EP0588052A1 - Method for controlling an air-conditioning installation - Google Patents
Method for controlling an air-conditioning installation Download PDFInfo
- Publication number
- EP0588052A1 EP0588052A1 EP93112751A EP93112751A EP0588052A1 EP 0588052 A1 EP0588052 A1 EP 0588052A1 EP 93112751 A EP93112751 A EP 93112751A EP 93112751 A EP93112751 A EP 93112751A EP 0588052 A1 EP0588052 A1 EP 0588052A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- state
- air
- transition
- determined
- partial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/0008—Control or safety arrangements for air-humidification
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
- F24F11/46—Improving electric energy efficiency or saving
- F24F11/47—Responding to energy costs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
- F24F2003/144—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by dehumidification only
- F24F2003/1446—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by dehumidification only by condensing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F11/00—Control or safety arrangements
- F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
- F24F2011/0002—Control or safety arrangements for ventilation for admittance of outside air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
- F24F2110/10—Temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
- F24F2110/10—Temperature
- F24F2110/12—Temperature of the outside air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
- F24F2110/20—Humidity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
- F24F2110/20—Humidity
- F24F2110/22—Humidity of the outside air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2221/00—Details or features not otherwise provided for
- F24F2221/54—Heating and cooling, simultaneously or alternatively
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
Definitions
- the invention relates to a method for controlling an air conditioning system according to the preamble of claim 1.
- Such a method is known from DE-C-3 439 288 and from automation practice atp 28/4 (1986), pp. 184-190, in which for an air conditioning system with a mixing chamber, a preheater, a cooler, a humidifier and a reheater for a given target state of the air given off to supply rooms and a determined state of the recirculated air extracted from said rooms, the state of the outside air is then checked in which a row of subfields of the two-dimensional state room - represented as a Mollier's hx diagram - it lies and after In the corresponding subfield, a specific combination of units of the air conditioning system is selected and controlled in such a way that the air released reaches the desired state, while the other units are operated in idle mode.
- the aggregates are selected so that the path to the target state - if there are alternatives - is covered in such a way that the sum of the absolute values of the enthalpy changes caused by the selected aggregates is minimal.
- the boundaries between the subfields are each defined by i. a. defines linear equations that relate the enthalpy or temperature to the humidity.
- the calculation of the size of the effort on which the selection of the transition is based is determined as described above, so that, for example, different efficiencies or cost factors of different aggregates cannot be taken into account. It is also not easy to see whether and if so how the method can be adapted to a more refined calculation of the amount of effort that takes such effects into account.
- the invention as characterized in the claims, provides a method for controlling an air conditioning system, which is extremely flexible in every respect.
- the units to be used are preselected according to the relative position of the desired state and the states of the outside and recirculated air, at most within a very limited, easily manageable framework, and the procedure is always the same.
- the control procedure is therefore clear and easier to implement without errors.
- the computational effort is low, since the scope of the new calculations to be carried out when the air conditions are shifted remains very modest.
- the amount of effort on which the selection of the units is based and whose correctness and accuracy is therefore crucial for the economical operation of the air conditioning system can be freely defined and take into account different efficiencies and cost factors of the various units, possibly also different efficiencies or cost factors of an unit in different areas the state level.
- the method according to the invention can be implemented in a modular program executed by a computer, in which each unit is simulated by a module.
- the modules are easily interchangeable, so that the program - and thus the process - can be quickly and easily adapted to different unit configurations. Even if one unit fails, the control process can be easily adapted and the air conditioning system can continue to be operated as far as possible.
- the method according to the invention offers the possibility of adapting, expanding and refining the control in many directions as required.
- An air conditioning system 1 contains (FIG. 1) five units through which air to be treated flows in succession. Via an outside air supply 2, the outside air is supplied to it and via a recirculating air supply 3, recirculating air is drawn off from the rooms supplied with air by the air conditioning system, while it supplies 4 supply air for supplying said rooms to a supply air extractor.
- the outside air supply 2 and the recirculating air supply 3 open into an initially arranged mixing chamber 5, in which a controllable proportion of recirculating air is mixed into the outside air.
- a preheater 6 is connected to the mixing chamber 5, in which air which is supplied to it from the mixing chamber 5 can be brought to a higher temperature.
- a subsequent cooler 7, serves to lower the temperature of the supplied air and can also be used to reduce its humidity. Moisture can be added to the air by means of a subsequent humidifier 8.
- a reheater 9, from which the supply air outlet 4 starts, has the same function as the preheater 7.
- the states of the outside air, the circulating air and the supply air are each monitored by temperature sensors 10a, 10b and 10c and humidity sensors 11a, 11b and 11c, the signals of which are fed to a control unit 12, which contains a computer, usually a microprocessor.
- the control unit 12 is also connected to the units of the air conditioning system 1 and controls the same.
- the functions of the individual units are now explained using the hx diagram.
- the hx diagram has long been known in the field of air conditioning technology. It represents the two-dimensional state quantity of moist air, namely the humidity x, i.e. the horizontal axis. H. the water vapor content is plotted in g / kg.
- the lines of constant humidity run vertically, while the lines of the same enthalpy (i.e. the same heat content) form a system of parallel, equidistant straight lines running from top left to bottom right, which enables a direct reading of the enthalpy difference between two states.
- the constant temperature lines only the zero degree isotherm runs horizontally, while the overlying isotherms are also straight lines, which however increase with increasing temperature.
- the water vapor partial pressure is given above the hx diagram and a key figure on the periphery, the meaning of which will be explained below in connection with the steam humidifier.
- r H M h around -H Outside
- (1b) (h out , x out ), (h outside , x outside ) can be combined into vectors ⁇ out , ⁇ outside as well as (r h M , r x M ) can be understood as components of a direction vector r M.
- ⁇ ⁇ out ⁇ ⁇ Outside + ⁇ r ⁇ M , 0 ⁇ ⁇ ⁇ 1 (1) for the state trajectory.
- the superscript M denotes the unit, in the present case the mixing chamber.
- the trajectory thus corresponds, provided that the recirculated air component ⁇ is unlimited, of the straight section connecting the outside air condition and the recirculated air condition. If, as is often the case for hygienic reasons, the circulating air percentage must not exceed a certain limit value, only a part of this section that is connected to the outside air condition is accessible. in the The example shown was based on the assumption that ⁇ ⁇ 2 / 3 must apply, ie the proportion of air circulating must not exceed approx. 67%.
- the air condition at the outlet of the mixing chamber with maximum admixture of circulating air is indicated by a dash. The conditions passed through by the air in the mixing chamber should also remain outside the fog area, otherwise condensation will form.
- a vertical line (FIG. 4) is the part of the state trajectory of the cooler 7 which lies above the saturation line and which lowers the enthalpy of the air without changing its humidity until the saturation line is reached. Water droplets form on the saturation line, which precipitate out and settle in the cooler 7 when cooling continues, so that a reduction in the moisture occurs.
- the state trajectory then follows the saturation line (this representation is somewhat idealized, the trajectory does not directly meet the saturation line, but clings to it, but the approximation described is sufficient for calculation purposes).
- the humidifier 8 is an air washer with circulating water (FIG. 5)
- its state trajectory forms a line of increasing humidity and constant enthalpy, since an equilibrium state is established in which no heat is supplied or removed by the air washer.
- the trajectory ends at the saturation line since the air no longer absorbs water vapor when it has reached saturation.
- the scale on the periphery of the hx diagram allows the direction of the state trajectory to be determined from this relationship between enthalpy and moisture supply.
- an amount of effort is determined which reflects the corresponding energy and / or cost.
- the effort size is calculated from partial effort sizes, usually by adding them, which are assigned to the individual partial transitions.
- a partial transition can be attributed to the absolute value of the enthalpy difference overcome as long as it is not nearly energy-neutral, such as in the mixing chamber - the use of such units is automatically preferred.
- this type of calculation is mostly used for the sake of simplicity.
- a first state trajectory, which corresponds to a first unit, and a second state trajectory, which corresponds to the first unit, is determined in each case from an initial state which corresponds to the outside air state or also from a modified initial state produced by maximum admissible ambient air admixture in the mixing chamber 5 subordinate second unit corresponds and leads to the target state.
- the use of the first and the second aggregate offers a possibility of bringing about the transition from the initial state to the desired state.
- the cutting state can then be determined by the computer - in most cases this is very simple, since the state trajectories are straight and therefore only a linear system of equations has to be solved.
- one of the units is regulated according to the moisture, i.e. H. its manipulated variable is set so that the humidity of the supply air emitted by the air conditioning system 1, which is monitored by the moisture meter 11c on the supply air extractor 4, corresponds to the setpoint humidity, the other according to the temperature, i. that is, the unit is regulated according to the supply air temperature monitored by the temperature sensor 11c on the supply air extractor 4.
- an intermediate unit arranged between the first unit and the second unit can be selected and a corresponding intermediate state trajectory be determined which leads to the second cut state. If the intermediate state trajectory and the first state trajectory intersect in a first cutting state, the two cutting states can likewise be determined by the computer. If such a transition is selected, the first and the second aggregate are regulated according to humidity and temperature, while the intermediate aggregate is controlled so that the saturation line is reached.
- the air conditioning system 1 with an air washer as a humidifier essentially has the following possible control combinations, of which one or more, depending on the relative position of the air conditions, always represent possible transitions: M V K B N A f t a a a B f a t a a C. f a a a t D t a a f a E ma t a f a F mi t a f a G ma a t f a H mi a t f a I. ma a f a t J mi a f a t K ma f a ma t L mi f a ma t M ma a a f t N mi a a f t
- M means mixing chamber, V preheater, K cooler, B humidifier and N postwarmer.
- a stands for out of service, d. H. the air condition is not changed.
- ma means the maximum proportion of outside air, i.e. H. no recirculated air is mixed in, with a minimal proportion of outside air, i. H. the maximum permissible proportion of recirculated air is added.
- Formal i.e. H.
- the state of the maximum outside air fraction denoted by ma, corresponds to the outside fraction denoted by a.
- Operating state of the other units, corresponding to ⁇ 0.
- ma means that the maximum water vapor content, i.e. H. until the saturation line is reached.
- f means that the unit is regulated according to the humidity, t that it is regulated according to the temperature.
- the mixing chamber 5 serves as the first unit and its state trajectory starting from the outside air state thus as the first state trajectory.
- the humidifier 8 an air washer, can be used as the second unit, so that the second state trajectory is a line of constant enthalpy.
- the cooler 7 can also be used as the second unit.
- the second state trajectory - a line of constant moisture - intersects the first state trajectory in a cutting state S '(case B).
- the solution is determined in an analogous manner.
- the air washer does not give off heat to the air or withdraws the same, but only circulates water, its energy consumption is very low, while the cooler 7 would have to extract enthalpy from the air with the corresponding expenditure of energy, so that the transition by means of the combination of the temperature-controlled mixing chamber 5 with the humidifier 8 controlled by the humidity with respect to the energy consumption represents the cheapest variant and is selected.
- Fig. 8 shows a constellation in which the target humidity is lower than outside air and recirculating air humidity. It is therefore essential to use the cooler 7 as a dehumidifier.
- the mixing chamber 5 can be put out of operation so that the initial state corresponds to the outside air state (case I) or it can be used to produce a modified initial state (indicated by a cross line) with a minimal proportion of outside air (case J).
- the enthalpy difference to be overcome by the cooler 7 is smaller in the second case than in the first, so that since the enthalpy difference to be overcome by the reheater 9 as the second unit is the same in both cases, this variant is selected.
- the nominal humidity is higher than the outside air humidity and this is higher than the circulating air humidity.
- Using the mixing chamber 5 would bring no profit under these circumstances. It is possible to use the preheater 6 as the first unit and the humidifier 8 as the second unit.
- the corresponding trajectories intersect in a section state S (case E).
- the humidifier 8 as an intermediate unit and the preheater 6 as the first unit lead to a first intersection point S1 ', the calculation of which is completely analogous to that explained in connection with FIG. 7, only ⁇ s2' taking the place of ⁇ soll . This results in another possible transition (case K).
- the method according to the invention makes it possible to carry out a refined calculation of the partial effort sizes, which takes into account, for example, that higher heat losses occur at higher temperatures, so that the efficiency of preheaters and postheaters is reduced. Such a refinement in the calculation of the effort size leads to a decision for the second of the possible transitions.
- FIG. 10 shows possible transitions when a steam humidifier is used as the humidifier 8.
- Use of the mixing chamber 5 as the first unit and the preheater 6 or post-heater 9 as the second unit (cases A and C, sectional state S) is less energy-efficient than using the preheater 6 the first and the humidifier 8 as a second unit (case D, cut state S ') or the energetically equivalent possibility of using the humidifier 8 as the first and the reheater 9 as a second unit (case M, cut state S' ').
- a decision between the latter variants is only possible on the basis of additional or refined criteria.
- the air conditioner 1 described (Fig. 1) of course provides is only an example. It could contain other or further aggregates without having to change the control method and the basic calculation method. Examples are: air washers with variable water temperatures, air dryers using the absorption method, rotary heat exchangers or other units for heat recovery.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling an air conditioning system according to the preamble of
Aus der DE-C-3 439 288 und aus Automatisierungstechnische Praxis atp 28/4 (1986), S. 184 - 190 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei welchem für eine Klimaanlage mit einer Mischkammer, einem Vorwärmer, einem Kühler, einem Befeuchter und einem Nachwärmer bei gegebenem Sollzustand der zur Versorgung von Räumen abgegebenen Luft und ermitteltem Zustand aus besagten Räumen abgezogener Umluft der Zustand der Aussenluft daraufhin überprüft wird, in welchem einer Reihe von Teilfeldern des zweidimensionalen Zustandsraums - dargestellt als Molliersches hx-Diagramm - er liegt und nach dem entsprechenden Teilfeld eine bestimmte Kombination von Aggregaten der Klimaanlage ausgewählt und so gesteuert wird, dass die abgegebene Luft den Sollzustand erreicht, während die übrigen Aggregate im Leerlauf betrieben werden. Die Auswahl der Aggregate erfolgt dabei so, dass der Weg zum Sollzustand - falls es Alternativen gibt - so zurückgelegt wird, dass die Summe der Absolutwerte der von den ausgewählten Aggregaten bewirkten Enthalpieänderungen minimal ist. Die Grenzen zwischen den Teilfeldern sind jeweils durch i. a. lineare Gleichungen, welche die Enthalpie oder Temperatur mit der Feuchte in Bezug setzen, definiert.Such a method is known from DE-C-3 439 288 and from automation practice atp 28/4 (1986), pp. 184-190, in which for an air conditioning system with a mixing chamber, a preheater, a cooler, a humidifier and a reheater for a given target state of the air given off to supply rooms and a determined state of the recirculated air extracted from said rooms, the state of the outside air is then checked in which a row of subfields of the two-dimensional state room - represented as a Mollier's hx diagram - it lies and after In the corresponding subfield, a specific combination of units of the air conditioning system is selected and controlled in such a way that the air released reaches the desired state, while the other units are operated in idle mode. The aggregates are selected so that the path to the target state - if there are alternatives - is covered in such a way that the sum of the absolute values of the enthalpy changes caused by the selected aggregates is minimal. The boundaries between the subfields are each defined by i. a. defines linear equations that relate the enthalpy or temperature to the humidity.
Diese Lösung hat verschiedene Nachteile. Schon bei geringen Verschiebungen des Zustands der Aussenluft oder der Umluft ergeben sich Verschiebungen der Grenzen zwischen den Teilfeldern, welche ihre Neuberechnung erforderlich machen.This solution has several disadvantages. Even slight shifts in the condition of the outside air or the recirculating air result in shifts in the boundaries between the subfields, which make it necessary to recalculate them.
Darüberhinaus geht das in den genannten Veröffentlichungen beispielsweise beschriebene Verfahren jeweils davon aus, dass die relative Lage der Zustände von Umluft und Aussenluft bestimmte qualitative Voraussetzungen erfüllt: erstere ist sowohl feuchter als auch wärmer als letztere, was wohl der Regelfall ist, aber nicht so sein muss.In addition, the method described in the publications mentioned assumes that the relative position of the conditions of air circulation and outside air meets certain qualitative requirements: the former is both humid and warmer than the latter, which is probably the case, but need not be so .
Es ist nicht ohne weiteres ersichtlich, in welcher Weise die Unterteilung in Teilfelder geändert werden muss, wenn die besagte relative Lage sich qualitativ ändert, es ist jedoch davon auszugehen, dass sich dann die Grenzen der Teilfelder nicht nur verschieben, sondern ein wesentlich neues Bild entsteht, sodass die gesamte Aufteilung z. T. aufgrund neuer Gleichungen für die Grenzen neu bestimmt oder eine Reihe verschiedener Regeln und Gleichungssätze für verschiedene Fälle gespeichert und je nach Ausgangslage daraus eine Auswahl getroffen werden muss.It is not immediately apparent how the subdivision into subfields has to be changed if the said relative location changes qualitatively, but it can be assumed that the boundaries of the subfields will not only shift, but a substantially new picture will emerge , so that the entire division z. T. newly determined for the limits based on new equations or a series of different rules and equation sets saved for different cases and depending on the starting point a selection must be made.
Dadurch wird, jedenfalls bei Klimaanlagen mit Mischkammer, das für die Auswahl der einzusetzenden Aggregate erforderliche Regelwerk sehr komplex und unübersichtlich. Ausserdem entsteht ein beträchtlicher Rechenaufwand.In this way, at least in the case of air conditioning systems with a mixing chamber, the set of rules required for the selection of the units to be used becomes very complex and confusing. In addition, there is considerable computing effort.
Die Berechnung der Aufwandsgrösse, die der Auswahl des Uebergangs zu Grunde gelegt wird, ist wie oben beschrieben festgelegt, sodass etwa unterschiedliche Wirkungsgrade oder Kostenfaktoren verschiedener Aggregate nicht berücksichtigt werden können. Es ist auch nicht ohne weiteres zu sehen, ob und gegebenenfalls wie das Verfahren an eine verfeinerte Berechnung der Aufwandsgrösse, die derartige Effekte mit ins Kalkül zieht, angepasst werden kann.The calculation of the size of the effort on which the selection of the transition is based is determined as described above, so that, for example, different efficiencies or cost factors of different aggregates cannot be taken into account. It is also not easy to see whether and if so how the method can be adapted to a more refined calculation of the amount of effort that takes such effects into account.
Das Verfahren scheint auf Aggregate beschränkt zu sein, deren Trajektorie im hx-Diagramm eine Gerade ist oder sich jedenfalls durch eine Gerade hinreichend genau approximieren lässt. Auch die Möglichkeit von Anpassungen an unterschiedlich aufgebaute Klimaanlagen ist nicht ohne weiteres ersichtlich. In jedem Fall sind derartige Anpassungen nicht ohne grundsätzliche Ueberlegungen durchführbar.The method seems to be limited to aggregates whose trajectory is a straight line in the hx diagram or can in any case be approximated sufficiently precisely by a straight line. Also the possibility of adjustments on differently constructed air conditioning systems is not readily apparent. In any case, such adjustments cannot be carried out without fundamental considerations.
Demgegenüber schafft die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage, welches in jeder Hinsicht äusserst flexibel ist.In contrast, the invention, as characterized in the claims, provides a method for controlling an air conditioning system, which is extremely flexible in every respect.
Gemäss der Erfindung findet eine Vorauswahl der einzusetzenden Aggregate nach relativer Lage des Sollzustands und der Zustände der Aussen- und der Umluft höchstens in sehr beschränktem, leicht überblickbarem Rahmen statt, im weiteren wird immer nach der gleichen Methode vorgegangen. Das Steuerungsverfahren ist dadurch übersichtlich und leichter fehlerfrei zu implementieren. Der Rechenaufwand ist, da der Umfang der bei Verschiebung von Luftzuständen vorzunehmenden Neuberechnungen sehr bescheiden bleibt, gering.According to the invention, the units to be used are preselected according to the relative position of the desired state and the states of the outside and recirculated air, at most within a very limited, easily manageable framework, and the procedure is always the same. The control procedure is therefore clear and easier to implement without errors. The computational effort is low, since the scope of the new calculations to be carried out when the air conditions are shifted remains very modest.
Die Aufwandsgrösse, die der Auswahl der Aggregate zugrundeliegt und deren Korrektheit und Genauigkeit daher für den sparsamen Betrieb der Klimaanlage ausschlaggebend ist, kann sehr frei definiert werden und unterschiedliche Wirkungsgrade und Kostenfaktoren der verschiedenen Aggregate berücksichtigen, eventuell auch unterschiedliche Wirkungsgrade oder Kostenfaktoren eines Aggregats in verschiedenen Bereichen der Zustandsebene.The amount of effort on which the selection of the units is based and whose correctness and accuracy is therefore crucial for the economical operation of the air conditioning system can be freely defined and take into account different efficiencies and cost factors of the various units, possibly also different efficiencies or cost factors of an unit in different areas the state level.
Neben der üblichen und gewöhnlich auch ausreichenden Darstellung der Funktion der diversen Aggregate durch Gerade im hx-Diagramm können auch solche eingesetzt werden, die Nichtlinearitäten berücksichtigen - entsprechend nichtlinearen Trajektorien.In addition to the usual and usually sufficient representation of the function of the various aggregates by means of a straight line in the hx diagram, it is also possible to use those which take nonlinearities into account - corresponding to nonlinear trajectories.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in einem modular aufgebauten, von einem Rechner ausgeführten Programm implementiert werden, in welchem jedes Aggregat durch ein Modul simuliert wird. Die Moduln sind ohne weiteres austauschbar, sodass das Programm - und damit das Verfahren - rasch und leicht an unterschiedliche Aggregatekonfigurationen anpassbar ist. Auch bei Ausfall eines Aggregats kann das Steuerungsverfahren ohne weiteres angepasst und die Klimaanlage im Rahmen des Möglichen optimal weiter betrieben werden.The method according to the invention can be implemented in a modular program executed by a computer, in which each unit is simulated by a module. The modules are easily interchangeable, so that the program - and thus the process - can be quickly and easily adapted to different unit configurations. Even if one unit fails, the control process can be easily adapted and the air conditioning system can continue to be operated as far as possible.
Ganz allgemein bietet das erfindungsgemässe Verfahren die Möglichkeit, die Steuerung nach vielen Richtungen hin nach Bedarf anzupassen, auszubauen und zu verfeinern.In general, the method according to the invention offers the possibility of adapting, expanding and refining the control in many directions as required.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel und seine Funktionsweise darstellen, näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Klimaanlage, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren gesteuert werden kann,
- Fig. 2
- die Zustandstrajektorie einer Mischkammer im hx-Diagramm, d. h. die Menge der Zustände, die bei gegebenem Luftzuständen an den Eingängen der Mischkammer am Ausgang derselben erzeugt werden können,
- Fig. 3
- die Zustandstrajektorie eines Vor- oder Nachwärmers,
- Fig. 4
- die Zustandstrajektorie eines Kühlers,
- Fig. 5
- die Zustandstrajektorie eines Luftwäschers,
- Fig. 6
- die Zustandstrajektorie eines Dampfbefeuchters,
- Fig. 7 - 9
- verschiedene Uebergänge bei diversen Konstellationen von Sollzustand, Umluftzustand und Aussenluftzustand in einer Klimaanlage gemäss Fig. 1, in der als Befeuchter ein Luftwäscher eingesetzt ist und
- Fig. 10
- einen Uebergang in einer Klimaanlage gemäss Fig. 1, in der als Befeuchter ein Dampfbefeuchter eingesetzt ist.
- Fig. 1
- 1 shows a schematic representation of an air conditioning system that can be controlled using the method according to the invention,
- Fig. 2
- the state trajectory of a mixing chamber in the hx diagram, ie the amount of states that can be generated at the inputs of the mixing chamber at the outlet of the same for a given air state,
- Fig. 3
- the state trajectory of a preheater or reheater,
- Fig. 4
- the state trajectory of a cooler,
- Fig. 5
- the state trajectory of an air washer,
- Fig. 6
- the state trajectory of a steam humidifier,
- 7 - 9
- different transitions in various constellations of target state, recirculated air state and outside air state in an air conditioning system according to FIG. 1, in which an air washer is used as a humidifier and
- Fig. 10
- a transition in an air conditioning system according to FIG. 1, in which a steam humidifier is used as the humidifier.
Eine Klimaanlage 1 enthält (Fig. 1) fünf Aggregate, die nacheinander von aufzubereitender Luft durchströmt werden. Ueber eine Aussenluftzuführung 2 wird ihr Aussenluft und über eine Umluftzuführung 3 Umluft zugeführt, die aus den durch die Klimaanlage mit Luft versorgten Räumen abgezogen wird, während sie an einem Zuluftabzug 4 Zuluft für die Versorgung besagter Räume abgibt.An
Die Aussenluftzuführung 2 und die Umluftzuführung 3 münden in eine eingangs angeordnete Mischkammer 5, in welcher der Aussenluft ein regelbarer Anteil von Umluft zugemischt wird. An die Mischkammer 5 schliesst ein Vorwärmer 6 an, in welchem Luft, die ihm von der Mischkammer 5 her zugeführt wird, auf eine höhere Temperatur gebracht werden kann. Ein daran anschliessender Kühler 7 dagegen dient dazu, die Temperatur der zugeführten Luft zu erniedrigen und kann auch zur Verminderung ihrer Feuchte eingesetzt werden. Mittels eines anschliessenden Befeuchters 8 kann der Luft Feuchte zugesetzt werden. Ein Nachwärmer 9, von welchem der Zuluftabzug 4 ausgeht, hat die gleiche Funktion wie der Vorwärmer 7.The
Die Zustände der Aussenluft, der Umluft und der Zuluft werden jeweils durch Temperaturfühler 10a, 10b bzw. 10c und Feuchtefühler 11a, 11b bzw. 11c überwacht, deren Signale einer Steuereinheit 12, die einen Rechner, normalerweise einen Mikroprozessor, enthält, zugeleitet werden. Die Steuereinheit 12 ist auch mit den Aggregaten der Klimaanlage 1 verbunden und steuert dieselben.The states of the outside air, the circulating air and the supply air are each monitored by
Die Funktionen der einzelnen Aggregate werden nun anhand des hx-Diagramms erläutert. Das hx-Diagramm ist auf dem Gebiet der Klimatechnik seit langem bekannt. Es stellt die zweidimensionale Zustandsmenge feuchter Luft dar, und zwar ist auf der horizontalen Achse die Feuchte x, d. h. der Wasserdampfgehalt in g/kg aufgetragen. Die Linien konstanter Feuchte verlaufen vertikal, während die Linien gleicher Enthalpie (d. h. gleichen Wärmeinhalts) ein System paralleler von links oben nach rechts unten verlaufender äquidistanter Gerader bilden, was ein direktes Ablesen der zwischen zwei Zuständen bestehenden Enthalpiedifferenz ermöglicht. Von den Linien konstanter Temperatur verläuft nur die Nullgradisotherme horizontal, während die darüberliegenden Isothermen ebenfalls Gerade sind, die jedoch mit zunehmender Temperatur zunehmend ansteigen.The functions of the individual units are now explained using the hx diagram. The hx diagram has long been known in the field of air conditioning technology. It represents the two-dimensional state quantity of moist air, namely the humidity x, i.e. the horizontal axis. H. the water vapor content is plotted in g / kg. The lines of constant humidity run vertically, while the lines of the same enthalpy (i.e. the same heat content) form a system of parallel, equidistant straight lines running from top left to bottom right, which enables a direct reading of the enthalpy difference between two states. Of the constant temperature lines, only the zero degree isotherm runs horizontally, while the overlying isotherms are also straight lines, which however increase with increasing temperature.
Ausserdem sind Linien relativer Feuchtigkeit eingezeichnet, von denen vor allem die Sättigungslinie (100% relativer Feuchtigkeit) von Interesse ist, da sie das Gebiet, in welchem die gesamte Feuchte in Form von Wasserdampf vorliegt, vom darunter liegenden sogenannten Nebelgebiet, in welchem ein Teil der Feuchte Wassertröpfchen bildet, trennt.In addition, lines of relative humidity are shown, of which the saturation line (100% relative humidity) is of particular interest, since it is the area in which all the moisture is in the form of water vapor, from the underlying so-called fog area, in which a part of the Forms damp water droplets, separates.
Oberhalb des hx-Diagramms ist der Wasserdampfpartialdruck angegeben und an der Peripherie eine Kennzahl, deren Bedeutung weiter unten im Zusammenhang mit dem Dampfbefeuchter erklärt werden wird.The water vapor partial pressure is given above the hx diagram and a key figure on the periphery, the meaning of which will be explained below in connection with the steam humidifier.
In Fig. 2 ist die Zustandstrajektorie der Mischkammer 5 dargestellt. Die Mischung von Aussenluft (voller Kreis) und Umluft (leerer Kreis) führt zu einer linearen Interpolation zwischen den entsprechenden Feuchten und Enthalpien, d. h. bei einem Umluftanteil λ und einem Aussenluftanteil 1-λ ergibt sich am Ausgang der Mischkammer ein Luftzustand, der durch
und
mit 0≦λ≦1 charakterisiert ist, wobei h für die Enthalpie und x für die Feuchte steht. Daraus ergeben sich
und
mit 0≦λ≦1. Mit den Bezeichnungen
und
erhält man die Darstellung
(haus,xaus), (haussen,xaussen) kann man jeweils zu Vektoren ξ aus, ξ aussen zusammenfassen ebenso wie (rh M,rx M) als Komponenten eines Richtungsvektors r M aufgefasst werden können. Dies führt auf die Darstellung
für die Zustandstrajektorie. Das hochgestellte M bezeichnet das Aggregat, im vorliegenden Fall die Mischkammer. Die Trajektorie entspricht somit, vorausgesetzt, dass der Umluftanteil λ unbeschränkt ist, der den Aussenluftzustand und den Umluftzustand verbindenden geraden Strecke. Falls, wie oft aus hygienischen Gründen erforderlich, der Umluftanteil dagegen einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf, so ist nur ein an den Aussenluftzustand anschliessender Teil dieser Strecke zugänglich. Im dargestellten Beispiel wurde davon ausgegangen, dass λ≦²/₃ gelten muss, d. h. der Anteil der Umluft ca. 67% nicht überschreiten darf. Der Luftzustand am Ausgang der Mischkammer bei maximaler Umluftbeimischung ist durch einen Querstrich angedeutet. Die von der Luft in der Mischkammer durchlaufenen Zustände sollten ausserdem ausserhalb des Nebelgebiets bleiben, da sich sonst Kondenswasser bildet.2 shows the state trajectory of the mixing
and
is characterized by 0 ≦ λ ≦ 1, where h stands for enthalpy and x for humidity. This results in
and
with 0 ≦ λ ≦ 1. With the labels
and
you get the representation
(h out , x out ), (h outside , x outside ) can be combined into vectors ξ out , ξ outside as well as (r h M , r x M ) can be understood as components of a direction vector r M. This leads to the presentation
for the state trajectory. The superscript M denotes the unit, in the present case the mixing chamber. The trajectory thus corresponds, provided that the recirculated air component λ is unlimited, of the straight section connecting the outside air condition and the recirculated air condition. If, as is often the case for hygienic reasons, the circulating air percentage must not exceed a certain limit value, only a part of this section that is connected to the outside air condition is accessible. in the The example shown was based on the assumption that λ ≦ ² / ₃ must apply, ie the proportion of air circulating must not exceed approx. 67%. The air condition at the outlet of the mixing chamber with maximum admixture of circulating air is indicated by a dash. The conditions passed through by the air in the mixing chamber should also remain outside the fog area, otherwise condensation will form.
Fig. 3 zeigt die Zustandstrajektorie des Vorwärmers 6 und des Nachwärmers 9, die die Enthalpie der Luft erhöhen, ohne an der Feuchte etwas zu ändern, sodass die Trajektorie eine senkrechte Halbgerade bildet, die vom Ausgangszustand nach oben weist, d. h. es gilt
mit λ≧0,
Wie im Fall der Mischkammer lässt sich dies auf die Form
mit λ≧0 bringen, wobei
mit r W=(rh W,rx W) zusammenfassen.Fig. 3 shows the state trajectory of the
with λ ≧ 0,
As in the case of the mixing chamber, this can be done on the shape
bring with λ ≧ 0, where
summarize with r W = (r h W , r x W ).
Ebenfalls eine senkrechte Linie bildet (Fig. 4) der oberhalb der Sättigungslinie liegende Teil der Zustandstrajektorie des Kühlers 7, welcher die Enthalpie der Luft erniedrigt, ohne deren Feuchte zu ändern, bis die Sättigungslinie erreicht wird. An der Sättigungslinie bilden sich Wassertröpfchen, welche ausfallen und sich bei weiterer Kühlung im Kühler 7 absetzen, sodass eine Verminderung der Feuchte eintritt. Die Zustandstrajektorie folgt im weiteren der Sättigungslinie (diese Darstellung ist etwas idealisiert, die Trajektorie trifft nicht direkt auf die Sättigungslinie, sondern schmiegt sich derselben an, für Berechnungszwecke genügt jedoch die beschriebene Näherung). Oberhalb der Sättigungslinie ergibt sich also
mit λ≧0,
oder
mit λ≧0, wobei rh K=-1, rx K=0, und zusammengefasst
mit
with λ ≧ 0,
or
with λ ≧ 0, where r h K = -1, r x K = 0, and summarized
With
Falls der Befeuchter 8 ein Luftwäscher mit umlaufendem Wasser ist (Fig. 5), so bildet seine Zustandstrajektorie eine Linie zunehmender Feuchte und konstanter Enthalpie, da sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem durch den Luftwäscher keine Wärme zu- oder abgeführt wird. Die Trajektorie endet an der Sättigungslinie, da die Luft, wenn sie die Sättigung erreicht hat, keinen Wasserdampf mehr aufnimmt. Sie wird charakterisiert durch
mit λ≧0
oder
mit λ≧0, wobei
mit
with λ ≧ 0
or
with λ ≧ 0, where
With
Ist der Befeuchter 8 ein Dampfbefeuchter (Fig. 6), so kann die Enthalpie des zugeführten Wasserdampfs beträchtlich höher sein als die Luftenthalpie, sodass er nicht nur Feuchte, sondern auch Enthalpie, und zwar in einem der zugeführten Dampfmasse bezogen auf die Luftmasse etwa proportionalen Ausmass - der Proportionalitätsfaktor, die spezifische Wärme
mit λ≧0 bzw.
mit λ≧0, wobei
mit
with λ ≧ 0 or
with λ ≧ 0, where
With
Für sämtliche Aggregate ergeben sich durch die Gleichungen (1) - (5), in Komponenten (1a),(1b) - (5a),(5b), formal weitgehend analoge Beschreibungen der Zustandstrajektorien, die Gleichungen weisen unabhängig vom Aggregat die gleiche Struktur auf. Das für ein Aggregat Spezifische ist jeweils im Vektor
Die beschriebenen Aggregate selber sind in der Klimatechnik seit langem bekannt und jedem Fachmann vertraut. Sie werden daher hier nicht näher dargestellt.The units themselves have long been known in air conditioning technology and are familiar to any specialist. They are therefore not shown in detail here.
Die Zustandstrajektorien werden, wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, mit Ausnahme eines Teils der Trajektorie des Kühlers 7, durchwegs durch Gerade dargestellt. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet jedoch ohne weiteres die Möglichkeit, auch mit nichtlinearen Zustandstrajektorien zu arbeiten. Allenfalls wird dadurch der Rechenaufwand etwas erhöht.The state trajectories, as can be seen from the above explanations, with the exception of part of the trajectory of the
Im folgenden werden anhand weiterer Figuren mehrere Konstellationen von Aussenluftzustand (voller Kreis), Umluftzustand (leerer Kreis) und Sollzustand der Zuluft (x) gezeigt und dargestellt, auf welchen Wegen der Sollzustand jeweils erreicht werden kann und welcher der möglichen Uebergänge auszuwählen ist. Es wird dabei davon ausgegangen, dass eine Klimaanlage der in Fig. 1 schematisch dargestellten Konfiguration zum Einsatz gelangt, wobei als Befeuchter ein Luftwäscher (Fig. 7 - 9) oder ein Dampfbefeuchter (Fig. 10) eingesetzt wird.In the following, several constellations of outside air condition (full circle), Circulating air status (empty circle) and target status of the supply air (x) are shown and shown, in which ways the target status can be achieved and which of the possible transitions is to be selected. It is assumed that an air conditioning system of the configuration shown schematically in FIG. 1 is used, an air washer (FIGS. 7-9) or a steam humidifier (FIG. 10) being used as the humidifier.
Zu jedem möglichen Uebergang zum Sollzustand, bestehend aus mehreren nacheinander durchlaufenen, durch in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Aggregate bewerkstelligten Teilübergängen, wird eine Aufwandsgrösse bestimmt, welche den entsprechenden Energie- und/oder Kostenaufwand wiederspiegelt.For each possible transition to the target state, consisting of a plurality of successive partial transitions, which are produced by units arranged one behind the other in the flow direction, an amount of effort is determined which reflects the corresponding energy and / or cost.
Die Aufwandsgrösse wird aus Teilaufwandsgrössen berechnet, und zwar normalerweise durch Addition derselben, welche den einzelnen Teilübergängen zugeordnet werden. Einem Teilübergang kann im einfachsten Fall als Aufwandsgrösse der Absolutwert der überwundenen Enthalpiedifferenz zugeschrieben werden, soweit sie nicht annähernd energieneutral, wie etwa in der Mischkammer - der Einsatz solcher Aggregate wird automatisch bevorzugt -, erreicht wird. In den im folgenden beschriebenen Beispielen wird der Einfachheit halber meist diese Berechnungsart zugrundegelegt. Es ist jedoch auch möglich, besagten Absolutwert mit einem dem jeweiligen Aggregat zugeordneten Kostenfaktor zu multiplizieren oder auch kompliziertere Berechnungsmethoden einzusetzen, welche etwa unterschiedliche Wirkungsgrade eines Aggregats in verschiedenen Temperatur- und Feuchtebereichen berücksichtigen.The effort size is calculated from partial effort sizes, usually by adding them, which are assigned to the individual partial transitions. In the simplest case, a partial transition can be attributed to the absolute value of the enthalpy difference overcome as long as it is not nearly energy-neutral, such as in the mixing chamber - the use of such units is automatically preferred. In the examples described below, this type of calculation is mostly used for the sake of simplicity. However, it is also possible to multiply said absolute value by a cost factor assigned to the respective aggregate or to use more complicated calculation methods which take into account, for example, different efficiencies of an aggregate in different temperature and humidity ranges.
Die prinzipielle Vorgehensweise zur Bestimmung der möglichen Uebergänge zum Sollzustand ist stets die gleiche, wobei jedoch eine gewisse Vorauswahl nach der gegenseitigen Lage der obenerwähnten Luftzustände getroffen werden kann. Es wird jeweils eine von einem Ausgangszustand, der dem Aussenluftzustand entspricht, oder auch von einem durch maximal zulässige Umluftbeimischung in der Mischkammer 5 hergestellten modifizierten Ausgangszustand ausgehende erste Zustandstrajektorie, die einem ersten Aggregat entspricht, bestimmt, sowie eine zweite Zustandstrajektorie, die einem dem ersten Aggregat nachgeordneten zweiten Aggregat entspricht und die zum Sollzustand führt.The basic procedure for determining the possible transitions to the target state is always the same, however, a certain preselection can be made according to the mutual position of the above-mentioned air conditions. A first state trajectory, which corresponds to a first unit, and a second state trajectory, which corresponds to the first unit, is determined in each case from an initial state which corresponds to the outside air state or also from a modified initial state produced by maximum admissible ambient air admixture in the mixing
Falls sich die Trajektorien in einem Schnittzustand schneiden, wie das etwa in Fig. 7 dargestellt ist, so bietet der Einsatz des ersten und des zweiten Aggregats eine Möglichkeit, den Uebergang vom Ausgangszustand zum Sollzustand zu bewerkstelligen. Der Schnittzustand kann dann durch den Rechner bestimmt werden - in den meisten Fällen ist das sehr einfach, da die Zustandstrajektorien gerade sind und somit nur ein lineares Gleichungssystem gelöst werden muss. Wird der Uebergang ausgewählt, so wird eines der Aggregate nach der Feuchte geregelt, d. h. seine Stellgrösse wird so eingestellt, dass die Feuchte der von der Klimaanlage 1 abgegebenen Zuluft, die durch den Feuchtemesser 11c am Zuluftabzug 4 überwacht wird, der Sollfeuchte entspricht, das andere nach der Temperatur, d. h., das Aggregat wird nach der durch den Temperaturfühler 11c am Zuluftabzug 4 überwachten Zulufttemperatur geregelt.If the trajectories intersect in a sectional state, as is shown, for example, in FIG. 7, the use of the first and the second aggregate offers a possibility of bringing about the transition from the initial state to the desired state. The cutting state can then be determined by the computer - in most cases this is very simple, since the state trajectories are straight and therefore only a linear system of equations has to be solved. If the transition is selected, one of the units is regulated according to the moisture, i.e. H. its manipulated variable is set so that the humidity of the supply air emitted by the
Falls die zweite Zustandstrajektorie nicht die erste Zustandstrajektorie schneidet, sondern, wie in Fig. 9 gezeigt, in einem in der Folge als zweiter Schnittzustand bezeichneten Punkt die Sättigungskurve, so kann ein zwischen dem ersten Aggregat und dem zweiten Aggregat angeordnetes Zwischenaggregat ausgewählt und eine entsprechende Zwischenzustandstrajektorie bestimmt werden, die zum zweiten Schnittzustand führt. Falls sich die Zwischenzustandstrajektorie und die erste Zustandstrajektorie in einem ersten Schnittzustand schneiden, so können gleichfalls die beiden Schnittzustände durch den Rechner bestimmt werden. Falls ein solcher Uebergang ausgewählt wird, so werden das erste und das zweite Aggregat nach Feuchte und Temperatur geregelt, während das Zwischenaggregat so gesteuert wird, dass die Sättigungslinie erreicht wird.If the second state trajectory does not intersect the first state trajectory, but rather, as shown in FIG. 9, the saturation curve at a point subsequently referred to as the second cutting state, an intermediate unit arranged between the first unit and the second unit can be selected and a corresponding intermediate state trajectory be determined which leads to the second cut state. If the intermediate state trajectory and the first state trajectory intersect in a first cutting state, the two cutting states can likewise be determined by the computer. If such a transition is selected, the first and the second aggregate are regulated according to humidity and temperature, while the intermediate aggregate is controlled so that the saturation line is reached.
Diese Bestimmung möglicher Uebergänge ist einfach, überschaubar und flexibel. Der Rechenaufwand ist gering und kaum situationsabhängig.This determination of possible transitions is simple, manageable and flexible. The computing effort is low and hardly dependent on the situation.
Bei der Klimaanlage 1 mit einem Luftwäscher als Befeuchter ergeben sich im wesentlichen folgende mögliche Steuerungskombinationen, von denen immer eine oder mehrere je nach relativer Lage der Luftzustände mögliche Uebergänge darstellen:
Dabei bedeuten M Mischkammer, V Vorwärmer, K Kühler, B Befeuchter und N Nachwarmer. a steht für ausser Betrieb, d. h. der Luftzustand wird nicht verändert. Im Fall der Mischkammer bedeutet ma maximalen Aussenluftanteil, d. h. es wird keine Umluft zugemischt, mi minimalen Aussenluftanteil, d. h. es wird der maximal zulässige Anteil an Umluft zugemischt. Formal, d. h. im Hinblick auf die Gleichungen (1a),(1b),(1) - (5a),(5b),(5), welche das Verhalten der Aggregate beschreiben, entspricht der durch ma bezeichnete Zustand maximalen Aussenluftanteils dem durch a bezeichneten ausser-Betrieb-Zustand der übrigen Aggregate, entsprechend λ=0. Beim Befeuchter bedeutet ma, dass der Wasserdampfgehalt maximal, d. h. bis zum Erreichen der Sättigungslinie erhöht wird. f bedeutet jeweils, dass das Aggregat nach der Feuchte geregelt wird, t, dass es nach der Temperatur geregelt wird.M means mixing chamber, V preheater, K cooler, B humidifier and N postwarmer. a stands for out of service, d. H. the air condition is not changed. In the case of the mixing chamber, ma means the maximum proportion of outside air, i.e. H. no recirculated air is mixed in, with a minimal proportion of outside air, i. H. the maximum permissible proportion of recirculated air is added. Formal, i.e. H. With regard to the equations (1a), (1b), (1) - (5a), (5b), (5), which describe the behavior of the units, the state of the maximum outside air fraction, denoted by ma, corresponds to the outside fraction denoted by a. Operating state of the other units, corresponding to λ = 0. For the humidifier, ma means that the maximum water vapor content, i.e. H. until the saturation line is reached. f means that the unit is regulated according to the humidity, t that it is regulated according to the temperature.
Fig. 7 zeigt eine Konstellation der Luftzustände, in welcher der Sollzustand auf zwei Arten erreicht werden kann, bei denen die Mischkammer 5 als erstes Aggregat dient und ihre vom Aussenluftzustand ausgehende Zustandstrajektorie somit als erste Zustandstrajektorie. Als zweites Aggregat kann der Befeuchter 8, ein Luftwäscher, eingesetzt werden, sodass die zweite Zustandstrajektorie eine Linie konstanter Enthalpie ist. Sie schneidet die erste Zustandstrajektorie in einem Schnittzustand S, entsprechend einem Punkt (hS,xS) im hx-Diagramm, der als Vektor ξ S aufgefasst werden kann, welcher sich (s. Gleichungen (1), (5)) aus der Lösung des Gleichungssystems
ergibt. In Komponenten (s. Gleichungen (1a),(1b), (5a),(5b)):
Aus diesen vier Gleichungen mit den vier Unbekannten hS, xS, λM, λL, erhält man etwa durch einfache Umformung
ein System von zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten, das sich ohne weiteres nach λM und λL auflösen lässt, da die Vektoren
results. In components (see equations (1a), (1b), (5a), (5b)):
From these four equations with the four unknowns h S , x S , λ M , λ L , one obtains, for example, by simple transformation
a system of two equations with two unknowns, which can easily be solved for λ M and λ L because the vectors
Statt des Befeuchters 8 kann als zweites Aggregat auch der Kühler 7 eingesetzt werden. In diesem Fall schneidet die zweite Zustandstrajektorie - eine Linie konstanter Feuchtigkeit - die erste Zustandstrajektorie in einem Schnittzustand S' (Fall B). Die Lösung wird auf analoge Weise ermittelt.Instead of the
Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz des Vorwärmers 6 als ersten und des Befeuchters 8 als zweiten Aggregats (Fall E, Schnittzustand S'').Another possibility is the use of the
Auch die Herstellung eines modifizierten Ausgangspunkts durch maximal zulässige Umluftbeimischung entsprechend minimalem Aussenluftanteil in der Mischkammer 5, Einsatz des Kühlers 7 als ersten und des Nachwärmers 9 als zweiten Aggregats (Fall J) ist möglich.It is also possible to produce a modified starting point by admixing the maximum admissible ambient air in accordance with the minimum proportion of outside air in the mixing
Prinzipiell werden alle möglichen Steuerungskombinationen durchgerechnet. Es ist jedoch auch denkbar, gewisse, etwa energetisch sehr ungünstige Möglichkeiten wie beispielsweise den gleichzeitigen Betrieb von Vorwärmer und Kühler von vornherein auszuschliessen.In principle, all possible control combinations are calculated. However, it is also conceivable to exclude certain, for example energetically very unfavorable, options, such as the simultaneous operation of preheater and cooler, from the outset.
Da der Luftwäscher keine Wärme an die Luft abgibt oder derselben entzieht, sondern nur Wasser umwälzt, ist sein Energieverbrauch sehr gering, während der Kühler 7 der Luft unter entsprechendem Energieaufwand Enthalpie entziehen müsste, sodass der Uebergang mittels der Kombination der nach Temperatur geregelten Mischkammer 5 mit dem nach Feuchte geregelten Befeuchter 8 die bezüglich des Energieverbrauchs günstigste Variante darstellt und ausgewählt wird.Because the air washer does not give off heat to the air or withdraws the same, but only circulates water, its energy consumption is very low, while the
Fig. 8 zeigt eine Konstellation, bei welcher die Sollfeuchte tiefer liegt als Aussenluft- und Umluftfeuchte. Es ist also unumgänglich, den Kühler 7 als Entfeuchter einzusetzen. Die Mischkammer 5 kann ausser Betrieb gesetzt werden, sodass der Ausgangszustand dem Aussenluftzustand entspricht (Fall I) oder sie kann zur Herstellung eines modifizierten Ausgangszustandes (durch einen Querstrich gekennzeichnet) mit minimalem Aussenluftanteil benutzt werden (Fall J). Bei der dargestellten Konfiguration ist die durch den Kühler 7 zu überwindende Enthalpiedifferenz im zweiten Fall geringer als im ersten, sodass, da die durch den Nachwärmer 9 als zweites Aggregat zu überwindende Enthalpiedifferenz in beiden Fällen die gleiche ist, diese Variante ausgewählt wird.Fig. 8 shows a constellation in which the target humidity is lower than outside air and recirculating air humidity. It is therefore essential to use the
In der Konstellation nach Fig. 9 liegt die Sollfeuchte höher als die Aussenluft- und diese höher als die Umluftfeuchte. Ein Einsatz der Mischkammer 5 brächte unter diesen Umständen keinen Gewinn. Möglich ist der Einsatz des Vorwärmers 6 als ersten Aggregats und des Befeuchters 8 als zweiten Aggregats. Die entsprechenden Trajektorien schneiden sich in einem Schnittzustand S (Fall E).In the constellation according to FIG. 9, the nominal humidity is higher than the outside air humidity and this is higher than the circulating air humidity. Using the mixing
Bei Einsatz des Nachwärmers 9 als zweiten Aggregats schneidet die zweite Zustandstrajektorie die Sättigungslinie in einem zweiten Schnittzustand S2', welcher sich im vorliegenden Fall rechnerisch sehr einfach als
ergibt. Der Befeuchter 8 als Zwischenaggregat und der Vorwärmer 6 als erstes Aggregat führen zu einem ersten Schnittpunkt S1', dessen Berechnung zu der im Zusammenhang mit Fig. 7 erläuterten völlig analog ist, wobei nur ξ s2' an die Stelle von ξ soll tritt. Somit ergibt sich ein weiterer möglicher Uebergang (Fall K).When the
results. The
Die Summe der Absolutwerte der Enthalpiedifferenzen ist in beiden Fällen gleich, sodass dieses Kriterium keine Entscheidung zwischen den beiden möglichen Uebergängen ermöglicht. Das erfindungsgemässe Verfahren macht es jedoch möglich, eine verfeinerte Berechnung der Teilaufwandsgrössen vorzunehmen, bei der etwa berücksichtigt wird, dass bei höheren Temperaturen höhere Wärmeverluste entstehen, sodass eine Verminderung des Wirkungsgrads von Vor- und Nachwärmern eintritt. Eine solche Verfeinerung in der Berechnung der Aufwandsgrösse führt zu einer Entscheidung für den zweiten der möglichen Uebergänge.The sum of the absolute values of the enthalpy differences is the same in both cases, so that this criterion does not allow a decision between the two possible transitions. However, the method according to the invention makes it possible to carry out a refined calculation of the partial effort sizes, which takes into account, for example, that higher heat losses occur at higher temperatures, so that the efficiency of preheaters and postheaters is reduced. Such a refinement in the calculation of the effort size leads to a decision for the second of the possible transitions.
Fig. 10 zeigt mögliche Uebergänge bei Einsatz eines Dampfbefeuchters als Befeuchters 8. Einsatz der Mischkammer 5 als ersten und des Vorwärmers 6 oder Nachwärmers 9 als zweiten Aggregats (Fall A bzw. C, Schnittzustand S) ist hier energetisch ungünstiger als Einsatz des Vorwärmers 6 als ersten und des Befeuchters 8 als zweiten Aggregats (Fall D, Schnittzustand S') oder der energetisch äquivalenten Möglichkeit, den Befeuchter 8 als erstes und den Nachwärmer 9 als zweites Aggregat zu verwenden (Fall M, Schnittzustand S''). Eine Entscheidung zwischen den letzteren Varianten ist nur aufgrund zusätzlicher oder verfeinerter Kriterien möglich.10 shows possible transitions when a steam humidifier is used as the
Die beschriebene Klimaanlage 1 (Fig. 1) stellt natürlich nur ein Beispiel dar. Sie könnte andere oder weitere Aggregate enthalten, ohne dass Steuerungsverfahren und grundsätzliche Berechnungsmethode geändert werden müssten. Beispiele sind: Luftwäscher mit variabler Wassertemperatur, Lufttrockner nach der Absorptionsmethode, Rotationswärmetauscher oder anderes Aggregat für die Wärmerückgewinnung.The
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH2914/92A CH685259A5 (en) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | A method for controlling an air conditioner. |
CH2914/92 | 1992-09-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0588052A1 true EP0588052A1 (en) | 1994-03-23 |
EP0588052B1 EP0588052B1 (en) | 1997-11-05 |
Family
ID=4244468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP93112751A Expired - Lifetime EP0588052B1 (en) | 1992-09-16 | 1993-08-09 | Method and system for the regulation and control of an air-conditioning installation |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0588052B1 (en) |
CH (1) | CH685259A5 (en) |
DE (1) | DE59307634D1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999010684A1 (en) * | 1997-08-28 | 1999-03-04 | Honeywell Inc. | Auctioneering temperature and humidity controller with reheat |
WO2001027541A1 (en) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Integral Energietechnik Gmbh | Method for regulating the climate in a room |
EP1209547A2 (en) * | 2000-11-24 | 2002-05-29 | Moeller GmbH | Method and device for controlling air parameters in premises by means of an air conditioner |
EP1269092A2 (en) * | 1999-02-12 | 2003-01-02 | Silicon Valley Group, Inc. | Systems and methods for controlling local environment |
CN101881978B (en) * | 2009-05-06 | 2011-12-14 | 上海煊荣自动化科技有限公司 | Method for controlling interval humidity by adjusting set values intelligently |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009054922A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | SB LiMotive Company Ltd., Kyonggi | Method and device for reducing the humidity of a gas in a housing interior |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2839042A1 (en) * | 1978-09-07 | 1980-03-20 | Ltg Lufttechnische Gmbh | Heating and ventilating system with humidity control - has heat recuperator and control system with temperature and enthalpy branches |
JPS5824739A (en) * | 1981-08-05 | 1983-02-14 | Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd | Control method for air conditioner utilizing outside air |
DE3439288A1 (en) * | 1983-10-28 | 1985-05-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Method for optimising the energy consumption of an air-preparation installation for room air-conditioning |
EP0238979A2 (en) * | 1986-03-25 | 1987-09-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Temperature and humidity control arrangement |
FR2644228A1 (en) * | 1989-03-13 | 1990-09-14 | Ib2 Technologies | Air-conditioning plant for computer rooms and the like |
-
1992
- 1992-09-16 CH CH2914/92A patent/CH685259A5/en not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-08-09 DE DE59307634T patent/DE59307634D1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-08-09 EP EP93112751A patent/EP0588052B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2839042A1 (en) * | 1978-09-07 | 1980-03-20 | Ltg Lufttechnische Gmbh | Heating and ventilating system with humidity control - has heat recuperator and control system with temperature and enthalpy branches |
JPS5824739A (en) * | 1981-08-05 | 1983-02-14 | Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd | Control method for air conditioner utilizing outside air |
DE3439288A1 (en) * | 1983-10-28 | 1985-05-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Method for optimising the energy consumption of an air-preparation installation for room air-conditioning |
EP0238979A2 (en) * | 1986-03-25 | 1987-09-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Temperature and humidity control arrangement |
FR2644228A1 (en) * | 1989-03-13 | 1990-09-14 | Ib2 Technologies | Air-conditioning plant for computer rooms and the like |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
BORK: "energieeinsparung bei lüftungs- und klimaanlagen mit hilfe verbesserter automatisierungskonzepte", AUTOMATISIERUNGSTECHNISCHE PRAXIS - ATP, vol. 28, no. 4, 1986, MUNCHEN DE, pages 184 - 190, XP002003975 * |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 7, no. 104 (M - 212) 6 May 1983 (1983-05-06) * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999010684A1 (en) * | 1997-08-28 | 1999-03-04 | Honeywell Inc. | Auctioneering temperature and humidity controller with reheat |
US6012296A (en) * | 1997-08-28 | 2000-01-11 | Honeywell Inc. | Auctioneering temperature and humidity controller with reheat |
EP1269092A2 (en) * | 1999-02-12 | 2003-01-02 | Silicon Valley Group, Inc. | Systems and methods for controlling local environment |
EP1269092A4 (en) * | 1999-02-12 | 2003-06-25 | Silicon Valley Group | Systems and methods for controlling local environment |
US6966364B1 (en) | 1999-02-12 | 2005-11-22 | Asml Holding N.V. | Systems and methods for controlling local environment |
US7389813B2 (en) | 1999-02-12 | 2008-06-24 | Asml Holding N.V. | Systems and methods for controlling local environment |
WO2001027541A1 (en) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Integral Energietechnik Gmbh | Method for regulating the climate in a room |
EP1209547A2 (en) * | 2000-11-24 | 2002-05-29 | Moeller GmbH | Method and device for controlling air parameters in premises by means of an air conditioner |
EP1209547A3 (en) * | 2000-11-24 | 2004-02-25 | Moeller GmbH | Method and device for controlling air parameters in premises by means of an air conditioner |
CN101881978B (en) * | 2009-05-06 | 2011-12-14 | 上海煊荣自动化科技有限公司 | Method for controlling interval humidity by adjusting set values intelligently |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH685259A5 (en) | 1995-05-15 |
EP0588052B1 (en) | 1997-11-05 |
DE59307634D1 (en) | 1997-12-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2149548B2 (en) | Air conditioning for railway vehicles | |
DE3610069A1 (en) | ARRANGEMENT FOR CONTROLLING TEMPERATURE AND HUMIDITY | |
DE2606072A1 (en) | PROCESS AND SYSTEM FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE IN SEVERAL ROOMS THAT HAVE ALTERNATELY DIFFERENT AND CHANGING HEAT REQUIREMENTS, SOME OF THE ROOMS NORMALLY HAVE A COOLING REQUIREMENT | |
EP0588052B1 (en) | Method and system for the regulation and control of an air-conditioning installation | |
EP2667278B1 (en) | Method and device for controlling the air parameters in rooms | |
DE1949001C3 (en) | Method and device for regulating the air humidity in a plant growth chamber | |
DE4214702C2 (en) | Method and device for regulating the interior temperature of a motor vehicle equipped with an air conditioning system | |
DE3820811A1 (en) | Vehicle air conditioning system (air conditioner) | |
DE102013219146A1 (en) | Vehicle heat pump system and control method | |
EP2802822B1 (en) | Air-conditioning control method in an air system, and device | |
EP2890936B1 (en) | Method for on-demand control of a device for layered ventilation and device for layered ventilation | |
DE69206442T2 (en) | Refrigerant circuit device. | |
DE3439288A1 (en) | Method for optimising the energy consumption of an air-preparation installation for room air-conditioning | |
DE102004049621A1 (en) | Air conditioning system has unit for adiabatic cooling of at least part of air flows, unit for transmission of thermal energy and/or moisture between flow paths, and flap valves to control air flows | |
EP0643271B1 (en) | Process for controlling the temperature and the humidity of the air in rooms with an air conditioning installation | |
DE10058429C2 (en) | Method and device for controlling air temperature and humidity in rooms by means of an air conditioning system | |
DE102015120138B4 (en) | Environmental Test Apparatus, Cooler, and Environmental Test Procedure | |
DE3036150C2 (en) | ||
DE2324262A1 (en) | AIR CONDITIONER | |
EP0786712B1 (en) | Method and device for controlling air temperature and humidity in an air conditioning system | |
DE10241460A1 (en) | Air conditioning system for vehicle has paired channels carrying hot and cold air to individual controllers dedicated to each zone in vehicle | |
WO2004002905A1 (en) | Method for controlling low-temperature drying of moist material | |
EP3866562B1 (en) | Compressor module, cooling and / or heating system with compressor modules and method for operating a cooling and / or heating system | |
DE8708200U1 (en) | Air conditioning device | |
DE4319659A1 (en) | Method for regulating temperature and moisture of air in rooms |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CH DE FR LI SE |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 19940628 |
|
RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: LANDIS & GYR TECHNOLOGY INNOVATION AG |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 19950703 |
|
GRAG | Despatch of communication of intention to grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA |
|
GRAH | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA |
|
GRAH | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA |
|
GRAH | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): CH DE FR LI SE |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: EP |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 59307634 Country of ref document: DE Date of ref document: 19971211 |
|
ET | Fr: translation filed | ||
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed | ||
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: PFA Free format text: LANDIS & GYR TECHNOLOGY INNOVATION AG TRANSFER- SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES AG C-IPR |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: TP Ref country code: FR Ref legal event code: CD |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: PUE Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Free format text: SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES AG C-IPR#GUBELSTRASSE 22#6300 ZUG (CH) -TRANSFER TO- SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT#WITTELSBACHERPLATZ 2#80333 MUENCHEN (DE) Ref country code: CH Ref legal event code: NV Representative=s name: SIEMENS SCHWEIZ AG |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: SE Payment date: 20120809 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Payment date: 20120823 Year of fee payment: 20 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20121019 Year of fee payment: 20 Ref country code: CH Payment date: 20121113 Year of fee payment: 20 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R071 Ref document number: 59307634 Country of ref document: DE |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: PL |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: SE Ref legal event code: EUG |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION Effective date: 20130810 |