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EP0643271B1 - Procédé pour la régulation de la température et de l'humidité dans les enceintes utilisant une installation de climatisation d'air - Google Patents

Procédé pour la régulation de la température et de l'humidité dans les enceintes utilisant une installation de climatisation d'air Download PDF

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EP0643271B1
EP0643271B1 EP94114028A EP94114028A EP0643271B1 EP 0643271 B1 EP0643271 B1 EP 0643271B1 EP 94114028 A EP94114028 A EP 94114028A EP 94114028 A EP94114028 A EP 94114028A EP 0643271 B1 EP0643271 B1 EP 0643271B1
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EP
European Patent Office
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air
condition
room
temperature
humidity
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP94114028A
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German (de)
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EP0643271A1 (fr
Inventor
Bernd Dr.-Ing. Glück
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Imtech Deutschland GmbH and Co KG
Original Assignee
Rud Otto Meyer GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Rud Otto Meyer GmbH and Co KG filed Critical Rud Otto Meyer GmbH and Co KG
Publication of EP0643271A1 publication Critical patent/EP0643271A1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0008—Control or safety arrangements for air-humidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/10—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/10—Temperature
    • F24F2110/12—Temperature of the outside air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/20—Humidity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/20—Humidity
    • F24F2110/22—Humidity of the outside air

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the temperature and humidity of air in rooms by means of an air-conditioning system which consists of a number of units for carrying out changes in air status and uses outside air and exhaust air as input streams, the control of the individual air-conditioning units and the process control taking place in this way that the supply air brings about a predetermined room air condition, whereby a target function is fulfilled, namely that the target condition is achieved with a minimum of energy expenditure, and where boundary conditions are specified with regard to the air conditions that can be set by the individual units and the realizable state changes are determined, as described in DE 34 39 288 A1 is known.
  • Air conditioning in modern systems is carried out according to control strategies that include partial energy optimization.
  • the various forms of energy are only calorically assessed, and approved areas of the indoor air condition can only be used insufficiently.
  • an air conditioning system which, as air conditioning units, has at least one mixing chamber for mixing the outside air with exhaust air from the rooms, a heating unit, a cooling unit and a humidifier, and with the current air conditions Supplying sensors for the exhaust air, the outside and the supply air, whereby a partial combination of air conditioning units is operated based on the stored ventilation operating parameters of the air conditioning units, the current state of the outside air and the exhaust air, the target state of the supply air and the minimum volume fraction of the outside air in the supply air , with which the target state of the supply air can be reached, whereby it is provided that, based on the stored ventilation and air conditioning operating parameters of the air conditioning units, the current state of the exhaust air, the target state of the supply air and the minimum volume fraction of the outside air in the supply air, limits of outside air status areas are calculated, which In each
  • the invention has for its object to develop a method of the type mentioned in such a way that a universal optimization is possible by specifying various target functions.
  • the target functions are freely configurable and can, for example, energy expenditure, operating costs or Minimize environmental pollution.
  • the optimal process control, the operating status and performance of the units as well as the optimal indoor air status in the approved area are specified. If this method is implemented using modern data processing, it can be used directly as an ideal comparison process, for summing up the target function over a given period of use and for practical gene operation.
  • each air conditioning unit While known methods provided for each air conditioning unit to be assigned its own control loop, the individual controllers being supplied with the current input variables and not depending on the respectively optimal operating mode, which results from the assignment of the outside air status point to one of the outside air status ranges
  • the required air conditioning units are switched off in a controlled manner, it was previously not intended to provide a procedure in such a way that an optimum overall result is achieved in that, on the one hand, the individual air conditioning units may not work optimally and, on the other hand, not a specific target point for the supply air condition, but a target area for the air condition is specified in the area where the room is located, which makes it possible to use it variably, taking into account the recorded input variables - possibly going to the peripheral area - which allows an optimum in operating mode.
  • the main idea for the method according to the invention is that it has been recognized that a technical strategy of process control is primarily required. This sets according to the target functions (minimal costs or minimal environmental impact or minimal energy expenditure or ..) and variably agreed boundary conditions (all condition points must be in the unsaturated area, use of a heat recovery device, a mixing chamber, etc.) the optimal route - ie the use of the units - firmly.
  • the final goal is an area that is defined, for example, according to DIN 1946 Part 2 depending on the outside temperature. If all technical advance calculations were accurate, the air conditioning system could be operated according to this strategy. If, for example, the room load deviates, the control must correct this.
  • FIG. 6 The working principle of dynamic optimization is shown in FIG. 6, whereby initially only the variable t and three aggregates (heater, washer, heater) are considered. ZU can be reached from AU in an infinite number of ways. This theoretical amount of data cannot be processed.
  • Fig. 7 shows the possible way out; the "milestones" of the change of state are divided into sections of the size ⁇ t and all state courses ending in this section are labeled with the average temperature of the section. So there are finally many ways between AU and ZU.
  • the numerous physical and technical boundary conditions that limit temperatures at certain milestones, for example, are easy to take into account (see t B, limit in FIG. 7).
  • the numbering of the aggregates k can be dispensed with if the aggregates are assigned to the stage fields e at the entrance.
  • Each stage field e shown in FIG. 1 can be thought of as a t, x diagram for moist air.
  • the area of the ongoing climate process is divided into 60 temperature and 25 humidity sections, i.e. 1500 fields.
  • the range is - 19.5 ° C ⁇ t ⁇ 40.5 ° C; 0 ⁇ x ⁇ 0.0245 kg W / kg tL covered.
  • the predefined state points t; x are represented by the assignment in state sections (i; j) with an error ⁇ 0.5 K and ⁇ 0.0005 kg W / kg tL . This is clear from Fig. 9.
  • the data is then entered with the ON subroutine. It will be introduced later. Between the stage fields e; e + 1, etc., each has an aggregate which changes the air condition. With known entry conditions, the physical, technical description can be carried out well. The only problem is the mixer (MI) and heat recovery unit (WR), which provide feedback from the following via a second input Process progress received. This is particularly complicated if the desired spatial condition is not a fixed value, but if it is a target area. In this case, an iterative calculation must be made. The process is determined by the control variable SGG> 0.
  • An initial value follows from averaging the limits for the indoor air condition: (tmax [eR] + tmin [eR]) / 2 (xmax [eR] + xmin [eR]) / 2. If a difference of> 1 K or> 1 g W / kg tL is found at the end of the calculation, a new iteration calculation starts from the label (1).
  • the optimal target is selected by the value with the smallest target function - e.g. B. the lowest cost - is determined.
  • the optimal route is then traced back, with the significant stage values identified: topt [e]; xopt [e]; Copt]; File].
  • EXHAUST the air leaving the room area is tracked further. After completion of the iterations, all parameters of interest are output with the subroutine AUS.
  • FIGS. 12 and 13 The subroutines for data input and output ON and OFF are shown in detail in FIGS. 12 and 13.
  • the final data of the change in air condition tn (new temperature) and xn (new humidity) as well as the additive of the target function ⁇ K are calculated. If no change of state is technically feasible in the unit under consideration, then ⁇ K ⁇ 0 is set.
  • the CONDITION subroutine supplies the values associated with tn and xn: relative humidity ⁇ n, specific enthalpy hn and dew point temperature t ⁇ n.
  • the EXHAUST subroutine (Fig. 16) shows the algorithm for exhaust air tracking and the detailed procedure.
  • the state changes caused by these aggregates are the content of the corresponding subroutines.
  • thermodynamic relationships form the basis for all process control calculations.
  • the basics and summarized algorithms are known. They are required and are used in three subroutines.
  • the air pressure (total pressure) p the input value for the outside air condition (subroutine ON) is generally used for all stages of the climate process.
  • CONDITION subroutine (Fig. 18): This is a shortened version of ZUSTANDG with the results ⁇ *, h *, t ⁇ *, xW.
  • STATUS subroutine (Fig. 19): In the caloric calculations for moist air, the specific enthalpy h * and the humidity x * often appear as results. The temperature t * must be determined for further calculation. This is done with the present subroutine (H indicates the input variable h *).
  • the default is still ⁇ kg / s air mass flow.
  • the two subroutines RAUMU and RAUMO (FIG. 21) can thus be used, from which the parameters at the respective outlet (tn; xn) follow.
  • the direction of the change in state ( ⁇ HR / ⁇ WR) in the lower section of the room or the pure temperature increase (tn-t) in the upper section of the room is noted as an “action”.
  • the "end parameters of the lower room” must correspond to the required room setpoints. This means that the climate process to be optimized ends.
  • the change in status in the upper area of the room is already included in the "Tracking exhaust air" section.
  • the power ⁇ is stored under "Action".
  • the WAESCHER subroutine is shown in FIG.
  • a regulated scrubber is used as a basis.
  • the steam program is shown in FIG. 24.
  • the enthalpy of saturated steam ⁇ hD according to (1) and the enthalpy of the air inlet state (t; x) are determined with UP CONDITION according to the input value steam pressure pDB.
  • the UP CONDITION provides the associated tn.
  • kDB p e1 / ⁇ D in DM / kWh.
  • a corresponding adjustment must be made. Under “Action" the increase in moisture is saved in g W / kg tL .
  • the COOLER subroutine is shown in FIG.
  • the subroutines LUEFTER and ALUEFTER are shown in Fig. 26.
  • the MIXER and AMISCH subroutines are shown in Fig. 27
  • the UP AMISCH only looks at the branch in the exhaust air path that leads to the mixing chamber. Of course, the parameters of the exhaust air do not change.
  • the change in the exhaust air status can run both after a, but at lower temperatures t, and also after b.
  • the exhaust air outlet state is no longer of interest, since it is mostly exhaust air. Nevertheless, the exit condition should be recorded correctly in the UP AWRGT (Fig. 28).
  • FIG. 31 summarizes the optimal way of the state changes with indication of the respectively significant "action”.
  • 32 shows the course in the h, x diagram.
  • the energy and / or cost expenditures for the operation of an air conditioning system are of interest for a predetermined period, for example for a year.
  • the outside air conditions can be specified according to temperature, humidity and the corresponding frequency in accordance with DIN 4710, or they are described using the test reference year.
  • the summation of the target function is possible without any problems. Since the examined changes in state each represent optimal operating processes, the Objective function to the minimum. The result thus represents an optimal comparison process.
  • the optimal assembly equipment can be determined. Typical examples are the comparison of steam humidifiers, controllable scrubbers and non-controllable scrubbers or checking the efficiency of heat recovery units, etc. It would also be conceivable to provide a steam humidifier and a washer in the air conditioning system at the same time and to check which unit is selected under which conditions during the optimization. If necessary, the operating times would have to be determined over a year and then the selection made.
  • Which of the two variants should be selected is to be determined primarily from a practical point of view - for example, stability considerations and the use of hardware.

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Claims (5)

  1. Procédé pour la régulation de la température et de l'humidité de l'air dans des pièces au moyen d'une installation de climatisation d'air qui est constituée par un certain nombre d'agrégats séparés pour effectuer des modifications de l'état de l'air et qui utilise de l'air extérieur et de l'air d'évacuation comme courants d'entrée, la commande des agrégats de climatisation séparés et la conduite du processus étant effectuées de manière telle que l'air amené provoque un état d'air ambiant prédéfini, une fonction visée étant remplie, à savoir que l'état nominal est atteint avec un minimum de déploiement d'énergie, et les conditions marginales étant prédéfinies pour ce qui est des états d'air réglables par les agrégats individuels et les modifications d'état réalisables étant déterminées,
    caractérisé en ce
    que la marche du processus est déterminée de telle manière
    a) qu'à certains intervalles de temps pouvant être sélectionnés, les paramètres de marche qui remplissent respectivement la fonction visée sont déterminés par le calcul, le champ d'état de l'air qui traverse les agrégats séparés étant discrétisé par la répartition en tronçons de température et d'humidité (delta t et delta x) si bien qu'en partant de l'état de l'air extérieur, on obtient un nombre fini de voies possibles théoriquement (en tenant compte des conditions marginales) jusqu'à l'état de l'air ambiant ou de l'air amené et que chacune de ces voies est suivie pas à pas, les évaluations du traitement de l'air par les agrégats séparés étant, pour chaque voie, totalisées pour ce qui est de la fonction visée, et que finalement les paramètres qui sont sélectionnés pour la marche des agrégats séparés sont ceux de la voie dont l'évaluation globale totalisée remplit la fonction visée,
    b) que la "minimalisation des déploiements d'énergie évalués du point de vue de l'exergie, de la pertinence pour l'environnement, calorique ou sur le plan des frais" ou la "minimalisation des ressources de la nature mises en oeuvre directement" est prédéfinie comme fonction visée, le critère d'évaluation pouvant également être fixé différemment pour chaque agrégat séparé,
    c) que, comme conditions marginales, on utilise les états de l'air à la sortie des agrégats séparés pour ce qui est de la température, de l'humidité absolue, de l'enthalpie spécifique et de la température du point de rosée - par rapport à une pression de l'air constante qui peut être différente pour chaque agrégat séparé - ou des grandeurs dérivées de ceux-ci et que l'on prédéfinit des limitations de la mise en oeuvre de l'agrégat pour ce qui est de la quantité d'air passée, des paramètres d'écoulement du côté des agents de chauffage ou des agents de refroidissement, de la puissance, des paramètres d'état de l'air à traiter ou des caractéristiques spécifiques aux agrégats,
    d) que les modifications d'état réalisables techno-physiquement dans les différents agrégats - en partant des états de l'air amené qui interviennent, discrétisés selon la température et l'humidité - sont étudiées dans des pas de paramètres caractéristiques pour l'agrégat (augmentations de température, augmentations de l'humidité, baisses de la température d'entrée de l'eau de refroidissement etc.), l'examen ne consistant, pour des agrégats non régulés, qu'en un seul pas, avec le premier résultat de l'état de sortie de l'air qui, après avoir appliqué un algorithme d'arrondi, se présente à nouveau sous forme discrétisée, et le second résultat d'un membre de la somme pour l'évaluation globale dans le sens de la fonction visée, cependant que, dans le cas où plusieurs pas de paramètres provoquent le même état de sortie de l'air discrétisé, c'est le pas qui atteint le terme le plus favorable (le plus petit ou le plus grand) de la somme dans le sens de la fonction visée qui intervient dans l'évaluation et
    e) qu'après ceci, la marche de chaque agrégat séparément ou des agrégats réunis en groupes peut être commandée ou régulée, les paramètres de sortie de l'air optimalisés pouvant, dans le dernier cas, être utilisés comme valeurs nominales.
  2. Procédé selon la revendication 1,
    caractérisé en ce
    qu'à la place de l'état de l'air ambiant prédéfini, un état de l'air ambiant défini par les paramètres des courants d'air d'entrée ou une plage d'état de l'air ambiant définie pour ce qui est de la température et de l'humidité, dont les limites peuvent être prédéfinies aussi bien en fonction des charges de chaleur et d'humidité intérieures - qui peuvent être déterminées à partir des états de l'air pour l'air d'évacuation et l'air amené, mesurés pendant la marche de l'installation (delta h/delta x, pièce), du nombre de personnes dans la pièce et/ou des appareils électriques qui se trouvent en marche - que des conditions atmosphériques extérieures et du temps d'utilisation, les tronçons de température et d'humidité discrétisés (delta t et delta x), dont les points centraux de surface se situent à l'intérieur de la plage définie, sont équivalents entre eux.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
    caractérisé en ce
    que la conduite optimale du processus inclut également une optimalisation du passage d'air, des limites déterminées sur le plan de l'hygiène, de la technique de la conduite de l'air et/ou de la physique du bâtiment pouvant être prédéfinies.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'installation de climatisation d'air comprend un certain nombre d'agrégats individuels, à savoir au moins un agrégat de chauffage (EH), un agrégat de refroidissement (KU) et un agrégat d'humidification (WA) et présente des capteurs qui donnent les états actuels de l'air (pression (p), température (t), humidité (x) et/ou également d'autres paramètres de l'état de l'air) pour l'air extérieur, l'air d'évacuation et l'air amené, cependant qu'en raison des résultats d'optimalistion déterminés dans le sens de la fonction visée en tenant compte des conditions marginales de technique de climatisation et spécifiques aux agrégats, tous les agrégats ou combinaisons partielles d'agrégats, avec lesquelles on peut atteindre la plage d'état nominal de la pièce (t SOLL min...t SOLL max, x SOLL min... x SOLL max, phi SOLL min...phi SOLL max, tau SOLL min...tau SOLL max), étant utilisés,
    caractérisé en ce
    a) qu'en tenant compte des conditions marginales prédéfinies mémorisées, toutes les modifications de température et/ou d'humidité possibles avec les agrégats séparés sont considérées dans i tronçons de température delta t ≤ 1 K et dans j tronçons d'humidité delta x ≤ 1 g/kg et la somme de la fonction visée K est déterminée, l'état de l'air extérieur (t AU, x AU) valant K = 0 comme point de départ,
    b) que tous les états de l'air possibles techniquement sont caractérisés selon l'agrégat dans un champ d'étapes t,x e par le déploiement minimal (e,i,j) nécessaire jusqu'à ce point d'état dans le sens de la fonction visée,
    c) que seulement les Kmin(e,i,j) ≥ 0 peuvent être des points de départ pour la modification d'état dans le prochain agrégat,
    d) que la modification d'état dans la pièce, de préférence divisée dans la zone de séjour et une zone supérieure, est observée de manière techno-physique comme la modification d'état dans un agrégat, que cependant aucun additif n'est ajouté à la somme de la fonction visée,
    e) que les points d'état t(e, i), x(e,j) occupés avec Kmin(e,i,j) ≥ dans la zone de séjour de la pièce, qui se situent à l'intérieur de la plage nominale de la pièce représentent, en tenant compte de toutes les conditions marginales, les états de l'air ambiant techniquement possibles qui peuvent être atteints avec le processus de climatisation,
    f) que le processus de climatisation optimal dans le sens de la fonction visée dans la zone de séjour de la pièce passe par le point d'état avec la plus petite valeur Kmin(e,i,j) occupée,
    g) que l'optimalisation du processus de climatisation est répétée à intervalles réguliers, ceci étant effectué pour des intervalles de temps prédéfinis ou en fonction des modifications d'état de l'air mesurées des paramètres d'entrée (air extérieur, air d'évacuation et/ou air amené), de préférence par rapport au temps.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,
    caractérisé en ce
    que l'on fait varier les conditions marginales spécifiques aux agrégats et les modifications d'état possibles techniquement automatiquement selon une fonction prédéfinie d'approximation en partant des valeurs prédéfinies en utilisant la modification d'état de l'air mesurée effectivement et qu'elles sont mémorisées.
EP94114028A 1993-09-10 1994-09-07 Procédé pour la régulation de la température et de l'humidité dans les enceintes utilisant une installation de climatisation d'air Expired - Lifetime EP0643271B1 (fr)

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DE4330646A DE4330646C2 (de) 1993-09-10 1993-09-10 Verfahren zum Regeln von Temperatur und Feuchte von Luft in Räumen mittels einer raumlufttechnischen Anlage
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EP0643271A1 EP0643271A1 (fr) 1995-03-15
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EP94114028A Expired - Lifetime EP0643271B1 (fr) 1993-09-10 1994-09-07 Procédé pour la régulation de la température et de l'humidité dans les enceintes utilisant une installation de climatisation d'air

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