DE2643299A1 - Vorrichtung zur selbsttaetigen steuerung von luftabschluessen - Google Patents

Description

' MERTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

Frankfurt/M, den23.9.1976 M 25 P 9

Wolfgang Müller

Heerstr. 27

6251 Runkel-Lahn 8

"Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung von Luftabschlüssen"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen · Steuerung von Luftabschlüssen mit Fühlern auf der Außen- und auf der Innenseite des Abschlusses, die Signale zum Steuern der Abschlußströmung liefern. Unter einem Abschluß oder Luftabschluß ist hier eine Luftströmung und die sie erzeugende Vorrichtung gemeint, die einen oder mehrere Räume eines Gebäudes gegen die Außenluft abschirmt oder eine solche Trennung zwischen verschiedenen Räumen innerhalb eines Gebäudes vollzieht. Zu Abschlüssen dieser Art zählen auch die soge-

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nannten Luftschleier. Eine Steuerung oder auch Regelung eines solchen Luftabschlusses ist im allgemeinen erforderlich, und zwar nicht nur zwecks der manchmal erwünschten Veränderung des Klimas in einem abgeschlossenen Raum, sondern auch und vor allem wegen Störungen von außen. Störeinflüsse von außen können von verschiedener Art sein, treten jedoch hauptsächlich als Änderungen der Außenluftströmung nach Richtung und Geschwindigkeit (Wind) auf oder als Temperatur- oder Druckunterschiede. Solche Störeinflüsse sollen möglichst schnell durch den Luftabschluß, also durch die Abschlußströmung ausgeglichen werden, so daß die Klimaverhältnisse in dem abgeschlossenen Raum von den Störeinflüssen nicht getroffen werden. Man war auch bisher schon bestrebt, Störeinflüsse der genannten Art auszuregeln (siehe die deutsche Patentschrift 1 195 ^55, die österreichische Patentschrift 200 302 und die schweizerische Patentschrift 338 009). In den bekannten Anordnungen wurden zum Teil Fühler benutzt, die wie beispielsweise eine Wetterfahne nur die für ein größeres Gebiet geltenden Änderungen erfaßte, lokale Änderungen in der Nähe des Luftabschlusses dagegen nicht, oder Fühler, die so nahe an der Abschlußströmung angeordnet waren, daß sie selbst unmittelbar von der Abschlußströmung beaufschlagt wurden; schließlich sind auch Fühler vorgeschlagen worden, die nur eine der möglichen physikalischen Störgrößen erfaßten, beispielsweise nur Druckänderungen. In den bisher bekannten Verfahren und Anordnungen erfolgte die Störimpulsmeldung zu spät, so daß mit der nicht zu vermeidenden Trägheit der die Stellglieder enthaltenden Maschinenanlage ein störender Durchbruch des Luftabschlusses eintrat, ehe dieser auf den erforderlichen neuen Betriebspunkt eingeregelt werden konnte.

In der neuen Anordnung und nach dem neuen Verfahren sollen die Störfaktoren möglichst früh erkannt und ausgewertet werden.

Die neue Vorrichtung'zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die auf der Außenseite des Abschlusses befindlichen Fühler

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Störeinflüsse in Form von Änderungen der Windgeschwindigkeit und -richtung, der Temperatur und/oder des Luftdruckes erfassen und an Stellen angeordnet sind, die einerseits weit genug vom Luftabschluß entfernt sind, um die Stellglieder der Steuervorrichtung noch ansprechen zu lassen, ehe die Störung zur Wirkung kommt, und die andererseits nahe genug am Luftabschluß angeordnet sind, um diejenigen, gegebenenfalls auch lokalen, Störungen zu erfassen, die den Abschluß tatsächlich beeinflussen; den auf der Außenseite befindlichen Fühlern entsprechen gleichartige Fühler auf der Innenseite des Abschlusses und die Meßsignale aus beiden Gruppen von Fühlern werden zur Steuerung des Luftabschlusses auf optimale Werte verwertet. Die Erfindung betrifft zugleich ein Verfahren zur automatischen Fernsteuerung von Luftabschlüssen, worin eine, möglichst frühzeitige und auf den Luftabschluß richtungsbezogene Erfassung von Störeinflüssen wie Wind, Temperatur - oder Druckänderungen sowohl vor als auch hinter dem Abschluß, also bei einem Abschluß gegen die Außenluft sowohl außerhalb als auch innerhalb des Abschlusses erfolgt, deren Auswertung und Weitergabe rasch erfolgt, so daß auch die Stellglieder der Maschinenanlage schnell ansprechen können. Bei mehreren Luftabschlüssen an oder in einem Gebäude wird in dem dem Verfahren nach der Erfindung zunächst jeder Abschluß: auf seine eigene Umgebungsluftverhältnisses eingeregelt und anschließend regeln sich alle Luftabschlüsse gemeinsam über eine entsprechend schnell arbeitende Regelvorrichtung so ein, daß keine gegenseitige Beeinflussung auftritt und alle Abschlüsse für das Gesamtgebäude im optimalen Betriebspunkt arbeiten.

Insbesondere sind für alle veränderbaren Größen des Luftabschlusses automatisch gesteuerte Stellglieder vorgesehen, also für Luftgeschwxndigkeit, Strahlrichtung, Strahltiefe, Rücksaugetiefe, Lage der Ausblasöffnungen und der Rücksaugeöffnungen sowie die Anpassung an Sommer und Winter, also die Umstellung von Sommerbetrieb auf Winterbetrieb und umgekehrt. Die Vorrichtung kann dabei so ausgebildet sein, daß sie den Regelvorgang

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für die einzelnen zu regelnden Aggregate entweder einzeln oder gemeinsam verzögert oder beschleunigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ' einen Vertikalschnitt durch eine Außentür mit Vordach rechtwinklig zu einem Luftabschluß mit .!der Wiedergabe der Fühler und der wesentlichen Stellglieder,

Fig. 2 den Grundriß eines Teils eines Gebäudes mit mehreren Luftabschlüssen,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung beschränkt auf den eigentlichen Luftabschluß mit besonderen Stellgliedern und

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch ein Gebäude mit einem Luftschleier oder Luftabschluß, der unterschiedlich temperierte Räume trennt.

In Fig. 1 stellen Strömungspfeile 10 eine Luftabschlußströmung dar, die durch einen Lüfter 11 in einem geschlossenen Kreislauf getrieben wird. Die Abschlußströmung trennt klimatisch einen Innenraum 12 im Gebäude 13 gegenüber der Außenatmosphäre. Ik.

In einem waagerechten Abstand von 10 bis 20 m vor der Gebäudefront befindet sich ein Fühlaggregat Fl, das die Richtung und Geschwindigkeit der Luftbewegung (Wind) feststellt, das aber auch so erweitert sein kann, daß es Temperaturen und/oder Luftdrücke mißt. Auf der Innenseite, also hinter dem Luftabschluß befindet sich ein zweiter Fühler F2, der auf dieselben physikalischen Größen anspricht wie der Fühler Fl, so daß die Diffe-

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renzwerte gemessen und ausgewertet werden können. Zusätzlich kann in an sich bekannter Weise eine interne Korrektur vorgenommen werden, die auf den Signalen aus Temperaturfühlern T

und T. beruht, also auf einer kleinen Temperaturdifferenzerfassung. Die Lage dieser Temperaturfühler T und T. geht aus

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Fig. 1 hervor: Sie sitzen mit gegenseitigem Seitenabstand, der eine also weiter außen, der andere weiter innen, unterhalb des in Fußbodenhöhe liegenden Rücksaugegitters 16.

Im dargestellten Falle ist die örtliche Lage des Fühlers 1 für die Strömung ausschlaggebend. Dieser Ort ist so gewählt, daß ZufallsSchwankungen geringeren Ausmaßes, die den Betriebszustand und Arbeitspunkt des Luftabschlusses nicht wirksam verändern würden, auch nicht auf den Fühler einwirken, daß aber andererseits kräftigere Änderungen, die den Luftabschluß wirlich stören würden, einen Steuer- oder Regeleingriff auslösen, auch wenn die Störung nur lokaler Art ist. Es wird also nicht, wie früher einmal vorgeschlagen, ein solcher Fühler irgendwo auf dem Dach eines Gebäudes angebracht, wo er nur Zustands-änderungen erfassen könnte, die eine gewisse Allgemeingültigkeit für ein größeres Gebiet haben, dagegen kleinere Störungen, die aber auch Auswirkungen auf den Luftabschluß haben können, nicht erfaßt. Jeder Abschluß hat zumindesten nach außen für ihn spezifische Störbelastungen. So sind für jeden einzelnen betrachteten Abschluß die Störungen bereits nach den vier Himmelsrichtungen unterschiedlich. Sie sind abhängig von der örtlichen Lage, z.B. davon, ob dem Abschluß freies Feld oder eine enge Bebauung oder eine Straßeneinmündung mit Sog- oder Druckwirkung gegenübersteht. Vorbeifahrende große Fahrzeuge lösen je nach den sonstigen Umgebungsbedingungen Störungen unterschiedlicher Art aus. Es liegt auf der Hand, daß Störungen, wie sie vorstehend geschildert wurden, nicht von Fühlern erfaßt werden können, die zu weit von dem Luftabschluß entfernt angeordnet sind. Da nur der unmittelbare Einfluß auf die von der Abschlußströmung durchströmte Ebene, also auf die Abschlußfläche sich auf den Abschluß auswirkt, muß ein Fühler wie der Fühler Fl sowohl in der Erfas-

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sungsrichtung als auch in der Entfernung und Höhe von Fall zu Fall verschieden placiert werden. Das gleiche gilt für die Erfassung der Temperatur. Bei häufigem Richtungswechsel des Störeinflusses kann eine Richtungsänderung des Fühlers Fl etwa von Hand oder unter Zuhilfenahme einer herkömmlichen Windfahne zweckmäßig oderjnotwendig werden. In Fig. 1 ist für die Lage des Außenfühlers ein zweites Beispiel in Form des Fühlers F3 angegeben. Damit soll die hier festgelegte allgemeine Lehre betont werden, wonach der Außenfühler aa einen Platz gesetzt wird, an dem er alle wesentlichen Störeinflüsse erfaßt, unwesentliche Einflüsse dagegen außer Acht läßt.

Der Fühler F2 dient normalerweise dazu, Druckdifferenzen zwischen dem Inneren des Gebäudes und dem Abschluß zu berücksichtigen. Es kann jedoch auch vorkommen, daß der Abschluß von außen durchschlagen wird, so daß der Fühler F2 auf eine Luftströmung (Richtung und Stärke) reagieren muß. Soweit solche Erscheinungen allein durch Druckmessung erfaßt werden können, genügt die Ausbildung des Fühlers F2 als Druckfühler; andernfalls muß er allein oder Siussätzlich als Strömungsfühler ausgebildet werden. Er vermag so auch innerhalb eines Gebäudes auftretende Durchzugerscheinungen erfassen.

Ein Gebäude kann auch, wie in Fig. 2 gezeigt, mehrere Luftabschlüsse haben. Sie sind in Fig. 2 mit 17, 18, 19 und 20 bezeichnet. Solche Abschlüsse werden nicht nur durch verschiedene Umweltverhältnisse beeinflußt. Sie können sich auch gegenseitig beeinflussen. Deswegen wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,' daß zunächst jeder Abschluß auf seinen eigenen optimalen Betriebspunkt eingeregelt wird. Sodann werden die Einzelwerte erfaßt und in einer Verknüpfungsanordnung (Datenverarbeitungsvorrichtung, Rechner oder dergl..) ausgewertet; das ,Ergebnis dieser Auswertung wird zu einer Regelkorrektur "genutzt« Es wird also der eine.oder andere Abschluß nachgestellt, um eine gegen-1seitige Beeinflussung auszuschalten, um also wiederum die optimalen. Betriebspunkte zu erreichen. '

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Der Steuer- oder Regeleingriff wird sich im allgemeinen auf eine Veränderung der Luftgeschwindigkeit und der·Ausblasrichtung beschränken können. Zusätzlich kann aber auch eine Veränderung der Tiefe des Abschlußstrahles und damit des Rücksaugens notwendig oder zweckmäßig werden, also eine Änderung der gegenseitigen Lage und der Größen der Ausblasöffnung und der Rücksaugeöffnung. Mittel zu einer solchen Veränderung sind in Fig. 3 gezeigt, wonach außer den die Ausblasrichtung bestimmenden Strahlklappen 21 in der Ausblasöffnung 22 Abdeckschieber 23 an der Ausblasöffnung und 2k und 25 an der Rücksaugeöffnung zur Beeinflussung der Größe und der Lage dieser öffnungen vorgesehen sind. Diese Anordnung ist besonders bei klimatisierten Räumen oder Gebäuden empfehlenswert, weil sich die Druckverhältnisse z.B. zwischen Winterbetrieb und Sommerbetrieb umkehren können, womit sich auch die Funktion des Abschlusses umkehrt.

Die bisherigen Ausführungen zu den Fig. 1 bis 3 bezogen sich vornehmlich auf eine Umluftanlage, wie sie besonders in Fig. dargestellt ist, also auf eine Anlage, in der die Abschlußströmung nicht nur ausgeblasen, sondern auch rückgesogen und zur Ausblasöffnung zurückgeführt wird. Diese Ausführungen gelten aber auch sinngemäß für Abschlüsse ohne Rücksaugen, wo allerdings die in Fig.l gezeigten Fühler T und T_b entfallen. Ebenso gelten die bisherigen Ausführungen nicht nur für von oben nach unten gerichtete Abschlußströmungen oder umgekehrt, sondern auch für waagerecht verlaufende Abschlußströmungen. Lediglich die optimalen Betriebspunkte und die zu ihrer Erreichung vorzunehmende Einstellung, also auch die Einspeisung der Regelung werden sich dabei ändern.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer. Trennung durch einen Luftabschluß zwischen zwei Hallen mit unterschiedlichen Temperaturen oder auch mit unterschiedlichen Drücken (nicht dargestellt).

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Die einzelnen Steuergeräte sind hier nicht näher beschrieben, denn sie sind bekannt. Es liegt auch im Ermessen des Anwenders, ob Fühler für Wind, Temperatur und Druck einzeln oder kombiniert benutzt werden und ob die Umstellung auf jeweils wechselnde Störfaktoren" von Hand oder selbsttätig vorgenommen werden soll. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß Fühler, die wechselnd für Temperatur und Wind benutzt werden, bei Windmessung temperaturabhängig sind und somit kompensiert werden müssen. Um bei Windmessungen die spezifische Windrichtung zu orten, müssen die Fühler sehr gut gegen Seiten- oder gar Rückenwinde abgeschirmt werden.

Kurz hintereinanderfolgende Windböen können eine Luftabschlußvorrichtdng zum Pendeln bringen. Treten die entgegengesetzte Regeleingriffe auslösenden Signale in zu kurzen Zeitabständen auf, muß eine Rücklaufverzögerung von einigen Sekunden vorgesehen werden. Damit vermeidet man nicht nur das Pendeln, sondern schont auch alle beweglichen Teile.

Da die heutigen elektrischen Regelungen praktisch verzögerungsfrei arbeiten können, sollten auch die übrigen Regelorgane und insbesondere die maschinellen Anlagenteile so konstruiert werden, daß sie von sich aus möglichst wenig Verzögerungen hervorrufen. In Vorrichtungen und Anlagen der beschriebenen Art dürfte die größte Massenträgheit den Lüftern zuzuordnen sein, weshalb Lüftern ohne Zwischentriebe der Vorzug zu geben ist, also Lüftern, deren Antriebsmotoren in die Lüfternabe eingebaut sind.

Wesentliche Merkmale und Vorzüge der Erfindung sind also: Die Kopplung mehrerer Luftabschlußanlagen eines Gebäudes, wodurch deren Betrieb besonders wirtschaftlich wird; die Umstellung von Sommer- auf Winterbetrieb und umgekehrt; was sich

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technisch koppelt mit der Veränderung der Ausblas- Rücksaugetiefe und/oder der Ausblasrichtung. Die Ausblasrichtung muß dabei stets dem höheren Druck oder Windanfall oder der niedrigeren Temperatur entgegengestellt werden. Im Winterbetrieb bedeutet dies eine schräg nach außen gerichtete Ausblasrichtung bzw. Abschlußstrahlrichtung. Im Sommer ist zumindest bei klimatisierten Häusern die umgekehrte Abschlußstrahlrichtung einzustellen, also einwärts gerichtet, damit die gekühlte Luft nicht aus den Gebäudeeingängen hinausströmen kann. Ein drittes Merkmal ist die zeitliche Verzögerung des Rücksteuerns, die in der Praxis sehr wesentlich ist. Schließlich ist hervorzuheben, daß die Fühler abzuschirmen sind gegen nicht auf den Eingang direkt bezogene Störungen, sei es Wind, sei es sich ändernder Druck oder sich ändernde Temperaturen.

Im Zweifel sind alle hier beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination erfindungswesentlich. Schutz wird begehrt für das, was objetiv schutzfähig ist.

Patentanspruch:

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Claims (1)

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   Patentanspruch :

   Vorrichtung zur selbsttätigen Steuerung von Luftab-^ Schlüssen mit Fühlern auf der Außen- und auf der Innenseite des Abschlusses, die Signale zum Steuern der Abschlußströmung liefern, dadurch gekennzeichnet, daß"die auf der Außen- und Innenseite des Abschlusses befindlichen Fühler Störeinflüsse in Form von Änderungen der Windgeschwindigkeit und -richtung, der Temperatur und/oder des Luftdrucks erfassen und daß sie an Stellen angeordnet sind, die einerseits weit genug vom Luftabschluß entfernt sind, um die Stellglieder der Steuervorrichtung noch wirksam werden zu lassen, ehe die Störung zur Wirkung.; kommt, und die andererseits nahe genug am Luftabschluß angeordnet sind, um diejenigen, - gegebenenfalls auch lokalen -, Störungen zu erfassen, die den Abschluß tatsächlich beeinflussen.

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   ORiGiNAL INSPECTED