DE3510388A1

DE3510388A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der luftdurchsatzmengen in einer zentralen lueftungs- und heizungsanlage

Info

Publication number: DE3510388A1
Application number: DE19853510388
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr.Rer.Nat. Kersten; Klaus 5100 Aachen Klinkenberg
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3510388C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Luftdurchsatzmengen in einer zentralen Lüftungs- und Heizungsanlage mit Zuluftkanälen, die unmittelbar oder über Luftverteiler zu einzelnen, zu belüftenden Räumen führen, wobei in den einzelnen Zuluftkanälen Drosselklappen und in den einzelnen Räumen Temperaturmeßvorrichtungen vorgesehen sind, über die unter Einsatz einer zentralen Auswertvorrichtung durch Verstellen der Drosselklappen die den einzelnen Räumen zugeleiteten Luftmengen eingestellt werden.

Bei zunehmender Wärmedämmung und Abdichtung von Gebäuden erhöht sich der Stellenwert einer Be- und Entlüftung, die den hygienischen Erfordernissen entsprechend einen Mindestluftwechsel von etwa dem 0,5-fachen der Luftmenge eines Raumes pro Stunde entspricht, und zwar unabhängig von Windanfall und Außentemperatur. Die Anwendung einer Wärmerückgewinnung ist dabei energiesparend und komfortabel.

Aus der DE-OS 23 48 253 ist es bekannt, von außen zugeführte Zuluft entsprechend der Außenlufttemperatur durch Zuführung von Wärme auf die benötigte Heiztemperatur zu bringen. Über Zuluftkanäle wird diese erwärmte Zuluft zu den einzelnen Räumen geführt, wobei sich im Bereich des jeweiligen Raumauslasses eine Drosselklappe befindet. Entsprechend der gemessenen Raumtemperatur werden verschiedene Heizluftmengen dem Raum zugeführt. Die Luft wird ständig zugeführt. Die Luftmenge wird über die Drosselklappen geregelt. Bei hohem Wärmeanfall in einem Raum, z. B. durch eine größere Anzahl von Personen, führt dabei

ίο die Drosselung der Heizleistung gleichzeitig zu einer unerwünschten Reduzierung der Frischluftrate.

Aus der EP-PS 0 097 607 ist es bekannt, eine kontinuierliche Regelung der Raumtemperatur und der Luftmenge mittels einer zentralen Mischbox-Vielklappen-Vorrichtung zu erreichen. Es wird für jeden Raum die gesamte Luftmenge kontrolliert, und für jeden Raum wird eine dem Raum spezifische Luftmischung aus geheizter Luft und ungeheizter Luft zugeführt. Der Luftstrom fließt dauernd. Diese Mehrklappenregelung für jeden einzelnen Raum ist aufwendig. Aufwendig ist es auch, daß für jeden einzelnen Raum mittels einer eigenen Heizvorrichtung aus der zugeführten ungeheizten Frischluft die Heizluft gebildet wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Luftdurchsatzmengen in einer zentralen Lüftungs- und Heizungsanlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das bzw. die mit geringerem Aufwand jedem einzelnen Raum das benötigte Heizungs- und Lüftungssoll zuführt.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

— die dem Heizen und Lüften dienende Luft vor ihrer Verteilung auf einzelne Zuluftkanäle für einzelne Räume durch eine Erhitzungsvorrichtung geführt wird,

— den einzelnen Räumen mit Vorrang bis zum Erreichen des Heizungssolls eine aufgeheizte Luftmenge zugeführt wird,

— während der Stillstandsperioden der Erhitzungs-Vorrichtung über dieselben Zuluftkanäle jedem einzelnen Raum bis zum Erreichen des Gesamtlüftungssolls eine zusätzliche, unaufgeheizte Lüftungsluftmenge zugeführt wird, wobei die gesamte Luftzufuhr, bestehend aus aufgeheizter und unaufgeheizter Luft, für jeden einzelnen Raum vorherbestimmt und von der speichernden Auswertvorrichtung durch öffnen und Schließen der Drosselklappen zugemessen wird.
Diese Art der Regelung der Luftdurchsatzmengen ist leitungszugmäßig einfach, da es nur einen sich möglicherweise auch verzweigenden Zuluftkanal gibt, in dem wahlweise frische, nicht erhitzte Luft oder frische, aufgeheizte Luft geführt wird. Während des Zuführens der aufgeheizten Zuluft werden die einzelnen Räume bis zum Erreichen der Solltemperatur aufgeheizt. Ist die Aufheiztemperatur erreicht, dann wird die entsprechende Drosselklappe geschlossen, und es strömt keine weitere geheizte Luft mehr in den betreffenden Raum. Wurde das vorgesehene Soll des Gesamtluftaustausches durch das Einblasen von geheizter Luft noch nicht erfüllt, dann wird bei ausgeschaltetem Heizaggregat nicht erwärmte, also kalte Zuluft eingeblasen, bis das vorgesehene Soll an Zuluft erfüllt ist. Das Gesamtlüftungssoll wird beim Einrichten der Lüftungs- und Heizungsanlage einmal im Mikroprozessor gespeichert. Je größer die zugeführte aufgeheizte Frischluftmenge ist, desto geringer wird dann die noch zuzuführende, nicht erhitzte Frischluftmenge sein. Sobald die vorgesehene, ingesamt

zuzuführende Luftmenge im einzelnen Raum erreicht ist, schließt der Mikroprozessor die entsprechende Drosselklappe.

Auf diese Weise kann eine optimale Belüftung aller Räume erfolgen, und zwar unabhängig davon, ob sie beispielsweise durch Sonne oder sonstige Heizquellen, wie Herdplatten, zusätzlich aufgeheizt werden oder ob sie keine zusätzlichen Wärmequellen aufweisen. Durch die mittels des Mikroprozessors dosierten Zugabemengen an aufgeheizter Zuluft und an nicht aufgeheizter Zuluft wird eine optimale Beheizung erreicht, wobei die jeweilige Raumtemperatur durch einen Raumthermostaten nach Wahl eingestellt werden kann. Hierzu ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Heizluftmengen mittels Raumthermostaten und die Zumessung der gesamten Zuluftmengen mittels Volumenmessern durch Zeittakten mittels der als Mikroprozessor ausgebildeten Auswertvorrichtung erfolgt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zusätzlich zur Erhitzungsvorrichtung ein Wärmetauscher vorhanden ist, der den Wärmeinhalt aus der gegebenenfalls abgezogenen verbrauchten Raumluft entnimmt und der frischen Zuluft zuführt. Die Erhitzungsvorrichtung kann eine Wärmepumpe oder eine konventionelle Heizvorrichtung sein.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen horizontalen und einen vertikalen Querschnitt durch ein Wohnhaus mit einer eingebauten Lüftungs- und Heizungsanlage mit Wärmerückgewinnung und Lufterhitzung mit Einzelraumregelung,

Fig. 2 anhand eines Diagrammes Anteile der geheizten und der ungeheizten Zuluft für drei Räume des in Fig. 1 dargestellten Hauses mit unterschiedlichen Raumtempraturen bei einer Außentemperatur von TA = 0°C,

Fig. 3 anhand eines Diagrammes die zeitliche Aufteilung der ungeheizten Zuluftmenge und der geheizten Zuluftmenge auf drei Räume mit unterschiedliehen Raumtemperaturen nach Fig. 2 bei einer Außentemperatur von TA = 0° C.

Ein in Fig. 1 anhand eines horizontalen Schnittes im oberen Teil des Bildes und eines vertikalen Schnittes im unterten Teil des Bildes schematisch dargestelltes Haus 1 ist mit drei Räumen 3.1, 3.2 und 33 versehen. Der Raum 3.1 ist beispielsweise ein Wohnzimmer, während der Raum 3.2 eine Küche und der Raum 33 ein Schlafzimmer darstellen sollen. Alle drei Räume 3.1 bis 3.3 werden mit Hilfe einer zentralen Lüftungs- und Heizungsanlage 5 mit geheizter Zuluft und ungeheizter Zuluft zentral versorgt. Die Lüftungsanlage besteht aus einem Zuluftkanal 7, der über eine Verteilerkammer 9 aufgespalten ist in einzelne Zuluftkanäle 7.1 für den Raum 3.1,7.2 für den Raum 3.2 und 7.3 für den Raum 3.3. Die Zuluftkanäle 7.1, 72, 73 enden in den Räumen 3.1, 3.2,3.3 an Lufteinlässen 10. Über ein schematisch angedeutetes Gebläse 11 wird die Frischluft von außen her über einen Einlaßstutzen 13 in den Zuluftkanal 7 eingeleitet. Aus den einzelnen Räumen wird die verbrauchte Abluft mittels eines schematisch angedeuteten Gebläses 17 und einen Luftauslaß 19 nach außen abgeblasen. In dem Zuluftkanal 7 befindet sich eine die Zuluft erhitzende Heizungsanlage 21. Zwischen der Heizungsanlage 21 und den Gebläsen 11, 17 befindet sich gegebenenfalls noch ein Wärmeaustauscher 23.

Die Luftzufuhrkanäle 7.1, 7.2 und 73 sind mit Luftklappen 25 versehen, die diese Kanäle gegenüber den Räumen 3.1,3.2 und 33 verschließen können. Alle Luftklappen 25 sind für die einzelnen Räume getrennt über Steuerleitungen 27 von einer zentralen Auswertvorrichtung 29 aus verstellbar. In den einzelnen Luftzufuhrkanälen 7.1, 7.2 und 73 befinden sich Volumenmeßgeräte V, die mit einer elektronischen Luftmengenregelung 31 verbunden sind. Weiterhin befinden sich in den einzelnen Räumen Thermostate T, die ihre Meßwerte an einen elektronischen Auswerter 33 im Bereich der als Mikroprozessor ausgebildeten zentralen Auswertvorrichtung 29 weiterleiten. Über eine Verbindungsleitung 35 ist die Temperaturauswertvorrichtung 33 mit der Heizvorrichtung 21 verbunden.

Fig. 2 zeigt die Anteile von geheizter und ungeheizter Zuluft, die zu einer ausreichenden Belüftung und Beheizung eingesetzt werden, wobei die Räume 3.1, 3.2 und 33, wie bereits zuvor erwähnt, auf unterschiedlichen Durchschnittstemperaturen gehalten werden. Die gesamte Zuluft ist für die einzelnen Räume mit 100% angegeben. Der Raum 3.1, der auf einer Temperatur Ti = 20° C gehalten werden soll, wird dabei versorgt mit 46% geheizter Luft und dementsprechend 54% ungeheizter Luft. Der Raum 32, der auf einer Durchschnittstemperatur von 18° C gehalten werden soll, wird beheizt mit 43% geheizter und 57% ungeheizter Luft. Der Raum 3.3, der auf einer Temperatur von ca. 12° C gehalten werden soll, wird versorgt mit 33% geheizter Luft und 67% ungeheizter Luft.

Wie dies im einzelnen zustande kommt, wird anhand von Fig. 3 erläutert. Wie sich anhand der Rohrleitungsführungen in Fig. 1 ergibt, wird das gesamte, zum Belüften und Heizen zuzuführende Luftvolumen, bestehend aus geheizter und unbeheizter Luft, über nur einen Zuluftkanal jedem einzelnen, zu klimatisierenden Raum zugeführt. Dies bedeutet, daß zu unterschiedlichen Zeiten einmal geheizte und ein anderes Mal ungeheizte Luft zugeführt werden muß. Fig. 3 zeigt nun in vier Diagrammen übereinander, wie dies durchgeführt wird. Es sei angenommen, daß die insgesamte zuzuführende Frischluftmenge für das Haus 190 m³/h beträgt. Dies ist im untersten Digramm in Fig. 3 mit einer gestrichelten horizontalen Linie angedeutet. Über die Zeit hinweg wird nun abwechselnd im Bereich "Heizung aus", der als weißes Feld dargestellt ist, und im Bereich "Heizung ein", der punktiert dargestellt ist, ungeheizte und geheizte Luft eingeblasen. Die einzublasende Luftmenge von 190 m³/h im Mittel ist vorgegeben und wird von der zentralen Auswertvorrichtung überwacht.

In dem Diagramm für den Raum 33, bei dem für den Luftaustausch stündlich im Mittel 50 m³ Luft benötigt werden und der auf 12° C gehalten wird, gestalten sich dann die zugeführten Frischluft- und Heizluftmengen entsprechend dem zugehörigen Diagramm. Gleiches gilt für dem Raum 3.2 mit 60 m³ stündlichem Luftbedarf bei 18⁰C und den Raum 3.1 mit stündlich 80 m³ Frischluftbedarf bei einer Raumtemperatur von 2O⁰C. Es wird immer abwechselnd ungeheizte oder geheizte Luft zugeführt. Zwischendurch ist auch eine absolute Unterbrechung der Frischluftzufuhr möglich oder notwendig.

Es wird bei dem Takten im vorbeschriebenen Sinn zunächst einmal davon ausgegangen, daß jeder der Räume 3.1 bis 3.3 mit Hilfe von beheizter Zuluft auf die benötigte Raumtemperatur gebracht wird. Die Lauftzeit der Heizung zur Erzeugung geheizter Luft wird dabei bestimmt von dem Raum, der über den längsten Zeitraum hinweg beheizte Luft benötigt. In den Räumen, in denen nicht solange geheizte Luft zugeführt werden muß, wird bereits vor dem Abschalten der Heiz-

vorrichtung die Heizluftzufuhr unterbrochen. Ist die Heizvorrichtung 21 ausgegangen und fließt nun nur unbeheizte Zuluft zu, dann werden entsprechend den Vorgaben des insgesamt auszutauschenden Luftvolumens den einzelnen Räumen ungeheizte Zuluftmengen zügeführt, bis das gesamte Austauschvolumen erreicht ist.

Allein durch das Takten einer Heizvorrichtung 21 und das Öffnen und Schließen der Drosselklappen wird es auf diese Weise möglich, entsprechend den Eingaben in einer Auswertvorrichtung, jeden einzelnen Raum eines Hauses über nur einen Zuluftkanal exakt mit dem nötigen Frischluftvolumen pro Stunde und der benötigten Wärmeenergie zu versorgen. Diese Versorgungsweise ist einfach in der Installation und daher wirtschaftlich.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Luftdurchsatzmengen einer zentralen Lüftungs- und Heizungsanlage mit Zuluftkanälen, die unmittelbar oder über Luftverteiler zu einzelnen, zu belüftenden Räumen führen, wobei in den einzelnen Zuluftkanälen Drosselklappen und in den einzelnen Räumen Temperaturmeßvorrichtungen vorgesehen sind, über die unter Einsatz einer zentralen Auswertvorrichtung durch Verstellen der Drosselklappen die den einzelnen Räumen zugeleiteten Luftmengen eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

— den einzelnen Räumen mit Vorrang bis zum Erreichen des Heizungssolls eine aufgeheizte Heizluftmenge zugeführt wird,

— während der Stillstandsperioden der Erhitzungsvorrichtung über dieselben Zuluftkanäle jedem einzelnen Raum bis zum Erreichen des Gesamtlüftungssolls eine zusätzliche, unaufgeheizte Lüftungsluftmenge zugeführt wird, wobei die gesamte Luftzufuhr, bestehend aus aufgeheizter und unaufgeheizter Luft, für jeden einzelnen Raum vorherbestimmt und von der speichernden Auswertvorrichtung durch öffnen und Schließen der Drosselklappen zugemessen wird.

2. Vefahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumessung der Heizluftmengen mittels Raumthermostaten und die Zumessung der Lüftungsluftmengen durch Zeittakten mittels der Auswertvorrichtung erfolgt,

3. Zentrale Lüftungsanlage nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Erhitzungsvorrichtung ein Wärmetauscher vorgesehen ist.

4. Zentrale Lüftungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungsvorrichtung eine Wärmepumpe ist.