WO2001025695A1

WO2001025695A1 - Einrichtung zur regelung von lüftungswärmetauschern in mehrfamilienhäusern

Info

Publication number: WO2001025695A1
Application number: PCT/EP1999/007346
Authority: WO
Inventors: Rainer Roeser
Original assignee: Bast-Bau Gmbh
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-04-12
Also published as: AU6199599A

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Einrichtung zur Be- und Entlüftung von aus einer Mehrzahl getrennter Wohneinheiten bestehenden Gebäuden, mit jeder Wohneinheit und vorzugsweise jedem Wohnraum zugeordnetem, mittels eines regelbaren elektrischen Lüfters durchströmbaren Lüftungswärmetauschern (1). Die Lüftungswärmetauscher (1) weisen jeweils wenigstens zwei über einen Zwischenspeicher strömungstechnisch miteinander verbundene Öffnungen auf, von denen die eine auf der Innenseite und die andere auf der Außenseite der Außenwand mündet. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades wird vorgeschlagen, daß die Regelung aller Lüfter über eine gemeinsame Zentralsteuereinheit (3) erfolgt. Vorzugsweise ist eine digitale, bidirektionale Datenverbindung zur Übertragung von sowohl Steuer- als auch Meßdaten zwischen der Zentralsteuereinheit (3) und den Wohneinheiten vorgesehen. Die einzelnen Lüftungswärmetauscher (1) können zwecks Erleichterung des Datenaustausches mit individuellen Codierungen versehen sein.

Description

Einrichtung zur Regelung von Lüftunqswärmetauschern in Mehrfamilienhäusern

Einrichtung zur Regelung von Lüftungswärmetauschern in Mehrfamilienhäusern, wobei die Lüftungswärmetauscher mittels eines regelbaren elektrischen Lüfters durchströmbar sind und jeweils wenigstens zwei über einen Zwischenspeicher strömungstechnisch miteinander verbundene Öffnungen aufweisen, von denen die eine auf der Innenseite und die andere auf der Außenseite der Außenwand mündet.

Bei Wohnbauten treten neben den Transmissionswärmeverlusten durch die Außenwände auch sogenannte Lüftungswärmeverluste auf, die durch den Luftaustausch zwischen Raumluft und Außenluft entstehen. Diese Lüftungswärmeverluste sind oftmals größer als die Transmissionswärmeverluste, da letztere durch moderne Wärmedämmtechnologien auf sehr geringe Werte reduziert werden konnten. Andererseits kommt dem Lüften der Räume eine besondere Bedeutung zu, da die Feuchtigkeit, verursacht durch Atmung, Kochen, Waschen und dergleichen abgeführt werden muß, um Schäden in und an den Gebäuden, beispielsweise Schimmelpilzbildung, zu vermeiden. Auch ohne besondere technische Maßnahmen wird durch die Fensterlüftung die verbrauchte Warmluft gegen kalte Frischluft ausgetauscht. Nachteilig hierbei ist, daß die Wärme der abgeführten Luft nicht genutzt wird und die kalte, ausgewechselte Luft aufgeheizt werden muß. Darüber hinaus erfolgt die Fensterlüftung durch oftmals willkürliches öffnen bzw. Schließen der Fenster völlig unkontrolliert. Zur Erzielung einer kontrollierten und individuell regelbaren Lüftung sind aus der DE 32 24 277 A1 und der DE 196 39 128 A1 bereits sogenannte Lüftungswärmetauscher bekannt. Diese verfügen über auf der Innenseite sowie auf der Außenseite der Außenwand mündende Öffnungen, die über einen Zwischenspeicher strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Die Durchströmung erfolgt mittels eines regelbaren elektrischen Lüfters. Auf diese Weise kann die in der erzwungenermaßen nach Außen transportierten Raumluft enthaltende Wärme in dem Zwischenspeicher gespeichert werden, so daß nach einer Strömungsumkehr und dem Ansaugen frischer Außenluft diese die in dem Zwischenspeicher enthaltende Wärme aufnimmt und mit erhöhter Temperatur in den Innenraum einströmt. Hierzu erfolgt z. B. periodisch eine Strömungsumkehr durch entsprechende Umschaltung des elektrisch betriebenen Lüfters.

Sinnvoll ist es, die Lüftungswärmetauscher den einzelnen Wohneinheiten oder sogar den einzelnen Wohnräumen zuzuordnen. Dadurch fallen ungünstige Beeinflussungen etwa durch ein offen stehendes Fenster in einem Nachbarraum der Wohnung weniger stark ins Gewicht.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Einrichtung zur Regelung der Be- und Entlüftung von aus einer Mehrzahl getrennter Wohneinheiten bestehenden Gebäuden zu schaffen, die einen bezogen auf das Gesamtgebäude besonders günstigen Wirkungsgrad ermöglicht.

Zur L ö s u n g dieser Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die Regelung aller Lüfter über eine gemeinsame Zentralsteuereinheit erfolgt.

Da die einzelnen Räume kleinerer oder größerer Wohneinheiten häufig, z. B. bei offenen Türen, im Luftverbund stehen und die Querlüftung von Wohnungen die energetisch sinnvollste Lösung ist, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, auf Lüftungsstärke, Luftwechsel raten, Zyklendauern usw. je nach Bauart der Lüftungswärmetauscher zentral über eine gemeinsame Zentralsteuereinheit Einfluß zu nehmen. Die Erzeugung der Steuersignale für alle Lüftungswärmetauscher des Gebäudes durch eine gemeinsame Zentralsteuereinheit ermöglicht insbesondere bei regenerativen, aber auch bei rekuperativen Lüftungswärmetauschern eine Verbesserung des Wirkungsgrades, da sich die Luftmengen für die Einströmung und Ausströmung entsprechend den außenklimatischen Bedingungen aufeinander abgestimmt einstellen lassen. So müßten z. B. die mittels der Lüfter erzeugten Luftströme jenen Luftströmen hinzugerechnet werden, die bei windigem Wetter aufgrund von überlagerten Überdrücken und Unterdrücken auf der windzu- bzw. der windabgewandten Seite durch die Lüftungswärmetauscher hindurch von einer Wohnungsseite zur anderen strömen. Durch Beeinflussung des Zeittaktes des Lüfters oder dessen Drehzahl, d. h. der Lüfterleistung läßt sich erreichen, daß durch jeden Lüftungswärmetauscher individuell gleiche Luftmengen bei der Einströmung und Ausströmung transportiert werden. Insbesondere bei regenerativen Lüftungswärmetauschern ist leicht die vorteilhafte Querdurchströmung von Wohnungen zu erreichen. Hierzu arbeiten die Geräte sorgfältig aufeinander abgestimmt im Gegentakt. Für die Umsetzung dieser Steuerungstechnik ist die Regelung aller Lüfter über eine gemeinsame Zentralsteuereinheit einer herkömmlichen Einzelsteuerung jedes Lüftungswärmetauschers weit überlegen. Eine Einzelsteuerung würde einen sehr hohen Aufwand an empfindlichen Relaisschaltungen und Verkabelungen bedingen und nur schwer die Berücksichtigung weiterer Parameter oder die Verwendung zusätzlicher Sensoren z. B. für Luftfeuchtigkeit oder von Thermosensoren ermöglichen.

Zur Änderung der Durchströmungsrichtung sollen die Lüftungswärmetauscher umschaltbar sein, wobei vorzugsweise auch diese Umschaltung über die Zentralsteuereinheit initiiert wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Be- und Entlüftung bedingt teilweise komplexe Auswerte- und Steuervorgänge. Um die hierbei anfallende Datenmenge möglichst in Echtzeit verarbeiten und die Steuervorgänge in den Lüftungswärmetauschern mit möglichst geringer zeitlicher Verzögerung durchführen zu können, ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Einrichtung gekennzeichnet durch eine gemeinsame digitale, bidirektionale Datenverbindung zur Übertragung von sowohl Steuer- als auch Meßdaten zwischen der Zentralsteuereinheit und den Wohneinheiten. Eine vollumfängliche Verkabelung des Gebäudes kann damit entfallen. Vielmehr ist es ausreichend, einen zentralen, digitalen Datenweg vorzusehen, bei dem es sich um ein herkömmliches Kupferkabel, ein Glasfaserkabel oder aber auch eine kabellose, z. B. mit digitalen Funksignalen arbeitende Datenverbindung handeln kann. Die Unterbringung einer solchen zentralen Datenleitung läßt sich mit sehr geringem baulichen Aufwand erreichen. Auch eine Nachrüstung bestehender Bauten ist mit relativ geringem Aufwand möglich.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gekennzeichnet durch Temperatursensoren in den Wohneinheiten, deren Meßsignale der Zentralsteuereinheit über die digitale Datenverarbeitung übermittlebar sind. Desweiteren wird vorgeschlagen, in den Wohneinheiten auch Feuchtesensoren vorzusehen, deren Meßsignale der Zentralsteuereinheit über die digitale Datenverbindung übermittelbar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält jeder Lüftungswärmetauscher eine Gerätesteuereinheit, und die Gerätesteuereinheit ist mit einem Temperatursensor, einem Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung der analogen Meßsignale in digitale Meßdaten, einem Leistungsteil für den Lüfter und einer Anschlußeinheit an die digitale Datenverbindung versehen.

Desweiteren wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß jeder Lüftungswärmetauscher mit einer individuellen digitalen Codierung versehen ist, und daß Mittel zur Verknüpfung der individuellen Codierung mit den zwischen der Zentralsteuereinheit und dem die jeweilige Codierung aufweisenden Lüftungswärmetauscher ausgetauschten digitalen Steuer- und Meßdaten vorgesehen sind. Die digitale Codierung jedes einzelnen Lüftungswärmetauschers ermöglicht eine Kommunikation mit der Zentralsteuereinheit über einen bidirektionalen Bus. Bei Mehrfamilienwohnhäusern kommuniziert die Zentralsteuereinheit mit allen Wohnungen über die Adressen, d. h. Codierungen der dort eingebauten Lüftungswärmetauscher. Verknüpft mit der jeweiligen individuellen Codierung werden Daten wie Raumtemperatur, Raumluftfeuchte, Temperaturzustände und Schaltzustände der Lüftungswärmetauscher abgefragt und dem zentralen Rechner zugeleitet. Dort werden programmgesteuert die logischen Entscheidungen über die wünschenswerten Luftwechselraten oder Zyklendauern beim Lüfterbetrieb getroffen. Auch individuelle Wünsche der Bewohner, die dem System über in der Wohnung angeordnete Eingabegeräte übermittelt worden sind, lassen sich im Rahmen des Ablaufs des Steuerprogramms in der Zentralsteuereinheit berücksichtigen.

Weitere Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in stark schematischer Darstellung eine Einrichtung zur Be- und

Entlüftung in einem mehrere Wohneinheiten aufweisende Gebäude und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten für die

Regelung der Be- und Entlüftung des Gebäudes.

Fig. 1 zeigt stark schematisch ein mehrgeschossiges Wohngebäude mit insgesamt fünf getrennten Wohneinheiten. In den einzelnen Räumen befinden sich Lüftungswärmetauscher, und zwar vorzugsweise in jedem Raum ein Lüftungswärmetauscher. Deren grundsätzlicher Aufbau sowie Arbeitsweise ist z. B. in der DE 196 39 128 A1 beschrieben und bedarf hier keiner nähren Erläuterung.

Jeder der Lüftungswärmetauscher 1 ist über eine Daten- und Signalleitung 2 mit einer Zentralsteuereinheit 3 verbunden, die sich vorzugsweise im Keller des Gebäudes befindet. Die Daten- und Signalleitung 2 dient dem bidirektionalen Austausch von Steuer- und Meßdaten bzw. -Signalen zwischen der Zentralsteuereinheit 3 und den einzelnen Lüftungswärmetauschern 1. Hierzu setzt sich die Daten- und Signalleitung 2 aus einer Hauptleitung 4, welche durch die Geschosse des Gebäudes hindurchgeführt ist, sowie gegebenenfalls kurzen Verbindungsleitungen 5 zu den einzelnen Lüftungswärmetauschern 1 zusammen.

In jedem Lüftungswärmetauscher 1 befindet sich zumindest ein elektrisch angetriebener Lüfter und ferner ein Temperatursensor sowie ein Feuchtesensor. Desweiteren kann der Lüftungswärmetauscher mit einer manuellen Eingabeeinheit versehen sein. In Fig. 2 sind, jeweils getrennt für jeden Lüftungswärmetauscher, der Temperatursensor 6, der Feuchtesensor 7 und die manuelle Eingabeeinheit 8 eingezeichnet. Die Meßsignale des Temperatursensors 6 und des Feuchtesensors 7 werden in einem Analog-Digital-Wandler 7a in digitale Meßdaten umgewandelt und einer jedem einzelnen Lüftungswärmetauscher zugeordneten Gerätesteuereinheit 9 zugewiesen, an die auch die manuelle Eingabeeinheit 8 angeschlossen ist. Die Signale der Gerätesteuereinheit 9 wiederum gelangen an ein Leistungsteil 10, welches die erforderliche Antriebsleistung für den Elektromotor 11 des Lüfters bereitstellt.

Jedem Lüftungswärmetauscher zugewiesen ist ferner eine Anschlußeinheit 12. Die Anschlußeinheit 12 verbindet die Gerätesteuereinheit 9 mit der sämtlichen Wohneinheiten gemeinsamen Daten- und Signalleitung 2. Abgelegt in der Anschlußeinheit 12, z. B. in einem darin enthaltenen Speicher, ist eine dem jeweiligen Lüftungswärmetauscher individuell zugewiesene Adressen-Codierung. Eine entsprechende Adressen-Codierung ist getrennt für jeden Lüftungswärmetauscher in der Zentralsteuereinheit 3 abgelegt, so daß bei Austausch der digitalen Signale über die Daten- und Signalleitung 2 eine unmittelbare Adressierung der Steuerdaten an den jeweiligen Lüftungswärmetauscher und umgekehrt eine Zuordnung der zu der Zentralsteuereinheit 3 gelangenden Meßdaten und deren Zuordnung zu dem jeweiligen Lüftungswärmetauscher möglich ist. Hierzu wird die individuelle Adressen-Codierung mit den zwischen der Zentralsteuereinheit 3 und dem die jeweilige Codierung aufweisenden Lüftungswärmetauscher ausgetauschten digitalen Steuer- und Meßdaten verknüpft.

Die beschriebene Einrichtung ermöglicht eine vielfältige Regelung jedes einzelnen der in dem Gebäude installierten Lüftungswärmetauscher. Steuer- bzw. regelbar sind insbesondere die Querlüftung innerhalb von Wohnungen, die Einstellung der Be- und Entlüftungsdauer, die Umstellung von Sommer- auf Winterbetrieb und umgekehrt, die Verwendung der jeweiligen Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit als Steuervariable sowie gegebenenfalls die Berücksichtigung der Außentemperatur über entsprechende Außensensoren an dem Gebäude, deren Meßdaten ebenfalls zu der Zentralsteuereinheit 3 gelangen und dort programmtechnisch ausgewertet werden. Schließlich lassen sich über die manuelle Eingabeeinheit 8 Lüftungs- und Klimatisierungswünsche der Bewohner berücksichtigen. Die Steuerbefehle der manuellen Eingabeeinheit 8 gelangen ebenfalls über die Gerätesteuereinheit 9, die Anschlußeinheit 12 und die Daten- und Signalleitung 2 zu der Zentralsteuereinheit 3.

Bei der Querlüftung erfolgt eine gruppenweise Zusammenschaltung der jeweils auf einer Fassadenseite angeordneten Wärmetauscher. Die Wärmetauscher auf der einen Fassade werden auf Lüften geschaltet, die auf der gegenüberliegenden Fassade auf Entlüften.

Die Zeit, in der Belüftet und Entlüftet wird, kann vom Verbraucher unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Zeitintervalle sind z. B. zwischen 1 Minute und 99 Minuten über die manuelle Eingabeeinheit 8 frei programmierbar.

Die Steuerung unterscheidet ferner zwischen Sommerbetrieb und Winterbetrieb. Im Winterbetrieb wird Wert auf den größtmöglichen Wirkungsgrad gelegt um sowenig Wärme wie möglich aus der Wohneinheit entweichen zu lassen. Im Sommerbetrieb wird der Wirkungsgrad der Anlage absichtlich künstlich verschlechtert, um in der Nacht die Räumlichkeiten soweit als möglich abzukühlen, und am Tag die Räumlichkeiten sowenig wie möglich aufzuheizen. Das Steuerprogramm in der Zentralsteuereinheit 3 berücksichtigt auch, welcher Lüftungswärmetauscher sich aktuell auf der Schattenseite des Gebäudes befindet. In die Regelung gehen ferner die mittels der Temperatursensoren erfaßten Temperaturdaten ein.

Abweichend von den Zeitintervallen, welche durch den Verbraucher eingestellt werden, berücksichtigt die Steuerung die erfaßten Temperaturwerte auch zur Optimierung der Zeitintervalle. So werden Auslaßtemperaturen und Einlaßtemperaturen gemessen und bewertet sowie miteinander verglichen, um in dem Rechenprogramm der Zentralsteuereinheit den situationsbedingt optimalen Algorithmus zu bestimmen.

Als weitere Meßgröße geht die Luftfeuchtigkeit in das System ein. Überschreitet die Luftfeuchtigkeit in den Räumlichkeiten einen gewissen Wert, so schaltet die Steuerung die Lüfter auf Zwangsentlüftung. In jedem Fall erfolgt eine Rückmeldung über den Geräte- und den Raumluftzustand an die Zentralsteuereinheit. Diese bewertet und vergleicht diese Daten mit den allgemeinen Daten und ermöglicht durch entsprechende Steuersignale, denen die Adressencodierung des betreffenden Lüftungswärmetauschers überlagert ist, die Einzelansteuerung der Lüftungswärmetauscher in den Geschossen.

Bezugszeichenliste

1 Lüftungswärmetauscher

2 Daten- und Signalleitung

3 Zentralsteuereinheit

4 Hauptleitung

5 Verbindungsleitung

6 Temperatursensor

7 Feuchtesensor

a Analog-Digital-Wandler

manuelle Eingabeeinheit

Gerätesteuereinheit

10 Leistungsteil

11 Elektromotor

12 Anschlußeinheit

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Einrichtung zur Regelung von Lüftungswärmetauschern in

Mehrfamilienhäusern, wobei die Lüftungswärmetauscher mittels eines regelbaren elektrischen Lüfters durchströmbar sind und jeweils wenigstens zwei über einen Zwischenspeicher strömungstechnisch miteinander verbundene Öffnungen aufweisen, von denen die eine auf der Innenseite und die andere auf der Außenseite der Außenwand mündet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Regelung aller Lüfter über eine gemeinsame Zentralsteuereinheit (3) erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter zur Änderung der Durchströmungsrichtung umschaltbar sind, und daß auch die Umschaltung über die Zentralsteuereinheit (3) erfolgt.

3. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine gemeinsame digitale, bidirektionale Datenverbindung (2) zur Übertragung von sowohl Steuer- als auch Meßdaten zwischen der Zentralsteuereinheit (3) und den Wohneinheiten.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Temperatursensoren (6) in den Wohneinheiten, deren Meßsignale der Zentralsteuereinheit (3) über die digitale Datenverbindung (2) übermittelbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Feuchtesensoren (7) in den Wohneinheiten, deren Meßsignale der Zentralsteuereinheit (3) über die digitale Datenverbindung (2) übermittelbar sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lüftungswärmetauscher (1 ) eine Gerätesteuereinheit (9) enthält und daß die Gerätesteuereinheit (9) mit einem Temperatursensor (6), einem Analog-Digital-Wandler (7a) zur Umwandlung der analogen Meßsignale in digitale Meßdaten, einem Leistungsteil (10) für den Lüfter und einer Anschlußeinheit (12) an die digitale Datenverbindung (2) versehen ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lüftungswärmetauscher (1 ) mit einer individuellen digitalen Codierung versehen ist, und daß Mittel zur Verknüpfung der individuellen Codierung mit den zwischen der Zentralsteuereinheit (3) und dem die jeweilige Codierung aufweisenden Lüftungswärmetauscher (1 ) ausgetauschten digitalen Steuer- und Meßdaten vorgesehen sind.