DE3439288C2

DE3439288C2 -

Info

Publication number: DE3439288C2
Application number: DE3439288A
Authority: DE
Inventors: Peter 7500 Karlsruhe De Bork
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1988-01-07
Also published as: DE3439288A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte von Luft in Räumen mittels einer mehrere Klimaaggregate enthaltenden Luftaufbereitungsanlage mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein solches Verfahren ist aus Recknagel/Sprenger "Taschenbuch für Heizung, Lüftung und Klimatechnik", R. Oldenbourg-Verlag, 1968, Seiten 753, 754 bekannt. Maßnahmen zur energieoptimalen Regelung oder Steuerung einer solchen Anlage sind nicht angege ben.

Aus der DE-AS 22 20 598 ist ein Verfahren zur Regelung der Be feuchtung des Zuluftstromes von Räumen bekannt, mit dem die Luftfeuchte möglichst kostengünstig geregelt werden soll. Auf grund verschiedener gemessener Temperaturen wird die Leistung eines Vorwärmers und die Stellung von Klappen berechnet, mit denen der Anteil von befeuchteter Luft an der Gesamtluft ein gestellt wird, und zwar derart, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Gesamtluft gleich dem gewünschten Sollwert ist. Der Vorwärmer hat allein den Zweck, Luft auf eine Temperatur zu bringen, bei der sie die gewünschte Wassermenge aufnehmen kann. Das bekannte Verfahren dient lediglich zum Befeuchten von Luft. Eine voll ständige energieoptimale Regelung von Temperatur und Feuchte mittels einer mehrere Klimaaggregate enthaltenden Luftaufberei tungsanlage ist mit dem bekannten Verfahren nicht möglich.

Aus der Zeitschrift "Klima + Kälte-Ingenieur", 1978, Heft 5, Seiten 197 bis 203 ist eine Klimaanlage mit einem Vorwärmer, einem Wärmerückgewinner, einem Befeuchter, einem Kühler und einem Nachwärmer bekannt. Der Wärmerückgewinner zeichnet sich dadurch aus, daß er sowohl die fühlbare als auch die latente Wärme zurückgewinnen kann und daß er regelbar ist. Wie alle Wärmerückgewinner dient er zur Energieeinsparung. Es ist nicht angegeben, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, um die gesamte Klimaanlage in Abhängigkeit der Zustände von Außenluft und Raumluft energieoptimal zu regeln.

Beim Betrieb von Luftaufbereitungsanlagen wird üblicherweise zur Regelung der Temperatur und der Feuchte des aufzubereiten den Luftstroms je ein Festwertregler eingesetzt. Durch Meßwert aufnehmer für Temperatur und Feuchte in der Zuluft, das ist die Luft, die dem zu klimatisierenden Raum oder Gebäude zugeführt wird, werden die Istwerte für die Regler erzeugt. Von dem Tem peraturregler werden entsprechend der Richtung der Regelabwei chung die Stellklappen einer Mischkammer sowie entweder das Stellglied des Heizaggregats oder das Stellglied des Kühlaggre gats verstellt. Der Regler für die Luftfeuchte verstellt ent sprechend der Feuchte-Regelabweichung das Stellglied des Be feuchteraggregats oder des auch zur Entfeuchtung benutzbaren Kühlaggregats sowie die Stellklappen der Mischkammer.

Endlagenschalter an den Stellgliedern der Klimaaggregate oder zusätzlich einfache Relaisschaltungen werden eingesetzt, um die Stellsignale der Regler von einem Klimaaggregat auf ein anderes umzuschalten. Dies geschieht z. B. immer dann, wenn ein Klima aggregat an seiner Leistungsgrenze angelangt ist (Stellglied stellung 0 oder 100%) und ein weiteres Klimaaggregat hinzuge nommen werden muß, um den jeweiligen Sollwert (Temperatur oder Feuchte) erreichen zu können. Dabei werden nicht immer die hin sichtlich Energieeinsparung optimalen Klimaaggregatekombina tionen angewählt, d. h., der Sollzustand der Zuluft wird nicht mit dem geringstmöglichen Energieaufwand erreicht.

Die Regler für Temperatur und Feuchte wirken durch die Umsteue rung ihrer Stellsignale auf unterschiedliche Klimaaggregate, welche sich regelungstechnisch in der Verstärkung und der Dyna mik voneinander unterscheiden. Deshalb können die Regler meist nicht optimal an die Regelstrecke angepaßt werden, was u. a. auch einen erhöhten Energieverbrauch beim Betrieb der Luftauf bereitungsanlage zur Folge hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte in Räumen anzugeben, mit dem eine mehrere Klimaaggregate enthal tenden Luftaufbereitungsanlage für jeden Zustand der Außenluft mit möglichst geringem Energieverbrauch betrieben wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Das neue Verfahren dient zur Einstellung der optimalen Betriebsart, d. h. zur Bestimmung der hierzu einzuschaltenden Klimaaggregate und der den Klimaaggregaten zuzuordnenden Regelgrößen (Tempe ratur oder Feuchte). Die größtmögliche Energieeinsparung wird dabei im wesentlichen durch konsequente Nutzung der Abluftenthalpie erzielt, d. h. durch Mischen von Außenluft mit dem höchstzulässigen Anteil an Abluft.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das Verfahren berücksichtigt bei der Ermittlung der optimalen Klimaaggregatekombination die Konstellation der Zustandspunkte der Außenluft, der Abluft und des Zuluftsollzustands sowie alle wichtigen Betriebskenngrößen, wie die Anordnung bzw. Reihenfol ge der Klimaaggregate in der Luftaufbereitungsanlage, die für die einzelnen verwendeten Klimaaggregate typischen Verläufe des Luftzustands beim Durchströmen dieser Klimaaggregate, die mit jedem Klimaaggregat erreichbaren Luftzustandsgrenzwerte wie ma ximale oder minimale Temperatur, maximale oder minimale Feuchte und maximale oder minimale Enthalpie, die spezi fischen Betriebskosten der Klimaaggregate und den aus hy gienischen Gründen erforderlichen Mindestaußenluftanteil der Zuluft.

Das Verfahren beinhaltet ferner neben der Auswahl der einzuschaltenden Klimaaggregate auch die Auswahl der mit den einzelnen Klimaaggregaten zu beeinflussenden Luftzu standsgrößen. So kann die Mischkammer je nach der ausge wählten Betriebsart entweder zum Erreichen eines bestimm ten Feuchtegehalts verwendet werden, aber auch zum Errei chen einer bestimmten Temperatur oder einer bestimmten Enthalpie.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn jedem Klimaaggre gat eine eigene Regeleinrichtung zugeordnet wird und eine Steuerungseinheit die Klimaaggregate und die zugehörigen Regler für die jeweils ermittelte optimale Betriebsart freigibt.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Block schaltbild einer Luftaufbereitungsanlage mit dem zu be lüftenden Raum bzw. Gebäude sowie der Automatisierungs einrichtung,

Fig. 2 bis 5 Gegenüberstellung mögli cher Betriebsarten der Luftaufbereitungsanlage (Fig. 1) für eine bestimmte Konstella tion der Zustände der Außenluft AU, der Abluft AB und des Sollzustandes der Zuluft ZU in Form von Diagrammen, darunter die optimale Betriebsart (Fig. 5),

Fig. 6 das vereinfacht dargestellte Mollier-Dia gramm (h-x-Diagramm für feuchte Luft), das erfindungsge mäß in einzelne Außenluftzustandsbereiche aufgeteilt ist, wobei der energiekostenoptimale Betrieb der Luftaufbereitungs anlage (Fig. 1) mit jeweils einer bestimmten, für den jeweiligen Außenluftzustandsbereich charakteristi schen Betriebsart erreicht wird.

Fig. 1: Zur Erhaltung eines bestimmten Raumklimas wird einem Gebäude oder Raum 1 Zuluft zugeführt, deren Tempe ratur t _ZU und deren Feuchtegehalt x _ZU bestimmte Werte haben müssen und deshalb geregelt werden. Der Zuluft strom kann völlig aus Außenluft bestehen oder sich aus dem über die Drosselklappe 5 zugeführten Außenluftstrom und dem über die Drosselklappe 4 zugeführten Umluftstrom, der ein Teil des Abluftstroms aus dem Gebäude oder dem Raum ist, zusammensetzen. Der Fortluftstrom - der andere Teil des Abluftstroms - wird über die Drosselklappe 2 an die Atmosphäre abgegeben.

Der Zuluftstrom wird in der Luftaufbereitungsanlage 3 mit den Klimaaggregaten Mischkammer M, Filter F, Vorwärmer V, Kühler K, Befeuchter B und Nachwärmer N aufbereitet und mittels des Lüfters L dem Gebäude oder dem Raum 1 zuge führt.

Einer Automatisierungseinrichtung 6, die Regel- und Steuer bausteine sowie Speicher- und Rechenbausteine enthält, werden als Eingangsgrößen die Meßwerte für Temperatur und Feuchte der Zuluft t _ZU, x _ZU, der Abluft bzw. Umluft t _AB = t _UM, x _AB = x _UM und der Außenluft t _AU, x _AU zugeführt.

Über die gestrichelt angedeuteten Wirkungslinien zwischen der Automatisierungseinrichtung 6 und der Luftaufberei tungsanlage 3 werden die Stellglieder der jeweils erfor derlichen Klimaaggregate M, V, K, B und N durch die Regel- und Steuerbausteine verstellt. Die zur Aufbereitung der Zuluft nicht benötigten Klimaaggregate werden durch Steuer signale abgeschaltet.

Der Erfindung gemäß sind in den Speichern der Automati sierungseinrichtung 6 die Betriebsparameter der einzelnen Klimaaggregate, wie die maximal erreichbare Temperatur- oder Feuchteänderung, die spezifischen Betriebskosten usw. sowie die Formeln zur Berechnung der Grenzen zwi schen den einzelnen Außenluftzustandsbereichen (Fig. 6) und Anweisungen zur vom Zustand der Außenluft abhängigen Ansteuerung der einzelnen Klimaaggregate und zur Siche rung eines Mindestanteils an Außenluft an der Zuluft enthalten.

Für jeden der Außenluftzustandsbereiche gilt, daß der Sollzustand der Zuluft mit einer bestimmten, dem Außen luftzustandsbereich zugeordneten Klimaaggregatekombina tion und Betriebsart optimal erreicht werden kann. Mit Hilfe der Rechenbausteine der Automatisierungsein richtung 6 wird in Abhängigkeit von den obengenannten Betriebsparametern und in Abhängigkeit von der Konstel lation der Zustandspunkte der Außenluft, der Umluft und des Sollzustandspunktes der Zuluft ermittelt, welchem Au ßenluftzustandsbereich der jeweils herrschende Außenluft zustand zuzuordnen ist.

Zur Erläuterung der Abhängigkeit zwischen Außenluftzu standsbereich und optimaler Betriebsart kann eine Dar stellung wie das h-x-Diagramm nach Mollier für feuchte Luft verwendet werden. In diesem lassen sich die Zustands punkte der Außenluft, der Abluft und der Zuluft eintragen und der mögliche Verlauf des Luftzustands in der Luftauf bereitungsanlage veranschaulichen.

In den schematisch dargestellten Mollier-Diagrammen der Fig. 2 bis 5 sind als Beispiele verschiedene Betriebs arten einer Luftaufbereitungsanlage gemäß Fig. 1 darge stellt, wobei die Konstellation der Zustandspunkte AU der Außenluft, AB der Abluft und ZU der Zuluft immer die glei che ist.

Die Ordinaten der Diagramme bezeichnen jeweils die Enthal pie h bzw. die Temperatur t, die Abszissen die Feuchte x der Luft. S ist die Sättigungslinie.

Die Luft muß in der Luftaufbereitungsanlage vom Außenluft zustand AU auf den Soll-Zuluftzustand ZU gebracht werden. Mit der betrachteten Luftaufbereitungsanlage ist es mög lich (Fig. 2), die zugeführte Außenluft ohne Änderung der Feuchte im Vorwärmer V vorzuwärmen v und anschließend (hier mit einem Dampfbefeuchter, nahezu längs einer Iso therme) zu befeuchten b, bis der Soll-Zuluftzustand ZU erreicht ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin - wie in Fig. 3 dargestellt -, zuerst zu befeuchten b und dann durch Nachwärmen n auf den Soll-Zuluftzustand ZU zu kommen. Für beide Betriebsarten gilt, daß der Energieumsatz ent sprechend der Enthalpieänderung Δ h _ges in den Klimaaggre gaten Vorwärmer V und Befeuchter B bzw. Befeuchter B und Nachwärmer N erfolgt, entsprechend der Summe der Teil enthalpieänderungen Δ h _B und Δ h _V bzw. Δ h _N und Δ h _B.

Bei den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Betriebsar ten wird die Mischkammer M zur Luftaufbereitung hinzuge zogen. Hier wird die Außenluft des Zustandes AU mit aus dem zu klimatisierenden Raum 1 abgeführter Luft, deren Zustand temperatur- und feuchtemäßig dem Zustand AB ent spricht, gemischt. Bei Fig. 4 werden die beiden Luftan teile so gesteuert, daß ein Mischluftzustand MI erreicht wird, von dem aus die Mischluft durch Kühlen k auf den Soll-Zuluftzustand ZU gebracht werden kann. Bei Fig. 5 wird ein Mischluftzustand MI erzeugt, von dem aus durch Befeuchten b der Soll-Zuluftzustand ZU erreicht werden kann. In diesen beiden Fällen (Fig. 4 und 5) wird in der Mischkammer M die hohe Abluftenthalpie genutzt, indem sie mit dem Anteil Δ h _M zum Gesamtenergieumsatz beiträgt. Im Gegensatz zu den Betriebsarten gemäß Fig. 2 und 3 ist dann nur noch die Energie Δ h _K zum Betrieb des Küh lers K bzw. Δ h _B im Befeuchter B aufzuwenden, um den Soll zustand der Zuluft zu erreichen. Obwohl in dem gezeigten Beispiel Δ h _K (Fig. 4) gleich groß ist wie Δ h _B (Fig. 5), ist die Betriebsart nach Fig. 5 vorzuziehen, da der Energieaufwand zur Kühlung größer ist als der zur Be feuchtung.

Unter Berücksichtigung der am Beispiel der Fig. 2 bis 5 erläuterten, auf den Zustandsänderungen von feuch ter Luft beruhenden Gesetzmäßigkeiten, können Formeln zur Berechnung der Grenzen der Außenluftzustandsbereiche aufgestellt und in den Speicherbausteinen der Automatisierungseinrichtung 6 abgespeichert sowie mit Hilfe der Rechen bausteine berechnet werden. Die Au tomatisierungseinrichtung ermittelt dann durch Verglei che die Zugehörigkeit des aktuellen Außenluftzustandes zu einem der Außenluftzustandsbereiche und damit die op timale Betriebsart.

Fig. 6 zeigt für eine Luftaufbereitungsanlage gemäß Fig. 1 eine Bereichsaufteilung im h-x-Diagramm für feuchte Luft. In den Bereichen sind jeweils die Klima aggregate M, V, K, B und N angegeben, die in Betrieb zu nehmen sind, um von einem Außenluftzustandspunkt im je weiligen Bereich des Diagramms mit niedrigstem Energie aufwand zu dem Soll-Zuluftzustand ZU zu kommen. Der Abluftzustand AB liegt hier - wie in sehr vielen Fäl len - höher als der Zuluftzustand ZU, d. h., Temperatur und Feuchtegehalt der Abluft sind größer als die entspre chenden Sollwerte für die Zuluft.

Die Formeln zur Berechnung der Grenzlinien zwischen den Außenluftzustandsbereichen im h-x-Diagramm, die Kriterien zur Zuordnung des aktuellen Außenluftzustands zu einem der Bereiche sowie die obenerwähnten Steuerungs- und Zu ordnungsanweisungen ergeben sich für das gegebene Beispiel einer Luftaufbereitungsanlage (Fig. 1) wie im folgenden beschrieben.

Die senkrechte Linie, die in Fig. 6 durch den Zustands punkt ZU verläuft, trennt das Befeuchtungs- vom Entfeuch tungsgebiet im h-x-Diagramm. Die Formel für diese Grenz linie lautet

x = x _{ZU SOLL}.

Die Automatisierungseinrichtung prüft, ob der Feuchte gehalt der Außenluft x _AU gleich, größer oder kleiner als der Sollwert des Zuluft-Feuchtegehalts x _{ZU SOLL} ist. Bei Außenluftzuständen, die im linken Gebiet (Befeuch tungsgebiet) liegen, muß die Außenluft mit Hilfe des Be feuchters B oder/und der Mischkammer M befeuchtet werden. Im rechten Gebiet muß die Außenluft mit Hilfe des Küh lers K oder/und der Mischkammer M entfeuchtet werden. Ist der Außenluft-Feuchtegehalt x _AU gleich dem Sollwert des Zuluft-Feuchtegehalts x _{ZU SOLL}, so wird die Außenluft im Kühler gekühlt, wenn die Außenlufttemperatur t _AU größer als der Sollwert der Zulufttemperatur t _{ZU SOLL} ist, oder sie wird im Vorwärmer und/oder im Nachwärmer erwärmt, wenn die Außenlufttemperatur niedriger als der Sollwert der Zulufttemperatur ist.

Die in Fig. 4 waagerecht auf den Zustandspunkt ZU sto ßende Linie O 1-ZU im Befeuchtungsgebiet ist die Linie, längs der der Befeuchtungsvorgang im Befeuchter B er folgt, wenn der Zustand der aufzubereitenden Luft in den vor dem Befeuchter liegenden Klimaaggregaten auf diese Linie gebracht worden ist oder wenn der Außenluftzustand auf dieser Linie liegt. Die Formel für diese Grenzlinie lautet

t = t _{ZU SOLL}

da die Befeuchtung praktisch immer längs einer Isothermen erfolgt, wenn, wie im Beispiel, ein Dampfbefeuchter ver wendet wird. Bei Befeuchtern, die mit Umlaufwasser be trieben werden, lautet die Formel

h = h _{ZU SOLL}

da die Befeuchtung meist adiabatisch, also längs einer Li nie gleicher Enthalpie h, verläuft. Im folgenden werden die Erläuterungen auf Dampfbefeuchtung beschränkt, obwohl das Verfahren im einzelnen auch für andere Befeuchtungs arten anwendbar ist.

Die Automatisierungseinrichtung hat zu prüfen, ob der Außenluftzustand auf dieser Linie, unterhalb oder ober halb liegt. Dadurch ergibt sich, ob die Luft, außer durch Befeuchten, durch Erwärmen oder durch Kühlen auf den Soll zustand der Zuluft zu bringen ist.

Muß die Außenluft, deren Zustand im Befeuchtungsgebiet (x _AU < x _ZU) liegt, erwärmt werden (t _AU < t _ZU), so kann immer durch Mischen von Außenluft mit Umluft Heizenergie eingespart werden.

In Fig. 6 sind in diesem Gebiet die Außenluftzustands bereiche MB und MVBN dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden.

Für den mit MB gekennzeichneten Außenluftzustandsbereich gilt, daß die optimale Betriebsart darin besteht, Außen luft mit dem höchstzulässigen Anteil an Abluft (Umluft) zu mischen, so daß die Mischlufttemperatur t _M = t _{ZU SOLL} erreicht wird, und dann zu befeuchten, bis der Soll- Feuchtegehalt der Zuluft x _{ZU SOLL} erreicht ist.

Für die untere Grenzlinie O 2-S 2 dieses Bereichs MB lau tet die Formel

In dieser Formel ist A der Mindestaußenluftanteil der Misch- bzw. Zuluft, der aus hygienischen Gründen einge halten werden muß. Bei Außenluftzuständen, die auf die ser Grenzlinie liegen, kann durch Mischen von Außenluft mit Abluft die Befeuchtungslinie, die zum Punkt ZU führt, wegen des einzuhaltenden Mindestaußenluftanteils gerade noch erreicht werden. Liegt der Außenluftzustand unter halb dieser Grenzlinie im Bereich MVBN, so muß zum Errei chen des Soll-Zuluftzustandes bei größtmöglicher Energie einsparung immer der größtzulässigste Umluftanteil mit dem Mindestaußenluftanteil gemischt werden. Der Sollzu stand der Zuluft ZU wird dann erreicht, indem die so er zeugte Mischluft zusätzlich durch ein Heizaggregat (Vor wärmer V) oder durch beide (Vorwärmer V und Nachwärmer N) bis zur Temperatur t = t _{ZU SOLL} erwärmt wird. Da es ener getisch am günstigsten ist, wenn beide Heizaggregate mit verteilten Lasten betrieben werden, ist die Luftaufberei tungsanlage in diesem Fall wie folgt zu betreiben:

- Mischen des Mindestaußenluftanteils A mit Umluft,
- Heizen mittels Vorwärmer bis etwa 50% der Temperatur differenz zwischen t _{ZU SOLL} und t _M,
- Befeuchten bis zum Soll-Feuchtegehalt der Zuluft x _{ZU SOLL} und
- Nachwärmen bis zum Soll-Zustandspunkt ZU der Zuluft.

Die Grenzlinie S 1-ZU, die in Fig. 6 den Außenluftzu standsbereich MB von dem Außenluftzustandsbereich MV trennt, ergibt sich nach der Formel

Diese Grenzlinie entspricht der Mischungsgeraden, die durch den Soll-Zuluftzustand ZU verläuft. Liegt der Außen luftzustand auf dieser Linie, so wird der Soll-Zuluftzu stand allein durch Mischen von Außenluft und Umluft er reicht.

Liegt der Außenluftzustand unterhalb dieser Grenzlinie, also im Bereich MV, so darf beim Mischen von Außenluft und Umluft die Mischlufttemperatur nicht bis auf den Wert der Soll-Zulufttemperatur t _{ZU SOLL} gebracht werden. Dies hätte zur Folge, daß der Mischluftzustand im Entfeuchtungs gebiet läge, die Luft also mittels Kühler wieder entfeuch tet werden müßte, bevor durch anschließendes Nachwärmen der Soll-Zuluftzustand erreicht werden könnte.

Die energetisch günstigste Betriebsart besteht hier im Mischen, bis der Soll-Feuchtegehalt x _{ZU SOLL} erreicht ist, und im anschließenden Erwärmen bis zum Soll-Zuluftzu standspunkt ZU.

Liegt der Außenluftzustand im Befeuchtungsgebiet oberhalb der nahezu waagrechten, auf den Punkt ZU stoßenden Grenz linie O 1-ZU, so muß die Luft gekühlt und befeuchtet wer den. In den Bereichen MKB und MK dieses Gebiets kann durch Mischen von Außenluft mit Umluft Energie eingespart werden. Dabei gilt für das im folgenden Gesagte, daß der Küh ler bei Außenluftzuständen im Befeuchtungsgebiet so be trieben wird, daß er nicht entfeuchtet.

Für die Grenzlinie, die in Fig. 6 den Außenluftzustands bereich KB nach oben begrenzt, gilt die Formel

k _B und k _K sind die aggregatspezifischen Luftaufberei tungskosten für Befeuchter B bzw. Kühler K. Für Außenluft zustände, die auf dieser Linie liegen, sind die Energie kosten zum Kühlen der Außenluft mittels Kühler bis t = t _{ZU SOLL} und zum anschließenden Befeuchten im Befeuch ter bis zum Zustandspunkt ZU gleich den Energiekosten, die sich ergeben, wenn die Außenluft mit Umluft gemischt wird, bis der Feuchtegehalt x _M = x _{ZU SOLL} ist, und anschließend gekühlt wird, bis der Zustandspunkt ZU erreicht wird. Im Außenluftzustandsbereich KB unterhalb dieser Grenz linie besteht die optimale Betriebsart im Kühlen der Au ßenluft mittels Kühler, bis die Temperatur t = t _{ZU SOLL} erreicht ist, und im anschließenden Befeuchten bis zum Zu standspunkt ZU. In diesem Bereich kann durch Mischen keine Energie eingespart werden, da sich die dann erforderliche Kühlenergie wegen der höheren Mischlufttemperatur stärker erhöht, als durch die einsparbare Befeuchtungsenergie ge wonnen werden kann.

Liegt der Außenluftzustand auf der Grenzlinie zwischen den Außenluftzustandsbereichen KB und MB, so wird der Sollzustand der Zuluft allein durch Befeuchten mittels Befeuchter erreicht.

Bei oberhalb der oberen Grenzlinie für KB liegendem Außen luftzustand kann die Enthalpie der Umluft in den Berei chen MKB und MK zum Einsparen von Kühl- und Befeuchtungs energie genutzt werden, da die Mischlufttemperatur einen entsprechend geringen Wert erreicht. Durch Mischen von Außenluft mit Abluft ist die Linie x = x _{ZU SOLL} erreichbar, wenn der Außenluftzustand im Bereich MK liegt. Durch an schließendes Kühlen im Kühler wird dann der Punkt ZU er reicht.

Die Lage der linken Grenzlinie dieses Außenluftzustands bereichs MK wird nach folgender Formel bestimmt:

Wenn der Außenluftzustand links von dieser Linie im Be reich MKB liegt, muß der Befeuchter hinzugezogen werden, da der Soll-Feuchtegehalt x _{ZU SOLL} der Zuluft sonst wegen des einzuhaltenden Mindestaußenluftanteils A nicht er reicht werden kann. Die optimale Betriebsart besteht hier im Mischen des Mindestaußenluftanteils mit Umluft, Kühlen der Mischluft bis t = t _{ZU SOLL} und Befeuchten bis zum Zu standspunkt ZU.

Für Außenluftzustände, die im Entfeuchtungsgebiet x < x _{ZU SOLL} liegen, ist es erforderlich, den Kühler so zu betreiben, daß er die Luft durch Taupunktunterschrei tung entfeuchtet. Dabei ist es energetisch am günstigsten, wenn die Kältemaschine mit der höchstzulässigen Kältemit teltemperatur betrieben wird.

Von allen im Entfeuchtungsgebiet liegenden Außenluftzu ständen aus ist so ein Luftzustand am Kühleraustritt zu erreichen, der beim Feuchtegehalt x = x _{ZU SOLL} und bei einer Temperatur etwas oberhalb der Sättigungskurve S liegt.

Unter diesen Bedingungen kann durch Mischen von Außenluft mit Umluft Kühlenergie eingespart werden, wenn die Enthal pie der Außenluft über der der Abluft liegt. Man erzielt so eine Mischluftenthalpie, die kleiner als die der Außen luft ist, so daß im Kühler eine geringere Enthalpiediffe renz zu überwinden ist, als beim Entfeuchten von nur Au ßenluft.

Ist die Außenluftenthalpie demgegenüber kleiner als die Umluftenthalpie, so läge beim Mischen die Mischluftenthal pie höher als die Außenluftenthalpie. Somit ist es ener giesparender, im Bereich KN nur Außenluft ohne Umluftbei mischung bis x = x _{ZU SOLL} durch Kühlen zu entfeuchten und dann bis zum Zustandspunkt ZU nachzuwärmen. Die Grenzlinie zwischen den beiden Außenluftzustandsbereichen KN und MKN wird von der Linie gleicher Enthalpie, die durch den Zu standspunkt AB der Abluft geht, gebildet.

Bei oberhalb dieser Grenzlinie im Bereich MKN liegenden Außenluftzuständen muß der Mindestaußenluftanteil mit Um luft gemischt werden, die Mischluft dann bis x = x _{ZU SOLL} entfeuchtet werden und anschließend im Nachwärmer auf t = t _{ZU SOLL} erwärmt werden.

Bezugszeichen in den Figuren und Ansprüchen

M = Mischkammer F = Filter V = Vorwärmer K = Kühler B = Dampfbefeuchter N = Nachwärmer L = Lüfter t = Lufttemperatur x = Feuchtegehalt der Luft h = Enthalpie der Luft Indices: ZU Zuluft ZU SOLL Zuluft-Soll UM Umluft AB Abluft AU Außenluft AU = Außenluftzustand ZU = Soll-Zuluftzustand AB, UM= Abluft-/Umluftzustand MI= Mischluftzustand A = Mindestanteil der Außenluft an der Zuluft k _B= aggregatspezifische Luftaufbereitungskosten beim Befeuchten k _K= aggregatspezifische Luftaufbereitungskosten beim Kühlen v = Vorwärmen n = Nachwärmen b = Befeuchten Δ h _V= Enthalpieänderung im Vorwärmer Δ h _B= Enthalpieänderung im Befeuchter (Sattdampf) Δ h _N= Enthalpieänderung im Nachwärmer Δ h _ges= Enthalpieänderung insgesamt (h _ZU - h _AU) Δ h _M= Enthalpieänderung in der Mischkammer S= Sättigungslinie

Claims

1. Verfahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte von Luft in Räumen mittels einer mehrere Klimaaggregate ent haltenden Luftaufbereitungsanlage, welche als Klimaaggregate min destens eine Mischkammer (M) zum Mischen der Außenluft mit Ab luft der Räume, ein Heizaggregat (V, N), ein Kühlaggregat (K) und eine Befeuchtungseinrichtung (B) enthält, und mit die aktuel len Luftzustände (Temperatur, Enthalpie und Feuchte) liefernden Meßfühlern für die Abluft und die Außenluft, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der gespeicherten raumlufttechnischen Betriebsparameter der Klimaaggregate (M, V, K, B, N), des aktuellen Zustandes der Außenluft (t _AUS, x _AU) und der Abluft (t _AB, x _AB) des Sollzustandes der Zuluft (t _{ZU SOLL}, x _{ZU SOLL}) sowie des Mindestvolumenanteils (A) der Außenluft in der Zuluft energetische Werte berechnet werden aufgrund derer jeweils die energetisch günstigste Teilkombina tion von Klimaaggregaten betrieben wird, mit welcher der im h-x-Diagramm darstellbare Soll zustand der Zuluft (t _{ZU SOLL}, x _{ZU SOLL}) erreichbar ist, wobei jeder dieser Teilkombinationen von Klimaaggregaten ein Außen luft-Zustandsbereich zugeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zu standsbereich (KB), in dem die Temperatur (t) größer und der Feuchtegehalt (x) kleiner ist als die Zuluft-Sollwerte (t _{ZU SOLL}, x _{ZU SOLL}) und der nach höheren Lufttemperaturen von der Temperatur begrenzt ist, die Außenluft durch Kühlen bis zum Sollwert (t _{ZU SOLL}) der Zulufttemperatur und anschlie ßendes Befeuchten in den Zuluft-Sollzustand gebracht wird, wobei k _B und k _K aggregatetypische Luftaufbe reitungskosten für den Befeuchter bzw. Kühler sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zustandsbereich (MKB), der begrenzt ist von den Zustän den entsprechend der Gleichung und den Feuchtegehalt die Außenluft durch Mischen mit dem größtzulässigen Anteil an Abluft und durch anschließendes Kühlen und Befeuchten die Zu luft auf den Sollzustand gebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zustandsbereich (MK), der begrenzt ist durch die Außen luftzustände (t, x) entsprechend der Gleichung dem Feuchtegehalt und dem Feuchtegehalt x _{ZU SOLL} der Sollzustand der Zuluft durch Mischen von Außenluft mit Abluft und Kühlen eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zustandsbereich (MB), der begrenzt ist durch die Tempera turen t _{ZU SOLL} und und den Sättigungszustand S sowie durch Außenluftzustände entsprechend der Formel der Sollzustand der Zuluft durch Mischen mit Abluft und Be feuchten eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zustandsbereich (MVBN), dessen Temperaturen nach oben begrenzt sind durch die Temperatur und der ferner durch den Sättigungszustand S begrenzt ist, der Sollzustand der Zuluft durch Mischen der Außenluft mit dem größtzulässigen Anteil an Abluft, durch Vorwärmen, Befeuchten und Nachwärmen eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zustandsbereich (MV), in dem der maximale Feuchtegehalt gleich dem Sollwert (x _{ZU SOLL}) des Feuchtegehaltes der Zuluft ist und der begrenzt ist durch die Zustände (t, x) der Außenluft entsprechend der Gleichung sowie den Sättigungszustand S der Zuluft-Sollzustand durch Mischen und Vorwärmen eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zustandsbereich (MKN), in dem die Enthalpie der Außenluft größer als die der Abluft und in dem der Feuchtegehalt größer ist als der Sollwert x _{ZU SOLL} des Feuchtegehalts der Zuluft, der Sollzustand der Zuluft durch Mischen von Außenluft mit dem maximal zulässigen Anteil an Abluft, anschließendes Kühlen zwecks Entfeuchtung, bis der Sollwert x _{ZU SOLL} des Zuluft-Feuch tegehaltes erreicht ist, und nachfolgendes Nachwärmen eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Außenluftzuständen in einem Zustandsbereich KN, in dem der Feuchtegehalt größer ist als der Sollwert x _{ZU SOLL} des Zuluft-Feuchtegehaltes und die Enthalpie der Außenluft kleiner ist als die der Abluft, der Sollzustand der Zuluft durch Kühlen zwecks Entfeuchtung bis zum Soll-Feuchtegehalt der Zuluft und anschließendes Nachwärmen ein gestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Klimaaggregat ein ei gener Regelkreis zugeordnet wird, wobei in Abhängigkeit von der jeweilig optimalen Betriebsweise, die sich aus der Zuordnung des Außenluft-Zustandspunktes zu einem der Außenluft-Zustandsbe reiche ergibt, die einzelnen Regler mit den aktuellen Eingangs größen versorgt und nicht benötigte Klimaaggregate gesteuert abgeschaltet werden.