EP2890936A1 - Verfahren zur bedarfsgerechten regelung einer vorrichtung für eine schichtlüftung und vorrichtung für eine schichtlüftung - Google Patents

Verfahren zur bedarfsgerechten regelung einer vorrichtung für eine schichtlüftung und vorrichtung für eine schichtlüftung

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EP2890936A1
EP2890936A1 EP13742031.1A EP13742031A EP2890936A1 EP 2890936 A1 EP2890936 A1 EP 2890936A1 EP 13742031 A EP13742031 A EP 13742031A EP 2890936 A1 EP2890936 A1 EP 2890936A1
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EP
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air
height
layer
ventilation
ventilated
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Jens Hesselbach
Mirko Schäfer
Rüdiger DETZER
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Universitaet Kassel
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Universitaet Kassel
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a device for layer ventilation in a space to be ventilated, wherein a layer boundary forms between a first geodesic lower air layer and a second geodesic upper air layer, according to the preamble of claim 1, and a device designed for carrying out the method for a stratum ventilation according to the preamble of claim 10.
  • the supply air is introduced into the room to be ventilated via air outlets near the floor.
  • Thermal convection flows develop above thermal sources in the room, such as production facilities, mechanical equipment or people in the room.
  • the room air heated by the thermal sources rises due to its lower density in the upper space area, and also transports pollutants from the occupied area of the people in the room in an overlying this air layer.
  • a layer boundary thus forms between a geodetically lower first air layer and a geodetically upper second air layer.
  • the height of the layer boundary above the floor level of the space to be ventilated depends essentially on the amount of air introduced into the first lower air layer and the amount of air removed from the upper second air layer. Ideally, the amount of air supplied and discharged, ie the supply air volumes and the Exhaust air volumes, adjusted so that the layer boundary stabilizes at a height of, for example, 2.5 meters above the floor level of the room. This ensures, on the one hand, that the pollutant load in the production area in which people are present is significantly reduced, while at the same time minimizing the energy requirement for the operation of the ventilation systems. Another influence on the ambient air conditions that occur when a device for stratification ventilation operates, in particular the dynamics of the convection flows, is the temperature of the supply air.
  • the amount of air supplied is usually adjusted to a representative stationary operating state of production. Since there is no automatic adaptation to the ongoing production process, for example due to production or staff breaks or shift changes, the height of the shift boundary shifts to energy-unfavorable areas that are not required by man and machine.
  • the height of the layer boundary is also determined by the arrangement of the thermal sources within the space to be ventilated, as well as by the design and arrangement of the ventilation device.
  • a flow optimization is required.
  • the apparatus for stratification must be readjusted by a further elaborate measurement of the prevailing air and flow conditions.
  • an air conditioner which can be combined with one or more conventional low-pulse Schichtldivungs trimlässen in space.
  • a plurality of air conditioning units can be combined with each other to allow flexible air conditioning of a larger factory floor. By moving one or more air conditioning units in the room, individual needs can be met.
  • the invention has for its object to provide a method and a device of the type mentioned, which reduces the energy consumption of a device for stratification by a flexible, fully automatic, needs-based control of the height of the layer boundary.
  • a layer boundary is formed between a first geodetically lower air layer and a second geodetically upper air layer, the actual value of the height of the layer boundary being at least one location in the determined to be ventilated room, the actual value is compared with a desired value, and is counteracted a deviation of the actual value from the target value by regulating the device for a stratified ventilation.
  • the method according to the invention ensures optimum operation of the device for stratified ventilation, which reacts flexibly to changing ambient air conditions, for example due to changed production conditions. By adjusting, for example, the ventilation performance during breaks in production, the energy requirement can be reduced by lower fan speeds and the associated lower required cooling capacities of the supply air volume flow.
  • the operating parameters of the device for a stratified ventilation in particular the supplied air flow or the supplied air quantity and / or the temperature of the supplied air and / or the discharged air flow or the discharged air quantity are regulated.
  • the temperature of the supplied air advantageously, by suitable choice of the temperature of the supplied air, the strength of the thermal flows can be adjusted.
  • the temperature of the supplied air according to known comfort criteria for working in the workplace.
  • the volume flows of the supply and / or exhaust air the amount of pollutants discharged per unit of time from the space to be ventilated is determined in addition to the height of the layer boundary.
  • Air flow in particular pulse low introduced into the room to be ventilated.
  • the low-impulse introduction of the supply air prevents air turbulence and cross-flow and promotes stabilization of the bed boundary.
  • the actual value of the height of the layer boundary is determined from one or more of the parameters of the room air measured at the at least one location in the room to be ventilated.
  • the measured parameters are in particular the temperature, the pollutant concentration, the pressure, the flow velocity and the direction of flow of the room air, as well as the humidity.
  • the gradients of the abovementioned parameters measured at the at least one location can also be used to determine the actual value of the height of the layer boundary.
  • the layer boundary can be indicated by a large temperature gradient.
  • any combination of the parameters of the room air measured at the at least one location is suitable for determining the actual value of the height of the layer boundary above the ground level.
  • a combination of several values of a parameter measured at several locations or of a plurality of parameters measured at several locations is also suitable for determining the actual value of the height of the bed boundary, in particular the temperature and / or contaminant concentration measured at different representative heights can be used to determine the actual temperature.
  • Value of the height of the layer boundary can be used.
  • the spatial dependency of the values of one or more parameters measured at several locations and / or in several heights is modeled with a mathematical function or a mathematical function is determined for the local dependency of the plurality of locations and / or adjusted in several heights measured values of one or more parameters.
  • a mathematical function or a mathematical function is determined for the local dependency of the plurality of locations and / or adjusted in several heights measured values of one or more parameters.
  • a mathematical function is adapted to the height-dependent course of the values of one or more parameters measured in several different heights, in particular to the height-dependent temperature profile and / or to the height-dependent course of the pollutant concentration.
  • the actual value of the height of the layer boundary is determined by analytical or iterative determination of the maximum temperature and / or pollutant concentration gradient.
  • Polynomial functions and / or sigmoid functions are particularly suitable as an adaptation function to, for example, the height-dependent temperature profile or pollutant concentration profile.
  • any other suitable function may serve as an adjustment function.
  • the extreme values of further parameters in addition to the extreme values of the gradients of the temperature profile or the pollutant concentration, the extreme values of further parameters, in particular further of the abovementioned parameters, can also be determined.
  • a multi-dimensional analytical or iterative determination of the extreme values of the measured parameters can preferably also be carried out.
  • falling flows occurring in particular on the walls of the room to be ventilated can be determined by determining the flow velocity and / or the flow direction of the room air, and by appropriate control and regulation of the device for a stratified ventilation, a mixing of the resulting upper and lower layers of air are avoided.
  • Fall flows occur in particular on outer walls of the space to be ventilated by cooling the heated air in the second geodetic upper air layer.
  • predetermined values of one or more parameters in particular predetermined values of one or more of the above parameters temperature, pollutant concentration, pressure, flow velocity and flow direction and humidity, their gradients, as well as the time, are used, one Set value of the height of the layer boundary at the at least one location in the room to be ventilated set.
  • an energetically advantageous lower ventilation power in particular by lowering the desired value of the height of the bed boundary, can be predetermined.
  • the magnitude of the change in the operating parameters of the device for stratified ventilation is determined by means of a prescription, in particular implemented in a computer program.
  • the control signals then serve as input signals for the change of the operating parameters.
  • the amplitude of the control signals depends on the magnitude of the deviation of the actual value of the height of the layer boundary from the desired value. This dependence can be, for example, linear or square.
  • a particularly preferred embodiment of the method is characterized in that the actual value of the height of the layer boundary at a plurality of locations and / or in several heights is determined over in particular a plurality of locations of the ground level in the space to be ventilated.
  • the size of the control signals is determined directly from the deviations of the measured values of the parameters of the room air from the predetermined values of the parameters.
  • a specific pollutant concentration can be predetermined as the setpoint value, and the actual value of the measured pollutant concentration can be regulated to the desired value by regulating the device for stratification according to the method.
  • a combination The measured parameter of the room air can be changed according to a combination of desired values of these parameters by controlling the device for stratification.
  • the actual value of the height of the layer boundary is regulated in particular over several locations of the floor level of the space to be ventilated.
  • it is advantageously possible to influence the local actual value of the height of the layer boundary by selectively supplying fresh air or fresh air in individual areas of the space to be ventilated.
  • the ventilation of partial areas of the room to be ventilated the ventilation performance can be reduced, which advantageously leads to energy savings.
  • undesirable cross flows of the indoor air within the space to be ventilated, in particular within the production hall can be met.
  • Such cross-flows may arise, for example, from rapidly changing thermal flows, opening and closing of doors, or cooling or heating sidewalls due to changing outside temperatures. More preferably, such transverse flows can be determined by measuring the flow velocity or flow direction at representative locations of the room.
  • a further solution to the problem is to provide a device for stratified ventilation of rooms, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, having the features of claim 10.
  • the device according to the invention comprises at least one for supplying air into one geodetic lower first air layer formed device, and at least one for the discharge of air from a geodetically upper second air layer formed device, and at least one can be arranged in the room to be ventilated measuring device and at least one for regulating the device for stratified ventilation control device.
  • the parameters of the room air in particular the values of the temperature, the pollutant concentration, the pressure, the flow velocity, the flow direction, the humidity and / or humidity can be determined from the values determined by the at least one room-type measuring device to be ventilated. ren gradient, the current actual value of the height of the layer boundary are determined. Further, by means of the control device, a deviation of the actual value be counteracted by a predetermined target value.
  • the energy demand of the ventilation system is advantageously brought about by lower fan powers and the associated required cooling capacity of the supply air volume flow.
  • this device is designed to influence a layer boundary formed in operation between the geodetically lower first air layer and the geodetically upper second air layer.
  • the layer boundary is particularly preferably influenced depending on the situation, location-dependent, time-dependent, depending on the operating state and / or predefined, preferably by regulating the layer ventilation by the control device.
  • the device for stratification can thus be regulated depending on the situation, which leads to a particularly advantageous energy saving.
  • the device is designed for location-dependent influencing of the layer boundary.
  • a stabilization of the layer boundary can be achieved, which leads to energy savings with further advantage.
  • a particularly preferred embodiment of the device for layer ventilation is characterized in that the at least one measuring device to be ventilated can be used in particular for measuring the temperature and / or the temperature gradient and / or the pressure and / or the pressure gradient and / or the flow velocity and / or the flow direction and / or the pollutant concentration and / or the gradient of the pollutant concentration and / or the humidity and / or the gradient of the humidity of the room air is formed.
  • the actual value of the height of the layer boundary above the ground level at at least one location in space can be determined by measuring the aforementioned parameters. It is likewise possible to determine air flows, in particular thermally induced transverse flows or downflows on the walls, and to control these disturbances, in particular these disruptions of the bed boundary, by regulating the device by the control system.
  • at least two measuring devices are provided which can be arranged at particularly different geodetic heights at preferably different locations in the space to be ventilated.
  • the measured values can be determined at representative layers and locations within the room, which can advantageously be used for a more precise determination of the local course of the layer boundary as well as possible transverse flows and thermal flows.
  • a further solution to the problem is a space according to claim 14 comprising a device for stratification ventilation for demand-based ventilation according to one of claims 10 to 13.
  • Fig. 2 is a sectional view of a space to be ventilated with a device according to the invention for stratified ventilation.
  • FIG. 1 and 2 illustrate the method (100) for regulating a device (10) for stratified ventilation in a preferred embodiment, and a device (10) designed for carrying out the method (100) and located in a space (11) to be ventilated 1), the method (100) in the form of a flow chart is shown.
  • the method (100) comprises the following steps:
  • stratified ventilation which can be done, for example, at the beginning of the shift, forms during operation by introducing supply air (17) in the bottom region (18) of the space to be ventilated (11) with simultaneous discharge of exhaust air (19) from the ceiling region (20) of the space to be ventilated (11) a layer boundary (12) between a first geodetically lower air layer (13) and a second geodetically upper air layer (14) from (V2).
  • the air to be ventilated (11) in the bottom region (18) supplied air (17) preferably has a low pollutant concentration.
  • the supplied supply air (17) heats up above the production plants (21) located in the room (11) or via the persons (22) located in the room (11), and rises due to the reduced density of heated air in the room (11 ), wherein in the working area (23) of the persons (22) located pollutants are transported by means of the resulting convection currents (24) in the upper region (25) of the space (11).
  • the heated air which is loaded with a higher pollutant concentration, is subsequently removed as exhaust air (19) from the upper region (25) of the space (11) to be ventilated.
  • the operating parameters of the device (10) for stratification according to the production conditions, i.
  • the operating parameters of the apparatus (10) for stratified ventilation are in particular the supplied air flow (17a) or the supplied air quantity (17), the temperature of the supplied air (17) and the discharged air flow (19a) or the discharged air quantity (19). ,
  • parameters of the room air (15) are measured (V3) at at least one location (16) in the room to be ventilated (11).
  • the measured parameters can be, for example, the temperature T, the temperature gradient dT / dH with respect to the height (H) above the floor level (26) of the room to be ventilated (11), and the pollutant concentration. on (V3).
  • the actual value of the height of the bed boundary (12) above the floor level (26) is determined with a function (V4).
  • a mathematical function can be adapted to the profile of the values of a parameter, for example the temperature, measured in several heights (H).
  • the location of the maximum gradient of the temperature profile is then determined.
  • the layer boundary (12) may be indicated by a large temperature gradient dT / dh.
  • any combination of the measured parameters of the room air (15) for determining the actual value of the height of the bed boundary (12) above the floor level (26) is suitable (V4).
  • a predetermined value of the height of the bed boundary (12) above the floor level (26) is determined in accordance with the predetermined values of the parameters of the room air (15) at the measurement locations (16a, 16b) for the room to be ventilated.
  • the actual value of the height of the layer boundary (12) is compared with the target value of the height of the layer boundary (12) (V5).
  • a prescription for example a prescription implemented in a computer program, now determines the size, ie the amplitude of the control signals (V6) from the determined deviation of the actual value of the height of the layer boundary (12) from the desired value of the height of the layer boundary (12).
  • the control signals are determined so that the deviation of the actual value of the height of the layer boundary (12) from the desired value of the height of the layer boundary (12) is counteracted by changing the operating parameters of the device (10) for stratification.
  • the control signals serve as input signals for the regulation of the device for stratification (V7).
  • the method (100) is continued (V3) and repeated with re-measurement of the room air parameters (15).
  • the predetermined parameters of the room air (15) and thus also the desired value of the height of the bed boundary (12) can also be temporally variable. It is thereby possible, for example, to set the target value of the height of the layer boundary (12) lower during work breaks, which has an advantageous effect on the energy balance of the method (100), since a lower fan power and concomitantly a lower cooling capacity of the supplied air volume flow (17a ) is required. Furthermore, it is also possible to determine the size of the control signals directly from the deviations of the measured values of the parameters of the room air (15) from the predetermined values of the parameters of the room air (15).
  • the method (100) can also be designed so that instead of the height of the layer boundary (12), for example, a certain pollutant concentration is predetermined as a target value, and the actual value of the measured pollutant concentration by regulating the device (10) for Layer ventilation is changed (V7). Also, a combination of the measured parameters of the room air (15) can be changed according to a combination of set values of these parameters by controlling the device (10) for stratification (V7).
  • FIG. 2 shows a space (11) comprising a device (10) for the layer ventilation, which is designed for the application of the method (100) for regulating a device (10) for stratification.
  • a layer boundary (12) has formed between a first geodetically lower air layer (13) and a second geodesic upper air layer (14).
  • the first geodetic lower air layer (13) is fed through layer ventilation passages (27, 28) of the device (10) for stratification a certain air volume flow (17a).
  • a first layer ventilation passage (27) is located on a room wall (29) and is connected to a supply air duct (30).
  • a second layer ventilation passage (28) of a facade air conditioning unit (31), which comprises a device (32) for controlling the supply air temperature, may be provided in an outer wall (33) of the room (11).
  • the layer ventilation passages (27, 28) can be provided with discharge grids (34), which enable a low-impulse supply of supply air (17) into the first air layer (13).
  • thermal sources (21, 22) such as, for example, production plants (21) or persons (22) located in the room to be ventilated (11), rising convention currents (24), which generate pollutants from the floor area (18), are produced by heating the air.
  • rising convention currents (24) which generate pollutants from the floor area (18) are produced by heating the air.
  • in the upper area (25) of the space (11) transport.
  • the devices (36) for discharging the exhaust air (19) are connected to an exhaust duct (37).
  • air turbulences (38) can form in the second upper air layer (14).
  • a cooling of the heated air located in the upper space region (25) can take place on the outer wall (33) of the room (11) to be ventilated, which leads to downflows (39) along the outer wall (33).
  • transverse flows (40) of the room air (15) can form.
  • the apparatus (10) for stratified ventilation designed for carrying out the method (100) has a plurality of measuring devices (41) arranged at different locations (16a, 16b) and at different heights.
  • the measuring devices (41) can be attached to the walls (29, 33) of the space to be ventilated (11) or to columns (42) located in this space (11). From the values of the parameters of the room air (15), for example the temperature and / or the pollutant concentration, determined by the measuring devices (41), the actual value of the height of the layer boundary (12) is determined by means of a computer program executed in a control device (43) ).
  • the actual value of the height of the layer boundary (12) at a plurality of locations (16a, 16b) can be determined.
  • the actual value is then compared with a predetermined nominal value of the height of the bed boundary (12) and, based on the deviation of the actual value from the desired value, the amplitude of the control signals for changing the operating parameters of the apparatus (FIG. 10) for stratification.

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Abstract

Um ein Verfahren (100) zur Regelung einer Vorrichtung (10) für eine Schichtlüftung in einem zu belüftenden Raum (11), wobei sich eine Schichtgrenze (12) zwischen einer ersten geodätisch unteren Luftschicht (13) und einer zweiten geodätisch oberen Luftschicht (14) bildet (V2)/ bereitzustellen, welche den Energiebedarf einer Vorrichtung zur Schichtlüftung durch eine flexible, vollautomatische, bedarfsgerechte Regelung der Höhe der Schichtgrenze senkt, wird vorgeschlagen, dass der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) an mindestens einem Ort (16) im zu belüftenden Raum (11) ermittelt wird (V4), dass der Ist-Wert mit einem Soll-Wert verglichen wird (V5), und dass einer Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert durch Regelung der Vorrichtung (10) für eine Schichtlüftung entgegen gesteuert wird (V7).

Description

Verfahren zur bedarfsgerechten Regelung einer Vorrichtung für eine Schichtlüftung und Vorrichtung für eine Schichtlüftung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einerVorrichtungfürei- ne Schichtlüftung in einem zu belüftenden Raum, wobei sich eine Schichtgrenze zwischen einer ersten geodätisch unteren Luftschicht und einer zweiten geodätisch oberen Luftschicht bildet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Vorrichtung für eine Schichtlüftung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Technisches Gebiet
Für die Belüftung von Räumen, insbesondere hoher Produktionshallen, haben sich mehrere Konzepte etabliert. Konventionelle Lüftungssysteme wie die sogenannte Mischbelüftung erzeugen ein gleichmäßiges Temperatur- und Schadstoffniveau in dem zu belüftenden Raum durch eine starke Zuluftströmung im De- ckenbereich. Dadurch wird nahezu das gesamte Raumluftvolumen in Bewegung gesetzt. Insbesondere bei hohen Raumhöhen wird so ein erheblicher Bereich des Raumes klimatisiert, welcher für Menschen und Produktionsprozesse nicht benötigt wird.
Bei der sogenannten Schichtlüftung wird hingegen die Zuluft über Luft- auslässe in Bodennähe in den zu belüftenden Raum eingebracht. Oberhalb von sich im Raum befindlichen thermischen Quellen, wie zum Beispiel Produktionsanlagen, maschinentechnischen Einrichtungen oder sich im Raum befindlichen Personen, entstehen thermische Konvektionsströmungen. In den Konvektionsströmungen steigt die durch die thermischen Quellen erwärmte Raumluft aufgrund ihrergerin- geren Dichte in den oberen Raumbereich, und transportiert so auch Schadstoffe aus dem Aufenthaltsbereich der sich im Raum befindlichen Personen in eine über diesem Bereich liegende Luftschicht. Beim Betrieb einer Vorrichtung zur Schichtlüftung bildet sich somit eine Schichtgrenze zwischen einer geodätisch unteren ersten Luftschicht und einer geodätisch oberen zweiten Luftschicht aus. Die Höhe der Schichtgrenze über der Bodenebene des zu belüftenden Raumes hängt dabei im Wesentlichen von der in die erste untere Luftschicht eingeführten Luftmenge und der aus der oberen zweiten Luftschicht abtransportierten Luftmenge ab. Idealerweise werden die zu- und abgeführten Luftmenge, also die Zuluftmengen und die Abluftmengen, so eingestellt, dass sich die Schichtgrenze in einer Höhe von beispielsweise 2,5 Metern über der Bodenebene des Raumes stabilisiert. Dadurch ist zum einen gesichert, dass die Schadstoffbelastung in dem Produktionsbereich, in dem sich Menschen aufhalten, deutlich verringert ist, bei gleichzeitig minimiertem Energiebedarf für den Betrieb der Lüftungssysteme. Weiteren Einfluss auf die sich bei Betrieb einer Vorrichtung zur Schichtlüftung einstellenden Bedingungen der Raumluft, insbesondere der Dynamik der Konvektionsströmungen, hat die Temperatur der Zuluft.
Bei bestehenden Vorrichtungen zur Schichtlüftung wird die zugeführte Luftmenge üblicherweise auf einen repräsentativen stationären Betriebszustand der Produktion eingestellt. Da keine automatische Anpassung an den laufenden Produktionsprozess zum Beispiel an Produktions- oder Mitarbeiterpausen oder Schichtwechsel erfolgt, verschiebt sich die Höhe der Schichtgrenze in energetisch ungünstige und vom Menschen und Maschinen nicht benötigte Bereiche. Auch wird die Höhe der Schichtgrenze empfindlich durch die Anordnung der thermischen Quellen innerhalb des zu belüftenden Raumes, wie auch von der Ausführung und Anordnung der lufttechnischen Einrichtung bestimmt. Bei der Installation einer Vorrichtung zur Schichtlüftung in einem Raum, beispielsweise in einer Fertigungshalle, ist daher eine strömungstechnische Optimierung erforderlich. Bei Änderung der Produktionsbedingungen, zum Beispiel bei Einbau neuer Produktionsanlagen, muss durch eine weitere aufwendige Vermessung der herrschenden Luft- und Strömungsbedingungen die Vorrichtung zur Schichtlüftung neu justiert werden.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2007 045 044 AI ist ein Klimagerät bekannt, welches mit einem oder mehreren konventionellen impulsarmen Schichtlüftungsdurchlässen im Raum kombiniert werden kann. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Klimageräten miteinander kombiniert werden, um eine flexible Klimatisierung einer größeren Fabrikhalle zu ermöglichen. Durch Verschieben eines oder mehrerer Klimageräte im Raum können individuelle Bedürfnisse erfüllt werden.
Jedoch bleibt auch bei bekannten Lüftungssystemen das energetische ungünstige Verschieben der Schichtgrenze bei sich ändernden laufenden Produktionsprozessen bestehen. Auch ist es oft aus Platzgründen nicht möglich, Klimaanla- gen innerhalb der Produktionsstätten zum Zweck der Stabilisierung der Schichtgrenze zu verschieben.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vor- richtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche den Energiebedarf einer Vorrichtung zur Schichtlüftung durch eine flexible, vollautomatische, bedarfsgerechte Regelung der Höhe der Schichtgrenze senkt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit der im Anspruch 1 angegebenen Merkmalskombination, sowie durch eine, zur Durchführung dieses Verfah- rens ausgebildete, Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung einer Vorrichtung für eine Schichtlüftung in einem zu belüftenden Raum bildet sich eine Schichtgrenze zwischen einer ersten geodätisch unteren Luftschicht und einer zweiten geodätisch oberen Luftschicht aus, wird der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze an min- destens einem Ort im zu belüftenden Raum ermittelt, wird der Ist-Wert mit einem Soll-Wert verglichen, und wird einer Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert durch Regelung der Vorrichtung für eine Schichtlüftung entgegengesteuert. In vorteilhafter Weise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein optimaler Betrieb der Vorrichtung für eine Schichtlüftung gewährleistet werden, welche flexibel auf sich ändernde Raumluftbedingungen, beispielsweise bedingt durch veränderte Produktionszustände, reagiert. Durch Anpassung von beispielsweise der Lüftungsleistung während Produktionspausen kann der Energiebedarf durch geringere Ventilatorleistungen sowie damit einhergehenden geringeren erforderlichen Kühlleistungen des Zuluftvolumenstroms gesenkt werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die Betriebsparameter der Vorrichtung für eine Schichtlüftung, insbesondere der zugeführte Luft- strom bzw. die zugeführten Luftmenge und/oder die Temperatur der zugeführten Luft und/oder der abgeführte Luftstrom bzw. die abgeführte Luftmenge geregelt. So kann in vorteilhafter Weise durch geeignete Wahl derTemperatur der zugeführten Luft die Stärke derThermikströmungen eingestellt werden. Weiterhin kann die Temperatur der zugeführten Luft entsprechend bekannter Behaglichkeitskriterien für das Arbeiten am Arbeitsplatz eingestellt werden. Durch Einstellen der Volumenströme der Zu- und/oder Abluft wird neben der Höhe der Schichtgrenze die pro Zeiteinheit aus dem zu belüftenden Raum ausgetragene Schadstoffmenge bestimmt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der zugeführte
Luftstrom, insbesondere pulsarm in den zu belüftenden Raum eingeleitet. Durch die impulsarme Einführung der Zuluft werden Luftverwirbelungen und Querströmungen verhindert, und eine Stabilisierung der Schichtgrenze bevorteilt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze aus einem oder mehreren der an dem mindestens einen Ort im zu belüftenden Raum gemessenen Parameter der Raumluft bestimmt. Die gemessenen Parameter sind dabei insbesondere die Temperatur, die Schadstoffkonzentration, der Druck, die Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung der Raumluft, sowie die Luftfeuchtigkeit. Auch die an dem mindes- tens einen Ort gemessenen Gradienten der vorgenannten Parameter können zur Bestimmung des Ist-Wertes der Höhe der Schichtgrenze dienen. So kann beispielsweise die Schichtgrenze durch einen großen Temperaturgradienten angezeigt werden. Jedoch ist mit einem entsprechenden funktionalen Zusammenhang prinzipiell jede Kombination der an dem mindestens einen Ort gemessenen Parameter der Raumluft zur Ermittlung des Ist-Werts der Höhe der Schichtgrenze überder Bodenebene geeignet. Auch eine Kombination von mehreren Werten eines an mehreren Orten gemessenen Parameters oder mehrerer an mehreren Orten gemessenen Parametern ist zur Ermittlung des Ist-Werts der Höhe der Schichtgrenze geeignet, insbesondere kann die in unterschiedlichen repräsentativen Höhen gemessene Temperatur und/oder Schadstoffkonzentration zur Ermittlung des Ist-Werts der Höhe der Schichtgrenze benutzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die örtliche Abhängigkeit der an mehreren Orten und/oder in mehreren Höhen gemessenen Werte eines oder mehrerer Parameter mit einer mathematischen Funktion model- liert bzw. wird eine mathematischen Funktion an die örtliche Abhängigkeit der an mehreren Orten und/oder in mehreren Höhen gemessenen Werte eines oder mehrerer Parameter angepasst. Weiter wird mittels analytischer oder iterativer Verfahren, insbesondere durch analytische oder iterative Bestimmung des Ortes des ma- ximalen Gradienten der Funktion des oder der gemessenen Parameter, bevorzugt der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze über mindestens einem Ort der Bodenebene ermittelt. Besonders bevorzugt wird eine mathematische Funktion an den höhenabhängigen Verlauf der in mehreren unterschiedlichen Höhen gemessenen Werte eines oder mehrerer Parameter, insbesondere an den höhenabhängigen Temperaturverlauf und/oder an den höhenabhängigen Verlauf der Schadstoffkonzentration angepasst. Bevorzugt wird durch analytische oder iterative Bestimmung des maximalen Temperatur- und/oder Schadstoffkonzentrationsgradienten der Ist- Wert der Höhe der Schichtgrenze ermittelt. Als Anpassungsfunktion an beispiels- weise den höhenabhängigen Temperaturverlauf oder Schadstoffkonzentrationsverlauf eignen sich insbesondere Polynomfunktionen und/oder Sigmoidfunktionen. Jedoch kann auch jede andere geeignete Funktion als Anpassungsfunktion dienen. Weiter bevorzugt können neben den Extremwerten der Gradienten des Temperaturverlaufs oder der Schadstoffkonzentration auch die Extremwerte weiterer Pa- rameter, insbesondere weiterer der oben genannten Parameter, bestimmt werden. Ebenso kann bevorzugt auch eine mehrdimensionale analytische oder iterative Bestimmung der Extremwerte der gemessenen Parameter durchgeführt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens können durch Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Strömungsrich- tung der Raumluft insbesondere an den Wänden des zu belüftenden Raumes auftretende Fallströmungen ermittelt werden, und durch entsprechende Ansteuerung und Regelung der Vorrichtung für eine Schichtlüftung eine dadurch entstehende Vermischung der oberen und unteren Luftschicht vermieden werden. Fallströmungen treten dabei insbesondere an außen liegenden Wänden des zu belüftenden Raumes durch Abkühlung der sich in der zweiten geodätisch oberen Luftschicht befindlichen erwärmten Raumluft auf. Mit besonderem Vorteil lässt sich durch Messung der Temperatur bzw. des Temperaturgradienten an mindestens einem Ort im Raum der aktuelle Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze bestimmen.
Weiter bevorzugt werden in einer vorteilhaften Ausführung des Verfah- rens vorbestimmte Werte eines oder mehrerer Parameter, insbesondere vorbestimmte Werte eines oder mehrerer der oben genannten Parameter Temperatur, Schadstoffkonzentration, Druck, Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung und Luftfeuchtigkeit, deren Gradienten, sowie die Zeit, dazu benutzt, einen Soll-Wert der Höhe der Schichtgrenze an dem mindestens einen Ort im zu belüftenden Raum festzulegen. Vorteilhafterweise lässt sich somit für bestimmte Zeiträume, insbesondere bei Schichtende oder Schichtwechsel, oder für Zeiten niedriger Produktionsauslastung eine energetisch vorteilhafte geringere Lüftungsleis- tung, insbesondere durch Absenken des Soll-Werts der Höhe der Schichtgrenze, vorbestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Größe der Änderung der Betriebsparameter der Vorrichtung zur Schichtlüftung, insbesondere die Amplitude der Regelsignale mittels einer, insbesondere in ein Computerprogramm implementierten, Vorschrift ermittelt. Die Regelsignale dienen dann als Eingangssignale für die Änderung der Betriebsparameter. Besonders bevorzugt hängt die Amplitude der Regelsignale von der Größe der Abweichung des Ist-Wertes der Höhe der Schichtgrenze vom Soll-Wert ab. Diese Abhängigkeit kann beispielsweise linear oder quadratisch sein. Durch den funktionsartigen Zusam- menhang der Amplitude der Regelsignale von der Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert wird vorteilhafterweise erreicht, dass bei einer großen Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert durch eine entsprechend große Amplitude des Regelsignals ein schnelles Regeln des Ist-Wertes an den Soll-Wert heran möglich wird. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeich- net, dass der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze an mehreren Orten und/oder in mehreren Höhen über insbesondere mehreren Orten der Bodenebene in dem zu belüftenden Raumes ermittelt wird. Durch die mehrfache Bestimmungder Ist-Höhe der Schichtgrenze an mehreren Orten lässt sich in vorteilhafter Weise ein repräsentatives Bild des Verlaufes der Schichtgrenze über den zu belüftenden Raum ermit- teln und ein präziseres Regeln der Vorrichtung zur Schichtlüftung wird möglich mit vorteilhafter Energieersparnis.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Größe der Regelsignale direkt aus den Abweichungen der gemessenen Werte der Parameter der Raumluft von den vorbestimmten Werten der Parameter bestimmt. So kann beispielsweise anstatt der Höhe der Schichtgrenze eine bestimmte Schadstoffkonzentration als Soll-Wert vorbestimmt werden, und der Ist-Wert der gemessenen Schadstoffkonzentration kann durch verfahrensgemäße Regelung der Vorrichtung zur Schichtlüftung an den Soll-Wert heran geregelt werden. Auch eine Kombination der gemessenen Parameter der Raumluft kann entsprechend einer Kombination von Soll-Werten dieser Parameter durch Regelung der Vorrichtung zur Schichtlüftung verändert werden.
Insbesondere bevorzugt wird der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze über insbesondere mehreren Orten der Bodenebene des zu belüftenden Raumes geregelt. So ist es vorteilhafterweise möglich, durch gezieltes Zuführen von Zuluft bzw. Frischluft in einzelnen Bereichen des zu belüftenden Raumes den lokalen Ist- Wert der Höhe der Schichtgrenze zu beeinflussen. Durch die Belüftung von Teilbereichen des zu belüftenden Raums kann die Lüftungsleistung reduziert werden, was vorteilhafterweise zu einer Energieersparnis führt. Weiterhin kann durch lokale Anpassung des Ist-Wertes der Höhe der Schichtgrenze ungewünscht auftretenden Querströmungen der Raumluft innerhalb des zu belüftenden Raums, insbesondere innerhalb der Produktionshalle, begegnet werden. Derartige Querströmungen können zum Beispiel durch sich rasch ändernde thermische Strömungen entstehen, Öffnen und Schließen von Türen, oder sich aufgrund von verändernden Außentemperaturen abkühlenden oder erwärmenden Seitenwänden. Weiter bevorzugt können derartige Querströmungen durch Messung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsrichtung an repräsentativen Orten des Raumes ermittelt werden.
Eine weitere Lösung des Problems besteht in der Bereitstellung einer Vor- richtung zur Schichtlüftung von Räumen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens eine zur Zuführung von Luft in eine geodätisch untere erste Luftschicht ausgebildete Vorrichtung, und mindestens eine zur Abführung von Luft aus einer geodätisch oberen zweiten Luftschicht ausgebildete Vorrichtung, sowie mindestens eine im zu belüftenden Raum anordbare Messvorrichtung und mindestens eine zur Regelung der Vorrichtung zur Schichtlüftung ausgebildete Regeleinrichtung. Mit erfindungsgemäßem Vorteil kann aus den von der mindestens einen im zu belüftenden Raum anordba- ren Messvorrichtung ermittelten Werten der Parameterder Raumluft, insbesonde- re der Werte der Temperatur, der Schadstoffkonzentration, des Druckes, der Strömungsgeschwindigkeit, der Strömungsrichtung, der Luftfeuchtigkeit und/oderde- ren Gradienten, der aktuelle Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze bestimmt werden. Weiter kann mittels der Regeleinrichtung einer Abweichung des Ist-Wertes von einem vorbestimmten Soll-Wert entgegengeregelt werden. Dadurch wir vorteilhaftweise der Energiebedarf der Lüftungsanlage durch geringere Ventilatorleistungen sowie damit einhergehenden erforderlichen Kühlleistung des Zuluftvolumenstroms bewirkt.
In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist diese zur Beeinflussung einer sich im Betrieb zwischen der geodätisch unteren ersten Luftschicht und der geodätisch oberen zweiten Luftschicht ausgebildeten Schichtgrenze ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Schichtgrenze insbesondere situationsabhängig, ortsabhängig, zeitabhängig, abhängig vom Betriebszustand und/oder vordefiniert, bevorzugt durch Regelung der Schichtlüftung durch die Regeleinrichtung, beeinflussbar. Je nach Tageszeit, Produktionsauslastung oder Schichtbetrieb, kann somit situationsabhängig die Vorrichtung zur Schichtlüftung geregelt werden, was zu einer besonders vorteilhaften Energieersparnis führt. Besonders vorteilhaft ist, dass die Vorrichtung zur ortsabhängigen Beeinflussung der Schichtgrenze ausgebildet ist. Es kann somit ortsabhängig eine Stabilisierung der Schichtgrenze erreicht werden, was mit weiterem Vorteil zu einer Energieersparnis führt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform derVorrichtung zurSchicht- lüftung ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine im zu belüftenden Raum anordbare Messvorrichtung insbesondere zur Messung der Temperatur und/oder des Temperaturgradienten und/oder des Druckes und/oder des Druckgradienten und/oder der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Strömungsrichtung und/oder der Schadstoffkonzentration und/oder des Gradienten der Schadstoffkonzentration und/oder der Luftfeuchtigkeit und/oder des Gradienten der Luftfeuchtigkeit der Raumluft ausgebildet ist.
Mit besonderem Vorteil lässt sich durch die Messung der vorgenannten Parameter der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze über der Bodenebene an mindestens einem Ort im Raum bestimmen. Ebenso ist es möglich Luftströmungen, insbesondere thermisch verursachte Querströmungen bzw. Fallströmungen an den Wänden zu bestimmen, und durch Regelung der Vorrichtung durch das Regelsystem diesen Störungen, insbesondere diesen Störungen der Schichtgrenze, entge- genzuregeln. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Schichtlüftung sind nnindestens zwei Messvorrichtungen vorgesehen, welche in insbesondere unterschiedlichen geodätischen Höhen an bevorzugt unterschiedlichen Orten im zu belüftenden Raum beabstandet anordbar sind. Durch Anordnung der Messvorrichtungen in unterschiedlichen geodätischen Höhen und an unterschiedlichen Orten im Raum können die Messwerte an repräsentativen Schichten und Orten innerhalb des Raumes bestimmt werden, was vorteilhafterweise zu einer präziseren Bestimmung des örtlichen Verlaufs der Schichtgrenze sowie möglichen Querströmungen und thermischen Strömungen genutzt werden kann.
Eine weitere Lösung des Problems besteht in einem Raum gemäß Anspruch 14 umfassend eine Vorrichtung zur Schichtlüftung zur bedarfsgerechten Belüftung nach einem der Ansprüche 10 bis 13.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
Fig. l ein Flussdiagramm des Ablaufes des Verfahrens zur Steuerung einer Vorrichtung zur Schichtlüftung, und
Fig. 2 ein Schnittbild eines zu belüftenden Raum mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schichtlüftung.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Fig. 1 und Fig. 2 stellen das Verfahrens (100) zur Regelung einer Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung in einer bevorzugten Ausführungsform sowie eine zur Durchführung des Verfahrens (100) ausgebildete und sich in einem zu belüftenden Raum (11) befindliche Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung dar. Anhand von Fig. 1 wird das Verfahren (100) in Form eines Flussdiagramm ist dargestellt.
Das Verfahren (100) umfasst folgende Schritte:
(VI) Start der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung,
(V2) Ausbildung einer Schichtgrenze (12) zwischen erster unterer Luftschicht (13) und zweiter oberer Luftschicht (14),
(V3) Messung der Parameter der Raumluft (15) an mindestens einem Ort
(16) im zu belüftenden Raum (11),
(V4) Ermittlung des Ist-Wertes der Schichtgrenze (12),
(V5) Vergleich des Ist-Wertes mit vorbestimmten Soll-Wert, (V6) Ermittlung der Amplitude der Regelsignale,
(V7) Regelung der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung,
(V8) Auswertung externer Abbruchbedingungen,
(V9) Wiederholung der Verfahrensschritte (V3) bis (V8), oder (V10) Ende des Verfahrens.
Nach Start der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung (VI), welcher beispielsweise zu Schichtbeginn erfolgen kann, bildet sich im laufenden Betrieb durch Einleiten von Zuluft (17) in den Bodenbereich (18) des zu belüftenden Raumes (11) bei gleichzeitigem Abführen von Abluft (19) aus dem Deckenbereich (20) des zu belüftenden Raumes (11) eine Schichtgrenze (12) zwischen einer ersten geodätisch unteren Luftschicht (13) und einer zweiten geodätisch oberen Luftschicht (14) aus (V2). Die dem zu belüftenden Raum (11) in den Bodenbereich (18) zugeführte Luft (17) weist bevorzugt eine geringe Schadstoffkonzentration auf. Die zugeführte Zuluft (17) erwärmt sich über den sich im Raum (11) befindlichen Produktionsanlagen (21) bzw. über den sich im Raum (11) befindlichen Personen (22), und steigt aufgrund der verringerten Dichte von erwärmter Luft im Raum (11) auf, wobei sich im Arbeitsbereich (23) der Personen (22) befindliche Schadstoffe vermittels der entstehenden Konvektionsströme (24) in den oberen Bereich (25) des Raumes (11) transportiert werden. Die erwärmte und mit einer höheren Schadstoffkonzentrati- on belastete Luft wird darauf folgend als Abluft (19) aus dem oberen Bereich (25) des zu belüftenden Raumes (11) abgeführt. Zur Stabilisierung der Schichtgrenze (12) müssen die Betriebsparameter der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung, entsprechend der Produktionsbedingungen, d.h. beispielsweise entsprechend der Verteilung der Produktionsanlagen (31) innerhalb des Raumes (11) sowie der zeitlichen Auslastung der Produktion, eingestellt werden. Die Betriebsparameter der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung sind dabei insbesondere der zugeführten Luftstrom (17a) bzw. die zugeführte Luftmenge (17), die Temperatur der zugeführten Luft (17) und der abgeführte Luftstrom (19a) bzw. die abgeführte Luftmenge (19).
Zur Regelung dieser Betriebsparameter werden in dem Verfahren (100) an mindestens einem Ort (16) im zu belüftenden Raum (11) Parameter der Raumluft (15) gemessen (V3). Die gemessenen Parameter können dabei beispielsweise die Temperatur T, derTemperaturgradient dT/dH bezüglich der Höhe (H) über der Bodenebene (26) des zu belüftenden Raumes (11), und die Schadstoffkonzentrati- on sein (V3). Aus den gemessenen Parametern der Raumluft (15) wird mit einer Funktion der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) über der Bodenebene (26) ermittelt (V4). Zur Ermittlung (V4) der Höhe der Schichtgrenze (12) kann eine mathematische Funktion an den Verlauf der in mehreren Höhen (H) gemessenen Wer- te eines Parameters, beispielsweise derTemperatur, angepasst werden. Mit analytischen oder Iterativen Verfahren wird dann der Ort des maximalen Gradienten des Temperaturverlaufes bestimmt. In diesem Fall kann die Schichtgrenze (12) durch einen großen Temperaturgradienten dT/dh angezeigt werden. Jedoch ist mit einer entsprechenden Funktion prinzipiell jede Kombination dergemessenen Parameter der Raumluft (15) zur Ermittlung des Ist-Werts der Höhe der Schichtgrenze (12) über der Bodenebene (26) geeignet (V4). Entsprechend der für den zu belüftenden Raum (11) vorbestimmten Werte der Parameter der Raumluft (15) an den Messorten (16a, 16b) wird ein Soll-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) über der Bodenebene (26) bestimmt. Daraufhin wird der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) mit dem Soll-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) verglichen (V5). Eine Vorschrift, beispielsweise eine in ein Computerprogramm implementierte Vorschrift, ermittelt nun die Größe, d.h. Die Amplitude der Regelsignale (V6) aus derermittelten Abweichung des Ist-Wertes der Höhe der Schichtgrenze (12) von dem Soll-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12). Die Regelsignale werden dabei so bestimmt, dass der Ab- weichung des Ist-Wertes der Höhe der Schichtgrenze (12) von dem Soll-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) durch Veränderung der Betriebsparameter der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung entgegengewirkt wird. Die Regelsignale dienen als Eingangssignale für die Regelung der Vorrichtung zur Schichtlüftung (V7). Solange keine externen Abbruchbedingungen, beispielsweise ein Produktionsstop, vorlie- gen (V8) wird das Verfahren (100) mit erneuter Messung der Parameterder Raumluft (15) fortgesetzt (V3) und wiederholt.
Die vorbestimmten Parameter der Raumluft (15) und damit auch der Soll- Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) können auch zeitlich veränderlich sein. Es ist dadurch möglich, zum Beispiel in Arbeitspausen den Soll-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) tiefer anzusetzen was sich vorteilhaft auf die Energiebilanz des Verfahrens (100) auswirkt, da eine geringere Ventilatorleistung und damit einhergehend eine geringere Kühlleistung des zugeführten Luftvolumenstroms (17a) erforderlich ist. Weiter ist es auch möglich die Größe der Regelsignale direkt aus den Abweichungen der gemessenen Werte der Parameter der Raumluft (15) von den vorbestimmten Werten der Parameter der Raumluft (15) zu bestimmen. Somit kann das Verfahren (100) auch so ausgestaltet sein, dass anstatt der Höhe der Schicht- grenze (12) beispielsweise eine bestimmte Schadstoffkonzentration als Soll-Wert vorbestimmt wird, und der Ist-Wert der gemessenen Schadstoffkonzentration durch Regelung der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung verändert wird (V7). Auch eine Kombination der gemessenen Parameter der Raumluft (15) kann entsprechend einer Kombination von Soll-Werten dieser Parameter durch Regelung der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung verändert werden (V7).
Fig.2 stellt einen Raum (11) umfassend einer Vorrichtung (10) zurSchicht- lüftung dar, welche zur Anwendung des Verfahrens (100) zur Regelung einer Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung ausgebildet ist.
Durch Betrieb der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung hat sich zwischen einer ersten geodätisch unteren Luftschicht (13) und einer zweiten geodätisch oberen Luftschicht (14) eine Schichtgrenze (12) ausgebildet. Der ersten geodätisch unteren Luftschicht (13) wird durch Schichtlüftungsdurchlässe (27, 28) der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung ein bestimmter Luftvolumenstrom (17a) zugeführt. Ein erster Schichtlüftungsdurchlass (27) befindet sich an einer Raumwand (29) und ist an einen Zuluftkanal (30) angeschlossen. Weiterhin kann ein zweiter Schichtlüftungsdurchlass (28) eines Fassadenklimageräts (31), welches eine Vorrichtung (32) zur Regelung der Zulufttemperatur umfasst, in einer Außenwand (33) des Raumes (11) vorgesehen sein. Die Schichtlüftungsdurchlässe (27, 28) können dabei mit Ausströmgittern (34) versehen sein, welche eine impulsarme Zuführung von Zuluft (17) in die erste Luftschicht (13) ermöglichen. Oberhalb von thermischen Quellen (21, 22), wie beispielsweise Produktionsanlagen (21) oder sich im zu belüftenden Raum (11) befindlichen Personen (22), entstehen durch Erwärmung der Luft aufsteigende Konventionsströme (24), welche Schadstoffe aus dem Bodenbereich (18) in den oberen Bereich (25) des Raumes (11) transportieren. In der Decke (35) des zu be- lüftenden Raumes (11) befinden sich Vorrichtungen (36) zur Abführung der sich in der zweiten geodätisch oberen Luftschicht (14) befindlichen erwärmten und schadstoffbelasteten Abluft (19). Die Vorrichtungen (36) zur Abführung der Abluft (19) sind dafür mit einem Abluftkanal (37) verbunden. Durch die in den Konvektionsströmen (24) aufsteigende Luft können sich in der zweiten oberen Luftschicht (14) Luftverwirbelungen (38) ausbilden. An der Außenwand (33) des zu belüftenden Raumes (11) kann bei niedrigen Außentemperaturen eine Abkühlung der sich im oberen Raumbereich (25) befindlichen erwärm- ten Luft stattfinden, was zu Fallströmungen (39) entlang der Außenwand (33) führt. Weiter können sich bedingt durch die Fallströmungen (39) oder durch sich ändernde thermische Konvektionsströme (24) Querströmungen (40) der Raumluft (15) ausbilden.
Die zur Durchführung des Verfahrens (100) ausgebildete Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung weist mehrere an unterschiedlichen Orten (16a, 16b) und in unterschiedlichen Höhen angeordnete Messevorrichtungen (41) auf. Die Messevorrichtungen (41) können dabei an den Wänden (29, 33) des zu belüftenden Raumes (11) oder sich an in diesem Raum (11) befindlichen Säulen (42) etc. angebracht sein. Aus den von den Messevorrichtungen (41) ermittelten Werten der Parameter der Raumluft (15), beispielsweise der Temperatur und/oder der Schadstoffkonzentration, wird mittels eines in einer Regelvorrichtung (43) ausgeführten Computer- programmes der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) ermittelt. Aufgrund der Vielzahl der sich an unterschiedlichen Orten (16a, 16b) befindlichen Messvorrichtungen (41) kann der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) an mehreren Orten (16a, 16b) bestimmt werden. Daraufhin wird durch die Regelvorrichtung (43) der Ist-Wert mit einem vorbestimmten Soll-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) verglichen und ausgehend von der Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert die Amplitude der Regelsignale zur Änderung der Betriebsparameter der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung ermittelt.
Liste der Bezugszeichen
100 Verfahren zur Regelung einer Vorrichtung zur Schichtlüftung
10 Vorrichtung zur Schichtlüftung
11 Zu belüftender Raum
12 Schichtgrenze
13 Erste geodätisch untere Luftschicht
14 Zweite geodätisch obere Luftschicht
15 Raumluft
16 Ort im zu belüftenden Raum
16a Erster Messort
16b Zweiter Messort
17 Zuluft
17a zugeführter Luftstrom
18 Bodenbereich
19 Abluft
19a abgeführter Luftstrom
20 Deckenbereich
21 Produktionsanlagen
22 Person
23 Arbeitsbereich
24 Konvektionsströme
25 Oberer Raumbereich
26 Bodenebene
27 Erster Schichtlüftungsdurchlass
28 Zweiter Schichtlüftungsdurchlass
29 Raumwand
30 Zuluftkanal
31 Fassadenklimagerät
32 Vorrichtung zur Temperaturregelung der Zuluft
33 Außenwand
34 Ausströmgitter
35 Decke
36 Vorrichtung zur Abführung von Abluft 37 Abluftkanal
38 Luftverwirbelungen
39 Fallströmungen
40 Querströmungen
41 Messvorrichtung
42 Säule
43 Regelvorrichtung
VI Beginn des Verfahrens, Start der Vorrichtung zur Schichtlüftung V2 Ausbildung einer Schichtgrenze
V3 Messung der Parameter der Raumluft
V4 Ermittlung des Ist-Wertes der Höhe der Schichtgrenze
V5 Vergleich des Ist-Werts mit Soll-Wert
V6 Ermittlung der Amplitude der Regelsignale
V7 Regelung der Vorrichtung zur Schichtlüftung
V8 Auswertung externer Abbruchbedingungen
V9 Wiederholung des Verfahrens ab V3
V10 Ende des Verfahrens, Abschalten der Vorrichtung zur Schichtlüftung H Höhe über Bodenebene

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zur Regelung einer Vorrichtung (10) für eine Schichtlüftung in einem zu belüftenden Raum (11), wobei sich eine Schichtgrenze (12) zwi- sehen einer ersten geodätisch unteren Luftschicht (13) und einer zweiten geodätisch oberen Luftschicht (14) bildet (V2), dadurch gekennzeichnet, dass der Ist- Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) an mindestens einem Ort (16) im zu belüftenden Raum (11) ermittelt wird (V4), dass der Ist-Wert mit einem Soll-Wert verglichen wird (V5), und dass einer Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert durch Re- gelung der Vorrichtung (10) für eine Schichtlüftung entgegen gesteuert wird (V7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung (10) für eine Schichtlüftung, insbesondere der zugeführte Luftstrom (17a) bzw. die zugeführte Luftmenge (17) und/oder die Tem- peratur der zugeführten Luft (17) und/oder der abgeführte Luftstrom (19a) bzw. die abgeführte Luftmenge (19), geregelt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) aus einem oder mehreren der an mindesten einen Ort (16) im zu belüftenden Raum (11) gemessenen Parameter der Raumluft (15), insbesondere Temperatur, Schadstoffkonzentration, Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsrichtung, Luftfeuchtigkeit und/oder deren Gradienten ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mathematische Funktion, insbesondere ein Polynom oder eine Sigmoidfunktion, an die örtliche Abhängigkeit der an mehreren Orten und/oder in mehreren Höhen gemessenen Werte eines oder mehrerer Parameter, insbesondere an den höhenabhängigen Temperaturverlauf und/oder an den höhenabhängigen Verlauf der Schadstoffkonzentration, angepasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch analytische oder iterative Verfahren der maximale Gradient, insbesondere der maximale Gradient des höhenabhängigen Temperaturverlaufs und/oder der maximale Gradient des höhenabhängigen Schadstoffkonzentrationsverlaufs, ermittelt wird, und dass bevorzugt aus dem Ort/der Höhe des maximalen Gradienten, insbesondere des Temperaturverlaufes und/oder des Schadstoffkon- zertrationsverlaufs, der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze über der Bodenebene ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert an dem mindesten einen Ort (16) im zu belüftenden Raum (11) durch vorbestimmte Werte der Parameter Zeit, Temperatur, Schadstoffkonzentration, Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsrichtung, Luftfeuchtigkeit und/oder deren Gradienten festgelegt wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Größe der Änderung der Betriebsparameter, insbesondere die
Amplitude der Regelsignale, ermittelt wird (V5), und dass bevorzugt die Amplitude der Regelsignale von der Größe der Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert, beispielsweise linear oder quadratisch, abhängt.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) an mehreren Orten (16a, 16b) und/oder in mehreren Höhen über insbesondere mehreren Orten der Bodenebene (26) des zu belüftenden Raums (11) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert der Höhe der Schichtgrenze (12) über insbesondere mehreren Orten der Bodenebene (26) des zu belüftenden Raumes (11) geregelt wird.
10. Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung von Räumen (11), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens (100) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend mindestens eine, zur Zuführung von Luft (17) in eine geodätisch untere erste Luftschicht (13), ausgebildete Vorrichtung (27, 28), und mindestens eine zur Abführung von Luft (19) aus einer geodätisch oberen zweiten Luftschicht (14), ausgebildete Vorrichtung (36), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung mindestens eine, im zu belüftenden Raum (11) anordbare, Messvorrichtung (41) aufweist, und dass die Vorrichtung (10) zurSchichtlüftung mindestens eine, zur Regelung der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung ausgebildete, Regeleinrichtung (43) aufweist.
11. Vorrichtung zur Schichtlüftung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung zur Beeinflussung einer sich im Betrieb zwischen der geodätisch unteren ersten Luftschicht (13) und der geodätisch oberen zweiten Luftschicht (14) ausbildenden Schichtgrenze (12) ausgebildet ist, wobei die Schichtgrenze (12) insbesondere situationsabhängig, ortsabhängig, zeitabhängig, abhängig vom Betriebszustand und/oder vordefiniert bevorzugte durch Regelung der Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung durch die Regeleinrichtung (43) beeinflussbar ist.
12. Vorrichtung zur Schichtlüftung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine, im zu belüftenden Raum (11) anordbare Messvorrichtung (41) insbesondere zur Messung der Temperatur und/oder des Temperaturgradienten und/oder des Drucks und/oder des Druckgradienten und/oder der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Strömungsrichtung und/oder der Schadstoffkonzentration und/oder des Gradienten der Schadstoffkonzentration und/oder der Luftfeuchtigkeit und/oder des Gradienten der Luftfeuchtigkeit der Raumluft (15) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung zur Schichtlüftung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Schichtlüftung mindestens zwei Messvorrichtungen (41) umfasst, welche in insbesondere unterschiedlichen geodätischen Höhen an bevorzugt unterschiedlichen Orten (16a, 16b) im Raum (11) anordbar sind.
14. Raum (11) umfassend einer Vorrichtung (10) zur Schichtlüftung zur bedarfsgerechten Belüftung nach einem der Ansprüche 10 bis 13.
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