DE102008050444C5

DE102008050444C5 - Verfahren zur Belüftung eines Raumes

Info

Publication number: DE102008050444C5
Application number: DE102008050444.0A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Schaal Gerd
Original assignee: LTG AG
Current assignee: LTG AG
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: DE102008050444B4; EP2175208A1; DE102008050444A1

Abstract

Verfahren zur Belüftung eines Raumes eines Gebäudes, wobei sich in dem Raum zumindest zeitweise mindestens eine Person aufhalten kann, wobei die Belüftung mit einer Volumenstromregelung erfolgt, die einen Volumenstrom zur Belüftung in den Raum einbringt, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom einen personenabhängigen Variabellüftungsanteil und einen raumbezogenen Grundlüftungsanteil aufweist, wobei die Volumenstromregelung während einer Nutzungszeit des Raumes mit einem Regelalgorithmus erfolgt, der die Beziehung Vsoll = Vmin2 + qp·nberücksichtigt, wobei Vsoll ein Sollvolumenstrom, Vmin2 ein minimaler, konstanter Grundzuluftstrom während einer Nutzungszeit des Raumes, qp ein Personenzuluftstrom pro Person und n die Anzahl der Personen im Raum ist, und wobei der minimale Grundzuluftstrom Vmin2 unter Berücksichtigung einer Raumemission, einer Luftqualität der Zuluft und eines Volumens des Raumes festgelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belüftung eines Raumes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Klimatisierung der Räume eines Gebäudes wird in der Planungsphase bei Errichtung des Gebäudes festgelegt. Es wird die Zuluftmenge für die einzelnen Räume und in der Summe für das ganze Gebäude bestimmt. Anhand der gewonnenen lufttechnischen Daten werden dann die Leistungsmerkmale einer lufttechnischen Gebäudeausrüstung festgelegt. Bei einer zentralen Klimaanlage werden ein zentraler Ventilator und Luftkanäle mit Volumenstromreglern und Auslässen sowie eine Befeuchtungsanlage und eine Heiz/Kühlanlage auf den errechneten Bedarf ausgelegt. Auch bei einer dezentralen Lüftung erfolgt eine Auslegung auf den errechneten Bedarf, indem die Leistungsmerkmale von dezentralen Geräten festgelegt werden. Bei Variabel-Volumenstrom-Systemen (VVS-Anlagen) wird der Volumenstrom zur Belüftung eines Raumes durch die Raumtemperatur bestimmt. Ein Temperaturfühler im Raum oder in der Abluft verschiebt Sollwerte von Volumenstromreglern in einer Zu- und Abluftleitung zwischen fest vorgegebenen Maximal- und Minimalwerten, um die vorgegebene Raumtemperatur erreichen zu können. Bei Konstant-Volumenstrom-Systemen (KVS-Anlagen) liegen Luft-Wasser-Systeme vor, bei denen eine Raumlüftung von einer Raumtemperierung getrennt und dadurch der energetische Aufwand für den Lufttransport und die Luftaufbereitung reduziert wird. Der Zu- und Abluftstrom für einen Raum kann auf den hygienisch notwendigen Außenluft-Volumenstrom reduziert werden. Oftmals arbeiten diese Anlagen mit einem zeitlich konstanten Luftwechsel. Bei luftqualitätsgeführten VVS-Anlagen liegt eine von der Luftqualität abhängige Volumenstromregelung vor. Die Qualität der Luft kann mittels Luftqualitätsfühlern ermittelt werden. Die Bestimmung von Kohlendioxyd in der Luft hat sich als Leitwert bei dicht besetzten Versammlungsräumen bewährt. In normalen Büroräumen können Mischgas-Sensoren verwendet werden, die auf oxidierbare, luftfremde Stoffe (VOC) ansprechen, die vom Menschen und Raumeinrichtungen usw. emittiert werden. Mischgassensoren haben sich jedoch bei der Bürolüftung nicht bewährt, da sie selektiv auf Gerüche ansprechen und nicht das Empfinden der menschlichen Nase nachbilden können. Als Kompromiss werden kombinierte VOC-CO₂-Sensoren angeboten. Grundsätzlich ist jedoch die Bestimmung der Luftqualität mittels entsprechender Luftqualitätsfühler eine teure Lösung. Schließlich sind manuelle VVS-Anlagen bekannt, bei denen vom Raumbenutzer eine Volumenstromregelanlage ein- beziehungsweise ausgeschaltet wird. Über programmierte Soll-Volumenströme (zum Beispiel dreistufig: min-mid-max) kann der Zuluftstrom vom Raumbenutzer geschaltet werden.
Bei allen vorstehend genannten Systemen besteht der Nachteil, dass die Räume, in denen sich keine Person, eine Person oder eine bestimmte Anzahl von Personen aufhalten, ein zu häufiger Luftwechsel pro Zeiteinheit als notwendig stattfindet oder die Zuluftmenge nicht ausreichend ist, also ein nicht ausreichend häufiger Luftwechsel pro Zeiteinheit stattfindet.
Aus der DE 41 42 122 A1 geht ein Verfahren zur Regelung des Innenklimas eines Raumes mittels einer raumlufttechnischen Anlage hervor. Von Personen, die den Raum benutzen, wird individuell die gewünschte Raumatmosphäre an der Anlage eingestellt, indem sie definierte Einflussgrößen wie Raumlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und so weiter als Sollwerte in einen Leitrechner eingeben. Mittels einer Regelung werden die im Raum herrschenden Istwerte den eingegebenen Sollwerten angepasst. Ferner geht aus dieser Literaturstelle hervor, dass in Abhängigkeit von in den Raum eintretenden Personen eine Regelung von Raumlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit erfolgt. Ferner wird in der Literaturstelle offenbart, dass ein Außenluftanteil der Zuluft in Abhängigkeit von der sich im Raum aufhaltenden Anzahl von Personen geregelt wird. Es ist somit festzustellen, dass in der genannten Literaturstelle raumlufttechnische Größen in Abhängigkeit von der Anzahl der sich im Raum aufhaltenden Personen eingestellt werden. Damit ist eine gute Luftqualität im Raum jedoch nicht immer gewährleistet, da weitere Einflussgrößen unberücksichtigt bleiben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Belüftung eines Raumes eines Gebäudes anzugeben, das stets eine sehr gute Luftqualität im Raum bei niedrigen Kosten zur Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Belüftung mit einer Volumenstromregelung erfolgt, die einen Volumenstrom zur Belüftung in den Raum einbringt, der einen raumbezogenen Grundlüftungsanteil und einen personenabhängigen Variabellüftungsanteil aufweist. Insofern werden zwei unterschiedliche Einflussgrößen berücksichtigt. Die eine, den Grundlüftungsanteil berücksichtigende Einflussgröße ist von raumbezogenen Parametern abhängig. Hierunter sind beispielsweise Raumgröße, Raumvolumen, Gebäudeemissionen, Raumemissionen usw. zu verstehen. Unter Gebäudebeziehungsweise Raumemissionen sind Ausdünstungen von Baukörper, Bodenbelägen, Einrichtungsgegenständen usw. zu subsumieren. Die andere Einflussgröße, der personenabhängige Variabellüftungsanteil, berücksichtigt die Anzahl der sich im Raum aufhaltenden Personen, das heißt, es wird die tatsächlich sich im Raum aufhaltende Anzahl von Personen berücksichtigt, die sich gleichzeitig im Raum aufhält. Dies kann keine Person, eine Person oder es können mehrere Personen sein. Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens ist eine sehr gute Raumluftqualität garantiert und ein zu häufiger, erhöhte Kosten mit sich bringender Luftwechsel pro Zeiteinheit verhindert. Eine nicht hinreichende Zuluftmenge bezogen auf das Gebäude beziehungsweise den Raum und die Anzahl der sich im Raum aufhaltenden Personen wird ebenfalls verhindert.
Nach der Erfindung wird vorgesehen, dass der Variabellüftungsanteil von der Anzahl der sich zum jeweils betrachteten Zeitpunkt aktuell im Raum aufhaltenden Personen abhängig ist. Die Belüftung erfolgt demzufolge in „Echtzeit”.
Die Erfindung sieht vor, dass der Variabellüftungsanteil linear von der Anzahl der Personen im Raum abhängig ist. Je Person wird demzufolge der Variabellüftungsanteil gleichwertig erhöht.
Bei der erfindungsgemäßen Belüftung wird die in den Raum einströmende Zuluftmenge mittels der Volumenstromregelung geregelt.
Die Erfindung sieht vor, dass die Volumenstromregelung mit einem Regelalgorithmus erfolgt, der die Beziehung V_soll = V_min2 + q_p·n berücksichtigt, wobei

V_soll: ein Sollvolumenstrom,
V_min2: ein minimaler, konstanter Grundzuluftstrom während einer Nutzungszeit des Raumes,
q_p: ein Personenzuluftstrom pro Person und
n: die Anzahl der Personen im Raum ist.

Der Grundzuluftstrom V_min2 stellt den raumbezogenen Grundlüftungsanteil während einer Nutzungszeitspanne des Raumes dar, zum Grundlüftungsanteil addiert sich der Personenzuluftstrom, der – personenbezogen – erhöht wird. Ist n = 0, befindet sich also keine Person im Raum, so wird nur der minimale Grundzuluftstrom in den Raum eingebracht. In Abhängigkeit der Anzahl der sich gleichzeitig im Raum aufhaltenden Personen steigt der Personenzuluftstrom proportional an, das heißt, bei der Volumenstromregelung ist der Sollwert für den Sollvolumenstrom V_soll einerseits durch einen Konstantanteil V_min2 und andererseits durch den von der Anzahl der Personen abhängigen Variabelanteil bestimmt.
Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass der minimale Zuluftstrom V_min2 unter Berücksichtigung einer Raumemission und dem Volumen des Raumes festgelegt wird. Unter der Gebäudeemission beziehungsweise Raumemission sind Ausdünstungen von Gebäudeelementen beziehungsweise Raumelementen, wie Wandanstriche, Deckenanstriche, Bodenbeläge, Mobiliar usw. zu verstehen. Bei der Luftqualität wird die Qualität der Zuluft berücksichtigt. Hierbei können Qualitätsklassen bestimmt werden. Als weitere Einflussgrößen ist die Größe beziehungsweise das Volumen des zugehörigen Raumes des Gebäudes zu berücksichtigen.
Die Größe des Personenzuluftstroms q_p wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der gewünschten Raumluftqualität festgelegt. Der gesamte personenabhängige Zuluftstrom ergibt sich aus dem Personenzuluftstrom q_p mal der Anzahl der sich gleichzeitig im Raum aufhaltenden Personen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Anzahl der sich im Raum aufhaltenden Personen automatisch, insbesondere mittels Bilderkennung, Personenzählung durch Bewegungsmelder, vorzugsweise Mehrfach-Bewegungsmelder, durch Identifikation per Funk, vorzugsweise mittels RFID-Transponder und/oder mittels Lichtschranke bestimmt wird oder mittels manueller Eingabe vorgegeben wird. Die automatische Personenanzahlerkennung wird aus Komfortgründen bevorzugt.
Eine optional vorgesehene, von einer Person manuell auslösbare, zeitlich begrenzte Stoßlüftung des Raumes ist mit einer Fensterlüftung vergleichbar, wodurch die Akzeptanz von Klimaanlagen verbessert wird. Bei der Stoßlüftung bringt die Volumensteuerung und/oder -regelung einen sehr großen Zuluftvolumenstrom, vorzugsweise den maximal möglichen Zuluftvolumenstrom, für eine vorgegebene Zeit in den Raum ein.
Außerhalb der Nutzungszeit des Raumes, wenn – beispielsweise nachts – nicht von einer Raumnutzung durch eine Person oder mehrere Personen auszugehen ist, wird die Belüftung mit einem Nichtnutzungs-Minimalzuluftstrom V_min1 durchgeführt. Ein personenabhängiger Variabellüftungsanteil liegt dann nicht vor. Der Nichtnutzungs-Minimalzuluftstrom V_min1 weist mindestens einen vorbestimmten Wert auf. Dieser Wert kann für eine bestimmte Zeit oder für die gesamte Nichtnutzungszeit aufrechterhalten bleiben oder während der Nichtnutzungszeit verschiedene vorbestimmte Werte annehmen. Als vorbestimmter Wert kommt auch der Wert Null infrage, das heißt, es wird keine Zuluft in den Raum eingebracht.
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Belüftung eines Raumes eines Gebäudes mit einer Volumenstromregelung, die einen Volumenstrom zur Belüftung in den Raum einbringt, der einen raumbezogenen Grundlüftungsanteil und einen personenabhängigen Variabellüftungsteil aufweist. Ein Regelalgorithmus der Volumenstromregelung berücksichtigt die Beziehung V_soll = V_min2 + q_p·n, wobei V_min2 ein minimaler Grundluftstrom während einer Nutzungszeit des Raumes unter Berücksichtigung von Raumemissionen, einer gewünschten Luftqualität und der Raumgröße ist, n eine sensorisch automatisch erfasste Anzahl von sich gleichzeitig im Raum aufhaltenden Personen darstellt, q_p ein Personenzuluftstrom pro Person und in Abhängigkeit einer gewünschten Raumluftqualität und V_soll ein Sollwert des auszuregelnden Volumenstroms von Zuluft, die in den Raum eingebracht wird, ist.
Mittels einer Zeituhr wird zwischen einer Raumnutzungszeit und einer Nichtnutzungszeit umgeschaltet. Während der Raumnutzungszeit ist die Größe V_min2 und während der Nichtnutzungszeit die Größe V_min1 zu berücksichtigen. Sofern V_min1 berücksichtigt wird, ist der Zuluftstrom in den Raum nicht personenabhängig.
Aufgrund der Erfindung ergibt sich ein gebäude- beziehungsweise raumbezogener Grundlüftungsanteil und ein linear mit der Anzahl der Personen im Raum abhängiger Variabellüftungsanteil. Mithin liegt eine personenberücksichtigende Anlage mit Gebäude- beziehungsweise Raumbezug vor. Die Anzahl der Personen, die sich gleichzeitig in dem Raum aufhalten, wird automatisch bestimmt. Hierbei können Bilderkennung, Personenzählung durch Sensoren, insbesondere Bewegungsmelder, Identifikation per Funk, zum Beispiel mittels RFID-Transponder, Lichtschranken usw. in beliebiger Kombination oder einzeln verwendet werden. Durch die personenabhängige Anpassung des Zuluftstroms, der beispielsweise von einer zentralen raumlufttechnischen Anlage stammt, wird der lokalen, also raumbezogenen, im Tagesverlauf wechselnden Personendichte innerhalb des Raumes Rechnung getragen. Hierdurch werden bestmögliche lokale Luftqualitäten bei minimalem Energieaufwand erreicht. Für die erfindungsgemäße Betriebsweise ist ein entsprechend großer Regelbereich (personenanzahlabhängig) zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert notwendig. Zusätzlich kann eine vom Raumnutzer manuell auslösbare, zeitlich begrenzte Stoßlüftung erfolgen, die einer Fensterlüftung vergleichbar ist. Aufgrund des vorzuhaltenden großen Regelbereichs ist diese Stoßlüftung leicht realisierbar, die insbesondere die Akzeptanz von Klimaanlagen verbessern hilft.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann eine automatische Identifikation von mindestens einer Person, die sich im Raum aufhält, berücksichtigt werden, das heißt, dieser Person sind persönliche Klimaeinstellung der Volumenstromsteuerung und/oder -regelung zugeordnet und/oder abgespeichert, sodass Besonderheiten, beispielsweise Urlaubszeiten, Dienstreisen usw. dieser Person berücksichtigt werden.
Sofern eine zentrale Raumluftaufbereitung vorgesehen ist, kann durch Steuerung und/oder Regelung mindestens eines Lüftungsventilators die Ventilatordrehzahl zeitaktuell nach dem jeweiligen Lüftungsbedarf minimiert werden. Diese Vorgehensweise ist besonders energiesparend.

Claims

Verfahren zur Belüftung eines Raumes eines Gebäudes, wobei sich in dem Raum zumindest zeitweise mindestens eine Person aufhalten kann, wobei die Belüftung mit einer Volumenstromregelung erfolgt, die einen Volumenstrom zur Belüftung in den Raum einbringt, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom einen personenabhängigen Variabellüftungsanteil und einen raumbezogenen Grundlüftungsanteil aufweist, wobei die Volumenstromregelung während einer Nutzungszeit des Raumes mit einem Regelalgorithmus erfolgt, der die Beziehung V_soll = V_min2 + q_p·n berücksichtigt, wobei V_soll ein Sollvolumenstrom, V_min2 ein minimaler, konstanter Grundzuluftstrom während einer Nutzungszeit des Raumes, q_p ein Personenzuluftstrom pro Person und n die Anzahl der Personen im Raum ist, und wobei der minimale Grundzuluftstrom V_min2 unter Berücksichtigung einer Raumemission, einer Luftqualität der Zuluft und eines Volumens des Raumes festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromregelung die Zuluftmenge in den Raum regelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Personenzuluftstrom q_p unter Berücksichtigung der gewünschten Raumluftqualität festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der sich im Raum aufhaltenden Personen automatisch, insbesondere mittels Bilderkennung, Personenzählung durch Bewegungsmelder, vorzugsweise Mehrfach-Bewegungsmelder, durch Identifikation per Funk, vorzugsweise mittels RFID-Transponder, und/oder mittels Lichtschranke, bestimmt wird oder mittels manueller Eingabe vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine von einer Person manuell auslösbaren, zeitlich begrenzten Stoßlüftung des Raumes.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßlüftung mittels der Volumenstromregelung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Nutzungszeit des Raumes dessen Belüftung mit einem Nichtnutzungs-Minimalzuluftstrom V_min1 durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichtnutzungs-Minimalzuluftstrom V_min1 mindestens einen vorbestimmten Wert aufweist, der vorzugsweise – zumindest zeitweise – den Wert Null besitzt.