DE4331752A1 - Verfahren und Anordnung zur Kühlung aufgeheizter Räume - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Lüftungs- und Klimatechnik. Die Anwendung der Erfindung erfolgt insbesondere in Arbeitsräumen wie Werkstätten, Läden und Büros.

Insbesondere in den Sommermonaten kommt es während der Geschäftszeit zu einer ungewollten Aufheizung von Arbeitsräumen. Der daraus resultierende Wärmeinhalt der Gebäude wird während der geschäftsfreien Zeit nicht ausreichend gemindert. Es ist bekannt, die klimatischen Bedingungen in Räumen den Erfordernissen der darin lebenden oder arbeitenden Menschen anzupassen, um so deren Wohlbefinden und deren Leistungsfähigkeit während der gesamten Tagesarbeitszeit zu fördern. Die Umsetzung dieses Anspruches geschieht mittels Klimageräten verschiedensten Ausbaugrades.

So ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 405 149 ein Apparat zur Klima­ regelung eines Raumes bekannt, der Eingangsgrößen wie Innen- und Außentemperatur, Innen- und Außenluftfeuchte, Beleuchtung und/oder Luftqualität des Raumes in Form elektrisch aufbereiteter Signale erfaßt und Stellsignale an ein Luftregulierungsgerät, einen Feuchteregler, eine Beleuchtungseinrichtung und/oder einen Ventilator gibt. Die Verarbeitung der Eingangsgrößen sowie die Bereitstellung der Ausgangssignale erfolgt mittels eines sogenannten fuzzy-controllers, wodurch eine umfassende Zustands­ beschreibung des Raumklimas in verbaler Form möglich ist. Das Raumklima wird durch Steuerung der das Klima beeinflussenden Geräte den Bedürfnissen angepaßt, indem beispielsweise jahreszeit- und tageszeitabhängig der Zustand "behaglich" aus den korrelierenden Komponenten Lufttemperatur, -feuchte sowie -qualität erzeugt wird. Nachteilig an diesem bekannten Apparat ist, daß neben dem Erfordernis der Ver- bzw. Erarbeitung einer Vielzahl von Eingangsinformationen und Ausgangssignalen zur umfassenden Zustandsbeschreibung ein diesbezüglich komplizierter Aufbau der Anlage mit entsprechend hohem investiven Aufwand gehört. Dadurch ist etwa eine Nachrüstung bestehender Lüftungsanlagen mit einem Steuergerät allein kaum möglich.

Darüber hinaus geht der Betrieb der das Raumklima in seinen Komponenten beeinflussenden Geräte mit einem hohen Energieverbrauch einher.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Raumklima in Arbeitsräumen, die einer ungewollten Aufheizung ausgesetzt sind, energiesparend zu beeinflussen. Eine vorhandene Lüftungsanlage soll Verwendung finden.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Kühlung aufgeheizter Räume unter Anwendung einer Lüftungsanlage, deren Funktion von einem Steuerrechner anhand von Innen- und Außentemperaturmessungen beeinflußt wird, die Erfassung der Innen- und Außentemperatur als Funktion der Zeit erfolgt, aus der Messung der Innentemperatur eine dem Wärmeinhalt des Gebäudes äquivalente Kenngröße abgeleitet wird, insbesondere Abfälle der Außentemperatur im Tagesablauf ausgewertet werden, ausgehend von einem vorzugebenden Initialisierungswert der Innentemperatur ein Schwellwert der den Wärmeinhalt des Gebäudes widerspiegelnden Kenngröße eingestellt wird und die Lüftungsanlage in Betrieb gesetzt wird, sobald der Schwellwert erreicht ist, die Differenz der Momentanwerte der Innen- und der Außentemperatur einen vorgegebenen Wert aufweist und die Innentemperatur über einem vorgegebenen Wert liegt.

Neben lüftungstechnischen sind insbesondere räumliche und bauliche Parameter für die Bildung der den Wärmeinhalt des Gebäudes widerspiegelnden Kenngröße maßgebend.

Zur Bildung der dem Wärmeinhalt des Gebäudes äquivalenten Kenngröße wird vorzugsweise ein Nominalwert für die Innentemperatur eingeführt und zur Ermittlung der Kenngröße die Differenz zwischen der Innentemperatur und dem Nominalwert gebildet. Als Nominalwert sind Werte von 15°C bis 20°C geeignet.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Lüftungsanlage, die wenigstens einen Ventilator aufweist, wenigstens einem Meßfühler für die Innentemperatur eines Raumes, wenigstens einem Meßfühler für die Außentemperatur, einem Steuerrechner und einer Interfaceeinheit zwischen der Lüftungsanlage und dem Steuerrechner, dessen Steuerprogramm erfindungsgemäß ein Expertensystem zugrunde liegt.

Das Expertensystem operiert zumindest mit baulichen und räumlichen Parametern des Gebäudes, Parametern der Lüftungsanlage sowie von den Meßgrößen der Innen- und der Außentemperaturen abgeleiteten Kenngrößen.

Eine Minderung des Wärmeinhaltes des Gebäudes durch die Zufuhr kühler Außenluft senkt den Energieverbrauch zur Klimatisierung von Arbeitsräumen. Der Ersatz der aufgeheizten Raumluft durch kühle und selbst in Städten sauerstoffreichere Nachtluft erfolgt in Abhängigkeit der im Raum und außerhalb des Gebäudes über den Tag gemessenen Temperaturen. Durch die Einbeziehung der räumlichen und baulichen Parameter in das Regelverhalten durch Wahl einer geeigneten Hysterese ergibt einen im wesentlichen kontinuierlichen Betrieb der Lüftungsanlage bis zur gewünschten Auskühlung. Insbesondere wird verhindert, daß durch Zufuhr kühler Außenluft eine momentan niedrige Innentemperatur direkt und ausschließlich den Betrieb der Lüftungsanlage abbräche, obwohl die weiter vorhandene Wärme im Gebäude ein sofortiges Wiederansteigen der Innentemperatur bewirkte. Der Einsatz eines Rechners ermöglicht eine einfache Anpassung an vorhandene Lüftungsanlagen sowie an die verschiedensten räumlichen und baulichen Bedingungen. Die Konzeption des Steuerprogramms als Expertensystem berücksichtigt insbesondere den Einfluß der lüftungsseitigen, räumlichen und baulichen Bedingungen auf den Verlauf der Innentemperatur und ermöglicht so den erfindungsgemäßen Betrieb der Lüftungsanlage.

Die Messung der Außen- und der Innentemperatur erfolgt stetig mittels zweier Temperaturfühler und wird als Funktion der Zeit nach einer Analog-Digital-Umsetzung im Steuerrechner verarbeitet. Die Ansteuerung der Lüftungsanlage durch den Steuerrechner wird durch eine Interfacebaugruppe realisiert, die vorteilhafterweise mit Schaltrelais bestückt ist. Zur Deaktivierung verfügt der Steuerrechner über einen Sperreingang, der sowohl manuell als auch von einem Steuersignal gesetzt werden kann und mit der Heizungsregelung gekoppelt ist, so daß bei Heizungsbetrieb die Nachtluftkühlung abgeschaltet bleibt.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt

ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Kühlung aufgeheizter Räume nach der Erfindung besteht aus einem Steuerrechner CON mit einem Signalprozessor CPU, an den ein Programm- und Datenspeicher MEM, ein Display DI, eine Tastatur TA sowie eine aus einem ersten Relais R1 und einem zweiten Relais R2 bestehende Inerfacebaugruppe angeschlossen sind. Der Steuerrechner verfügt über eine Stromversorgung SVC, die über einen Stromversorgungseingang IV mit dem Spannungsnetz VN verbunden ist. Der Signalprozessor ist eingangsseitig über einen Sperreingang IS mit der Heizungsregelung HR des Gebäudes über einen ersten Meßeingang ITI mit einem Innentemperaturmeßfühler TI sowie über einen zweiten Meßeingang ITO mit einem Außentemperaturmeßfühler TO verbunden. Die Heizungsregelung HR wirkt auf die Heizung H des Gebäudes. Das Relais R1 ist ausgangsseitig über einen ersten Stellausgang OV an eine Lüftermotorensteuerung MC, die auf die Ventilatoren V der Lüftungsanlage wirkt, und das Relais R2 über einen zweiten Stellausgang OK an eine Lüfterklappensteuerung KC, die auf die Lüfterklappen K der Lüftungsanlage wirkt, angeschlossen. Vervollständigt wird die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung durch eine mit dem Spannungsnetz VN verbundene Peripheriestromversorgung SVP, die in bekannter Weise die Betriebsspannungen der Lüftermotorensteuerung MC und der Lüfterklappensteuerung KC bereitstellt.

Vor Installation der erfindungsgemäßen Anordnung wird in den Speicher MEM das Steuerprogramm einschließlich der baulichen und räumlichen Parameter des Gebäudes geschrieben. Nach der Eingabe eines Initialisierungswertes der Innentemperatur kann die Anordnung in Betrieb genommen werden. Erreicht die gemessene Innentemperatur im Verlaufe eines Tages den Initialisierungswert, wird der Erfassungszyklus des Steuerprogramms gestartet. Es wird ständig die Differenz eines Nominalwertes von den Momentanwerten der Innentemperatur gebildet. Der Nominalwert ist eine experimentell ermittelte Größe, mit deren Hilfe eine Normierung der Innentemperaturwerte erfolgt. Er beträgt vorzugsweise 18°C. Eine definierte Summe der Produkte aus der seit dem Start des Erfassungszyklus vergangenen Zeit und dem zugehörigen Differenzwert ist der Schwellwert einer dem Wärmeinhalt des Gebäudes äquivalenten Kenngröße, bei deren Erreichen die Lüftungsanlage aktiviert wird. Ab einer Differenz zwischen Innen- und Außen­ temperatur von vorzugsweise 3 Kelvin wird die Lüftungsanlage gestartet. Die Anlage bleibt in Betrieb und führt den Austausch der aufgeheizten Raumluft durch frische Außenluft so lange durch, bis die Differenz der Innen- und der Außentemperatur einen Minimalwert erreicht oder die Innentemperatur unter einen Mini­ malwert abgesunken ist, der ebenso im Steuerprogramm definiert wurde und beispielsweise bei 18°C liegt. Außer bei Absinken der Außentemperatur aufgrund der Nachtkühle wird die Lüftungsanlage so auch in Betrieb gesetzt, wenn durch plötzliche Wetteränderungen ein Temperaturabfall der Außenluft stattfindet, wie dies etwa nach Gewittern häufig der Fall ist. Eine daraus resul­ tierende Abkühlung der Arbeitsräume stellt eine weitere vorteilhafte Wirkung der Erfindung dar.

Der Anschluß des Steuerrechners CON über den Sperreingang IS an die Regeleinheit HR der Gebäudeheizung H dient zur Verhinderung des Lüftungsbetriebs, sobald die Heizung H arbeitet.

Bezugszeichenliste

CON Steuerrechner
CPU Signalprozessor
MEM Programm- und Datenspeicher
DI Display
TA Tastatur
R1, R2 Relais
SVC Stromversorgung Steuerrechner
IS Sperreingang
ITI Meßeingang Innentemperatur
ITO Meßeingang Außentemperatur
IV Stromversorgungseingang
OV Stellausgang Lüftermotoren
OK Stellausgang Lüfterklappen
HR Heizungsregelung
H Gebäudeheizung
TI, TO Temperaturmeßfühler
MC Lüftermotorensteuerung
V Ventilatoren
KC Lüfterklappensteuerung
K Lüfterklappen
SVP Peripheriestromversorgung
VN Spannungsnetz

Claims (4)

1. Verfahren zur Kühlung aufgeheizter Räume unter Anwendung einer Lüftungsanlage, deren Funktion von einem Steuerrechner anhand von Innen- und Außentemperaturmessungen beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Innen- und Außen­ temperatur als Funktion der Zeit erfolgt, aus der Messung der Innentemperatur eine dem Wärmeinhalt des Gebäudes äquivalente Kenngröße abgeleitet wird, insbesondere Abfälle der Außen­ temperatur im Tagesablauf ausgewertet werden, ausgehend von einem vorzugebenden Initialisierungswert der Innentemperatur ein Schwellwert der den Wärmeinhalt des Gebäudes widerspiegelnden Kenngröße eingestellt wird und die Lüftungsanlage in Betrieb gesetzt wird, sobald der Schwellwert erreicht ist, die Differenz der Momentanwerte der Innen- und der Außentemperatur einen vorgegebenen Wert aufweist und die Innentemperatur über einem vorgegebenen Wert liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben lüftungstechnischen insbesondere räumliche und bauliche Parameter für die Bildung der den Wärmeinhalt des Gebäudes widerspiegelnden Kenngröße maßgebend sind.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bestehend aus einer Lüftungsanlage, die wenigstens einen Ventilator aufweist, wenigstens einem Meßfühler für die Innentemperatur eines Raumes, wenigstens einem Meßfühler für die Außentemperatur, einem Steuerrechner und einer Interfaceeinheit zwischen der Lüftungsanlage und dem Steuerrechner, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuerprogramm ein Expertensystem zugrunde liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Expertensystem zumindest mit baulichen und räumlichen Parametern des Gebäudes, Parametern der Lüftungsanlage sowie von den Meßgrößen der Innen- und der Außentemperaturen abgeleiteten Kenngrößen operiert.