DE2244608B2

DE2244608B2 - Anlage zur individuellen klimatisierung der einzelnen raeume eines gebaeudes

Info

Publication number: DE2244608B2
Application number: DE19722244608
Authority: DE
Inventors: Boleslaw Dipl.-Ing. Seuzach; Werner Walter Dipl.-Ing. Wallisellen; Kostrz (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1972-09-12
Publication date: 1976-03-18
Also published as: DE2244608A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur individuellen Klimatisierung der einzelnen Räume eines Gebäudes mit Hilfe einer Lüftungsanlage, welche die für die Lufterneuerung und Luftbefeuchtung in den Räumen sowie gegebenenfalls für die Kühlung der Räume dienende Luft von einer Luftaufbereitungs- und -förderanlage den einzelnen Räumen mit einer höchstens dem Basiswert für die Raumtemperatur entsprechenden Temperatur zugeführt, und mit Hilfe einer zentralen Heizungsanlage, deren Heizkörper, von einem Raumthermostaten gesteuert, mindestens zu einem wesentlichen Teil die Transmissionsverluste jedes Raumes decken und gegebenenfalls die eingeführte Luft in den einzelnen Räumen und individuell auf die gewünschte Temperatur nacherwärmen.

Unter Basiswert der Raumtemperatur sei derjenige Temperaturwert verstanden, der als Sollwert für die Raumtemperatur den Auslegungsberechnungen für die Anlage zugrunde gelegt worden ist. Dieser Basiswert stimmt im allgemeinen mit der von der Mehrzahl der Personen gewünschten Raumtemperatur überein und beträgt daher etwa 20 bis 22°C. Die Heizungsanlage deckt dabei im praktischen Betrieb die Transmissionsverluste des Raumes mindestens nahezu vollständig; es ist jedoch nicht auszuschließen, daß bei tiefen Außentemperaturen, bei denen die Zuluft mit Temperaturen nahe dem Basiswert eingeblasen wird, und bei von den Rauminsassen individuell verlangten, unter dem Basiswert liegenden Raumtemperaturen die eingeführte Zuluft eine gewisse Heizwirkung besitzt.

Anlagen der genannten Art sind beispielsweise aus der DT-AS 12 74 312 bekannt; sie ermöglichen in einem Gebäude ein von Raum zu Raum unter Umstunden verschiedenes Klima nach den individuellen Wünschen der Rauminsassen auf besonders wirtschaftliche Weise — d. h. mit relativ geringem Aufwand an Investitionen und Betriebskosten — aufrechtzuerhalten. Bei dieser bekannten Anlage wird die durch die Lüftungsanlage den einzelnen Räumen zugeführte Zuluftmenge - wie bei Klimaanlagen allgemein üblich - auf Grund der erforderlichen, maximalen Kühllast bestimmt. Diese Menge ist praktisch immer erheblich größer als die für die Lufterneuerung und Durchspülung des Raumes notwendige Zuluftmenge; das gilt besonders für Räume, die als Sonnenschutz Innenstores oder Vorhänge aufweisen, oder in denen zeitweise größere Beleuchtungsstörken durch künstliche Lichtquellen oder andere Wärmequellen vorhanden sind. Die Praxis zeigt nun. daß nur relativ wenige und kurze Zeiträume im Jahr auftreten, in denen die maximale Kühlleistung erforderlich ist. In der übrigen Zeit kann die im Raum anfallende Wärmemenge mit einer geringeren Luftmenge abgerührt werden. Da die Förderung und Aufbereitung der Luft bei einer Hochdruckklimaanlage einen wesentlichen Teil der Energiekosten ausmacht, ist es wünschenswert, dem Raum nur der geforderten Kühlleistung angepaßte Luftmengen zuzuführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde. Anlagen der eingangs genannten Art derart auszubilden. daß den einzelnen Räumen, individuell verschieden, unterschiedliche Luftmengen zugeführt werden, die — abgesehen von einer für die Lufterneuerung notwendigen Minimalmenge — in Abhängigkeit von der gerade erforderlichen Kühlleistung variieren. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Raumthermostat sowohl den Stellventilen der Heizkörper als auch den Stellorganen in den Zuluftleitungen zugeordnet ist, und zwar derart, daß er bei Absinken der Raumtemperatur unter den eingestellten Sollwert — bei konstanter, durch die er forderlichen Luftwechsel gegebener minimaler Zuluftmenge — über die Heizkörper die dem Raum zugeführte Wärmemenge und, in Sequenz dazu, bei Ansteigen der Raumtemperatur über den eingestellten Sollwert — bei höchstens minimaler Wärmezufuhr durch die Heizkörper die Zuluftmenge steuert.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Raumthermostat gleichzeitig zusätzlich den Stellorganen für die Abluftmenge zugeordnet ist, wobei er die Zuluft- und die Abluftmenge gleichzeitig und gleichsinnig zueinander steuert; denn durch diese Maßnahme ist es möglich, in den einzelnen Räumen einen bestimmten Unter- oder Überdruck zu erzeugen und unter Kontrolle zu halten.

Weiterhin läßt sich die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Gesamtanlage verbessern, wenn die Temperatur der aufbereiteten Zuluft und/oder diejenige des Vorlaufs des Heizmittels in Abhängigkeit von

^ft0 der Außenlufttemperatur und/oder von der Sonneneinstrahlung gesteuert wird. Diese Maßnahme erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn als maßgebende Größen für die Kühlleistung die Einflüsse des Außenklimas überwiegen. Dagegen kann die Temperatur der Zuluft mindestens im wesentlichen konstant gehalten werden, wenn die hauptsächliche Kühllast durch die Beleuchtungsstärke der künstlichen Beleuchtung oder andere interne Wärmequellen verursacht wird.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausfphrungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichgung näher erläutert.

F i g· I zt-'igi die Erfindung in schemutischer Darstellung in zwei Räumen eines Gebäudes; s

F i g. 2 stellt schematisch den Zusammenhang zwi- »rhen der Raumtemperatur rund der Auspangssignalgröße G des Raumthermostaten am Beispiel eines pneurri"tischen Systems dar.

Die in einem Stockwerk eines Gebäudes 2 gelegenen Räume 1 weisen mit ihren Außenwänden in verschiedeje Himmelsrichiungen. Der linke Raum 1 sei daher be- «üglich der nicht weiter dargestellten Lüftungsanlage, die in verschiedene Zonen N und S unterteilt ist, an «ine Zone N und der rechte Raum 1 an eine Zone 5 angeschlossen. Die Lüftungsanlage enthält eine Luftaufbereitungszentrale, in der die den Räumen zuzufüh- rende Zuluft in bekannter Weise je nach Bedarf aufbereitet, d. h. im allgemeinen gereinigt und gegebenenfalls gekühlt und getrocknet oder erwärmt und befeuchtet wird.

Die Regelung der Zulufttemperatur erfolgt dabei für jede Zone getrennt und dun.h eine variable Sollwerteinstellung für diese Temperatur in Abhängigkeit von Süßeren Klimabedingungen — Außentemperatur und Sonneneinstrahlung — durch Regelung der in Nachwärmern bzw. Kühlern der Luftaufbcreitungszentrale fließenden Menge an primärem Heizme.iium, z. B. Dampf, bzw. Kühlmedium, ζ. B. in einer Kälteanlage gekühltem Wasser. Eine Befeuchtung der Zuluft wird z. B. durch Variation der von einem Hygrostaten gesteuerten Menge an in einer Befeuchtungseinriehtung umgewälztem Wasser beeinflußt, während eine Entfeuchtung in den bereits erwähnten Kühlern erfolgt.

Zwischen beiden Räumen liegt der Korridor 4, in welchem für die Zuführung der aufbereiteten Luft den einzelnen Zonen zugeordnete Kanäle 5 und ein gemeinsamer Abluftkanal 7 verlaufen, der sich in einem einen Abluftventilator enthaltenden Kanal 8 fortsetzt. Dieser fördert die Abluft entweder ins Freie oder in einen Umluftkanal, wobei die Aufteilung durch Klappen gesteuert wird.

Der Abluftkanal 7 ist über Absaugöffnungen, in denen Stellorgane 9 der Luftmengenregulierung für die Abluft vorgesehen sind, mit den Räumen 1 verbunden. Die Zuluftkanäle 5 münden in jedem Raum, ebenfalls über Stellorgane 9 für die Zuluftmengenregulierung, in einen Zwischenraum 10 einer Doppeldecke. Den unteren Abschluß des Zwischenraumes 10 bildet eine Lochdecke 10a, durch welche die dem Raum durch den Ka- <s° nal 5 zugeführte, aufbereitete Luft in das Innere des Raumes einströmt.

Zur individuellen Nacherwärmting der Luft in den einzelnen Räumen 1 dienen vor den Fenstern 3 aufgestellte Heizkörper 11, von denen jeder mit einem von einem Raumthermostaten 6 angesteuerten Durchflußventil 12 ausgerüstet ist. Die Heizkörper 11 sind von einem Heizmedium durchströmt, welches über die Vorlaufleitungen 13, in die die erwähnten Ventile 12 eingebaut sind, zugeführt wird. Über Rücklaufleitungen 14 (>o fließt das Heizmedium in den nicht dargestellten Heizkreislauf zurück.

Auch die Regelung der Vorlauftemperatur des für die Nacherwärmung der einzelnen Räume notwendigen Heizkreislaufs wird durch Rücklaufbeimischung zu, ^(l5 beispielsweise aus einem Heizumformer kommenden Vorlaufwasser durchgeführt, das in dem Heizumformer von dem erwähnten, primären Heizmedium aufgezeigt worden ist, wobei die Sollweniemperaiur de·; den Heizkörper zufließenden Vorlaufs wiederum in Abhängigkeit von der Außenlul'ttemperatur variiert werden kann.

Die beiden beschriebenen Teilanlagen für die Lüftung und für die Heizung sind miteinander über ihre Stellorgane gekoppelt, die air. Beispiel eines pneumatischen Systems beschrieben werden; die Hilfsenergie-, d. h. Druckluftversorgung für dieses System wird jedoch nicht gezeigt und beschrieben. Für die Kopplung der Teilanlagen führen vom Raumthermostaten 6 jedes Raumes 1 Signalleitungen 70 einerseits zu den Druchflußregelventilen 12, die z. B. aus membrangesteuerten Heizkörperventilen bestehen, und andererseits parallel dazu zu den beiden Stellorganen 9 für die Luftmengenregulierung in der Zuluftzuführleitung 5 und in der Abluftleitung 7. Der Raumthermostat 6 ist beispielsweise ein abblasender Thermostat mit Verstärkerreiais.

In der Zuluftleitung 5 für eine Zone sowie in der Abluftleitung 8 sind an von Fall zu Fall zu wählender Stelle Druckfühler vorgesehen, die über einen Regler die Drehzahlen der nicht dargestellen Antriebe der Ventilatoren in der Luftaufbereitungszentrale und im Abluftkanal derart steuern, daß die Drücke in den Kanälen 5 und 8 mindestens annähernd konstant gehalten werden.

Die Stellorgane 9 für die Luftmengenregulierung bestehen aus in die entsprechenden Luftleitungen 5 bzw. 7 eingesetzten Leitungsstücken, in denen eine Membran in Abhängigkeit von dem durch den Raumthermostaten 6 vorgegebenen Druck den Leilungsquerschnitt mehr oder weniger \erschließt, wobei dutch einen Bypass dafür gesorgt ist, daß für die Zuluft ein minimaler für die Lufterneuerung notwendiger Mengenstrom immer gewährleistet bleibt.

Die Wirkungsweise der Hinrichtung sei nun im Zusammenhang mit F i g. 2 erläutert, wobei die erwähnten, vom Außenklima abhängigen Änderungen der Zulufttemperatur unberücksichtigt bleiben sollen, da die Funktionsweise der Einrichtung dadurch zwar verbessert, aber nicht grundsätzlich beeinflußt wird. Als Abszisse in F i g. 3 ist die Raumtemperatur Γ aufgetragen, wobei 7ö eine beliebige .Sollwerttemperatur bedeutet, während 7Ί eine darunterliegende und T: eine darüberliegendc Temperatur ist. Als Ordinate sind Signalgrößenwerte G — im vorliegenden F^:all also die vom Raumthermostaten 6 ausgehenden Steuerdrücke in den Signalleiiungen 70 — aufgetragen, wobei Cb der Solltemperatur To und entsprechend G\ der Temperatur /i und Gi der Temperatur Ti zugeordnet sind.

Im konkreten Beispiel sei der Bereich für den Steuerdruck von 0 bis 1.2 atü angenommen. Bei der tiefen Temperatur Γι. die beispielsweise 1 ...2 C unter der Sollwcrtiempcratur To liegt, herrscht dann der Steuerdruck 1,2 atü, bei der Sollwerttemperatur To der Druck 0,6 atü und bei T: der Druck Null in den Signalleitungen 70.

Diese Steuerdrücke entsprechen folgenden Stellungen der Stellglieder, d. h. der Ventile 12 und der Drosselorgane 9:

Bei der zu tiefen Temperatur Γι sind durch den maximalen Steuerdruck von 1,2 atü die Ventile 12 in den Vorlaufleitungen 13 zu den Heizkörpern 11 voll geöffnet, während in den Organen 9 die Membranen die Zufuhr der kalten Zuluft auf das für die Luftwechsel notwendige Minimum von etwa t>0% der Höchstmenge drosseln. Der bei der SoIIw erttemperatur Tn herrschende Druck von 0,6 atü bewirkt, daß die Zuluft weiterhin auf die Minimalmenge begrenzt wird, wobei jedoch die

Ventile 12 nicht mehr offen gehalten werden, so daß theoretisch bei 7ödie als Nachwärmer dienenden Heizkörper 11 nicht mehr von heißem Vorlaufwasser beaufschlagt sind. Ebenso wie bei zu tiefen Temperaturen eine minimale Menge an kalter Luft für die Luftwechsel dem Raum zugeführt wird, ist es selbstverständlich auch möglich, die Heizungsventile nicht vollständig zu schließen, sondern nur bis auf einen minimalen Durchfluß zu drosseln, um auf diese Weise den Komfort vor den Fenstern zu verbessern, indem z. B. ein Kaltluftabfall vor oder eine Kältcstrahlung von einem kalten Fenster her vermindert werden.

Bei der zu hohen Temperatur T2 schließlich, bleiben die Heiziingsventile 12 selbstverständlich geschlossen bzw. werden sie in Minimumsteliung gehalten, während die Membran des Stellorgans 9 bei einem Steuerdruck Null die maximale Menge an kalter Zuluft in den Raum einströmen läßt.

Steigt ausgehend von Γι die Temperatur im Raum an, so werden das oder die Ventile 12 — es ist möglich, an einem Raumthermostaten 6 eine oder mehrere Fensterachsen mit je einem Heizkörper II und je einer eigenen Zuluftzuführung 5 und Abluftabführung 7 anzuschließen — entsprechend kontinuierlich geschlossen, bis der für die Solltemperatur To beschriebene Zustand erreicht ist. Bei weiterem Ansteigen der Temperatur T erhöht die Einrichtung in Sequenz zu der vorstehend beschriebenen ersten Teilsteuerung die Zuluftmenge, ebenfalls kontinuierlich, bis bei der Temperatur Ti die maximale Luftmenge in den Raum eingcblasen wird.

Da Drosselorgane 9 sowohl in der Zuluft- als auch in der Abluftleitung 5 bzw. 7 vorgesehen sind, kann je nach Wunsch im Raum 1 jeweils ein Überdruck oder auch ein Unterdruck aufrechterhalten werden, da die Zuluft und die Abluft jeweils in gleichem Maße gedrosselt bzw. freigegeben werden.

Darüber hinaus werden über die erwähnten Druck fühler und den zugehörigen Regler, der beispielsweise auf die Drehzahlen der Antriebe für die Vcntilalorer s einwirkt, die Drücke in den Zuluft- und den Abluftkanälen 5 bzw. 7 mindestens ungjfähr konstant gehalten, uir die in der vorliegenden Anlage erreichte Klimatisierung mit Hilfe von variablen Luftmengen /u erleichtern.

Die erwähnte Vorsteuerung der Sollwcrltempcraturcn für die Zuluft und/oder für den Vorlauf ties Heizmediums in Abhängigkeit von den äußeren Klimabedingungen wirkt auf die Einrichtung dadurch, daß da? den einzelnen Räumen zugeführte Kühl- bzw. Hei/mc dium in gewissem Umfang den im Durchschnitt geforderten Kühl- und Heizleistungen bereits angepaßt ist so daß die Einstellung des gewünschten Komfortklima; schnell, genauer und ohne größere Pendclungen erfolgen kann.

Da diese Solltemperaturen nicht nur von den äiißeron Bedingungen — Außentemperatur und Sonneneinstrahlung. Jahres- und Tageszeil sowie Himmelsrichtung der und Windverhältnisse an der gerade betrachteten Zone —, sondern auch von den baulichen Gegebcnheitcn — Isolationswcrte der Wände und Fenstci (Einfach- oder Mehrfachverglasung), Art des Sonnen SChUtZCs(AuBCn- oder Innenstoren) — und von der Aider Belegung einer Zone — durchschnittliche Anzuh der Personen, durchschnittlicher Wärmeabfall duivl künstliche Licht- oder andere Wärmequellen — starl· beeinflußt sind, lassen sich allgemein gültige Weru über Abhängigkeiten dieser Temperaturen bcKpuls weise von der Außenlufttcniperatur oder von der Son neneinslrahlung nicht angeben. Diese Abhängigkeiiei müssen vielmehr von Fall zu Fall nach den bekanntet Verfahren der Klimatechnik bestimmt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Anlage zur individuellen Klimatisierung der einzelnen Räume eines Gebäudes mit Hilfe einer Lüftungsanlage, welche die für die Lufterneuerur.g und Luftbefeuchtung in den Räumen sowie gegebenenfalls für die Kühlung der Räume dienende Luft von einer Luftaufbereitungs- und -förderanlage den einzelnen Räumen mit einer höchstens dem Basiswert für die Raumtemperatur entsprechenden Temperatur zuführt, und mit Hilfe einer zentralen Heizungsanlage, deren Heizkörper, von einem Raumthermostaten gesteuert, mindestens zu einem wesentlichen Teil die Transmissionsverluste jedes Raumes decken und gegebenenfalls die eingeführte Luft in den einzelnen Räumen individuell auf die gewünschte Temperatur nacherwärmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumthermostat (6) sowohl den Stellventilen (12) der Heizkörper (11) als auch den Stellorganen (9) in den Zuluftleitungen (5) zugeordnet ist, und zwar derart, daß er bei Absinken der Raumtemperatur unter den eingestellten Sollwert — bei konstanter, durch den erforderlichen Luftwechsel gegebener, minimaler Zuluftmenge — über die Heizkörper die dem Raum zugeführte Wärmemenge und, in Sequenz dazu, bei Ansteigen der Raumtemperatur über den eingestellten Sollwert — bei höchstens minimaler Wärmezufuhr durch die Heizkörper (11) — die Zuluftmenge steuert.

2. Anlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Raumthermostat (6) gleichzeitig zusätzlich den Stellorganen (9) für die Abluftmenge zugeordnet ist, wobei er die Zuluft- und die Abluftmenge gleichzeitig und gleichsinnig zueinander steuert.