DE102024203836A1

DE102024203836A1 - Verfahren zur Steuerung einer dezentralen Lüftungsanlage für ein Gebäude

Info

Publication number: DE102024203836A1
Application number: DE102024203836.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Senn; Arsalan Shirani
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-04-24
Filing date: 2024-04-24
Publication date: 2025-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer dezentralen Lüftungsanlage (10) für ein Gebäude (G), wobei die Lüftungsanlage (10) wenigstens zwei Lüftungseinheiten (12, 14) umfasst, die jeweils einen Regenerator (16) zur Aufnahme und Abgabe von Wärmeenergie aus bzw. an den Regenerator (16) durchströmende Luft, wenigstens einen reversierbaren Lüfter (18) oder zwei, während eines Betriebszyklus in unterschiedliche Richtungen betreibbare Lüfter haben, wobei der wenigstens eine Lüfter (18) derart betrieben wird, dass der Regenerator (16) während eines Betriebszyklus in zeitlich aufeinander folgenden Zeitintervallen in unterschiedlicher Richtung von der Luft durchströmt wird, um die im Regenerator (16) gespeicherte Wärmeenergie abwechselnd an die den Regenerator (16) durchströmende Luft abzugeben oder aus der den Regenerator (16) durchströmenden Luft aufzunehmen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer dezentralen Lüftungsanlage für ein Gebäude, das sich durch einen besonders effektiven, d.h. einen hohen Wirkungsgrad aufweisenden Betrieb seiner Lüftungseinheiten auszeichnet. Ferner betrifft die Erfindung eine Lüftungsanlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Dezentrale Lüftungsanlagen für Wohngebäude unter Verwendung von wenigstens zwei Lüftungseinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist es üblicherweise so, dass eine erste Lüftungseinheit in einem ersten Bereich des Gebäudes verbrauchte Raumluft nach außen abgibt, während die andere Lüftungseinheit gleichzeitig Umgebungsluft aus der Umgebung in das Gebäude einleitet. Ein derartiger Betrieb wird nach einer bestimmten Betriebszeit umgekehrt, d.h., dass die beiden Lüftungseinheiten in umgekehrter Art und Weise arbeiten. Darüber hinaus ist es bekannt, die Luft beim Zuführen bzw. Abführen in bzw. aus dem Gebäude über einen Regenerator der Lüftungseinheit zu führen, der beispielsweise aus keramischem Material besteht und einen Wärmespeicher ausbildet. Der Regenerator wird für den Fall, dass eine Außenlufttemperatur geringer ist als eine Innenraumtemperatur (des Gebäudes) beim Ausleiten der Raumluft aus dem Gebäude durch die ausgeleitete Raumluft erwärmt und gibt die Wärme anschließend beim Zuführen von Umgebungsluft in das Gebäude an die (frische) Umgebungsluft ab.
Weiterhin ist es aus der WO 2008/102227 A2 bekannt, Lüftungseinheiten einer Lüftungsanlage in einem Gebäude derart zu betreiben, dass diese unterschiedliche Luftmengen zu- bzw. abführen. Wesentlich dabei ist, dass die aus der genannten Schrift bekannten Lüftungseinheiten unter Verwendung eines Wärmetauschers jeweils gleichzeitig in beide Richtungen durchströmt werden, sodass sich in Summe an einer Lüftungseinheit ein Überschuss oder eine Mindermenge an zugeführter bzw. abgeführter Luft einstellt.
Weiterhin ist es bekannt, dass es typischerweise bei starkem Wind an unterschiedlichen Seiten des Gebäudes zu unterschiedlichen Windlasten auf das Gebäude kommt. Wenn an diesen unterschiedlichen Gebäudeseiten jeweils eine Lüftungseinheit angeordnet ist, so führt dies auf der windzugewandten Luvseite des Gebäudes üblicherweise dazu, dass während eines Zuluftbetriebs mehr Luft angesaugt wird als in einem Abluftbetrieb, da der Lüfter der Lüftungseinheit dann gegen den Winddruck arbeiten muss. In ähnlicher Weise gilt dies in umgekehrter Seite auf der windabgewandten Leeseite des Gebäudes, wo eine erhöhte Luftmenge nach außen bzw. an die Umgebung abgeführt wird. Ein derartiger, ungleichförmiger Betrieb der Lüftungseinheiten bewirkt, dass der Regenerator nicht optimal betrieben wird, da die über den Regenerator gespeicherten und abgegebenen Wärmemengen ungleich sind, sodass der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der Lüftungseinheit sinkt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer dezentralen Lüftungsanlage für ein Gebäude mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass seine Lüftungseinheiten unabhängig von auftretenden Störgrößen wie Windlasten o.ä. stets in einem optimalen Betriebsbereich betrieben werden, bei der die in dem Regenerator gespeicherte Wärmeenergie optimal ausgenutzt werden kann. Das hat zur Folge, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Lüftungseinheiten eine besonders hohe Effizienz bzw. einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, in Abhängigkeit der Abweichung von erfassten Ist-Werten eines Regelkriteriums im Vergleich zu Soll-Werten eine oder mehrere Lüftungseinheiten derart zu betreiben, dass mit Blick auf einen Betriebszyklus, d.h. bei einem Zuluftbetrieb und anschließendem Abluftbetrieb, die Menge der in den beiden unterschiedlichen Richtungen durch den Regenerator strömenden Luftmengen angeglichen wird, d.h. möglichst gleich groß ist. Dies hat zur Folge, dass der Regenerator jeweils einen gleich großen Temperaturhub (Aufwärmen und Abkühlen) ausführt bzw. die in dem Regenerator gespeicherte Wärmeenergie optimal ausgenutzt wird.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer dezentralen Lüftungsanlage für ein Gebäude mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass die Lüftungsanlage wenigstens zwei Lüftungseinheiten umfasst, die jeweils einen Regenerator zur Aufnahme von Wärmeenergie aus den Regenerator durchströmende Luft und Abgabe von Wärmeenergie an den Regenerator durchströmende Luft hat. Weiterhin weist jede Lüftungseinheit einen reversierbaren Lüfter oder zwei, in unterschiedliche Richtungen betreibbare Lüfter auf, wobei der wenigstens eine Lüfter während eines Betriebszyklus derart betrieben werden, dass der Regenerator in zeitlich aufeinander folgenden Zeitintervallen in unterschiedlicher Richtung durchströmt wird, um die im Regenerator gespeicherte Wärmeenergie abwechselnd an die den Regenerator durchströmende Luft abzugeben oder aus der den Regenerator durchströmenden Luft aufzunehmen. Auch sind Mittel zur Bestimmung eines Regelkriteriums für den Betrieb des wenigstens einen Lüfters der Lüftungseinheit vorgesehen, wobei bei einer vorgegebene Toleranzen überschreitenden Abweichung eines Ist-Werts des Regelkriteriums von einem Soll-Wert der wenigstens eine Lüfter derart betrieben wird, dass die Summen der den Regenerator in die unterschiedlichen Richtungen während eines Betriebszyklus durchströmenden Luftmengen zumindest näherungsweise gleich groß sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer dezentralen Lüftungsanlage für ein Gebäude sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Regelkriterium die Erfassung einer Temperatur, insbesondere einer Innenraumtemperatur, im Bereich eines Strömungsquerschnitts der Lüftungseinheit umfasst. Dabei wird die Temperatur der Luft beim Einströmen in bzw. aus der Lüftungseinheit vorzugsweise auf der dem Innenraum des Gebäudes zugewandten Seite mittels eines Temperatursensors erfasst. Dies hat den Vorteil, dass die Arbeitsbedingungen für einen derartigen Temperatursensor besser sind, da die Temperaturbandbreite im Gebäudeinneren kleiner ist. Ebenso kann sich auf der dem Gebäude zugewandten Innenseite der Lüftungseinheit während des Betriebs der Lüftungseinheit kein Eis bilden, was unter Umständen eine Störung der Temperaturmessung nach sich ziehen würde. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Innentemperatur direkt gemessen werden kann und diese größeren Störungen unterliegt wie die Außentemperatur, die dann gegebenenfalls berechnet wird. Darüber hinaus hätte die Messung der Temperatur an der dem Gebäude zugewandten Außenseite der Lüftungseinheit den Nachteil, dass an der Außenseite sehr einfach eine Erwärmung durch Sonneneinstrahlung erfolgen kann, was im ungünstigsten Fall dazu führen kann, dass sich der Temperatursensor erwärmt, nicht jedoch in diesem Maße die Luft und damit eine Messabweichung entsteht.
Ergänzend wird erwähnt, dass es jedoch grundsätzlich möglich ist, anstelle der Innen(raum)temperatur auch die Außentemperatur als Regelkriterium heranzuziehen oder aber eine Kombination aus Innentemperatur und Außentemperatur.
In bevorzugter Weiterbildung des zuletzt genannten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Temperatur an einer Lüftungseinheit während mehrerer zeitlich aufeinander folgender Betriebszyklen erfasst und hinsichtlich deren Minimal- oder/und Maximalwerten ausgewertet wird, wobei die (unterschiedlichen) Minimal- und/oder Maximalwerte das Regelkriterium bilden. Hintergrund dieses Vorschlags ist es, dass sich beispielsweise bei einer Windlast auf das Gebäude bei einem Betrieb des wenigstens einen Lüfters unter Windlast, bei der dieser jeweils mit gleicher Drehzahl und gleich lange während eines Zuluft- oder eines Abluftbetriebs betrieben wird, ein Temperaturminimum am Ende des Zuluftbetriebs einstellt, das über mehrere Betriebszyklen betrachtet (je nachdem ob die Lüftungseinheit auf der Luvseite oder der Leeseite angeordnet ist) kleiner oder größer wird. Die Abweichung dieser Minimal- oder Maximalwerte von einem Mittelwert bzw. einem Soll-Wert (ohne Windlast) stellt somit ein Kriterium dar, das zu einem auf eine Windlast auf das Gebäude schließen lässt, und das andererseits durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Wirkungsgraderhöhung bzw. Effizienzsteigerung der Lüftungseinheit egalisiert werden kann.
Alternativ hierzu kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Temperatur an einer Lüftungseinheit während mehrerer zeitlich aufeinander folgender Betriebszyklen erfasst und hinsichtlich deren Temperaturgradienten ausgewertet wird, wobei die Verläufe der Gradienten das Regelkriterium bilden. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass alleine aufgrund unterschiedlicher Verläufe der Gradienten auch ohne Berücksichtigung von Minimum- oder Maximalwerten von Temperaturen am Ende eines Betriebszyklus beispielsweise auf eine Windlast auf das Gebäude geschlossen werden kann.
Wiederum alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass eine Effizienz einer Lüftungseinheit während mehrerer Betriebszyklen erfasst und ausgewertet wird, wobei die Effizienz das Regelkriterium bildet. Unter Effizienz einer Lüftungseinheit wird dabei verstanden, inwieweit während eines Betriebszyklus ein maximal möglicher Temperaturhub des Materials des Regenerators ausgenutzt werden kann. Je größer der tatsächlich vorhandene Temperaturhub im Vergleich zum maximal möglichen Temperaturhub ist, desto größer ist die Effizienz der Lüftungseinheit bzw. desto effizienter wird die in dem Regenerator gespeicherte Wärmeenergie ausgenutzt.
Hinsichtlich der Art und Weise, wie nach der Erfassung einer außerhalb vorgegebener Toleranzen liegenden Abweichung eines Ist-Werts von einem Soll-Wert des Regelkriteriums, die einen geänderten Betrieb des wenigstens einen Lüfters zur Folge hat, reagiert werden kann, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten: Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass der wenigstens eine Lüfter in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der Luft mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben wird. Dies hat zur Folge, dass pro Zeiteinheit im Zuluft- bzw. Abluftbetrieb unterschiedliche Volumenströme (pro Zeiteinheit) erzielbar sind, wobei die Zeiten für den Zuluft- und den Abluftbetrieb während eines Betriebszyklus gleich lang sind.
Alternativ bzw. zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Lüfter in Abhängigkeit der Strömungsrichtung unterschiedlich lange betrieben wird.
Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass beim Auftreten von Windlasten und wenigstens einer an einer Luvseite des Gebäudes angeordneten Lüftungseinheit und einer an einer Leeseite des Gebäudes angeordneten Lüftungseinheit die Lüftungseinheiten unterschiedlich betrieben werden. Dies umfasst bis zu einem gewissen Maß zum Beispiel das Zulassen unterschiedlicher Luftmengen während eines Betriebszyklus an den wenigstens zwei Lüftungseinheiten.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Durchführen eines soweit beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst wenigstens zwei Lüftungseinheiten, die jeweils einen Regenerator zur Aufnahme von Wärmeenergie aus den Regenerator durchströmende Luft und Abgabe von Wärmeenergie an den Regenerator durchströmende Luft aufweisen, sowie wenigstens einen reversierbaren Lüfter oder zwei, in jeweils einer Richtung betreibbare Lüfter, sowie Messmittel zur Erfassung eines Ist-Werts des Regelkriteriums und eine Auswerte- und Steuereinheit zur Ansteuerung des wenigstens einen Lüfters.
Bevorzugt ist es, wenn die Messmittel wenigstens einen Temperatursensor umfassen.
Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere einen Datenträger oder ein Datenprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung wenigstens einen Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gebäudes mit einer dezentralen Lüftungsanlage und zwei, an einer Leeseite sowie einer Luvseite des Gebäudes angeordneter Lüftungseinheiten,
2 ein Diagramm von Verläufen von an einer Innenseite bzw. Außenseite einer Lüftungseinheit gemessenen Temperaturen beim Auftreten einer Windlast,
3 ein Diagramm entsprechend der 2 bei konstanter Windlast,
4 eine Darstellung eines Temperaturverlaufs eines Sensors an einer Gebäudeinnenseite der Lüftungseinheit mit der Möglichkeit, damit eine Außenlufttemperatur zu berechnen und
5 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der dezentralen Lüftungsanlage gemäß der 1.

Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist stark vereinfacht ein Gebäude G mit einer Außenwand AW dargestellt. An dem Gebäude G ist eine dezentrale Lüftungsanlage 10 verbaut, die beispielhaft zwei, an gegenüberliegenden Wänden W1, W2 des Gebäudes G angeordnete Lüftungseinheiten 12, 14 umfasst. Die beiden Lüftungseinheiten 12, 14 sind als sogenannte Pendellüfter mit Wärmerückgewinnung ausgebildet. Weiterhin sind die beiden Lüftungseinheiten 12, 14 vorzugsweise identisch ausgebildet und weisen einen vorzugsweise aus keramischem Material bestehenden Regenerator 16 zur Ausbildung einer Wärmespeicherkapazität sowie jeweils einen reversierbaren Lüfter 18 auf. Der Regenerator 16 sowie der beispielhaft dem Innenraum des Gebäudes G zugewandte Lüfter 18 sind jeweils in einem Gehäuse 20 der Lüftungseinheit 12, 14 angeordnet, das die jeweilige Wand W1, W2 durchsetzt. Weiterhin ist in unmittelbarer Nähe des Gehäuses 20 bzw. im Luftstrom des Lüfters 18 ein Temperatursensor 22, 24 angeordnet, der die Lufttemperatur T im Innenraumbereich des Gebäudes G im Strömungsbereich der Lüftungseinheit 12, 14 erfasst.
Die Messwerte der beiden Temperatursensoren 22, 24 sind einer Auswerte- und Steuereinheit 25 der Lüftungsanlage 10 als Eingangsgröße zuführbar. Die Auswerte- und Steuereinheit 25 umfasst einen Algorithmus 26 in Form eines Datenprogramms bzw. eines Datenträgers, der die von den Temperatursensoren 22, 24 erfassten Temperaturmesswerte erfasst und auswertet. Weiterhin sind die beiden Lüfter 18 der Lüftungseinheiten 12, 14 von der Auswerte- und Steuereinheit 25 ansteuerbar.
In der 1 ist der Fall dargestellt, dass auf das Gebäude G eine Windlast einwirkt, d.h., dass in der Zeichnungsebene der 1 ein (starker) Wind von links auf das Gebäude G einwirkt, was durch die Strömungspfeile 28 verdeutlicht sein soll. Dies hat zur Folge, dass das Gebäude G an der einen Wand W1 eine Luvseite ausbildet, während an der Wand W2 eine Leeseite ist.
Ohne das Auftreten einer Windlast werden die beiden Lüftungseinheiten 12, 14 jeweils für sich genommen reversierend betrieben, derart, dass für den Fall, dass die Außentemperatur geringer ist als die Temperatur im Gebäudeinnern während einer ersten halben Zykluszeit eines Betriebszyklus die Lüftungseinheit 12 aus der Umgebung bzw. der Gebäudeaußenseite Luft ansaugt (Zuluftbetrieb), die beim Durchströmen durch den Regenerator 16 erwärmt wird und in den Innenraum des Gebäudes G einströmt. Anschließend erfolgt während einer weiteren halben Zykluszeit eines Betriebszyklus ein reversierter Betrieb der Lüftungseinheit 12, d.h., dass die in dem Innenraum des Gebäudes G befindliche Luft unter Wärmeabgabe an den Regenerator 16 an die Außenseite des Gebäudes G bzw. die Umgebung abgegeben wird (Abluftbetrieb). Wesentlich dabei ist, dass die Volumenströme der Luft während der jeweiligen halben Zykluszeit jeweils gleich groß sind.
Während die eine Lüftungseinheit 12 beispielsweise im Zuluftbetrieb betrieben wird, wird die andere Lüftungseinheit 14 gleichzeitig in einem Abluftbetrieb betrieben, d.h., dass die Lüftungseinheit 14 während einer halben Zykluszeit die Luftmenge aus dem Gebäude G ausleitet, die gleichzeitig über die Lüftungseinheit 12 in das Gebäude G einströmt und umgekehrt. Dadurch ist sichergestellt, dass die aus dem Gebäude G ausgeleitete Luftmenge stets gleich groß ist, wie die in das Gebäude G einströmende Luftmenge, sodass auch der Luftdruck im Gebäude G konstant ist.
Werden beide Lüftungseinheiten 12, 14 demgegenüber in der beschriebenen Art und Weise bei einer Windlast entsprechend der 1 betrieben, so weist die Lüftungseinheit 12 im Zuluftbetrieb einen größeren Volumenstrom auf als im Abluftbetrieb, was durch die unterschiedlich dicken Pfeile 31, 32 verdeutlicht sein soll. Weiterhin weist die Lüftungseinheit 14 einen größeren Volumenstrom im Abluftbetrieb, und einen geringeren Volumenstrom im Zuluftbetrieb auf, was durch die Pfeile 34, 35 verdeutlicht ist.
In der 2 sind exemplarisch die gemessenen Verläufe der Temperatur T in °C über der Zeit t in Sekunden anhand von vier Kurven A bis D während vier aufeinander folgender Betriebszyklen der Lüftungseinheit 14 dargestellt. Die Kurven A und B sind mittels des Temperatursensors 24 (1) an der Innenseite des Gebäudes G gemessen worden und die Kurven C und D mittels eines in der 1 dargestellten Temperatursensors 27, der an der Lüftungseinheit 14 im Strömungsquerschnitt an der der Gebäudeaußenseite zugewandten Seite der Lüftungseinheit 14 angeordnet ist (selbstverständlich kann auch an der Lüftungseinheit 12 ein entsprechender Temperatursensor 27 vorgesehen sein).
Die Kurven A und C repräsentieren den Fall ohne das Auftreten einer Windlast und die Kurven B und D den Fall, bei dem die Windlast beginnt sich aufzubauen. Erkennbar ist darüber hinaus bei allen Kurven A bis D der typischer Kurvenverlauf, bei dem im Zuluftbetrieb sich die Temperatur T durch Abgabe der Wärmeenergie des Regenerators 16 erhöht und im Abluftbetrieb durch Abgabe der Wärme der Luft an den Regenerator 16 erniedrigt. Dabei beträgt die Zeitdauer t bzw. halbe Zykluszeit Zz/2 während des Zuluftbetriebs und des Abluftbetriebs jeweils etwa 50 Sekunden.
Erkennbar ist, dass die Minimalwerte T_min der Temperatur T, die durch den Temperatursensor 24 gemessen werden, ohne Windlast entsprechend der Kurve A konstant sind, und sich bei Auftreten der Windlast (an der Leeseite des Gebäudes G) entsprechend der Kurve B erhöhen, was an der Steigung der Geraden 36 erkennbar ist. Auch sind die Maximalwerte T_max der Temperatur T, die durch den Temperatursensor 27 gemessen werden, ohne Windlast konstant sind (Kurve C), während sie sich beim Auftreten der Windlast (an der Leeseite des Gebäudes G) ebenfalls erhöhen (Kurve D), was an der Steigung der Geraden 37 erkennbar ist.
Aus der Darstellung der 2 ist erkennbar, dass mittels einer Auswertung der Maxima bzw. Minima der Temperaturen T eines Temperatursensors 22, 24 bzw. 27 es möglich ist, den Beginn einer Windlast (sowie anhand der Steigung der Geraden 36, 37) auch die Zunahme der Windlast zu erfassen.
In Gegensatz zur 2 sind in der 3 sind Temperaturverläufe an der Lüftungseinheit 14 dargestellt, sobald eine konstante Windlast auftritt. Dabei erkennt man, dass im Vergleich mit den Kurven A und C (ohne Windlast) die Kurven E und F jeweils erhöhte (konstante) Minimalwerte T_min sowie Maximalwerte T_max aufweisen, was durch die Geraden 38, 39, die die jeweiligen Minima bzw. Maxima miteinander verbinden, verdeutlicht ist, die nahezu keine Steigung aufweisen bzw. konstant sind.
Die Darstellung der 3 verdeutlicht auch, dass beim Betrieb der jeweiligen Lüftungseinheit 12, 14 unter Windlast eine Effizienz e der jeweiligen Lüftungsanlage 12, 14 gegenüber einem Optimum absinkt, da nicht die gesamte, in dem jeweiligen Regenerator 16 speicherbare Wärmeenergie genutzt wird.
Unter der Effizienz e wird dabei im Rahmen der Erfindung die Ausnützung eines maximal möglichen Temperaturhubes ΔT_max am Regenerator 16 im Verhältnis zu dem tatsächlichen Temperaturhub ΔT_ist während der Zuluft- bzw. Ablaufphase an einer Lüftereinheit 12, 14 verstanden: $e = Δ T_{ist} / Δ T_{max}$
Beispielhaft beträgt ΔT_max am Regenerator 16 im Zuluftbetrieb gemäß der Kurve A ca. 12°C, während ΔT_ist während der Windlast ca. 5°C beträgt. Somit beträgt die Effizienz e im Falle der Windlast nur 5°C / 12°C = 0,41 bzw. 41 % der Effizienz e ohne Windlast.
Weiterhin ist an anhand der 3 auch erkennbar, dass sich die Graphen bzw. Kurvenverläufe beispielhaft der Kurven A und E während des Abluftbetriebs unterscheiden. So ist zum Zeitpunkt t₁ die Tangente Tan1 an der Kurve A eine größere Steigung aufweist als die Tangente Tan2 Kurve E zum Zeitpunkt t₁. Mit anderen Worten gesagt kann anhand des zeitlichen Verlaufs der Kurven A und E (bzw. B und F) auf das Vorhandensein einer Windlast geschlossen werden, sodass die Minimalwerte T_min und Maximalwerte T_max der Temperatur T nicht erfasst werden müssen.
In der 4 ist der Temperaturverlauf eines Temperatursensor 22, 24 während mehrerer Betriebszyklen ohne Auftreten einer Windlast oder aber nach einer bestimmten Zeit während einer (konstanten) Windlast dargestellt. Insbesondere erkennt man, dass der Temperatur T während der Zuluftphase gemäß der Kurve H in exponentieller Art und Weise abnimmt. Dies ist durch Abgabe der Wärmeenergie des Regenerators 16 in die in das Gebäude G einströmende Luft zu erklären, die zu Beginn der Zuluftphase am Höchsten ist und bei geringer werdender (Restenergie) des Regenerators 16 abnimmt. Verlängert man die Kurve H entsprechend der gestrichelten Kurve 40, so kann als Grenzwert des Kurvenverlaufs auf die Außentemperatur am Gebäude G geschlossen werden. Mit anderen Worten gesagt kann eine Außentemperatur auch anhand des Kurvenverlaufs der Innentemperatur ermittelt werden.
Um einen möglichst effizienten Betrieb der jeweiligen Lüftungseinheit 12, 14 zu ermöglichen ist es erforderlich, die jeweils über den Regenerator 16 gespeicherte Wärmeenergie möglichst effizient zu nutzen, d.h. dass die Effizienz e möglichst groß bzw. hoch ist. Dies wird erreicht, indem die Luftmenge der über den Regenerator 16 im Zuluftbetrieb in das Gebäude G zugeführten Luft gleich groß ist wie die im Abluftbetrieb aus dem Gebäude G abgeführte Luft, da dann der Temperaturhub am Regenerator 16 zumindest näherungsweise gleich groß ist, d.h. eine in den Regenerator 16 zugeführte Wärmemenge anschließend wieder (nahezu vollständig) abgegeben wird. Weiterhin werden die beiden Lüftungseinheiten 12, 14 so betrieben, dass jeweils eine Lüftungseinheit 12, 14 im Zuluftbetrieb, und die andere Lüftungseinheit 12, 14 gleichzeitig im Abluftbetrieb betrieben wird. Dadurch werden Druckunterschiede im Gebäude G minimiert.
Zur Gewährleistung einer möglichst hohen Effizienz e ist es erforderlich, ein Regelkriterium RK festzulegen, das von der Auswerte- und Steuereinheit 25 ausgewertet wird, um die Lüfter 18 der beiden Lüftungseinheiten 12, 14 anzusteuern. Insbesondere wird bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Differenz zwischen einem Soll-Wert und einem Ist-Wert des Regelkriteriums RK eine über dem Normalbetrieb veränderte Ansteuerung der Lüfter 18 bewirkt. Unter einem Normalbetrieb wird verstanden, dass der Lüfter 18 der Lüftungseinheit 12, 14 während eines Betriebszyklus jeweils gleich lange und mit gleich hoher Drehzahl im Zuluftbetrieb und im Abluftbetrieb betrieben wird. Dies gewährleistet für den Fall, dass keine Windlast im Bereich der Lüftungseinheiten 12, 14 auftritt, dass die Luftmenge im Zuluftbetrieb und im Abluftbetrieb gleich groß ist.
Als Regelkriterium RK kann entsprechend der Darstellung der 2 und 3 die Erfassung der Minimalwerte T_min und/oder der Maximalwerte T_max der Temperatur T herangezogen werden. Ändern sich die angesprochenen Minima bzw. Maxima während mehrere aufeinander folgender Betriebszyklen an einer Lüftungseinheit 12, 14 über vorgegebene Toleranzen (zum Beispiel um mehr als 3 Kelvin während dreier Betriebszyklen), so wird daraus geschlossen, dass die Luftmenge durch den Regenerator 16 während des Zuluftbetriebs und des Abluftbetriebs unterschiedlich groß ist, wie dies anhand des Auftretens einer Windlast erläutert wurde.
Alternativ ist es möglich, auch ohne Kenntnis der genauen Minimalwerte T_min und/oder der Maximalwerte T_max der Temperatur aus dem Kurvenverlauf eines Graphen A bis F auf das Auftreten beispielsweise einer Windlast zu schließen, wie dies im Zusammenhang mit der Kurve E anhand der 3 erläutert wurde. Somit stellt die mathematische Funktion einer Kurve A bis E und Abweichungen bzw. Toleranzen davon das Regelkriterium RK dar.
Wiederum alternativ kann als Regelkriterium die Effizienz e der jeweiligen Lüftungseinheit 12, 14 als Regelkriterium RK herangezogen werden, wobei beim Unterschreiten eine vorgegebenen (Mindest-) Effizienz e von einer zu korrigierenden Regelabweichung ausgegangen wird.
Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nunmehr auf das Ablaufdiagramm gemäß der 5 verwiesen. Dabei stellt der Schritt 101 die Erfassung einer das Regelkriterium RK charakterisierenden Messgröße dar, also beispielsweise Minimalwerte T_min und/oder der Maximalwerte T_max der Temperatur T, ein Kurvenverlauf der Temperatur T oder die Ermittlung der Effizienz e. Dies wird vorzugsweise an Lüftungseinheiten 12, 14 durchgeführt. Die Messgrößen werden der Auswerte- und Steuereinheit 25 als Eingangsgröße zugeführt.
In dem Schritt 102 werden anschließend durch den Algorithmus 26 der Auswerte- und Steuereinheit 25 gegebenenfalls erforderliche Korrekturen und Filterungen, z.B. eine Korrektur der Temperaturminima durch den Einfluss unterschiedlicher Innentemperaturen im Gebäude G berücksichtigt bzw. vorgenommen.
Anschließend erfolgt im Schritt 103 ein Soll-/Ist-Vergleich des Regelkriteriums RK während beispielsweise mehrerer aufeinanderfolgender Betriebszyklen durch die Auswerte- und Steuereinheit 25.
Im nachfolgenden Schritt 104 wird überprüft, ob die Ist-Werte einen vorgegebenen Toleranzwert von den Soll-Werten bezüglich des Regelkriteriums RK erreichen. Ist dies nicht der Fall, erfolgt in dem Schritt 105 keine Änderung des Betriebsmodus der Lüfter 18, d.h., das diese jeweils beispielsweise während der halben Zykluszeit in die eine oder andere Richtung mit derselben Drehzahl betrieben werden. Ist hingegen im Schritt 104 eine unzulässige Toleranzabweichung festgestellt worden, so erfolgt im Schritt 106 eine Bewertung, ob es eine Unter- oder eine Überschreitung der Toleranzen gegeben hat. Je nachdem erfolgt entweder in einem Schritt 107 oder in einem Schritt 108 beispielsweise eine Verringerung oder eine Erhöhung der Drehzahl des Lüfters 18 während der halben Zykluszeit, oder aber eine Verlängerung bzw. Verkürzung der jeweiligen halben Zykluszeit.
Im Schritt 109 werden anschließend zum Beispiel während zehn nachfolgender Betriebszyklen keine Messwerte erfasst bzw. das Regelkriterium berechnet, um der Lüftungsanlage 10 Zeit zu geben, dass sich die Messwerte für das Regelkriterium normalisiert haben. Anschließend wird wieder der Schritt 101 durchgeführt.
Das soweit beschriebene Verfahren kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Ebenso kann die Lüftungsanlage 10 mehr als zwei Lüftungseinheiten 12, 14 aufweisen, die vorzugsweise jeweils paarweise betrieben werden, oder aber derart, dass die Gesamtsumme der in das Gebäude G zugeführten Luftmenge gleich groß ist wie die Gesamtsumme der aus dem Gebäude G ausgeleiteten Luftmenge.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/102227 A2 [0003]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer dezentralen Lüftungsanlage (10) für ein Gebäude (G), wobei die Lüftungsanlage (10) wenigstens zwei Lüftungseinheiten (12, 14) umfasst, die jeweils einen Regenerator (16) zur Aufnahme und Abgabe von Wärmeenergie aus/an den Regenerator (16) durchströmende Luft, wenigstens einen reversierbaren Lüfter (18) oder zwei, während eines Betriebszyklus in unterschiedliche Richtungen betreibbare Lüfter haben, wobei der wenigstens eine Lüfter (18) derart betrieben wird, dass der Regenerator (16) während eines Betriebszyklus in zeitlich aufeinander folgenden Zeitintervallen in unterschiedlicher Richtung von der Luft durchströmt wird, um die im Regenerator (16) gespeicherte Wärmeenergie abwechselnd an die den Regenerator (16) durchströmende Luft abzugeben oder aus der den Regenerator (16) durchströmenden Luft aufzunehmen, und mit Mitteln zur Bestimmung eines Regelkriteriums (RK) für den Betrieb des wenigstens einen Lüfters (18) der Lüftungseinheit (12, 14), wobei bei einer vorgegebene Toleranzen überschreitenden Abweichung eines Ist-Werts des Regelkriteriums (RK) von einem Soll-Wert der wenigstens eine Lüfter (18) derart betrieben wird, dass die Summen der den Regenerator (16) in die unterschiedlichen Richtungen während eines Betriebszyklus durchströmenden Luftmengen zumindest näherungsweise gleich groß sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelkriterium (RK) die Erfassung einer Temperatur (T), insbesondere einer Innenraumtemperatur, im Bereich eines Strömungsquerschnitts der Lüftungseinheit (12, 14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) an einer Lüftungseinheit (12, 14) während mehrerer zeitlich aufeinander folgender Betriebszyklen erfasst und hinsichtlich deren Minimalwerten (T_min) und/oder Maximalwerten (T_max) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) an einer Lüftungseinheit (12, 14) während mehrerer zeitlich aufeinander folgender Betriebszyklen erfasst und hinsichtlich deren zeitlichem Verlauf ausgewertet wird und der Verlauf der zeitlichen Veränderung der Temperatur (T) das Regelkriterium (RK) bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Effizienz (e) einer Lüftungseinheit (12, 14) während mehrerer zeitlich aufeinander folgender Betriebszyklen erfasst und ausgewertet wird, wobei die Effizienz (e) das Regelkriterium (RK) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lüfter (18) in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der Luft durch den Regenerator (16) zur Erzielung gleicher Luftmengen in einem Zuluftbetrieb und in einem Abluftbetrieb während eines Betriebszyklus mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lüfter (18) in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der Luft durch den Regenerator (16) zur Erzielung gleicher Luftmengen in einem Zuluftbetrieb und in einem Abluftbetrieb während eines Betriebszyklus unterschiedlich lange betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten von Windlasten und wenigstens einer an einer Luvseite und einer an einer Leeseite des Gebäudes (G) angeordneten Lüftungseinheit (12, 14) die Lüftungseinheiten (12, 14) unterschiedlich betrieben werden.
Lüftungsanlage (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit wenigstens zwei Lüftungseinheiten (12, 14), die jeweils einen Regenerator (16) zur Aufnahme und Abgabe von Wärmeenergie aus/an den Regenerator (16) durchströmende Luft aufweisen, mit wenigstens einem reversierbaren Lüfter (18) oder zwei, in jeweils einer Richtung betreibbaren Lüftern, mit Messmitteln zur Erfassung eines Ist-Werts des Regelkriteriums (RK), und mit einer Auswerte- und Steuereinheit (25) zur Ansteuerung des wenigstens einen Lüfters (18).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel wenigstens einen Temperatursensor (22, 24, 27) umfassen.
Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger oder Datenprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Lüftungsanlage (10) nach Anspruch 9 oder 10 wenigstens einen Verfahrensschritt nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.