme wird in einer ersten Energiequelle Energie erzeugt. Bei der erzeugten Energie kann es sich beispielsweise um Wasserstoff handeln. Der Wasserstoff wird beispielsweise in einer Elektrolyseeinrichtung erzeugt und in einer zweiten Energiequelleneinrichtung, bei der es sich um eine Speichereinrichtung handelt, gespeichert. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine erste Betriebsweise des Energiesystems. Während des Betriebs des Energiesystems wird der Wasserstoff aus der Speichereinrichtung ausgespeichert und in einer ersten Energiesenkeneinrichtung verbraucht. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine zweite Betriebsweise des Energiesystems. Bei einer solchen ersten Energiesenkeneinrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelleneinrichtung. Üblicherweise sind die vorbeschriebenen Komponenten des Energiesystems räumlich voneinander getrennt und über eine Verbindungsleitungseinrichtung miteinander verbunden. Beide vorgenannten Betriebsweisen bedürfen üblicherweise eines unterschiedlichen Druckniveaus. Während in der ersten Betriebsweise mit der Elektrolyse Drücke von 20 bis 60 bar vorherrschen, sind für den Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung in der zweiten Betriebsweise Drücke von kleiner 20 bar erforderlich. Ein solches bekanntes Energiesystem ist beispielsweise in der DE 103 07 112 A1 offenbart.
Damit solche Energiesysteme möglichst umfassend eingesetzt werden können, ist es im Stand der Technik bereits bekannt geworden, ein wie vorstehend beschriebenes Energiesystem um ein Lüftungssystem zu erweitern. Das Lüftungssystem hat insbesondere die Funktion, in einem Raum, beispielsweise in einem Aufenthaltsraum in einem Haus, ein gewünschtes Raumklima herzustellen, beispielsweise indem der Raum entsprechend belüftet und/oder geheizt und/oder gekühlt wird. Das Lüftungssystem kann im Betrieb auf Prozesse des Energiesystems zurückgreifen. Ein solches bekanntes Lüftungssystem, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist beispielsweise in der EP 2 678 611 B1 der Anmelderin offenbart. Bei dieser bekannten Lösung tritt ein über eine Außenluftzufuhr bereitgestellter Zuluftstrom in das Lüftungssystem ein. Über eine Lüftungseinrichtung des Lüftungssystems wird eine Zuluftzufuhr erzeugt und dem Raum als Zuluft bereitgestellt. Aus dem Raum abgeführte Abluft wird über eine Abluftabfuhr als Abluftstrom über die Lüftungseinrichtung geführt und als Fortluftstrom über eine Fortluftabfuhr aus dem Lüftungssystem abgeführt.
Während des Betriebs eines solchen Lüftungssystems ist es stets erforderlich, dieses dahingehend zu überprüfen, dass mögliche auftretende Fehlerzustände schnell erkannt werden können. Weiterhin sollen die Betriebsparameter optimal eingestellt und aufeinander abgestimmt werden. Deshalb ist es erforderlich, das Lüftungssystem zu überwachen und den Verfahrensablauf bei Auftreten bestimmter Ereignisse und Zustände entsprechend an die Gegebenheiten angepasst zu modifizieren. Gleichzeitig soll das Lüftungssystem so kostengünstig wie möglich hergestellt sein, was nach Möglichkeit eine Reduktion der Anzahl der erforderlichen Systemkomponenten bedeutet.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lüftung eines Raums der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein guter Betrieb des Lüftungssystems, insbesondere eine gute Überwachung, bei einer gleichzeitig möglichst geringen Anzahl von Systemkomponenten durchgeführt werden kann. Weiterhin sollen ein entsprechend weiterentwickeltes Lüftungssystem und Energiesystem bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, welches den ersten Aspekt der Erfindung darstellt, durch das Lüftungssystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10, welches den zweiten Aspekt der Erfindung darstellt, sowie durch das Energiesystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 15, welches den dritten Aspekt der Erfindung darstellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem ersten Erfindungsaspekt offenbart sind, vollumfänglich auch im Zusammenhang mit dem zweiten und dritten Erfindungsaspekt, und jeweils umgekehrt, so dass hinsichtlich der Offenbarung eines der Erfindungsaspekte stets vollinhaltlich auch Bezug auf die jeweils anderen Erfindungsaspekte genommen und auf diese verwiesen wird.
Der grundlegende Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere in der Breitstellung einer ausgeglichenen Volumenstromführung innerhalb des Lüftungssystems über eine Volumenstrommessung und eine Referenzierung von Druckverlusten in wenigstens einer Komponente des Lüftungssystems. Insbesondere ist mit der vorliegenden Erfindung die Kombination einer Volumenstrommessung über eine Messeinrichtung in einem Luftstrom, vorzugsweise in der Fortluft, mit der Referenzierung des Volumenstroms zu Druckverlusten in wenigstens einer Komponente des Lüftungssystems, beispielsweise in Filtereinrichtungen in der Abluft und/oder in der Außenluft, realisiert, insbesondere mit dem Ziel eines massenbalancierten und/oder volumenstrombalancierten Betriebs des Lüftungssystems.
Dabei ist nur eine Messung an einer Stelle, nämlich an der Stelle des Luftstroms, vorzugsweise der Fortluft, erforderlich. Die anderen Messungen beziehen sich auf diesen einen Messwert und darüber lässt sich das Lüftungssystem balanciert fahren. Das heißt insbesondere, dass das Lüftungssystem ins Gleichgewicht gebracht beziehungsweise ausgeglichen gefahren wird. Dabei sind keine zusätzlichen Messeinrichtungen notwendig,
Die Erfindung ist zunächst gerichtet auf ein Verfahren zum Betreiben eines Lüftungssystems, wobei das Lüftungssystem zum Einstellen eines gewünschten Raumklimas in wenigstens einem Raum ausgebildet ist, beispielsweise zum Belüften und/oder Entlüften und/oder Beheizen und/oder Kühlen des Raums. Bei dem Raum handelt es sich insbesondere um einen Aufenthaltsraum in einem Haus. Bei dem Lüftungssystem handelt es sich insbesondere um ein aus mehreren Komponenten bestehendes Ganzes, wobei die Komponenten miteinander zu einer zweckgebundenen Einheit verbunden sind. Das Lüftungssystem ist bevorzugt Bestandteil eines Energiesystems. Bei dem Energiesystem handelt es sich wiederum insbesondere um ein aus mehreren Komponenten bestehendes Ganzes, wobei die Komponenten miteinander zu einer zweckgebundenen Einheit verbunden sind. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Energiesystem bevorzugt um ein System zum Erzeugen beziehungsweise Bereitstellen von Energie, vorzugsweise von elektrischer Energie. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Energiesystemen beschränkt. Im Folgenden werden diesbezüglich verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Energiesystem um ein Hausenergiesystem. Hausenergiesysteme sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und dienen der Versorgung von Häusern, beispielsweise von Niedrigenergiehäusern, Passivhäusern oder Nullenergiehäusern, mit Energie in Form von Wärme und insbesondere in Form von Strom, beispielsweise Strom aus regenerativen Energiequellen wie beispielsweise Photovoltaik (PV)-Generatoren oder Kleinwindkraftanlagen. Ein solches Hausenergiesystem schafft die Grundlage dafür, dass der Energiebedarf eines Hauses, insbesondere eines Niedrigenergiehauses, eines Passivhauses oder eines Nullenergiehauses, sowohl hinsichtlich des Strom- als auch des Wärmebedarfs vollständig aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden kann und somit vollständige CO₂-Freiheit im Betrieb besteht. Wenigstens aber kann der Strombedarf eines Hauses im Sinne einer anzustrebenden Eigenverbrauchserhöhung nahezu vollständig aus erneuerbaren Energiequellen, insbesondere mittels eines PV-Generators und/oder einer Kleinwindenergieanlage, gedeckt werden.
Ein derartiges Hausenergiesystem ist beispielsweise in den Patentanmeldungen WO 2017/089468 A1 und WO 2017/089469 A1 der Anmelderin offenbart und beschrieben, deren Offenbarungsgehalt in die Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Hausenergiesystem der genannten Art die folgenden Grundmerkmale auf:

- einen DC-Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Nenn-Spannung von 48 Volt, und/oder einen AC-Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Spannung von 230 Volt oder 110 Volt, wobei der DC-Einspeisepunkt und/oder der AC-Einspeisepunkt im Betrieb zumindest zeitweise mit einem elektrischen Verbraucher, der eine Verbrauchs-Leistung aufweist, verbunden ist,
- einen elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundenen PV-Generator zum Erzeugen einer elektrischen PV-Leistung,
- eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt oder mit dem AC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundene Brennstoffzelleneinheit zum Erzeugen einer elektrischen Brennstoffzellen-Leistung,
- eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt verbundene Elektrolyseeinheit zum Erzeugen von durch die Brennstoffzelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff, wobei die Elektrolyseeinheit im Betrieb mit einer elektrischen Elektrolyse-Eingangsleistung gespeist wird,
- einen Wasserstofftank, insbesondere als Langzeitenergiespeicher, der mit der Brennstoffzelleneinheit und der Elektrolyseeinheit wenigstens zeitweise fluidverbunden ist und zum Speichern von mittels der Elektrolyseeinheit zu erzeugendem und durch die Brennstoffzelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff ausgebildet ist,
- eine Speicher-Batterieeinheit, insbesondere als Kurzzeitenergiespeicher, die elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt verbunden oder zu verbinden ist, so dass eine elektrische PV-Leistung und eine elektrische Brennstoffzellen-Leistung in die Speicher-Batterieeinheit eingespeichert werden kann und eine elektrische Elektrolyse-Eingangsleistung und eine Verbrauchs-Leistung aus der Speicher-Batterieeinheit entnommen werden können; und
- ein Steuermodul zum Steuern der Hausenergieanlage.

Gemäß dem ersten Erfindungsaspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Lüftungssystem bereitgestellt. Gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt wird ein solches Lüftungssystem bereitgestellt. Das Lüftungssystem weist insbesondere eine Lüftungseinrichtung auf. Ein über eine Außenluftzufuhr bereitgestellter Zuluftstrom tritt in das Lüftungssystem ein. Über die Lüftungseinrichtung des Lüftungssystems wird eine Zuluftzufuhr erzeugt und dem Raum als Zuluft bereitgestellt. Aus dem Raum abgeführte Abluft wird über eine Abluftabfuhr als Abluftstrom über die Lüftungseinrichtung geführt und als Fortluftstrom über eine Fortluftabfuhr aus dem Lüftungssystem abgeführt. Ein derartiges Lüftungssystem ist beispielsweise in dem Europäischen Patent EP 2 678 611 B1 der Anmelderin offenbart und beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt in die Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen wird.
Zunächst werden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der grundlegende Aufbau und die grundlegende Funktionsweise eines solchen Lüftungssystems erläutert. Das Lüftungssystem weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Lüftungseinrichtung auf, die einen Wärmetauscher beinhaltet. Eine Außenluftzufuhr erfolgt über einen Zuluftstrom, der insbesondere durch eine Zuluftleitung strömt. Die Außenluft wird dabei bevorzugt von außerhalb des Lüftungssystems zugeführt. Der Zuluftstrom wird insbesondere über den Wärmetaucher der Lüftungseinrichtung geführt. Von der Lüftungseinrichtung geht der Zuluftstrom weiter bis hin zu dem wenigstens einen Raum, in welchen er über eine Zuluftzufuhr eingebracht wird. Dies kann beispielsweise über eine geeignete Lüftungsanlage in dem Raum erfolgen. Aus dem Raum abgehende Abluft wird über einen Abluftstrom abgeführt, der insbesondere durch eine Abluftleitung strömt. Der Abluftstrom wird insbesondere ebenfalls durch den Wärmetaucher geführt, wo er seine Wärme beispielsweise an den Zuluftstrom abgeben kann. Oder der Abluftstrom wird, zumindest bedarfsweise, über eine Bypasseinrichtung an dem Wärmetauscher vorbeigeführt. Der Abluftstrom verlässt die Lüftungseinrichtung als Fortluftstrom, der über eine Fortluftabfuhr aus dem Lüftungssystem abgeführt wird. Dieser Luftvolumenstrom kann dabei verschiedene Komponenten des Lüftungssystems durchlaufen, was im Rahmen der Figurenbeschreibung weiter unten anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch verdeutlicht wird. Kommt das Lüftungssystem im Zusammenhang mit einem Hausenergiesystems zum Einsatz, tritt die Außenluft bevorzugt von außerhalb des Hauses in das Lüftungssystem ein, während die Fortluft nach außerhalb des Hauses abgeführt wird.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Lüftungssystems für wenigstens einen Raum offenbart, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist. Das Lüftungssystem, in dem das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, ist insbesondere Bestandteil eines Energiesystems, bevorzugt eines Hausenergiesystems, insbesondere in der wie weiter oben allgemein beschriebenen Ausgestaltung.
Im Rahmen des Verfahrensablaufs werden nachfolgend unter anderem auch konstruktive Ausgestaltungen und Funktionsweisen verschiedener Komponenten des Lüftungssystems beziehungswiese des Energiesystems beschrieben, die auch Bestandteile des Lüftungssystems beziehungsweise des Energiesystems nach dem zweiten und dritten Erfindungsaspekt sind. Die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat deshalb vollumfänglich auch Gültigkeit für das erfindungsgemäße Lüftungssystem und erfindungsgemäße Energiesystem.
Das Verfahren ist erfindungsgemäß durch die nachfolgenden Schritte gekennzeichnet:
In einem ersten Schritt a) wird der Volumenstrom wenigstens eines Luftstroms in dem Lüftungssystem bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dieses durchgeführt, indem nur ein solcher Volumenstrom bestimmt wird. Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen des Verfahrens möglich, bei der eine solche Volumenstrombestimmung bei mehr als einem Luftstrom erfolgt. Insbesondere werden dabei Luftvolumenstromwerte des Luftstroms bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Volumenstromwerte des Fortluftstroms bestimmt. Dies erfolgt mittels einer Einrichtung zum Bestimmen des Volumenstroms. Je nach Ausgestaltung dieser Einrichtung kann der Volumenstrom beziehungsweise können die Werte des Volumenstroms gemessen werden. In anderer Ausgestaltung können derartige Volumenstromwerte aus anderen Parametern des Lüftungssystems ermittelt oder hergeleitet, beispielsweise berechnet werden. Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf bestimmte Typen von Einrichtungen zur Bestimmung des Volumenstroms beschränkt. Nachfolgend werden hierzu einige bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.
Beispielsweise kann es sich bei einer solchen Einrichtung zum Bestimmen des Volumenstroms um eine Blendeneinrichtung, um eine Einrichtung zur Durchführung eines kalorimetrischen Verfahrens, etwa unter Verwendung von Heißfilmmassenstromsensoren, um ein Anemometer oder um eine Einrichtung zum Erfassen von Betriebsparametern eines Lüfters handeln. In anderer Ausgestaltung kann in dem Fortluftstrom beispielsweise eine entsprechende Düseneinrichtung, eine entsprechende Messstrecke, eine Diffusoreinrichtung oder dergleichen angeordnet sein. Insbesondere kommen generell solche Einrichtungen in Betracht, mittels derer eine Veränderung, insbesondere eine Erhöhung, der Strömungsgeschwindigkeit und/oder eine Vergleichmäßigung der Strömung und/oder eine Rückgewinnung der dynamischen Druckenergie in dem Luftstrom bestimmt werden kann. Die Einrichtung zur Bestimmung des Volumenstroms muss allgemein gesprochen insbesondere so ausgebildet sein, dass mit dieser eine eindeutige Messung des Volumenstroms beziehungsweise eine eindeutige Bestimmung von Volumenstromwerten des untersuchten Luftstroms, beispielsweise des Fortluftstroms, gegeben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung zur Bestimmung des Volumenstroms als eine Diffusoreinrichtung ausgebildet. Diffusoreinrichtungen an sich sind dem Fachmann geläufig.
In einem weiteren Schritt b) des Verfahrens werden Druckwerte in wenigstens einer Komponente des Lüftungssystems oder des Energiesystems mittels einer Druckmesseinrichtung bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dieses durchgeführt, indem Druckwerte nur in einer Komponente des Lüftungssystems bestimmt werden. Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen des Verfahrens möglich, bei der eine solche Bestimmung von Druckwerten in mehr als einer Komponente des Lüftungssystems erfolgt. Grundsätzlich können hier unterschiedliche Komponenten des Lüftungssystems überprüft werden, so dass die Erfindung nicht auf konkrete Systemkomponenten beschränkt ist. Im weiteren Verlauf der Beschreibung werden hierzu einige bevorzugte Ausführungsbeispiele genannt. Bevorzugt werden als Druckwerte dabei definierte Druckverlustwerte in der untersuchten Komponente des Lüftungssystems bestimmt. Auch die Druckmesseinrichtung kann grundsätzlich auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein, so dass die Erfindung diesbezüglich nicht auf konkrete Ausführungsformen beschränkt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckmesseinrichtung als eine Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks ausgebildet.
Mittels der Druckmesseinrichtung wird der in der Komponente des Lüftungssystems herrschende Druck, insbesondere ein in der Komponente auftretender Druckverlust bestimmt, der auch einen Rückschluss auf den Volumenstrom durch die Komponente hindurch zulässt. Insbesondere ist die Druckmesseinrichtung so ausgebildet, dass sie den Druck vor oder im Eintrittsbereich der Komponente, ebenso wie den Druck nach oder im Austrittsbereich der Komponente, bestimmt. Eine solche Messung erfolgt bevorzugt mit einer Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks. Die Differenz zweier Drücke wird Druckdifferenz genannt. In Fällen, bei denen die Differenz zweier Drücke selbst die Messgröße darstellt, spricht man vom Differenzdruck. Um Differenzdruck zu messen, werden in der Druckmesseinrichtung demnach zwei unterschiedliche Drücke erfasst, beispielsweise der im Eintrittsbereich oder vor der Komponente herrschende Druck sowie der im Austrittsbereich oder nach der Komponente herrschende Druck. Wenn die gemessenen Werte unterschiedlich sind, wird ein Differenzdruck festgestellt und beispielsweise angezeigt. Differenzdruckmesseinrichtungen besitzen insbesondere zwei separate Druckanschlüsse.
Über eine solche Druckverlustmessung in der Systemkomponente und eine Kalibrierung des untersuchten Volumenstroms des Lüftungssystems kann nun ein Abgleich des bestimmten Volumenstroms des überprüften Luftstroms zu den bestimmten Druckverlusten in der überprüften Systemkomponente erfolgen.
Das geschieht bevorzugt in einer dem Lüftungssystem zugeordneten Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung arbeitet dabei mit dem Lüftungssystem zusammen. Entweder ist die Steuereinrichtung ein Bestandteil des Lüftungssystems. Oder die Steuereinrichtung ist vom Lüftungssystem an sich unabhängig und liegt beispielsweise als eine Steuereinrichtung des Energiesystems vor, die auch zur Steuerung des Lüftungssystems eigesetzt wird und diesbezüglich mit diesem zusammenarbeitet. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Arten von Steuereinrichtungen beschränkt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Lüftungssystems weiter unten werden bevorzugte Ausführungsbeispiele für eine solche Steuereinrichtung beschrieben.
In einem nächsten Verfahrensschritt c) werden, bevorzugt in der Steuereinrichtung, die - im Verfahrensschritt a) - bestimmten Volumenstromwerte zu den - im Verfahrensschritt b) - bestimmten Druckwerten, insbesondere den definierten Druckverlustwerten, in der untersuchten Komponente des Lüftungssystems referenziert. Das bedeutet, dass die entsprechenden Werte miteinander in Bezug gesetzt werden. Beispielsweise können die entsprechenden Werte miteinander abgeglichen werden. Das heißt insbesondere, dass die entsprechenden Werte vergleichend aufeinander abgestimmt werden, etwa um Abweichungen und Übereinstimmungen festzustellen. Dadurch ist insbesondere eine Kalibrierung möglich. Insbesondere kann der Volumenstrom, der durch das Lüftungssystem hindurchgeht, kalibriert, das heißt eingestellt und/oder balanciert werden.
Wenn eine solche Steuereinrichtung zum Einsatz kommt, ist diese bevorzugt über geeignete Schnittstellen mit den am Verfahren beteiligten Komponenten des Lüftungssystem beziehungswiese des Energiesystems verbunden, insbesondere mit der wenigstens einen Einrichtung zur Bestimmung des Volumenstroms und der wenigstens einen Druckmesseinrichtung. Eine Definition für die Schnittstelle im Lichte der vorliegenden Erfindung, die für sämtliche Erfindungsaspekte Gültigkeit hat, ist insbesondere eine Verbindung zwischen zwei Komponenten: Von dem Begriff „Schnittstelle“ soll dabei insbesondere auch die Verbindungsleitung zwischen den Komponenten selbst mit umfasst sein. Die Schnittstelle kann unidirektional oder bidirektional ausgebildet sein. Je nach Ausgestaltung der Komponenten kann die Schnittstelle dabei unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei der Schnittstelle um eine Kommunikationsschnittstelle handeln, über die die Komponenten kommunikationsverbunden sind. Das heißt insbesondere, dass über die Schnittstelle eine Kommunikation stattfindet, beispielsweise in Form einer Datenübertragung oder Signalübertragung. Die Schnittstelle kann entweder drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet sein. Von einer Komponente, beispielsweise einer Sensoreinrichtung, erfasste Werte werden über die Schnittstelle zu einer anderen Komponente übertragen, beispielsweise zur Steuereinrichtung. Befehle, insbesondere Steuerbefehle, können von der Steuereinrichtung über die Schnittstelle abgehen.
In einem letzten Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden, auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung, gegebenenfalls Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems eingeleitet. Diese Maßnahmeneinleitung wird bevorzugt über die Steuereinrichtung initiiert und/oder ausgeführt.
Wenn die vorgenannten Schritte b) und c) in einer Steuereinrichtung ausgeführt werden, weist die Steuereinrichtung bevorzugt eine Einrichtung zum Einleiten von Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung auf. Je nach Ausgestaltung der Steuereinrichtung kann es sich bei der genannten Einrichtung beispielsweise um ein körperliches Bauteil oder um körperliche Bauteile, beispielsweise elektronische Bauteile, handeln, oder um elektronische Schaltungen, oder um Softwarekomponenten, oder um Kombinationen daraus.
Nachfolgend werden einige bevorzugte Maßnahmen beschrieben. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Maßnahme zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems die Volumenstromführung der Luft innerhalb des Lüftungssystems eingestellt, insbesondere balanciert. Zusätzlich oder alternativ werden in einer anderen bevorzugten Ausführungsform Fehlerzustände innerhalb des Lüftungssystems oder des Energiesystems detektiert, insbesondere in der wenigstens einen Komponente des Lüftungssystems, in der die definierten Druckverluste bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden aus den mit der Einrichtung zum Bestimmen des Volumenstroms ermittelten Volumenstromwerten des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms, Druckwerte des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms, hergeleitet. Der Volumenstrom ist in der Regel proportional zum Druck. Um eine direkte Vergleichbarkeit zwischen dem Volumenstrom und den bestimmten Druckwerten, insbesondere den bestimmten Druckverlustwerten, zu ermöglichen, werden aus den Volumenstromwerten deshalb Druckwerte hergeleitet. Hierbei handelt es sich um eine dem Fachmann grundsätzlich geläufige Maßnahme. Die hergeleiteten Druckwerte werden anschließend, insbesondere in der Steuereinrichtung, mit den bestimmten Druckwerten der Komponente, insbesondere den bestimmten Druckverlustwerten, referenziert.
Wenn bei dem Verfahren eine Steuereirichtung zum Einsatz kommt, weist diese, insbesondere um die Referenzierung vornehmen zu können, vorzugsweise eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen von im Rahmen der Bestimmungsschritte a) und/oder b) bestimmten Werten und/oder im Rahmen des Referenzierungsschritts c) ermittelten Referenzierungswerten mit Referenzwerten auf. Solche Referenzwerte können in Form von Referenzwerttabellen oder Referenzwertdateien in der Vergleichseinrichtung abgelegt sein. Oder die Vergleichseinrichtung weist eine Schnittstelle zu einer externen Speichereinrichtung auf, in der solche Referenzwerte abgespeichert sind.
Nachfolgend werden einige konkrete bevorzugte Ausführungsbeispiele für Komponenten des Lüftungssystem beschrieben, in denen die Druckwerte bestimmt werden.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei einer entsprechenden Komponente des Lüftungssystems um eine Außenluft-Filtereinrichtung. In diesem Fall werden die Druckwerte, insbesondere die definierten Druckverlustwerte, in einer Komponente des Lüftungssystems bestimmt, die als Außenluft-Filtereinrichtung ausgebildet und der Außenluftzufuhr zugeorndet ist. Beispielsweise befindet sich die Außenluft-Filtereinrichtung direkt in der Außenluftzufuhr, oder aber in einem Zuluftstrom kurz hinter der Außenluftzufuhr. Mittels der Druckmesseinrichtung werden Druckwerte, insbesondere definierte Druckverlustwerte, in der Außenluft-Filtereinrichtung bestimmt. Die bestimmten Volumenstromwerte des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms, werden zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere den definierten Druckverlustwerten, in der Außenluft-Filtereinrichtung referenziert.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt in dem Lüftungssystem der Einbau einer Differenzdruck-Messung über die Außenluft-Filtereinrichtung. Für die Kalibrierung eines Volumenstroms ist dann insbesondere vorgesehen, dass während des Referenzierungsschritts c) die Zuluftzufuhr zu dem Raum komplett geschlossen ist. Der Zuluftzufuhr kann beispielsweise eine Einrichtung zum Einstellen des Zuluftstroms zugeordnet sein, die insbesondere als verschließbare Zuluftklappe, oder als eine Zuluft-Ventileinrichtung, die beispielsweise ein Sperrventil, etwa ein Magnetventil ist, ausgebildet ist. Bei einer geschlossenen Einrichtung zum Einstellen des Zuluftstroms sind der einströmende und der ausströmende Luftvolumenstrom gleich. Auf diese Weise ist ein Abgleich des gemessenen Luft-Volumenstroms, insbesondere des Fortluft-Volumenstroms, zu den bestimmten Filterdruckwerten, insbesondere den Filterdruckverlustwerten, der Außenluft-Filtereinrichtung möglich.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei einer entsprechenden Komponente des Lüftungssystems um eine Abluft-Filtereinrichtung. In diesem Fall werden die Druckwerte, insbesondere die definierten Druckverlustwerte, in einer Komponente des Lüftungssystems bestimmt, die als Abluft-Filtereinrichtung ausgebildet und der Abluftabfuhr zugeordnet ist, Beispielsweise befindet sich die Aluft-Filtereinrichtung direkt in der Abluftabfuhr, oder aber in einem Abluftstrom kurz hinter der Abluftabfuhr. Mittels der Druckmesseinrichtung werden Druckwerte, insbesondere definierte Druckverlustwerte, in der Abluft-Filtereinrichtung bestimmt. Die bestimmten Volumenstromwerte des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms, werden zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere den definierten Druckverlustwerten in der Abluft-Filtereinrichtung referenziert.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt in dem Lüftungssystem der Einbau einer Differenzdruck-Messung über die Abluft-Filtereinrichtung. Für die Kalibrierung eines Volumenstroms ist dann insbesondere vorgesehen, dass während des Referenzierungsschritts c) die Zuluftzufuhr zu dem Raum komplett geöffnet ist. Das heißt, der Zuluftzweig ist komplett zugeschaltet. Ist im Lüftungssystem im Zusammenhang mit der Zuluftzufuhr ein Bypassstrom vorgesehen, über den der Nutzer des Lüftungssystem die Zuluftzufuhr in den Raum mengenmäßig einstellen kann, ist dieser Bypassstrom, beispielsweis über eine geeignete Bypasseinrichtung, etwa eine Bypassklappe oder eine Bypass-Ventileinrichtung, komplett geschlossen. Die Bypass-Ventileinrichtung kann wiederum ein Sperrventil, etwa ein Magnetventil sein. Auf diese Weise ist ein Abgleich des gemessenen Luft-Volumenstroms, insbesondere des Fortluft-Volumenstroms, zu den bestimmten Filterdruckwerten, insbesondere den Filterdruckverlustwerten, der Abluft-Filtereinrichtung möglich.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch eingesetzt werden, wenn gleichzeitig bei mehreren Komponenten des Lüftungssystems, beispielsweise bei den beiden zuvor beschriebenen Filtereinrichtungen, eine entsprechende Bestimmung von Druckwerten, insbesondere von definierten Druckverlustwerten, vorgenommen wird.
Neben einer Einstellung, insbesondere einer Balancierung, des Luftvolumenstroms innerhalb des Lüftungssystems sind mit dem Verfahren auch noch andere Überprüfungsmöglichkeiten möglich. Aufgrund der Bestimmung der Druckwerte, insbesondere der definierten Druckverlustwerte, kann in der Komponente des Lüftungssystems, beispielsweis bei einer wie vorstehende beschriebenen Filtereinrichtung, auch eine Überwachung des Zustands der Komponente selbst vorgenommen werden. Die Bestimmung der Druckwerte, insbesondere die Differenzdruckmessung, kann genutzt werden, um die Komponente, beispielsweise eine Filtereinrichtung, zu überwachen, beispielsweise auf Verschleiß, auf Alterung, auf Verstopfung, auf Verunreinigung, oder dergleichen. Insbesondere kann somit überwacht werden, ob und wann die Komponente ausgetauscht werden muss. Handelt es sich bei der Komponente um eine Filtereinrichtung, kann auf diese Wese beispielsweise auch festgestellt werden, ob etwa eine falsche Filtereinrichtung eingebaut wurde. Neben den genannten Filtereinrichtungen ist das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich auch im Rahmen anderer definierter Druckverluste innerhalb des Lüftungssystems oder des Energiesystems anwendbar, beispielsweise im Zusammenhang mit einem Lüfter oder der Brennstoffzelleneinrichtung.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Lüftungssystem bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 10 aufweist. Das Lüftungssystem ist insbesondere derart bereitgestellt, dass es in der Lage ist, das Verfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen. Zu der Ausgestaltung und Funktionsweise des Lüftungssystems wird zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle, neben den allgemeinen Ausführungen weiter oben, deshalb auch vollinhaltlich auf die Ausführungen zum Verfahren des ersten Erfindungsaspekts Bezug genommen und verwiesen.
Gemäß diesem zweiten Erfindungsaspekt wird ein Lüftungssystem für wenigstens einen Raum bereitgestellt, wobei das Lüftungssystem bevorzugt Bestandteil eines Energiesystems, insbesondere eines Hausenergiesystems ist, aufweisend eine Außenluftzufuhr, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber ein bereitgestellter Zuluftstrom in das Lüftungssystem eintritt, eine Lüftungseinrichtung, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, eine Zuluftzufuhr zu erzeugen und dem wenigstens einen Raum als Zuluft bereitzustellen, eine Abluftabfuhr, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber Abluft aus dem wenigstens einen Raum abgeführt und über die Lüftungseinrichtung geführt wird, eine Fortluftabfuhr, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, die abgeführte Abluft als Fortluftstrom aus dem Lüftungssystem abzuführen, eine Einrichtung zum Bestimmen von Volumenstromwerten eines Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms, die insbesondere der Fortluftabfuhr zugeordnet ist, wenigstens eine Druckmesseinrichtung zum Bestimmen von Druckwerten, insbesondere von definierten Druckverlustwerten, in wenigstens einer Komponente des Lüftungssystems, die insbesondere als Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks ausgebildet ist, und die der wenigstens einen Komponente des Lüftungssystems zugeordnet ist, eine Einrichtung, insbesondere eine Steuereinrichtung, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, die bestimmten Volumenstromwerte des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms, zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere den definierten Druckverlustwerten, in der wenigstens einen Komponente des Lüftungssystems zu referenzieren, insbesondere abzugleichen und, auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung, gegebenenfalls Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems einzuleiten. In andere Ausgestaltung kann das Lüftungssystem eine Schnittstelle zu einer solchen Steuereinrichtung aufweisen. In diesem Fall muss die Steuereinrichtung nicht Bestandteil des Lüftungssystems sein, sondern kann beispielsweise diejenige Steuereinrichtung sein, über die das Energiesystem gesteuert wird, in welchem das Lüftungssystem eingebaut ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine Komponente des Lüftungssystems, bei der über die Druckmesseinrichtung Druckwerte, insbesondere definierte Druckverlustwerte, bestimmt werden, eine Außenluft-Filtereinrichtung und/oder eine Abluft-Filtereinrichtung.
Bevorzugt weist das Lüftungssystem eine Einrichtung zur Einstellung des Zuluftstroms auf, wobei die Einrichtung insbesondere als Zuluftklappe oder Zuluft-Ventileinrichtung ausgebildet ist.
Sofern eine Steuereinrichtung zum Einsatz kommt, kann diese bevorzugt wie folgt ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Steuereinrichtung Hardwarekomponenten und/oder Softwarekomponenten und/oder elektrische Bauelemente und/oder eine Kombination aus Hardwarekomponenten, Softwarekomponenten und elektrischen Bauelementen auf. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweisen oder als Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet sein. In der Datenverarbeitungseinrichtung kann ein Computerprogrammprodukt implementiert sein, dass, wenn es in der Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, und vorzugsweise in einer der Datenverarbeitungseinrichtung zugeordneten Speichereinrichtung gespeichert ist, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Lüftungssystems ausführt. Die Referenzierung, Auswertung und Einleitung von Maßnahmen erfolgt in diesem Fall durch die Datenverarbeitungseinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung einen Steuercontroller aufweisen oder als Steuercontroller ausgebildet sein. Ein Steuercontroller ist insbesondere ein Steuergerät, mittels dessen bestimmte Vorgänge, hier der erfindungsgemäße Betrieb des Lüftungssystems, elektronisch gesteuert werden. Ein solcher Steuercontroller weist in der Regel wenigstens einen integrierten Schaltkreis auf. Die erfindungsgemäße Steuerung des Lüftungssystems erfolgt in diesem Fall durch den Sicherheitscontroller. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung eine Steuerlogik mit wenigstens einem Steuerelement aufweisen oder als eine solche ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Steuerung des Lüftungssystems erfolgt in diesem Fall durch die Steuerlogiklogik mit Steuerelement.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Energiesystem bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 15 aufweist. Bei dem Erfindungssystem handelt es sich insbesondere um ein Hausenergiesystem.
Das Energiesystem weist eine Energiequelleneinrichtung auf, die insbesondere als Elektrolyseeinrichtung, bevorzugt zur Herstellung von Wasserstoff, ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ weist das Energiesystem eine Energiesenkeneinrichtung auf, die insbesondere als Brennstoffzelleneinrichtung ausgebildet ist, Weiterhin kann das Energiesystem optional eine zweite Energiequelleneinrichtung aufweisen, die insbesondere als Hochdruckspeichereinrichtung, insbesondre zur Speicherung von Wasserstoff, ausgebildet ist und/oder eine zweite Energiesenkeneinrichtung, die bevorzugt als Mitteldruckspeichereinrichtung, insbesondere zur Zwischenspeicherung von Wasserstoff ausgebildet ist.
Das Energiesystem weist zudem ein Lüftungssystem auf, mittels dessen ein gewünschtes Raumklima in wenigstens einem Raum, beispielsweise einem Aufenthaltsraum in einem Haus, eingestellt werden kann. Erfindungsgemäß ist das Lüftungssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Oder aber das Lüftungssystem ist derart bereitgestellt, dass es in der Lage ist, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Erfindungsaspekt auszuführen. Zur Ausgestaltung und Funktionseise des erfindungsgemäßen Energiesystems wird deshalb, neben der allgemeinen Beschreibung weiter oben, zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Erfindungsaspekt vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.
Die vorliegende Erfindung gemäß den verschiedenen Erfindungsaspekten kann auf verschiedenen Einsatzgebieten zur Anwendung kommen, beispielsweise für eine kontrollierte Wohnraumbelüftung, für Lüftungsgeräte, für Lüftungsanlagen, für Gebäudetechnik, und dergliechen.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt die einzige 1 in schematischer Ansicht ein erfindungsgemäßes Lüftungssystem, in dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird.
In der 1 ist in stark vereinfachter Weise ein Lüftungssystem 12 dargestellt, welches ein Bestandteil eines Energiesystems 10 ist. Das Lüftungssystem 12 dient zum Einstellen eines gewünschten Raumklimas in wenigstens einem Raum, beispielsweise einem Aufenthaltsraum in einem Haus. Neben der Darstellung in 1 können das Lüftungssystem 12 und das Energiesystem 10, bei denen es sich jeweils um komplexe Systeme handelt, natürlich noch weitere Systemkomponenten aufweisen, die aber der Übersichtlichkeit halber in 1 nicht explizit dargestellt sind, die sich aber aus der Beschreibung ergeben.
Das in den 1 dargestellte Energiesystem 10 stellt einen Teilbereich eines Gesamt-Hausenergiesystems dar, bei dem es sich um ein elektrisch autarkes und vollständig auf erneuerbaren Energien beruhendes multihybrides Hausenergiespeichersystem handelt.
Das multihybride Hausenergiespeichersystem ermöglicht es, die von einer Photovoltaik (PV)-Anlage, einer Kleinwindkraftanlage oder dergleichen erzeugte elektrische Energie bedarfsgesteuert auf das gesamte Jahr zu verteilen. Dabei agiert das System als Inselsystem unabhängig vom elektrischen Netz. Vielmehr soll die Anlage die elektrische Autarkie des Hauses gewährleisten, sodass über das ganze Jahr hinweg keine elektrische Energie aus dem Stromnetz bezogen werden muss.
Die primäre Aufgabe des Hausenergiesystems ist es, die gewonnene elektrische Energie aus Photovoltaik (PV)-Modulen oder dergleichen dem Verbraucher im Haushalt verfügbar zu machen. Sekundär können bei Zeiten niedriger Last oder hoher Einstrahlung elektrische Energieüberschüsse in einem Batterie-KurzzeitSpeicher zwischengespeichert werden. Tertiär kann im Wasserstoff-Langzeit-Speicher die elektrische Energie als gasförmiger Wasserstoff für Zeiten niedriger Einstrahlung wie Nacht, Winter oder dergleichen mittel- bis langfristig gespeichert und mittels Brennstoffzelle wieder jederzeit bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden.
Neben energietechnischen Aufgaben fungiert das System auch als kontrollierte Wohnraumlüftung durch ein verbautes Lüftungsgerät.
Der in der Elektrolyseeinrichtung produzierte Wasserstoff fließt über die Wasserstoffleitung in die außenaufgestellte Druckspeicheranlage.
Bei fehlender oder nicht ausreichender PV-Energie wird Energie aus der Batterie zur Deckung der Verbraucherlast entnommen. Reicht die im Kurzzeitspeicher vorrätige Energie nicht aus, kann die Brennstoffzelleinnrichtung den zusätzlichen elektrischen Energiebedarf decken. Im Brennstoffzellenbetrieb fließt der Wasserstoff über die Wasserstoffleitung aus der Druckspeicheranlage zur Brennstoffzelleneinrichtung.
Ein zeitgleicher Betrieb von Brennstoffzelleneinrichtung und Elektrolyseeinrichtung ist ausgeschlossen. Das gesamte System wird zentral über einen Energy Manager mit einem prädiktiven Energiemanagement betrieben.
Das zweite Untersystem ist prinzipiell für den Betrieb im Außenbereich vorgesehen, kann aber unter bestimmten Bedingungen auch innerhalb eines speziellen Bereichs des Hauses errichtet und betrieben werden.
Das Lüftungssystem 12 befindet sich innerhalb des Hauses, von dem schematisch nur eine Hauswand 11 dargestellt ist.
Zur Erzeugung von Energie weist das Energiesystem 10 zunächst eine Elektrolyseeinrichtung 33 auf, mittels derer Wasserstoff erzeugt wird. Dieser Wasserstoff wird in einer Brennstoffzelleneirichtung 35 verbraucht, mit welcher elektrischer Strom erzeugt wird. Zudem verfügt das Energiesystem 10 über das Lüftungssystem 12. Die vorgenannten Systembestandteile sind beispielsweise in einem Systemschrank 13 untergebracht. Zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie ist weiterhin ein Batterieblock 32 vorgesehen, der sich in einem Batterieschrank 14 befindet.
Ein Bauteil des Lüftungssystem 12 wird durch eine Lüftungseinrichtung 19 gebildet, in der sich ein Wärmetauscher 20 befindet. Außenluft von außerhalb des Hauses wird über eine Außenluftzufuhr 15 in Form eines Zuluftstroms 18 in die Lüftungseinrichtung 19 eingeführt und über den Wärmetauscher 20 geführt. In dem Zuluftstrom 18 ist in Strömungsrichtung hinter der Außenluftzufuhr 15 eine Außenluft-Filtereinrichtung 16 angeordnet. Mit einer der Außenluft-Filtereinrichtung 16 zugeordneten Druckmesseinrichtung 17 können Druckwerte der Außenluft-Filtereinrichtung 16, insbesondere definierte Druckverlustwerte, bestimmt werden. Dazu ist die Druckmesseinrichtung 17 als Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks ausgebildet.
Nach Verlassen des Wärmetauschers 20 wird der Zuluftstrom 18 über eine Einrichtung 21 zur Einstellung des Zuluftstroms, welche als Zuluftklappe oder als Zuluft-Ventileinrichtung ausgebildet sein kann, über eine Zuluftzufuhr 22 in eine in einem Raum befindliche Lüftungsanlage 23 eingebracht. Über die Einrichtung 21 zur Einstellung des Zuluftstroms kann die in die Lüftungsanlage 23 eintretende Zuluft mengenmäßig eingestellt werden. Ist die Einrichtung 21 zur Einstellung des Zuluftstroms komplett geschlossen, kann keine Zuluft in die Lüftungsanlage 23 und damit in den Raum eintreten. Ist die Einrichtung 21 hingegen vollständig geöffnet, tritt ein Maximum an Zuluft über die Zuluftzufuhr 22 in die Lüftungsanlage 23 ein. Um eine für den Nutzer des Lüftungssystems 12 geeignete Regelungsmöglichkeit der Zuluft zu schaffen, ist weiterhin eine Bypasseinrichtung 27 vorgesehen, welche als Bypassklappe oder Bypass-Ventileinrichtung ausgebildet sein kann. Über diese Bypasseinrichtung 27 kann wahlweise zumindest ein gewisser Mengenanteil der Zuluft aus der Zuluftzufuhr 22 abgezweigt und an der Lüftungsanlage 23 vorbeigeführt werden.
Aus dem Raum über die Lüftungsanlage 23 austretende Abluft wird über eine Abluftabfuhr 24 in Form eines Abluftstroms 25 abgeführt.
Hinter der Abluftabfuhr 24 ist im Abluftstrom 25 eine Abluft-Filtereinrichtung 30 angeordnet. Mit einer der Abluft-Filtereinrichtung 30 zugeordneten Druckmesseinrichtung 31 können Druckwerte der Abluft-Filtereinrichtung 30, insbesondere definierte Druckverlustwerte, bestimmt werden. Dazu ist die Druckmesseinrichtung 31 als Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks ausgebildet.
Der Abluftstrom 25 wird weiter durch den Batterieblock 32 geleitet, wo er Wärme aus dem Batterieblock 32 aufnehmen kann. Danach kann der Abluftstrom 25, über entsprechende Klappen 34, 36 oder Ventileinrichtungen gesteuert, wahlweise durch die Elektrolyseeinrichtung 33 und/oder die Brennstoffzelleneinrichtung 35 geführt werden, und anschließend noch über ein Spülsystem 37 für die Elektrolyseeinrichtung 33 und/oder die Brennstoffzelleneinrichtung 35, sowie noch über eine Kühleinrichtung 38, bevor der Abluftstrom 25 wieder in die Lüftungseinrichtung19 eintritt.
In der Lüftungseinrichtung 19 wird der Abluftstrom 25 wieder über den Wärmetauscher 20 geführt, wo er seine gespeicherte Wärme an den Zuluftstrom 18 übertragen kann. Je nach Betriebsweise und Ausgangslage kann der Abluftstrom 25 aber auch am Wärmetauscher 20 vorbei geleitet werden. Dies geschieht mittels einer Bypasseinrichtung 39, die beispielsweise als Bypassklappe oder Bypass-Ventileinrichtung ausgebildet ist. Bei einer entsprechenden Betätigung der Bypasseinrichtung 39 kann der Abluftstrom 25 über einen Abluftbypassstrom 26 an dem Wärmetauscher 20 vorbei geleitet werden.
Verlassen tut der Abluftstrom 25 die Lüftungseinrichtung 19 über eine Fortluftabfuhr 40, über die der Abluftvolumenstrom 25 in Form eines Fortluftstroms 25a das Haus wieder verlässt. Dem Fortluftstrom 25a ist eine Einrichtung 29 zur Bestimmung des Volumenstroms des Fortluftstroms 25a zugeordnet. Diese Einrichtung 29 ist bevorzugt in Form einer Diffusoreinrichtung ausgebildet.
Damit das erfindungsgemäße Verfahren, welches nachfolgend im Detail beschrieben wird, ausgeführt werden kann, ist dem Lüftungssystem 12 eine Steuereinrichtung 41 zugeordnet. Die Steuereinrichtung 41 ist mit verschiedenen Komponenten des Lüftungssystems 12 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Steuereinrichtung 41 über geeignete Schnittstellen 42, 43, 44, 45, 46 mit den Druckmesseinrichtungen 17, 31, der Einrichtung 29 zur Bestimmung des Volumenstroms , der Einrichtung 21 zur Einstellung des Zuluftstroms sowie der Bypasseinrichtung 27 verbunden.
Beim Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels der Einrichtung 29 zur Bestimmung des Volumenstroms zunächst Volumenstromwerte des Fortluftstroms 25a bestimmt.
In einem weiteren Schritt werden in der Außenluft-Filtereinrichtung 16 und/oder in der Abluft-Filtereinrichtung 30 über die entsprechenden Druckmesseinrichtungen 17, 31 definierte Druckverlustwerte in den Filtereinrichtungen 16, 30 bestimmt.
In einem nächsten Verfahrensschritt werden in der Steuereinrichtung 40 die bestimmten Volumenstromwerte zu den bestimmten definierten Druckverlustwerten referenziert. Das bedeutet, dass die entsprechenden Werte miteinander in Bezug gesetzt werden.
Hinsichtlich der Differenzdruck-Messung über die Außenluft-Filtereinrichtung 16 bedeutet dies Folgendes: Für die Kalibrierung eines Volumenstroms ist vorgesehen, dass während des Referenzierungsschritts die Zuluftzufuhr 22 zu dem Raum komplett geschlossen ist. Dazu wird die Einrichtung 21 zur Einstellung des Zuluftstroms komplett geschlossen. Bei einer geschlossenen Zuluftzufuhr sind der einströmende und der ausströmende Luftvolumenstrom gleich. Auf diese Weise ist ein Abgleich des gemessenen Fortluftstroms 25a zu den bestimmten Filterdruckverlustwerten der Außenluft-Filtereinrichtung 16 möglich.
Im Fall der Abluft-Filtereinrichtung 30 stellt sich das Verfahren wie folgt dar: Für die Kalibrierung eines Volumenstroms ist vorgesehen, dass während des Referenzierungsschritts die Zuluftzufuhr 22 zu dem Raum komplett geöffnet ist. Das heißt, der Zuluftzweig ist komplett zugeschaltet, was durch eine entsprechende Einstellung der Einrichtung 21 zum Einstellen des Zuluftstroms realisiert wird. Durch eine geeignete Einstellung der Bypasseinrichtung 27 wird gleichzeitig sichergestellt, dass der Bypassstrom 28 komplett unterbunden ist. Auf diese Weise ist ein Abgleich des gemessenen Fortluftstroms 25a zu den bestimmten Filterdruckverlustwerten der Abluft-Filtereinrichtung 30 möglich.
In einem letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden, auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung, über die Steuereinrichtung 40 gegebenenfalls Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems 12 eingeleitet. Beispielsweise wird als Maßnahme zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems 12 die Volumenstromführung der Luft innerhalb des Lüftungssystems 12 eingestellt, insbesondere balanciert, etwas das Verhältnis Zuluftstrom 18 zu Abluftstrom 25. Zusätzlich oder alternativ werden Fehlerzustände innerhalb der Filtereinrichtungen 16, 30 detektiert. Aufgrund der Bestimmung der definierten Druckverlustwerte in den Filtereirichtungen 16, 30 kann auch eine Überwachung des Zustands der Filtereinrichtungen 16, 30 selbst vorgenommen werden, beispielsweise auf Verschleiß, auf Alterung, auf Verstopfung, auf Verunreinigung, oder dergleichen. Insbesondere kann überwacht werden, ob und wann die Filtereinrichtungen 16, 30 ausgetauscht werden muss. Zudem kann auch festgestellt werden, ob etwa eine falsche Filtereinrichtung eingebaut wurde. Entsprechende Informationen hierzu können mittels der Steuereinrichtung 40 erzeugt und anschließend dem Betreiber oder Nutzer des Energiesystems 10 nutzbar gemacht, beispielsweise angezeigt werden.
Bezugszeichenliste

10: Energiesystem (Hausenergiesystem
11: Hauswand
12: Lüftungssystem
13: Systemschrank
14: Batterieschrank
15: Außenluftzufuhr
16: Außenluft-Filtereinrichtung
17: Druckmesseinrichtung
18: Zuluftstrom
19: Lüftungseinrichtung
20: Wärmetauscher
21: Einrichtung zur Einstellung des Zuluftstroms (Zuluftklappe)
22: Zuluftzufuhr
23: Lüftungsanlage
24: Abluftabfuhr
25: Abluftstrom
25a: Fortluftstrom
26: Abluftbypassstrom
27: Bypasseinrichtung (Bypassklappe)
28: Bypassstrom
29: Einrichtung zur Bestimmung des Volumenstroms
30: Abluft-Filtereinrichtung
31: Druckmesseinrichtung
32: Batterieblock
33: Elektrolyseeinrichtung
34: Elektrolyseeinrichtungsklappe
35: Brennstoffzelleneinrichtung
36: Brennstoffzelleneinrichtungsklappe
37: Spülsystem
38: Kühlereinrichtung
39: Bypasseinrichtung (Bypassklappe)
40: Fortluftabfuhr
41: Steuereinrichtung
42: Schnittstelle
43: Schnittstelle
44: Schnittstelle
45: Schnittstelle
46: Schnittstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10307112 A1 [0003]
EP 2678611 B1 [0004, 0014]
WO 2017/089468 A1 [0012]
WO 2017/089469 A1 [0012]

Claims

Verfahren zum Betreiben eine Lüftungssystems (12) für einen Raum, wobei das Lüftungssystem (12) insbesondere Bestandteil eines Energiesystems (10) ist, bei dem ein über eine Außenluftzufuhr (15) bereitgestellter Zuluftstrom (18) in das Lüftungssystem (12) eintritt und über eine Lüftungseinrichtung (19) des Lüftungssystems (12) eine Zuluftzufuhr (22) erzeugt und dem Raum als Zuluft bereitgestellt wird, und bei dem aus dem Raum abgeführte Abluft über eine Abluftabfuhr (24) als Abluftstrom (25) über die Lüftungseinrichtung (19) geführt wird und als Fortluftstrom (25a) über eine Fortluftabfuhr (40) aus dem Lüftungssystem (12) abgeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bestimmen von Volumenstromwerten eines Luftstroms im Lüftungssystem (12), insbesondere von Volumenstromwerten des Fortluftstroms (25a), mittels einer Einrichtung (29) zum Bestimmen des Volumenstroms; b) Bestimmen von Druckwerten, insbesondere von definierten Druckverlustwerten in wenigstens einer Komponente (16, 30) des Lüftungssystems (12) oder des Energiesystems (10) mittels wenigstens einer Druckmesseinrichtung (17, 31), insbesondere mittels einer Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks; c) Referenzieren, insbesondere Abgleichen, der bestimmten Volumenstromwerte zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere in einer dem Lüftungssystem (12) zugeordneten Steuereinrichtung (40); d) Auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung, gegebenenfalls Einleiten von Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems (12).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) eine Einrichtung zum Einleiten von Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems (12) auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems (12) die Volumenstromführung der Luft innerhalb des Lüftungssystems (12) eingestellt, insbesondere balanciert, wird und/oder dass Fehlerzustände innerhalb des Lüftungssystems (12) oder des Energiesystems (10) detektiert werden, insbesondere in der Komponente (16, 30), in der die Druckwerte, insbesondere die definierten Druckverlustwerte, bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den mit der Einrichtung (29) zum Bestimmen des Volumenstroms ermittelten Volumenstromwerten des Luftstroms Druckwerte des Luftstroms hergeleitet werden, und dass die Druckwerte, insbesondere in der Steuereinrichtung (40), mit den bestimmten Druckwerten der Komponente (16, 30) referenziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen von im Rahmen der Bestimmungsschritte a) und/oder b) bestimmten Werten und/oder im Rahmen des Referenzierungsschritts c) ermittelten Referenzierungswerten, mit Referenzwerten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwerte, insbesondere die definierten Druckverlustwerte, in einer Komponente des Lüftungssystems (12) bestimmt werden, die als Außenluft-Filtereinrichtung (16) ausgebildet und der Außenluftzufuhr (22) zugeordnet ist, dass mittels der Druckmesseinrichtung (17) Druckwerte, insbesondere definierte Druckverlustwerte, in der Außenluft-Filtereinrichtung (16) bestimmt werden und dass die bestimmten Volumenstromwerte des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms (25a), zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere den definierten Druckverlustwerten, in der Außenluft-Filtereinrichtung (16) referenziert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Referenzierungsschritts c) die Zuluftzufuhr zu dem Raum komplett geschlossen wird/ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwerte, insbesondere die definierten Druckverlustwerte, in einer Komponente des Lüftungssystems (12) bestimmt werden, die als Abluft-Filtereinrichtung (30) ausgebildet und der Abluftabfuhr (24) zugeordnet ist, dass mittels der Druckmesseinrichtung (31) Druckwerte, insbesondere definierte Druckverlustwerte, in der Abluft-Filtereinrichtung (30) bestimmt werden und dass die bestimmten Volumenstromwerte des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms (25a), zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere den definierten Druckverlustwerten, in der Abluft-Filtereinrichtung (30) referenziert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Referenzierungsschritts c) die Zuluftzufuhr zu dem Raum komplett geöffnet wird/ist.
Lüftungssystem (12) für einen Raum, wobei das Lüftungssystem (10) insbesondere Bestandteil eines Energiesystems (10) ist, aufweisend eine Außenluftzufuhr (15), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber ein bereitgestellter Zuluftstrom (18) in das Lüftungssystem (12) eintritt, eine Lüftungseinrichtung (19), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, eine Zuluftzufuhr (22) zu erzeugen und dem Raum als Zuluft bereitzustellen, eine Abluftabfuhr (24), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber Abluft aus dem Raum abgeführt und über die Lüftungseinrichtung (19) geführt wird, eine Fortluftabfuhr (40), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, die abgeführte Abluft als Fortluftstrom (25a) aus dem Lüftungssystem (12) abzuführen, wenigstens eine Einrichtung (29) zum Bestimmen von Volumenstromwerten wenigstens eines Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms (25a), die insbesondere der Fortluftabfuhr (40) zugeordnet ist, wenigstens eine Druckmesseinrichtung (17, 31) zum Bestimmen von Druckwerten, insbesondere von definierten Druckverlustwerten, in wenigstens einer Komponente (16, 30) des Lüftungssystems (12), die insbesondere als Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks ausgebildet ist, und die der wenigstens einen Komponente (16, 30) des Lüftungssystems (12) zugeordnet ist, eine Einrichtung, insbesondere eine Steuereinrichtung (40), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, die bestimmten Volumenstromwerte des Luftstroms, insbesondere des Fortluftstroms (25a), zu den bestimmten Druckwerten, insbesondere den definierten Druckverlustwerten, in der Komponente (16, 30) des Lüftungssystems (12) zu referenzieren, insbesondere abzugleichen und, auf Basis der Ergebnisse der Referenzierung, gegebenenfalls Maßnahmen zur Modifikation des Betriebs des Lüftungssystems (12) einzuleiten.
Lüftungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente des Lüftungssystems (12), bei der über die Druckmesseinrichtung Druckwerte, insbesondere definierte Druckverlustwerte, bestimmt werden, eine Außenluft-Filtereinrichtung (16) und/der eine Abluft-Filtereinrichtung (30) ist.
Lüftungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (12) eine Einrichtung (21) zur Einstellung des Zuluftstroms aufweist, und dass die Einrichtung (21) insbesondere als Zuluftklappe oder Zuluft-Ventileinrichtung ausgebildet ist.
Lüftungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) eine Datenverarbeitungseinrichtung und/der einen Steuercontroller und/oder eine Steuerlogik mit wenigstens einem Steuerelement aufweist oder als solche(r) ausgebildet ist.
Lüftungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (12) derart bereitgestellt ist, dass es in der Lage ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Energiesystem (10), insbesondere Hausenergiesystem, mit einer Energiequelleneinrichtung, die insbesondere als Elektrolyseeinrichtung (33) ausgebildet ist, und/oder mit einer Energiesenkeneinrichtung, die insbesondere als Brennstoffzelleneinrichtung (35) ausgebildet ist, und mit einem Lüftungssystem (12) zum Erzeugen eines Raumklimas für einen Raum, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 14 ausgebildet ist, oder dass das Lüftungssystem (12) derart bereitgestellt ist, dass es in der Lage ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.