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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Belüftung
eines Raumes.
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Aus der
DE 201 14 892 U1 ist eine Lüftungsvorrichtung
bekannt, die einen gebäudeaußenseitigen
Lufteinlass, einen Ventilator und eine dem Ventilator nachgeschaltete
Stellklappe aufweist. Die als Drosseleinrichtung wirkende Stellklappe
nimmt in Abhängigkeit
vom Druck der vom Ventilator geförderten
Zuluft eine Veränderung
des Strömungsquerschnittes
vor. Bei hohem Zuluftdruck wird der Strömungsquerschnitt verkleinert;
bei niedrigem Zuluftdruck erfolgt hingegen eine Vergrößerung des
Querschnitts. Die Stellklappe ist als Schalldämpfer ausgebildet, um die vom
mit konstanter Drehzahl laufenden Ventilator erzeugten Betriebsgeräusche zu
dämpfen.
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Es ist ferner bekannt, die Belüftung eines Raumes
mit einem Ventilator vorzunehmen, dessen Drehzahl einstellbar ist.
Soll der Zuluft-Volumenstrom erhöht
werden, so wird die Ventilatordrehzahl vergrößert. Durch Herabsetzen der
Drehzahl des Ventilators lässt
sich der Volumenstrom verkleinern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Belüftung
eines Raumes zu schaffen, die insbesondere bei unterschiedlichen Winddruckverhältnissen
die für
den Raum des Gebäudes
benötigte
oder gewünschte
Luftmenge, insbesondere Zuluftmenge, bevorzugt Frisch- oder Außenluftmenge,
bei geringem Geräuschpegel
bereitstellt, bevorzugt konstant bereitstellt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die
Vorrichtung einen mit einem elektrischen Antriebsmotor versehenen
Ventilator auf und besitzt ein vorzugsweise mit elektrischem Stellantrieb
versehenes Drosselorgan. Mit einer selbsttätig arbeitenden Steuer- oder Regeleinrichtung
erfolgt die Drehzahleinstellung des Ventilators und die Querschnittseinstellung
des Drosselorgans, wobei zur Verringerung des Luftvolumenstroms
oder zum Konstanthalten des Volumenstroms bei erhöhtem Druck
der zu fördernden
Luft zuerst die Drehzahl des Ventilators abgesenkt und dann der Querschnitt
des Drosselorgans verkleinert wird. Zur Vergrößerung des Luftvolumenstromes
oder zum Konstanthalten des Volumenstroms bei erniedrigtem Druck
der zu fördernden
Luft wird zuerst der Querschnitt des Drosselorgans vergrößert und
dann die Drehzahl des Ventilators angehoben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist als dezentrales Fassadenlüftungsgerät ausgebildet,
d.h., sämtliche
für den
Betrieb erforderliche Komponenten sind als Gerät, bevorzugt Kompaktgerät, insbesondere
in einem Gehäuse,
zusammengefasst, so dass eine einfache und preiswerte Installation
möglich
ist. Der Begriff „Fassade" in dem Merkmal „Fassadenlüftungsgerät" bringt zum Ausdruck,
dass das dezentrale Gerät
im Bereich der Fassade des zu belüftenden Raumes aufgestellt wird.
Hierdurch sind kurze und verlustarme Strömungskanäle gewährleitstet. Angesaugte Außenluft gelangt
auf kurzem Wege in das Gebäude.
Die Anordnung ist derart getroffen, dass für die Bereitstellung der benötigten Zuluftmenge
der Betriebsgeräusche
verursachende Ventilator mit möglichst
niedriger Drehzahl arbeitet. Bei mit Minimal-Drehzahl arbeitendem
Ventilator wird -zur Erhö hung
der Zuluftmenge oder zum Ausgleich eines insbesondere windbedingten
Unterdrucks zunächst
der Querschnitt des Drosselorgans vergrößert, um den Volumenstrom zu
erhöhen
oder konstant zu halten. Erst wenn diese Querschnittsvergrößerung nicht
ausreicht, wird die Drehzahl des Ventilators erhöht. Ein entsprechendes Vorgehen
ist bei einer Verkleinerung des Luftvolumenstroms oder dessen Konstanthalten
bei insbesondere Wind-Überdruck
vorgesehen, d.h., es erfolgt zuerst eine Drehzahlabsenkung des Ventilators
und dann ein entsprechend weites Schließen der Drosseleinrichtung.
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Eine Weiterbildung der Erfindung
sieht vor, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung die Drehzahl des
Ventilators zwischen einem Minimal- und einem Maximal-Drehzahlwert
einstellt und der Querschnitt des Drosselorgans zwischen einem Minimal-
und einem Maximal-Querschnittswert verändert, wobei die Verringerung
des Querschnitts des Drosselorgans beginnt, wenn die Drehzahl des
Ventilators einen Wert aufweist, der größer als der Minimal-Drehzahlwert
ist, und die Vergrößerung der
Drehzahl einsetzt, wenn der Querschnitt des Drosselorgans einen
Wert aufweist, der kleiner als der Maximal-Querschnittswert ist.
Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine Steuer- oder Regelüberschneidung
des Drehzahlstellbereiches in Bezug auf den Querschnittsstellbereich.
Zur Erhöhung
des Luftvolumenstromes oder dessen Konstanthalten bei Wind-Unterdruck
wird der Querschnitt des Drosselorgans vergrößert. Bevor der Maximal-Querschnittswert
erreicht ist, setzt die Drehzahlerhöhung des Ventilators ein, d.h.,
dieser vergrößert -ausgehend
von seiner Minimal-Drehzahl seine Umdrehungszahl. Im Zuge einer weiteren
Luftvolumenstrom-Vergrößerung oder
-konstanthaltung nimmt das Drosselorgan – unter gleichzeitiger Vergrößerung der
Ventilatordrehzahl – seinen
Maximal-Querschnittswert
ein. Eine von dort aus erfolgende, weitere Luftvolumenstromvergrößerung oder -konstanthaltung
wird dann mittels einer weiteren Drehzahlvergrößerung des Ventilators herbeigeführt.
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Vorzugsweise ist das Fassadenlüftungsgerät als Unterflurgerät, Brüstungsgerät oder Deckengerät ausgebildet.
Die Aufstellung des Geräts
erfolgt somit im Bereich der Fassade des zu belüftenden Raumes, wobei – in Abhängigkeit
bautechnischer Gegebenheiten oder planungstechnischer Vorgaben – die bevorzugt „unsichtbare" Unterbringung in
Boden oder Decke vorgesehen sein kann oder es erfolgt die Aufstellung
an der Brüstung,
also bevorzugt unterhalb oder vor einem Fenster. Es sind auch Mischformen der
vorstehend erwähnten
Aufstellungsmöglichkeiten denkbar.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass das Fassadenlüftungsgerät als Klimagerät ausgebildet
ist. Hierzu weist es insbesondere in seinem Gehäuse mindestens einen Wärmetauscher
und/oder eine Befeuchtungs- und/oder Entfeuchtungseinrichtung auf.
Mittels des Wärmetauschers
kann der vom Ventilator geförderte
und die Drosseleinrichtung passierende Luftvolumenstrom wärmetechnisch
beeinflusst, also erwärmt
oder gekühlt
werden. Mittels der Befeuchtungs- und/oder Entfeuchtungseinrichtung,
die zusätzlich
oder alternativ zum Wärmetauscher
vorhanden sein kann, lässt
sich die Zuluft, insbesondere Außenluft, in ihrem Wassergehalt
beeinflussen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn
die Steuer- oder Regeleinrichtung mit einer Volumenstrom-Erfassungseinrichtung,
insbesondere einem Winddrucksensor, einer Differenzdruckmesseinrichtung
oder einer Aneometereinrichtung (Hitzdraht- oder Flügelaneometer)
verbunden ist. Die jeweilige Volumenstromerfassungseinrichtung befindet
sich im Außenbereich
des Gebäudes,
bevorzugt im Bereich der Fassade, die dem zu belüftenden oder zu klimatisierenden
Raum zugeordnet ist, oder im zu belüftenden Raum oder – besonders
bevorzugt – im
Gehäuse
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
selbst. Die pro Zeiteinheit dem Raum zuzuführende Luftmenge lässt sich
im Zuge eines Steuer- oder Regelvorgangs – und unter Berücksichtigung
vorbestimmter Parameter – vorgeben,
so dass dieser Wert automatisch eingehalten wird. Dieser Vorgang
wird überlagert
von einer Winddrucksteuerung oder Winddruckregelung, derart, dass
der vom Winddrucksensor oder auf andere Art zur Verfügung gestellte
aktuell ermittelte Winddruckwert bei der Einstellung des Querschnitts
des Drosselorgans und/oder der Drehzahl des Ventilators Berücksichtigung
findet. Führt eine
Windlast oder eine erhöhte
Windlast auf die Fassade dazu, dass ein größerer Volumenstrom in den Außenlufteinlass
eintreten würde,
so sorgen die Drehzahleinstellung des Ventilators und die Querschnittseinstellung
des Drosselorgans dafür,
dass der in den zu belüftenden
Raum eintretende Volumenstrom konstant oder möglichst konstant bleibt oder
einem vorgegebenen Verlauf folgt, d.h., zunächst wird der Ventilator in seiner
Drehzahl heruntergefahren und dann – sofern dies noch nicht ausreichen
sollte – der
Querschnitt des Drosselorgans verringert. Besteht umgekehrt an der
Fassade aufgrund der Windverhältnisse
ein Unterdruck oder vergrößert sich
ein Unterdruck, so könnte
dies dazu führen,
dass der dem Raum zugeführte,
angesaugte Außenluft-Volumenstrom
zu klein wird. Dementsprechend wird zunächst selbsttätig eine
Vergrößerung des Querschnitts
des Drosselorgans erfolgen und – sofern
dies nicht ausreicht – die
Ventilatordrehzahl erhöht.
Aufgrund der Reihenfolge dieser Maßnahmen ist stets gewährleistet,
dass der Ventilator mit möglichst
geringer Drehzahl läuft
und sich dementsprechend eine möglichst
niedrige Geräuschkulisse
einstellt. Mittels geeigneter Schalldämpfungsmaßnahmen lässt sich der Geräuschpegel
noch weiter reduzieren. Zusätzlich
oder alternativ zu dem Winddrucksensor kann vorgesehen sein, dass
zum Konstanthalten des Volumenstroms, insbesondere Außenluft-Volumenstroms,
der Ist-Volumenstrom gemessen wird. Dies kann durch Ermittlung des
Differenzdrucks, z. B. dem Druck eines Luftauslasskastens gegenüber dem
Raum, oder mit einer Blende im Drosselorgan erfolgen, wobei beispielhaft
dieser Blende auf beiden Seiten liegende Drucksensoren zugeordnet
sind. Ferner ist es denkbar, mittels eines Hitzedraht- oder Flügel-Anemometer
im Bereich des Drosselorgans den Volumenstrom der Zuluft, insbesondere
Außenluft
zu ermitteln. Als weitere, bevorzugte Möglichkeit zur Erfassung des
Ist-Volumenstromes
kann die Drehzahl des Ventilators und der vom elektrischen Antrieb
aufgenommene Strom ermittelt werden. Aus diesen beiden Größen ist
der Ist-Volumenstrom, vorzugsweise über ein Kennfeld, bestimmbar.
Die Drehzahl kann zum Beispiel mittels eines Tachogenerators ermittelt
werden. Die Regelgröße für eine Drehzahlveränderung
des Ventilators und/oder die Veränderung
des Querschnitts des Drosselorgans wird aus dem Vergleich des Ist-Volumenstroms zum
Soll-Volumenstrom ermittelt. Beim Auftreten einer Regeldifferenz
wird der Ist-Volumenstrom
derart eingestellt, dass er sich dem Soll-Volumenstrom wieder annähert. Hierzu
wird eine Drehzahlveränderung
des Ventilators und/oder eine Querschnittsverstellung des Drosselorgans
entsprechend dem erfinderischen Vorgehen vorgenommen. Die Ermittlung
des Ist-Volumenstromes kann also innerhalb des dezentralen Fassadenlüftungsgeräts erfolgen. Anders
ist dies beim erwähnten
Windsensor, der außerhalb
des Gebäudes
angeordnet ist.
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Sollte sich in einem Betriebszustand
das Drosselorgan wegen der äußeren Windbedingungen ganz
schließen,
so ist vorzugsweise nach einer Zeit t vorgesehen, dass sich das
Drosselorgan wieder auf den vorgegebenen Wert öffnet, um festzustellen, ob sich
die Bedingungen inzwischen geändert
haben. Wird in einem solchen Falle der Ist-Volumenstrom mittels
der Ventilatordrehzahl und der Stromaufnahme des elektrischen Ventilatorantriebs
ermittelt, so ist nicht nur das Drosselorgan nach Ablauf der Zeit
t wieder zu öffnen,
sondern auch der Ventilator auf eine vorgeschriebene Drehzahl einzustellen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein
Verfahren zur Belüftung
eines Raumes, mit einem einen elektrischen Antriebsmotor aufweisenden
Ventilator, einem mit vorzugsweise elektrischem Stellantrieb versehenen Drosselorgan
und einer selbsttätig
arbeitenden Steuer- oder Regeleinrichtung zur Drehzahleinstellung
des Ventilators und zur Querschnitteeinstellung des Drosselorgans,
wobei zur Verringerung des Luftvolumenstroms oder zum Konstanthalten
des Volumenstroms bei erhöhtem
Druck der zu fördernden Luft
zuerst die Drehzahl des Ventilators abgesenkt und dann der Querschnitt
des Drosselorgans verkleinert wird, und zur Vergrößerung des
Luftvolumenstroms oder zum Konstanthalten des Volumenstroms bei
erniedrigtem Druck der zu fördernden
Luft zuerst der Querschnitt des Drosselorgans vergrößert und dann
die Drehzahl des Ventilators angehoben wird, und wobei die Belüftung als
dezentrale Belüftung durchgeführt wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass
die Drehzahl des Ventilators zwischen einem Minimal- und einem Maximal-Drehzahlwert
einstellbar und der Querschnitt des Drosselorgans zwischen einem
Minimal- und einem Maximal-Querschnittswert veränderbar ist, wobei die Verringerung
des Querschnitts des Drosselorgans beginnt, wenn die Drehzahl des
Ventilators einen Wert aufweist, der größer als der Minimal-Drehzahlwert
ist, und die Vergrößerung der Drehzahl
einsetzt, wenn der Querschnitt des Drosselorgans einen Wert aufweist,
der kleiner als der Maximal-Querschnittswert
ist.
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Bevorzugt wird derart vorgegangen,
dass der Winddruck vorzugsweise im Bereich der Fassade am den Raum
aufweisenden Gebäude
erfasst und in Abhängigkeit
des Winddrucks die Drehzahl- und Querschnittseinstellung mittels
der Steuer- oder Re geleinrichtung selbsttätig eingestellt wird. Unabhängig vom
Winddruck werden die Lüftungsverhältnisse oder
Klimatisierungsverhältnisse
im Raum konstant gehalten.
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Die Steuerung oder Regelung wird
derart durchgeführt,
dass bei Windstille der Ventilator eine Drehzahl aufweist, deren
Wert kleiner als die Maximal-Drehzahl und größer als die Minimal-Drehzahl ist.
Bevorzugt liegt der Drehzahlwert etwa bei der Hälfte oder zwei Drittel der
Maximal-Drehzahl. Ferner ist bei nicht vorhandenem Winddruck vorgesehen, dass
der Querschnitt des Drosselorgans einen Wert aufweist, der dem Maximal-Querschnittswert
entspricht. Erst wenn die Ventilatordrehzahl auf etwa ein Drittel
der Maximal-Drehzahl abgesunken ist, beginnt der Schließvorgang
des Drosselorgans. Ist die Ventilatordrehzahl bis auf den Minimal-Drehzahlwert abgesunken,
so liegt in diesem Betriebspunkt ein Querschnittswert des Drosselorgans
vor, der etwa als „halboffen" zu bezeichnen ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass beim
Unterschreiten eines Unterdruck-Minimalwertes der Außenluft
am Gebäude,
insbesondere der Fassade, der Ventilator ausgeschaltet und das Drosselorgan
geschossen werden. Da die Schließstellung des Drosselorgans
vorliegt, ist es sinnvoll, gleichzeitig den Ventilator auszuschalten.
Die Schließstellung
des Drosselorgans bewirkt, dass sich der Unterdruck im Bereich der
Fassade nicht auf den Luftdruck im Raum auswirkt.
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Wird ein Überdruck-Maximalwert außen am Gebäude relativ
zum Luftdruck im Raum aufgrund der Wetterverhältnisse überschritten, so wird der Ventilator
ausgeschaltet und das Drosselorgan geschlossen. Auch hier führt das
Schließen
des Drosselorgans konsequenter Weise zum Ausschalten des Ventilators
und der Verschluss des Drosselorgans dazu, dass der starke Überdruck
in der Außenatmosphäre nicht
zu einer Luftdruckbeeinflussung im Raum und auch nicht zu einem
zu großen,
eintretenden Luftvolumenstrom führt.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Figuren veranschaulichen die
Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
und zwar zeigt:
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1 ein
Gebäude
mit einem zu belüftenden Raum,
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2 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Belüftung des
Raumes und
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3 Betriebsdiagramme
der Vorrichtung gemäß 2.
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Die 1 zeigt
ein Gebäude 1,
in dem sich ein Raum 2, beispielsweise ein Zimmer eines
Büros, befindet.
Auf der der Fassade 3 des Gebäudes 1 beziehungsweise
Raumes 2 zugewandten Seite weist der Raum 2 eine
Vorrichtung 4 zur Belüftung
des Raumes 2 auf. Die Vorrichtung 4 ist als Brüstungsgerät 5 ausgebildet
und besitzt einen nach außen
führenden,
an der Fassade 3 gelegenen Außenlufteinlass 6.
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Die Pfeile 7 verdeutlichen
eine auf die Fassade 3 wirkende Windlast, d.h., die Fassade 3 stellt – entsprechend
der angenommenen Wetterlage – die Luv-Seite des Gebäudes 1 dar,
während
die gegenüberliegende
Fassade 8 dementsprechend die Lee-Seite des Gebäudes 1 bildet.
Es wird deutlich, dass die Windlast 7 auch auf den Außenlufteinlass 6 wirkt
und dementsprechend eine in den Raum 2 erfolgende Luftförderung
der Vorrichtung 4 unterstützt. Eine Volumenstromerhöhung wäre die Folge.
Würde der
Wind in umgekehrter Richtung wehen, die Fassade 3 daher
eine Lee-Seite bilden, so würde
auf die Fassade 3 nicht ein Überdruck, sondern ein Unterdruck
wirken, mit der Folge, dass sich der von der Vorrichtung 4 durch
den Außenlufteinlass 6 geförderte Volumenstrom
verringern und damit eine vorgegebene Luftwechselzahl im Raum 2 nicht
eingehalten werden würde.
Zur Vermeidung der vorstehend genannten Volumenstromveränderungen
ist gemäß 2 vorgesehen, dass die als
dezentrales Fassadenlüftungsgerät 9 ausgebildete
Vorrichtung 4 in seinem/ihrem Gehäuse 10 ein Drosselorgan 11,
eine vorzugsweise als Ventilator 12 ausgebildete Luftförderanlage 13,
einen Wärmetauscher 14 und
einen Luftauslass 15 aufweist. Der Wärmetauscher 14 ist optional
vorgesehen, d.h., es ist auch eine Ausführung des dezentralen Fassadenlüftungsgeräts 9 ohne
Wärmetauscher
denkbar. Ist kein Wärmetauscher
vorhanden, so dient die Vorrichtung 4 der reinen Raumlüftung; mit
Wärmetauscher
ist auch ein Klimatisierungsbetrieb möglich. Anstelle des Wärmetauschers
oder zusätzlich
zum Wärmetauscher
kann – nach
einer weiteren Ausführungform-
auch eine Befeuchtungs- und/oder Entfeuch tungseinrichtung im Gehäuse 10 des
dezentralen Fassadenlüftungsgeräts 9 untergebracht
sein.
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Die Anordnung ist gemäß 2 derart getroffen, dass
Außenluft
AU durch den Außenlufteinlass 6 vom
Ventilator 12 über
das Drosselorgan 11 angesaugt und zum Luftauslass 15 – gegebenenfalls unter
Passieren des Wärmetauschers 14 – gefördert wird.
Die geförderte
Luft tritt gemäß Pfeil 16 in
den Raum 2 zur Belüftung/Klimatisierung
ein. Für
die Entlüftung
weist der Raum 2 an geeigneter Stelle einen Raumluftauslass
(nicht dargestellt) auf. Alternativ ist es auch möglich, dass
die Raumluft den Raum 2 über eine entsprechende Einrichtung
des dezentralen Fassadenlüftungsgeräts 9 verlässt und
in einem solchen Falle an der Fassade 3 austritt.
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Eine separate oder in das Gehäuse 10 integrierte
Steuer- oder Regeleinrichtung 17 dient der Betriebsführung der
Vorrichtung 4. Im Nachstehenden wird auf die Ausführungsform
einer Regelung eingegangen. Entsprechendes gilt jedoch auch für den Fall,
dass kein geschlossener Regelkreis vorliegt, sondern eine Steuerfunktion.
Die Regeleinrichtung 17 steht mit einem Winddrucksensor 18 in
Wirkverbindung, der sich außen
an der Fassade 3 befindet und die Windlast 7 erfasst.
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Die als dezentrales Fassadenlüftungsgerät 9 ausgebildete
Vorrichtung 4 arbeitet folgendermaßen: Um den Raum 2 mit
der notwendigen Außenluftmenge,
insbesondere mit einem konstanten, winddruckunabhängigen Frischluft-Volumenstrom,
zu versorgen ist die Regeleinrichtung 17 auf eine bestimmte
Luftwechsel zahl eingestellt, d.h., pro Stunde erfolgt ein vorgebbarer
Luftwechsel im Raum 2. Alternativ kann auch eine Grundlüftung des
Raumes 2 vorgesehen sein, d.h., es wird zwar ein bestimmter
Frischluftteil zugeführt,
jedoch erfolgt dies nicht ausschließlich über die Vorrichtung 4,
sondern beispielsweise auch noch über individuell zu öffnende
Fenster oder dergleichen. Zusätzlich
oder alternativ ist auch ein Umluftbetrieb denkbar. Beträgt die Windlast 7 den
Wert Null, liegt also an der Fassade 3 des Gebäudes 1 Windstille
vor, so weisen Drosselorgan 11 und Ventilator 12 die
Betriebszustände
gemäß 3 auf, die sich auf der
Abszisse entlang der strichpunktierten, mit KW bezeichneten Linie
ergeben. KW bedeutet „keine
Windlast". Links
von dem Betriebspunkt KW ist auf der Abszisse ein Unterdruck U und
rechts davon ein Überdruck Ü abgetragen.
Je größer der Überdruck Ü aufgrund
einer Windlast 7 an der Fassade 3 ist, umso mehr
verschiebt sich der Arbeitspunkt des Fassadenlüftungsgeräts 9 – ausgehend
von der Linie KW – nach
rechts. Liegt an der Fassade aufgrund der vorstehend erwähnten Lee-Situation
ein Unterdruck U vor, so verschiebt sich der Betriebspunkt der Vorrichtung 4 – ausgehend
von der Linie KW – nach links.
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Der 3 ist
zu entnehmen, dass im Falle der Windstille, also KW = Null, das
Drosselorgan 11 seinen Maximal-Querschnittswert aufweist
und der Ventilator 12 mit einer Drehzahl läuft, die
etwa zwei Drittel des Maximal-Drehzahlwertes ausmacht. Zur Verdeutlichung
sollen zunächst
die beiden Diagramme der 3 näher erläutert werden.
Das obere Diagramm bezieht sich auf die Drehzahl des Ven tilators 12.
Mit nmax ist die maximale Drehzahl, mit
nmin die minimale Drehzahl gekennzeichnet.
Der Ventilator 12 ist ausgeschaltet, wenn die Drehzahl
na vorliegt, d.h., die Drehzahl na hat den Wert Null.
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Im unteren Diagramm der 3 ist die Klappenstellung
des Drosselorgans 11 dargestellt, wobei der Wert KZ die geschlossene Klappe kennzeichnet, also
der Minimal-Querschnittswert vorliegt. Mit Ka ist der
Maximal-Querschnittswert bezeichnet, d.h., die Klappe des Drosselorgans 11 befindet
sich in maximaler Offenstellung. In dem mit den Bezeichnungen Ü1 bis Ü3 gekennzeichneten Bereich kann – wie aus dem
unteren Diagramm der 3 ersichtlich – das Drosselorgan 11 kontinuierlich
geöffnet
beziehungsweise geschlossen werden. Zwischen den Werten Ü1 und Ü3 liegt der Wert Ü2,
der die Drosselorgankennlinie etwa im Betriebspunkt eines halbgeöffneten Drosselorgans 11 schneidet.
In Bezug auf den Ventilator 12 kennzeichnet Ü2 den Übergangspunkt
zwischen minimaler Drehzahl und – von diesem Betriebspunkt
ausgehend – kontinuierlich
steigender Drehzahl. Die maximale Drehzahl erreicht der Ventilator 12 im
Betriebspunkt U2, der zwischen dem Wert
KW und U1 liegt.
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Insgesamt liegen folgende Kurvenverläufe/Rampenverläufe gemäß 3 vor: Rechtsseitig des
Betriebspunktes Ü3 ist der Ventilator 12 ausgeschalt,
d.h., seine Drehzahl besitzt den Wert Null. Im Betriebspunkt Ü3 wird der Ventilator 12 eingeschaltet. Er
nimmt den Wert nm
i
n ein, fördert
also mit einer Minimal-Drehzahl. Dieser Betriebszustand bleibt konstant
bis zum Betriebspunkt Ü2 eingehalten. Von dort aus bis zum Betriebspunkt
U2, also über die Betriebspunkte Ü1 und KW hinaus steigert der Ventilator 12 vorzugsweise
kontinuierlich seine Drehzahl bis auf den Maximalwert, d.h., er
fördert – ausgehend
vom Minimal-Volumenstrom – kontinuierlich
immer mehr, bis die maximale Förderrate
erreicht ist. Ab Betriebspunkt U2 bleibt
die Maximal-Drehzahl nmax des Ventilators 12 konstant.
Im Betriebspunkt U1 erfolgt ein Ausschalten
des Ventilators, so dass seine Drehzahl auf den Wert na sinkt,
also Null ist.
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Die Kennlinie des Drosselorgans 11 weist jenseits
des Betriebspunktes Ü3 den Wert KZ auf, kennzeichnet
somit die geschlossene Klappe (Klappe zu), so dass kein Volumenstrom
passieren kann. Vom Betriebspunkt Ü3 ausgehend öffnet des
Drosselorgans bis auf den Maximal-Querschnitt kontinuierlich, wobei
der Maximal-Querschnittswert im Betriebspunkt Ü1 vorliegt
und im Zuge des Öffnungsvorganges
der Betriebspunkt Ü2 überfahren
wird. Zwischen den Betriebspunkten Ü1 und
U1 weist das Drosselorgan 11 die
voll geöffnete
Stellung (Maximal-Querschnittswert) auf. Dieser Wert liegt somit
auch in den Betriebspunkten KW und U2 vor.
Im Betriebspunkt U1 erfolgt abrupt das Schließen des
Querschnittes des Drosselorgans 11, d.h., hier liegt wieder
der Wert KZ vor .
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Tritt – ausgehend vom Betriebspunkt
KW (keine Windlast) – ein Überdruck Ü an der
Fassade 3 des Gebäudes 1 aufgrund
einer Windlast 7 auf, so wird anhand der 1 bis 3 deutlich,
dass diese Windlast 7 vom Windsensor 18 erfasst,
durch Differenzdruckmes sung oder Aneometermessung ermittelt beziehungsweise
auf andere Art sensiert und der Regeleinrichtung 17 als
Information zugeführt
wird. Diese regelt den Querschnittswert des Drosselorgans 11 (Klappenwinkel α) und auch
die Drehzahl n des Ventilators 12. Um den in den Raum 2 durch
den Außenlufteinlass 6 geförderten
Volumenstrom konstant zu halten, drosselt die Regeleinrichtung 17 gemäß 3 selbsttätig die
Drehzahl des Ventilators 12, so dass der Volumenstrom konstant
bleibt. Bis zu einem Überdruck Ü1 erfolgt das erwähnt Absinken der Drehzahl des
Ventilators 12. Im Betriebspunkt Ü1 weist
der Ventilator 12 etwa ein Drittel seiner Maximal-Drehzahl auf. Um – bei stärkerem Windüberdruck Ü – weiterhin
einen konstanten Volumenstrom in den Raum 2 einbringen
zu können,
wird im Bereich zwischen den Betriebspunkten Ü1 und Ü2 die Ventilatordrehzahl weiter heruntergefahren,
jedoch zusätzlich
auch der Querschnitt des Drosselorgans 11 verkleinert.
Im Betriebspunkt Ü2 ist das Drosselorgan bevorzugt ungefähr zu vierzig
Prozent geschlossen. Steigt der Überdruck Ü an der
Fassade 3 des Gebäudes 1 weiter,
so ist es für
konstante Belüftungsverhältnisse
im Raum 2 notwendig, das Drosselorgan 11 weiter
zu schließen
(Betriebsbereich zwischen den Punkten Ü2 und Ü3. In diesem Bereich sinkt der Querschnittswert
des Drosselorgans 11 kontinuierlich; die zugehörige Ventilatordrehzahl
bleibt auf dem Minimal-Drehzahlwert konstant. Bei noch größerem Überdruck
(jenseits von Ü3, liegen nicht mehr stabile Verhältnisse
vor, so dass das Drosselorgan 11 vollkommen schließt und der
Ventilator 12 ausgeschaltet wird).
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Liegt andererseits an der Fassade 3 ein
Unterdruck U aufgrund einer Lee-Situation vor, so bleibt – gemäß 3 und ausgehend von Wert
KW- das Drosselorgan in seiner Stellung des Maximal-Querschnittswertes
konstant, während
die Drehzahl n des Ventilators 11 kontinuierlich bis zum
Unterdruckwert U2 ansteigt. Vergrößert sich
der Unterdruck noch weiter, so bleibt die Ventilatordrehzahl auf
dem Maximal-Drehzahlwert nmax konstant;
das Drosselorgan ist voll geöffnet
(Ka). Bei einem Unterdruck jenseits von U1 werden
Ventilator 12 ausgeschaltet und das Drosselorgan 11 vollständig geschlossen.
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Aus der 3 ergibt sich, dass im Bereich Ü1 bis Ü2 die beiden Regelkurven von Ventilator 12 und Drosselorgan 11 eine Überschneidung
bilden, diese beiden Regelbereiche somit in dieser Zone gemeinsam
wirksam sind. Der Bereich der Regelüberschneidung ist gewollt und
stabilisiert den Regelungsprozess. Dies deshalb, weil die Auswirkung
einer Querschnittsverstellung des Drosselorgans im Falle der Ausbildung
als Klappenventil im vorliegenden Stellwinkelbereich (α) relativ
gering ist. Daher beginnt im Überschneidungsbereich
frühzeitig
der Schließvorgang,
da es im Bereich kleinerer Öffnungswinkel α zu stärker spürbaren Volumenstromänderungen
kommt .
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Erfindungsgemäß wirkt das Drosselorgan mit
seiner Regelklappe gleichzeitig auch als Absperrklappe. Die Absperrklappe
benötigt
zum Regeln beziehungsweise zum Absperren lediglich ein Klappenblatt.
Wie dargestellt, wird zur Ausregelung von Winddruckverhältnissen
an der Fassade 3 des Gebäudes bei Unter druck zuerst
die Drehzahl des Ventilators 12 geregelt, wobei die Regelklappe
des Drosselorgans 11 vollständig geöffnet bleibt. Ab einem gewissen Überdruck
an der Fassade 3 kommt es zur Überschneidung der Regelung
des Ventilators 12 mit der Regelung der Regelklappe. Dies
ist auch sinnvoll, um die Geräusche
des Ventilators 12, die immer dominant sein können, so
gering wie möglich
zu halten. Nimmt der Überdruck
weiter zu, so geht der Ventilator 12 auf minimale, konstante
Drehzahl und die Regelung des Zuluftvolumenstroms wird von der Regelklappe übernommen.
Steigt der Überdruck
weiter, schließt
die Klappe vollständig
und der Ventilator 12 schaltet aus. Die erwähnte Regelüberschneidung
ist – wie
bereits erwähnt – sinnvoll,
da sich in der Zone einer großen
Querschnittsöffnung
keine merkliche Volumenstromänderung
der Zuluft ergibt. Der Regelbereich bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen
wird voll ausgefahren, d.h., eine 60°-Klappe wird über den Bereich
von α =
60° geregelt.
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Die Anordnung ist erfindungsgemäß derart getroffen,
dass zumeist Betriebspunkte bei „normalen" Wettersituationen vorliegen, in denen
die Drehzahl des Ventilators 12 sehr niedrig und die Stellung der
Klappe sehr weit offen ist. Insgesamt ist somit das Geräusch, dass
vom Ventilator 12 verursacht wird, sehr niedrig. Die Regelung
optimiert Drehzahl und Klappenstellung derart, dass der Ventilator
den Soll-Volumenstrom möglichst
bei minimaler Drehzahl ausregelt. Dies gilt vor allem bei Luv-Situationen,
in denen die Außenluftklappe
als Drosselklappe geräuschneutral
Spitzen bis zu 1.000 Pa (Pascal) ausregeln kann. Muss der Ventilator 12 die
Winddruck differenz über
seine Ansaugöffnung
(Lee-Seite) zusätzlich überwinden,
wird die Drosselklappe zuerst geöffnet
und danach über
die Erhöhung
der Drehzahl die Situation ausgeregelt. Insgesamt ist aufgrund der
Erfindung ein schwingungsfreies System geschaffen, dass einen einfachen
Regelalgorithmus besitzt. Die Klappe beginnt zu schließen, bevor
die minimale Motorspannung beziehungsweise Motordrehzahl des Ventilators
erreicht ist. Damit ist eine optimale Kopplung der Regelcharakteristiken
von Klappe und Ventilator geschaffen. Einer Stellgröße x ist
in Bezug auf das erfindungsgemäße Regelungsverfahren
je eine Ventilatorstellgröße y und
eine Klappenstellgröße k zugeordnet.
Mit der Stellgröße x wird
der Vorgang geregelt. Ist der tatsächliche, durch eine Windlast
beeinflusste Volumenstrom V zu groß, dann wird x größer und
somit – je
nach Funktionskurve von Klappe und Drehzahl – die Drehzahl reduziert und
gegebenenfalls auch der Klappenwinkel verringert. Ist der Volumenstrom
V zu klein, dann wird x kleiner und somit die Klappe weiter geöffnet und
möglicherweise die
Drehzahl auch noch weiter angehoben. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
wird die Klappenhysterese ausgeglichen. Bevorzugt liegt eine langsame
Regelung vor, so dass auch bei Windböen keine Schwingungen auftreten.