DE3936094C2 - Verfahren zum Regeln von verstellbaren Luftverteilern als Luftauslaß von Lüftungs- und Klimaanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von ver­ stellbaren Luftverteilern, die als Luftauslässe bei Lüf­ tungs- und Klimaanlagen eingesetzt werden.

Zunehmend finden Dralluftverteiler, wie sie zum Beispiel aus der EP 0 104 435 A2 bekannt sind, als einstellbare Luf­ tauslässe in Räumen mit großer Wurfweite und unterschied­ lichen Betriebsbedingungen Anwendung. Sie ermöglichen es, daß in Abhängigkeit von der Raumgeometrie und von der Diffe­ renz zwischen der Zuluft- und der Raumlufttemperatur der Ausblaswinkel des annähernd kegelstumpfförmigen Zuluft­ strahls und damit die Eindringtiefe des Zuluftstrahls in den Gebäuderaum so eingestellt werden können, daß für den vorzu­ nehmenden Betrieb (z. B. Warmluftbeheizung oder Frischluft­ kühlung) die Zuluft unter Einhaltung der Behaglichkeitsbe­ dingungen gezielt in die Aufenthaltszone geleitet wird. Für die Einstellung von Dralluftverteilern sind außer Handver­ stellungen auch elektrische Steuergeräte bekannt, die nur eine Steuerung der Drallerzeugungseinrichtung des Dralluft­ verteilers in Funktion der Temperaturdifferenz zwischen Zu­ luft und Raumluft entsprechend einer fest einstellbaren Steuerkurve bewirken.

Die DE-OS 22 22 049 beschreibt eine Lufteinblasvorrich­ tung für eine Klimaanlage, bei der die Ausblasrichtung eines Luftauslasses in Abhängigkeit vom Signal eines Drucksensors verändert wird. Der Luftauslaß bläst dabei die Luft im we­ sentlichen horizontal, beispielsweise von der Wand eines Raumes aus, in den Raum hinein. In Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors wird die Abweichung der Ausblasrichtung von der Horizontalen verändert, damit auch bei sich ändernden Strömungsgeschwindigkeiten der aus- bzw. eingeblasenen Zu­ luft der gewünschte Strömungsverlauf erhalten wird. Ziel eines solchen gewünschten Strömungsverlaufs kann es bei­ spielsweise sein, einen bestimmten Teil des Raums gezielt und gesteuert zu belüften.

Steuerung heißt hier im Sinne der genormten Begriffe der Steuerungs- und Regelungstechnik, daß eine Eingangsgröße über eine Steuerkette eine Ausgangsgröße beeinflußt und die Steuerkette bei auftretenden Steuerabweichungen keine Rück­ meldung enthält, um die Steuerung zu verändern bzw. zu kor­ rigieren. Demzufolge haben die bekannten Steuerungen den Nachteil, daß für das Ausblasen des Zuluftstrahls mit einem vorbestimmten, gewünschten Ausblaswinkel und mit einer dar­ aus sich ergebenden Eindringtiefe nicht berücksichtigt wird, wenn während des Betriebes der Lüftungs- und Klimaanlage Än­ derungen des Zuluft-Volumenstromes (z. B. durch Veränderung des Druckverlustes in Filtern, Klappen oder dergleichen der Anlage oder durch eine betriebliche Regelung des Volumen­ stromes) auftreten, die zusammen mit der nichtlinearen Über­ tragungsfunktion der Drallerzeugungseinrichtung des Dralluftverteilers ungewollte, unreglmäßige Abweichungen von der gewünschten Luftverteilung (Ausblaswinkel und Eindring­ tiefe) zur Folge haben.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe eine Verfahrensweise zu schaffen, mit der bei Luftverteilern, insbesondere bei Dralluftverteilern unter Berücksichtigung der Temperaturdif­ ferenz zwischen Zuluft und Raumluft, des Volumenstromes und der Übertragungsfunktion des Luftverteilers eine für die un­ terschiedlichsten Betriebsbedingungen der Lüftungs- und Kli­ maanlage optimale Regelung, z. B. eine kontinuierliche oder eine diskrete Regelung unter Anwendung von Mikroprozessoren, vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angege­ benen Merkmale gelöst.

In der in erster Linie für Dralluftverteiler vorgesehe­ nen Konkretisierung ihres Prinzips wird zur Einstellung und Regelung eines vorbestimmten Ausblas- bzw. Ausbreitungswin­ kels des Zuluftstrahls und einer daraus sich ergebenden Ein­ dringtiefe des Zuluftstrahls vom Dralluftverteiler in den Gebäuderaum aus dem durch Messung ermittelten Volumenstrom der Zuluft, aus der Raumtemperatur und der Zulufttemperatur sowie aus den geometrischen Daten (Ausblashöhe, Düsendurch­ messer, konstruktionsabhängige Konstante) des angewendeten Dralluftverteilers derjenige Solldruck als die Führungsgröße der Regelung berechnet, bei dessen Vorhandensein im Zentrum der Auslaßdüse des Dralluftverteilers dieser einen Zuluft­ strom mit dem gewünschten Ausblaswinkel und der gewünschten Eindringtiefe erzeugt. Im Zentrum der Auslaßdüse wird der effektiv herrschende Druck gemessen und dieser als die Re­ gelgröße der Regelung mit dem Solldruck verglichen. Die Ab­ weichung der Regelgröße von der Führungsgröße wird einem Regler zugeführt, welcher entsprechend der Übertragungsfunk­ tion der Regelstrecke des Dralluftverteilers durch Verstel­ len der Drallerzeugungseinrichtung des Dralluftverteilers die Regelung des effektiven Druckes bewirkt.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Regelverfahren schematisiert mit einem Signalflußplan dargestellt. Das Rechteck 1 symbolisiert den am Anfang des geschlossenen Wir­ kungsablaufs der Regelung stehenden Rechenvorgang in der z. B. eine analoge Elektronik oder einen Mikroprozessor ent­ haltenden Regelvorrichtung, der die Raumlufttemperatur, Zu­ lufttemperatur und der Volumenstrom eingegeben werden. Die Messung des Volumenstromes kann direkt als Wirkdruckmessung innerhalb des Dralluftverteilers oder bei einem Lüftungs­ system mit variablem Volumenstrom von dem Volumenstromregler erfaßt werden. Ferner werden der Vorrichtung geometrische Daten eingegeben, die für die Ausbreitung des Zuluftstrahls von Bedeutung bzw. bestimmend sind. Hierzu gehören in erster Linie die räumliche Ausblashöhe, der Durchmesser der Auslaß­ düse des Dralluftverteilers und eine konstruktionsbedingte Konstante, die für verschiedene Luftverteilersysteme unter­ schiedlich ist und für ein bestimmtes Luftverteilersystem durch Messungen bei verschiedenen Betriebspunkten ermittel­ bar ist. Aus den eingegebenen Größen wird mittels in der Lüftungs- und Klimatechnik bekannter Algorithmen die Füh­ rungsgröße W der erfindungsgemäßen Regelung berechnet. Die Führungsgröße W gibt denjenigen Solldruck des Zuluftstrahls wieder, der im Zentrum der Auslaßdüse des Dralluftverteilers herrschen müßte, damit der Dralluftverteiler mit seiner Drallerzeugungseinrichtung einen gewünschten Ausblaswinkel erzeugt und bei diesem Ausblaswinkel der Zuluftstrahl die gewünschte Eindringtiefe in den Gebäuderaum hat. Mit der Be­ rechnung der Führungsgröße W aus den eingegebenen Daten mit­ tels der bekannten Algorithmen wird für die Ausbreitung des Zuluftstrahls auch berücksichtigt, daß bei einem eingestell­ ten Ausblaswinkel die Eindring­ tiefe auch von der Bewegungsenergie des Zuluftstrahls ab­ hängt und durch den Temperaturunterschied und damit Dich­ teunterschied zwischen Zuluft und Raumluft eine die Luft­ verteilung beeinflussende Auftriebskraft oder Sinkkraft entsteht. Aus der als Solldruck berechneten Führungsgröße W und aus der mit der erfindungsgemäßen Regelung zu be­ einflussenden Regelgröße X wird an der mit dem Kreis 2 symbolisierten Funktionsstelle des Regelkreises ein Ver­ gleich gebildet, der als Eingang in einen Regler 3 dient. Dieser Regler 3 bewirkt mit einer Stellgröße Y entsprechend der mit dem Rechteck 4 symbolisierten Übertragungsfunk­ tion des Dralluftverteilersystems die Einregulierung der Regelgröße X. Als Regelgröße X wird der im Zentrum der Auslaßdüse des Dralluftverteilers herrschende und für die Durchführung der Regelung zu messende Gesamtdruck des Zuluftstrahls herangezogen. Da die effektive Messung der Eindringtiefe oder des Ausblaswinkels des Zuluftstrahls praktisch nicht durchführbar ist, wird erfindungsgemäß der in der Auslaßdüse herrschende effektive Druck als Regelgröße gewählt, der sich auch fortlaufend messen und für den Vergleich mit der Führungsgröße erfassen läßt. Der ermittelte effektive Druck wird über einen mit dem Rechteck 5 symbolisierten Meßumformer bzw. Drucktrans­ mitter, der den ermittelten effektiven Druck in ein mit der Führungsgröße W vergleichbares Signal (z. B. Span­ nungssignal in Volt) umwandelt, dem Vergleichseingang 2 des Reglers 3 zugeleitet.

Mit der für alle Betriebsbedingungen optimalen Regelung des Ausblaswinkels und der Eindringtiefe des Zuluftstrahls führt das erfindungsgemäße Regelverfahren auch zu dem Vorteil, daß die Belüftung unter den unterschiedlichsten Betriebsbedingungen mit einem sehr hohen Wirkungsgrad erfolgt und dadurch die Energiekosten (insbesondere Heiz­ kosten) wie auch die Investitionskosten gesenkt werden können.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens ist auch bei anderen Luftverteilern anwendbar, die auf andere Weise als mit einer Drallerzeugung die Richtung und die Reichweite des Zuluftstrahls verändern und bei denen dann statt im Zentrum der Auslaßdüse eines Dralluftver­ teilers der effektive Druck als die mit der berechneten Führungsgröße zu vergleichende Regelgröße an einem an­ deren maßgebenden Ort des Luftverteilers oder dessen Aus­ laßdüse gemessen wird.

Claims (2)

1. Verfahren zum Regeln von Luftverteilern als Luftaus­ laß von Lüftungs- und Klimaanlagen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Einstellung und Regelung einer vor­ bestimmten Richtung und Reichweite des Zuluftstrahls aus dem durch Messung ermittelten Volumenstrom der Zuluft, aus der Raumtemperatur und der Zulufttempe­ ratur sowie aus den geometrischen Daten (Ausblashöhe, Düsendurchmesser, konstruktionsabhängige Konstante) des angewendeten Luftverteilers derjenige Solldruck als die Führungsgröße der Regelung berechnet wird, bei dessen Vorhandensein am maßgebenden Ort des Luftver­ teilers von diesem ein Zuluftstrom mit der gewünschten Richtung und Reichweite erzeugt wird, daß an dem maß­ gebenden Ort des Luftverteilers der effektiv herrschen­ de Druck gemessen wird und dieser als die Regelgröße der Regelung mit dem Solldruck verglichen wird und die Abweichung der Regelgröße von der Führungsgröße einem Regler zugeführt wird, welcher entsprechend der Übertragungsfunktion der Regelstrecke des Luftvertei­ lers durch Verstellen des Luftverteilers die Regelung des effektiven Druckes bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Regeln von Dralluftver­ teilern als Luftauslaß von Lüftungs- und Klimaanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung und Rege­ lung eines vorbestimmten Ausblaswinkels des Zuluftstrahls und einer daraus sich ergebenden Eindringtiefe des Zuluftstrahls vom Dralluftverteiler in den Gebäuderaum aus dem durch Messung ermittelten Volumenstrom der Zuluft, aus der Differenz zwischen Raumtemperatur und Zulufttemperatur sowie aus den geo­ metrischen Daten (Ausblashöhe, Düsendurchmesser, kon­ struktionsabhängige Konstante) des angewendeten Drall­ luftverteilers derjenige Solldruck als die Führungsgrö­ ße der Regelung berechnet wird, bei dessen Vorhanden­ sein im Zentrum der Auslaßdüse des Dralluftverteilers dieser einen Zuluftstrom mit dem gewünschten Ausblas­ winkel und der gewünschten Eindringtiefe erzeugt, und daß im Zentrum der Auslaßdüse der effektiv herrschende Druck gemessen wird und der effektive Druck als die Regel­ größe der Regelung mit dem Solldruck verglichen wird und die Abweichung der Regelgröße von der Führungsgröße einem Regler zugeführt wird, welcher entsprechend der über­ tragungsfunktion der Regelstrecke des Dralluftverteilers durch Verstellen der Drallerzeugungseinrichtung des Drall­ luftverteilers die Regelung des effektiven Druckes be­ wirkt.