DE10317471B3

DE10317471B3 - Verfahren zur Entlüftung eines Gebäudes, sowie Entlüftungsanlage für ein Gebäude

Info

Publication number: DE10317471B3
Application number: DE10317471A
Authority: DE
Inventors: Bernd Teipen
Original assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-04-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entlüftungsanlage (10) für ein Gebäude (12), sowie ein Verfahren zur Entlüftung eines Gebäudes. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein Gebläse (32) mit drehzahlabhängiger Saugleistung zum Absaugen von Luft aus dem Innenraum des Gebäudes (12) über einen Abluftkanal (30) und einer Regelungseinrichtung (34, 38) zur Regelung der Saugleistung in Abhängigkeit von dem im Abluftkanal (30) herrschenden Druck. Die Regelungseinrichtung (34, 38) umfaßt einen Drucksensor (38) zur Messung eines Ist-Drucks, der an einem Steuergerät (34) zur Drehzahlsteuerung angebracht ist und über einen Druck-Meßschlauch (40) mit dem Abluftkanal (30) in Verbindung steht, und ist zur Erhaltung eines unter dem Atmosphärendruck liegenden konstanten Soll-Drucks im Abluftkanal (30) eingerichtet. Erfindungsgemäß ist die Regelungseinrichtung (34, 38) dazu ausgebildet, ein Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Grenzwertes bei einem gleichzeitigen Ansteigen des gemessenen Ist-Drucks über einen vorgegebenen Druck-Grenzwert hinaus automatisch als Betriebsfehler zu diagnostizieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entlüftung eines Gebäudes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie auf eine entsprechende Entlüftungsanlage für ein Gebäude.

Entlüftungsanlagen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen und für verschiedene Anwendungsformen bekannt. So offenbart beispielsweise die EP 0 612 960 B1 ein Verfahren und eine Regelschaltung zur Regelung eines motorgetriebenen Gebläses zum Erzeugen eines Zuges in einem Erwärmungs-, Ventilationsoder Luftkonditionierungssystem, bei welchem der Luftdruck im Abzug abgetastet wird und mit einem vorgegebenen Druck verglichen wird. Die Drehzahl des Gebläses wird in Abhängigkeit von einer Abweichung des gemessenen Drucks vom vorgegebenen Druck eingestellt. Es kann ein erster, kleinerer Luftdruck und ein zweiter, höherer Luftdruck vorgegeben werden, und die Drehzahl bzw. das Drehmoment des Motors wird mit einer ersten Geschwindigkeit vergrößert, wenn der abgetastete Druck unterhalb des abgetasteten Drucks liegt, und mit einer zweiten Geschwindigkeit verkleinert, wenn der abgetastete Druck oberhalb des abgetasteten Drucks liegt. Die ersten und zweiten Geschwindigkeiten werden proportional als eine Funktion des Verhältnisses des zweiten zum ersten Druck vergrößert, wenn der zweite Druck angegeben wird, wodurch Drehzahl bzw. Drehmoment des Motors bei den proportional erhöhten ersten und zweiten Geschwindigkeiten vergrößert oder verkleinert wird.

Vergleichbare Anlagen und Verfahren werden offenbart durch die EP 0 803 971 B1 , die DE 196 54 955 A1 , die JP 01014533 A , die DE 697 01 042 T2 , die DE 695 12 626 T2 sowie durch den Artikel "Fehlerdetektor für die Lüftung" von Peter Gruber in Heizung/Klima 2001, Vol 12-00, S. 48ff.

Entlüftungsanlagen werden häufig dazu verwendet, größere Gebäude oder Gebäudekomplexe zu entlüften. Zu diesem Zweck ist üblicherweise ein Gebläse über ein System von Abluftkanälen mit den Innenräumen des Gebäudes verbunden, so daß die in den Räumen befindliche Luft nach außen abgesaugt werden kann. Die Saugleistung des Gebläses ist von dessen Drehzahl abhängig und läßt sich so einstellen, daß sich im Kanalsystem ein gewünschtes Unterdruckniveau einstellt und stets ein leichter Sog zum Gebläse hin vorhanden ist.

Zur Erhaltung dieses leichten Unterdrucks ist eine Regelungseinrichtung notwendig, die die Saugleistung des Gebläses in Abhängigkeit von dem Druck im Gebäude regelt. Dies ist vor allem deshalb erforderlich, weil der Entlüftungsvorgang in der Regel durch Ventile gesteuert wird, die in den jeweils zu den Räumen führenden Anschlußkanälen des sich verzweigenden Kanalsystems angeordnet sind, so daß sich die einzelnen Räume des Gebäudes individuell entlüften lassen. Abhängig davon, in welchem Öffnungszustand sich die Ventile gerade befinden, kann sich stets der Strömungsquerschnitt ändern, durch welchen die Luft abgesaugt wird. Die Gebläseleistung muß daher ständig auf die augenblicklich vorherrschenden Verhältnisse eingestellt werden. Der Unterdruck im Kanal und damit auch das Luftvolumen, das aus den einzelnen Räumen abgesaugt wird, wird kleiner, d.h., absolut betrachtet steigt der Druck an, wenn bei konstanter Drehzahl des Lüftungsantriebs zusätzliche Ventile geöffnet werden. Um diesen Effekt zu kompensieren, muß die Gebläseleistung so geregelt werden, daß der Druck im Kanal ein konstantes Niveau beibehält.

Die Regelungseinrichtung umfaßt einen Drucksensor, der mit einem Steuergerät zur Drehzahlsteuerung des Gebläses verbunden ist und dazu dient, das Druckniveau an einer geeigneten Stelle zu bestimmen, also typischerweise in dem Haupt-Abluftkanal, der unmittelbar zum Gebläse führt.

Aus konstruktiven Gründen ist es oftmals problematisch, den Drucksensor am Abluftkanal anzubringen. Daher wird der Drucksensor in der Regel unmittelbar am Steuergerät angebracht und ist mit dem Abluftkanal über einen Druck-Meßschlauch verbunden. Ist der vom Drucksensor gemessene Ist-Druck niedriger als der vorgegebene, unterhalb des Atmosphärendrucks liegende Soll-Druck, so wird die Gebläse-Drehzahl vermindert und im umgekehrten Fall erhöht.

Ein Regelungsproblem tritt dann auf, wenn die Verbindung des Drucksensors mit dem Abluftkanal gestört ist. Ist also der Schlauch unsachgemäß angeschlossen oder ist die Schlauchverbindung unterbrochen, beispielsweise durch einen Knick oder ein Einklemmen des Schlauchs, kommt es zu einer Abweichung zwischen dem vom Drucksensor gemessenen Druck und dem tatsächlich im Abluftkanal herrschenden Druck. Eine dauerhafte Unterbrechung der Verbindung führt zu einem Anstieg des Drucks in dem Teil des Meßschlauchs, der zwischen dem Drucksensor und der Stelle der Unterbrechung liegt, so daß das Steuergerät vom Drucksensor ein Signal empfängt, das einem zu hohen Druck entspricht. Infolgedessen erhöht das Steuergerät die Drehzahl des Gebläses, mit dem Ziel, der scheinbaren Druck-Erhöhung entgegenzuwirken. Dies führt wiederum zu einer Reihe unerwünschter Effekte, wie z. B. einer starken Geräuschentwicklung, einem unerwünscht starken Luftzug in den Räumen des Gebäudes und einer übermäßigen Beanspruchung des Gebläses. Überdies wird der Energieverbrauch im Gebäude erhöht, da durch die übermäßige Entlüftung erwärmte Luft abgesaugt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine entsprechende Entlüftungsanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf solche Weise zu betreiben ist, daß bei einer Störung der Druckverbindung zwischen dem Drucksensor und dem Abluftkanal Regelungsfehler der oben genannten Art vermieden werden und insbesondere ein Betrieb des Gebläses mit übermäßig hoher Drehzahl und Saugleistung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu vorgesehen, eine Betriebsstörung zu diagnostizieren, die auf eine Unterbrechung der Meßschlauch-Verbindung des Drucksensors mit dem Abluftkanal zurückzuführen ist. Zu diesem Zweck werden zwei Diagnose-Kriterien herangezogen, nämlich ein Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Grenzwertes und ein gleichzeitiges Ansteigen des vom Drucksensor gemessenen Ist-Drucks über einen vorgegebenen Druck-Grenzwert hinaus. Treffen beide Bedingungen gleichzeitig ein, so stellt die Regelungseinrichtung automatisch einen Betriebsfehler fest.

Tritt also der oben beschriebene Fall ein, daß der Meßschlauch beispielsweise eingeklemmt und somit unterbrochen wird und der Druck im Schlauch auf der Seite des Drucksensors ansteigt, so diagnostiziert das Steuergerät, daß die hierdurch initiierte Erhöhung der Gebläse-Drehzahl der Druckerhöhung nicht entgegenwirkt, sondern daß der gemessene Druck vielmehr weiter ansteigt, da der tatsächlich im Abluftkanal des Gebäude herrschende und durch die steigende Gebläseleistung sinkende Druck nicht auf den Drucksensor wirken kann. Daher indizieren die hohe Gebläsedrehzahl und ein gleichzeitiger Druckanstieg über den vorbestimmten Grenzwert hinaus einen Fehler im Regelkreis. Das System kann somit automatisch Maßnahmen ergreifen, die einer zu hohen Drehzahl und den damit verbundenen negativen Effekten entgegenwirken.

Vorzugsweise wird bei einer Diagnose eines Betriebsfehlers der Regelungsvorgang automatisch deaktiviert, und stattdessen wird die Gebläse-Drehzahl auf einen konstanten Wert eingestellt. In diesem Fall wird die Druckregelung der Entlüftungsanlage eingestellt und durch einen Gebläsebetrieb mit einer moderaten Drehzahl ersetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform generiert die Regelungseinrichtung im Fall eines Betriebsfehlers automatisch ein Fehlersignal, das durch eine Bedienungsperson wahrnehmbar ist, so daß die Möglichkeit besteht, Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung zu ergreifen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Regelungseinrichtung dazu vorgesehen, eine Unterbrechung der Spannungsversorgung zu diagnostizieren. Solche Fehler treten leicht bei einem unsachgemäßen Anschließen des Steuergerätes auf und führen zu Fehlfunktionen, die in oben beschriebenen Fehlern bei einer Unterbrechung des Meßschlauches vergleichbar sind.

Auch in diesem Fall wird der Regelkreis gestört, und es können vergleichbare Maßnahmen ergriffen werden, wie etwa eine Deaktivierung des Regelkreises und Stabilisierung der Drehzahl auf einem konstanten Wert sowie insbesondere die Ausgabe eines Fehlersignals. Vorzugsweise läßt sich eine Überhöhung des Ausgangssignals des Drucksensors, die in diesen Fällen auftreten kann, als Kriterium für das Vorliegen eines Fehlers in der Spannungsversorgung des Drucksensors heranziehen.

Eine entsprechende Anlage zur Entlüftung eines Gebäudes wird durch Anspruch 5 beansprucht. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Anlage sind den Unteransprüchen 6 bis 8 zu entnehmen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entlüftungsanlage.
Die Entlüftungsanlage 10 dient zur Entlüftung eines Gebäudes 12 mit einer Anzahl von Innenräumen 14, 16, 18, 20, die in der Figur lediglich schematisch dargestellt sind. Diese Räume 14, 16, 18, 20 sind über Neben-Abluftkanäle 22, 24, 26, 28 an einen Haupt-Abluftkanal 30 angeschlossen, der zu einem Gebläse 32 führt, das beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes 12 angebracht sein kann. Das Gebläse 32 dient dazu, Luft aus den Räumen 14, 16, 18, 20 über die Neben-Abluftkanäle 22, 24, 26, 28 und den Haupt-Abluftkanal 30 nach außen in die Atmosphäre zu befördern. Dies ist durch die Pfeile in der Figur angedeutet. Die Neben-Abluftkanäle 22, 24, 26, 28 sind ferner auf nicht dargestellte Weise mit elektrischen Ventilen versehen, die es gestatten, die Verbindung zum Haupt-Abluftkanal 30 wahlweise zu schließen oder zu unterbrechen, so daß eine Entlüftung eines jeweiligen Raums nur nach Bedarf durchgeführt wird, beispielsweise automatisch bei Betätigung eines Lichtschalters. Die Öffnungszustände bzw. Öffnungsquerschnitte der Ventile sind somit variabel.
Bei dem Gebläse 32 handelt es sich um ein übliches Radialgebläse, das durch einen Elektromotor angetrieben wird. Die Saugleistung des Gebläses 32 ist von der Drehzahl des Elektromotors abhängig.
Zur Steuerung der Drehzahl dient ein Steuergerät 34, das über eine Signalleitung 36 an das Gebläse 32 angeschlossen ist.
Da es erwünscht ist, innerhalb des Gebäudes 12 konstante Entlüftungsverhältnisse zu schaffen, wird im Haupt-Abluftkanal 30 ein konstanter Soll-Druck eingestellt, der unterhalb des Atmosphärendrucks liegt. Da der Druck außer der Gebläse-Leistung 32 vom Öffnungszustand der Ventile abhängt und dementsprechend variabel ist, muß zur Einstellung eines konstanten Unterdrucks die Saugleistung und somit die Drehzahl des Gebläses 32 entsprechend angepaßt werden. Dies geschieht durch eine Regelungseinrichtung, die außer dem bereits beschriebenen Steuergerät 34 ferner einen Drucksensor 38 umfaßt, der im hier gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar am Steuergerät 34 angebracht ist und ein zum Druck proportionales Spannungssignal an das Steuergerät 34 liefert. Der Drucksensor 38 ist über einen Druck-Meßschlauch 40 mit dem Haupt-Abluftkanal 30 verbunden, so daß bei ordnungsgemäßem Betrieb der Entlüftungsanlage 10 der im Haupt-Abluftkanal 30 herrschende Druck über den Druck-Meßschlauch 40 auf den Drucksensor 38 wirkt.
Liegt der Ist-Druck, der durch den Drucksensor 38 gemessen wird, unterhalb des vorbestimmten Soll-Drucks, so vermindert das Steuergerät 34 aufgrund eines entsprechenden, vom Drucksensor 38 empfangenen Signals die Drehzahl des Gebläses 32 über die Steuerleitung 36. Diese Drehzahl-Verminderung führt zu einem Absinken der Saugleistung, so daß der Druck im Haupt-Abluftkanal 30 ansteigt und sich dem Soll-Druck annähert. Im umgekehrten Fall, d. h. bei einem Anwachsen des gemessenen Ist-Drucks über den Soll-Druck hinaus vergrößert das Steuergerät 34 die Drehzahl des Gebläses 32, und die dadurch verursachte ansteigende Saugleistung reduziert den Druck im Haupt-Abluftkanal 30 auf das gewünschte Niveau.
Eine Störung dieses Regelkreises tritt dann auf, wenn die Verbindung des Sensors 38 mit dem Haupt-Abluftkanal 30 gestört wird. Dies kann durch eine Unterbrechung des Druck-Meßschlauchs 40 geschehen, etwa durch einen nicht ordnungsgemäßen Anschluß, ein Abknicken, Einklemmen oder dergleichen. Eine solche Unterbrechung ist in der Figur durch eine gestrichelte Linie A angedeutet.
Bei einer dauerhaften Unterbrechung steigt der Druck innerhalb des Meßschlauches 40 auf der Seite an, die dem Drucksensor 38 zugewandt ist und in der Figur rechts von der Unterbrechungsstelle A liegt. Dem Steuergerät 34 wird infolgedessen vom Drucksensor 38 ein Signal geliefert, das einem Druckanstieg im Haupt-Abluftkanal 30 entspricht, obwohl der tatsächlich dort herrschende Druck niedriger ist. Infolgedessen wird das Steuergerät 34 das Gebläse 32 dazu veranlassen, die Saugleistung zu erhöhen, d. h. die Gebläse-Drehzahl erhöht sich. Der dadurch verursachte Druckabfall im Haupt-Abluftkanal 30 wird jedoch aufgrund der Unterbrechung A nicht an den Drucksensor 38 übertragen. Der Regelkreis ist somit unterbrochen.
Erfindungsgemäß kann das Steuergerät 34 jedoch eine solche Störung des Regelkreises automatisch diagnostizieren. Dies geschieht durch eine Überwachung der Drehzahl sowie durch eine Kontrolle des vom Drucksensor 38 gemessenen Ist-Drucks. Steigt dieser Ist-Druck über einen vorgegebenen Druck-Grenzwert hinaus an, während gleichzeitig die Drehzahl des Gebläses 32 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, so wird das Zusammentreffen dieser beiden Bedingungen als Betriebsfehler interpretiert. Daraufhin besteht die Möglichkeit, den gestörten Regelungsvorgang abzubrechen und stattdessen die Drehzahl des Gebläses 32 auf einen moderaten, konstanten Wert einzustellen. Ferner wird ein Fehlersignal generiert, das durch eine Bedienungsperson wahrgenommen werden kann, so daß Maßnahmen zur Behebung der Störung ergriffen werden können.
Die jeweiligen kritischen Grenzwerte für die Drehzahl und den Ist-Druck sind in geeigneter Weise zu wählen. Der Druck-Grenzwert kann beispielsweise zwischen dem gewünschten Soll-Druck und dem Atmosphärendruck liegen.
Die erfindungsgemäße Entlüftungsanlage kann ferner dazu vorgesehen sein, Fehler in der Spannungsversorgung des Drucksensors 38 zu diagnostizieren, die durch einen unsachgemäßen Anschluß an die Spannungsversorgung auftreten können und ebenfalls zu Betriebsfehlern führen. Ist beispielsweise die Spannungsversorgung des Drucksensors 38 unterbrochen, so kann dieser Fehler durch eine entsprechende Hardware festgestellt werden.
Ferner kann auch eine Unterbrechung der Spannungsversorgung des Drucksensors 38 diagnostiziert werden, da es in diesem Fall zu einer starken Erhöhung des Drucksignals kommt und der sich hieraus ergebende Ist-Wert des Drucks unterhalb des maximal einstellbaren Soll-Wertes liegt und dieser Umstand auf eine Fehlfunktion schließen läßt. Schließlich ist es möglich, einen Kurzschluß der Versorgungsspannung des Drucksensors 38 festzustellen, indem ein entsprechendes Kurzschlußsignal zur Diagnose ausgewertet wird. In jedem dieser Fälle können Maßnahmen ergriffen werden, wie sie bereits oben im Zusammenhang mit einer Unterbrechung des Druck-Meßschlauches 40 beschrieben wurden.
Während die Anschlußstelle des Meßschlauches 40 bei der hier beschriebenen Ausführungsform unmittelbar an dem Ende des Haupt-Abluftkanals 30 liegt, die dem Gebläse 32 gegenüberliegt, so besteht grundsätzlich die Möglichkeit, das Ende des Meßschlauches 40, das dem Drucksensor 38 gegenüberliegt, an einer anderen Stelle des Kanals anzubringen, abhängig davon, wo der Soll-Druckwert sich einstellen soll. Das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des Verfahrens ist von diesem Umstand unabhängig.

Claims

Verfahren zur Entlüftung eines Gebäudes durch Absaugen von Luft aus dem Innenraum des Gebäudes (12) über einen Abluftkanal (30) durch ein Gebläse (32), dessen Saugleistung drehzahlabhängig ist, bei welchem Verfahren durch einen Drucksensor (38) über einen an den Abluftkanal (30) angeschlossenen Druck-Meßschlauch (40) ein Ist-Druck gemessen wird und dieser als Regelgröße zur Regelung der drehzahlabhängigen Saugleistung des Gebläses verwendet wird, wobei die Gebläse-Drehzahl vermindert wird, wenn der vom Drucksensor (38) gemessene Ist-Druck unter einen unter dem Atmosphärendruck liegenden konstanten Soll-Druck fällt, und die Gebläse-Drehzahl erhöht wird, wenn der Ist-Druck den Soll-Druck überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichzeitige Eintreffen folgender Bedingungen als Betriebsfehler diagnostiziert wird: – die Drehzahl überschreitet einen vorgegebenen Drehzahl-Grenzwert, und – der Ist-Druck überschreitet einen vorgegebenen Druck-Grenzwert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Diagnose des Betriebsfehlers der Regelungsvorgang deaktiviert wird und die Gebläse-Drehzahl auf einen konstanten Wert eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Diagnose des Betriebsfehlers ein Fehlersignal generiert wird, das durch eine Bedienungsperson wahrnehmbar ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Regelungsvorgangs eine Überhöhung des Ausgangssignals des Drucksensors (38) als Unterbrechung der Spannungsversorgung des Drucksensors (38) diagnostizierbar ist.
Entlüftungsanlage (10) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Abluftkanal (30), der mit Innenräumen des Gebäudes (12) kommuniziert, einem am Abluftkanal (30) vorgesehenen Gebläse (32) mit drehzahlabhängiger Saugleistung und einer Regelungseinrichtung (34, 38) zur Regelung der drehzahlabhängigen Saugleistung in Abhängigkeit von dem im Abluftkanal (30) herrschenden Ist-Druck, welche Regelungseinrichtung (34, 38) einen Drucksensor (38) zur Messung eines Ist-Drucks umfaßt, der an einem Steuergerät (34) zur Drehzahlsteuerung angebracht ist und über einen Druck-Meßschlauch (40) mit dem Abluftkanal (30) in Verbindung steht, welche Regelungseinrichtung (34, 38) dazu eingerichtet ist, beim Unterschreiten des Soll-Drucks durch den Ist-Druck die Gebläse-Drehzahl zu vermindern und bei einem Überschreiten zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung (34, 38) dazu vorgesehen ist, beim gleichzeitigen Eintreffen folgender Bedingungen die Regelung der drehzahlabhängigen Saugleistung zu deaktivieren und/oder ein Fehlersignal zu generieren: – die Drehzahl überschreitet einen vorgegebenen Drehzahl-Grenzwert, und – der Ist-Druck überschreitet einen vorgegebenen Druck-Grenzwert.
Entlüftungsanlage gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Deaktivierung der Regelung die Gebläse-Drehzahl durch die Regelungseinrichtung (34, 38) auf einen konstanten Wert eingestellt wird.
Entlüftungsanlage gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal durch eine Bedienungsperson wahrnehmbar ist.
Entlüftungsanlage gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung (34, 38) ferner dazu vorgesehen ist, eine Überhöhung des Ausgangssignals des Drucksensors (38) als Unterbrechung der Spannungsversorgung des Drucksensors (38) zu diagnostizieren.