DE102008006509A1

DE102008006509A1 - Regeleinrichtung für die Temperatur des Vorlaufes (Vorlauftemperatur) eines Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes in einem Gebäude

Info

Publication number: DE102008006509A1
Application number: DE102008006509A
Authority: DE
Inventors: Peter Dominke; Sven Saulich; Uli Dr. Jakob
Original assignee: PIZAUL AG
Current assignee: HIGHTEX GMBH, DE
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Eine Regeleinrichtung für die Temperatur des Vorlaufes (Vorlauftemperatur) eines Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes in einem Gebäude (G) weist folgende Merkmale auf: a) zur Kühlung bzw. Aufheizung des Kälteträgers bzw. der Heiz-Flüssigkeit ist der Vorlauf-Leitung (VL) eine Kälteanlage (Chiller) bzw. eine Heizanlage vorgeschaltet, b) in der Vorlauf-Leitung (VL) oder in der Rücklauf-Leitung (RL) des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes ist eine Umlaufpumpe (U) vorgesehen, c) als Teil des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes sind der Vorlauf-Leitung (VL) einander parallele Unterkreisläufe nachgeschaltet für zwei Räume (Pi, R), die beide zu kühlen bzw. beide zu heizen sind. Die eingesetzte Energie gut zu nutzen bei gleichzeitig geringem technischem Aufwand gelingt durch folgende Merkmale: d) die Regelung der Vorlauftemperatur (TRVL) richtet sich - für den Fall der Kühlung nach der Temperatur (TRaum) desjenigen der beiden Räume (Pi), der den höchsten Wärmeeintrag aufweist (Pilotraum), - für den Fall der Heizung nach der Temperatur desjenigen der beiden Räume, der den höchsten Wärmeverlust aufweist, e) die Temperatur des weiteren Raumes (R) wird durch wenigstens ein Raumventil (RV) geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Offenlegungsschrift DE 1 604 246 ist ein System zur Gebäude-Klimatisierung beschrieben, bei dem die Temperatur des Wärmeaustauschmittels, das den Randbereichen eines Gebäudes zugeführt wird, entsprechend den Temperaturänderungen der Umgebungsluft des Gebäudes gesteuert wird, während die jedem Raum des Gebäudes zugeführte Luftmenge entsprechend der im Raum vorhandenen Temperatur so gesteuert wird, dass die gewünschte Raumtemperatur aufrecht erhalten bleibt.
Eine Regelung der Vorlauftemperatur nach der Außentemperatur, wie auch bei der Heizung üblich, ist problematisch, da interne Wärmelasten wie Computer und Licht (z. B. in Büros) starken Einfluss haben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung anzugeben, die es erlaubt, die eingesetzte Energie gut zu nutzen bei gleichzeitig geringem technischem Aufwand.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Regelung der Vorlauftemperatur erfolgt im Kühlbetrieb nach dem Raum mit dem höchsten Wärmeeintrag. Die restlichen Räume werden durch Raumventile von der Umgebungstemperatur auf die gewünschte Temperatur heruntergeregelt.
Dadurch, dass die Umlaufpumpe auf eine konstante Differenz dT zwischen der Rücklauftemperatur TRRL und der Vorlauftemperatur TRVL geregelt wird, ist es möglich, Pumpenleistung zu sparen.
Beispiel: Eingeschwungener Zustand mit TRRL – TRVL = 20°C – 15°C = 5K Raumventile schließen => Durchfluss sinkt => dT wird kleiner => Pumpenleistung wird herabgeregelt.
Durch die Erfindung ergibt sich eine klare Regelungsstruktur, nämlich:

1. Regelung der Vorlauftemperatur nach der Temperatur im Pilotraum,
2. Regelung der Umlaufpumpenleistung auf konstantes dT.

Bevorzugt wird eine Sorptions-Kälteanlage (Chiller) eigesetzt.
Für den Fall der Kühlung ist die Vorlauftemperatur dann unmittelbar durch den Kälteträger bestimmt, der durch die Kälteanlage geliefert wird, wobei die Regelung der Kälteanlage über deren Rückkühltemperatur und/oder über deren Generatortemperatur erfolgt. Damit kann die Regelung der Vorlauftemperatur bevorzugt ohne Mischer direkt über die Kälteanlage (Chiller) erfolgen, d. h. durch die dem Generator zugeführte Wärmemenge Q_G bzw. durch die über das Kühlwasser für Absorber und/oder Kondensator abgeführte Wärmemenge Q_A und/oder Q_K.
Damit wird nicht nur ein Mischer zum Regeln der Vorlauftemperatur gespart, sondern es erübrigt sich auch, dass der von der Kälteanlage kommende Kälteträger eine tiefere Temperatur haben muss, um durch geregelte Mischung mit einer wärmeren Flüssigkeit eine regelbare Mischtemperatur, nämlich die aktuell erforderliche Vorlauftemperatur TRVL zu erzielen. Somit können Energieverluste vermieden werden, die Kühlenergie wird optimal genutzt.
Möglichkeiten zum Regeln der Vorlauftemperatur (TRVL):

• Energiezufluss zum Generator der Kälteanlage variabel, Energieabfluss über Kühlwasser vom Absorber/Kondensator konstant.
• Energiezufluss zum Generator der Kälteanlage konstant, Energieabfluss über Kühlwasser variabel.
• Beide Einflussgrößen werden geregelt.

Bevorzugte Regelstrategie:
Solange solare Energie zur Verfügung steht, wird diese ohne Beschränkung eingesetzt. D. h. die maximal mögliche Energie vom Solar-Heißwasser wird dem Generator der Kälteanlage zugeführt. Die Regelung von TRVL erfolgt über den Ventilator des Rückkühlers der Kälteanlage. Grund: Die Rückkühlung wird auf ein Minimum zurückgefahren. Damit wird Energie für den Ventilator und bei einem Nasskühler Kühlwasser gespart.
Ist der Ventilator voll angesteuert (Maximalleistung des Kühlturms erreicht), reicht die solare Energie Q_G zur Aufrechterhaltung von TRVL nicht mehr aus. Dann muss die Hilfsheizung zugeschaltet werden.
1 zeigt ein Prinzip-Schaltbild mit einer Sorptions-Kältemaschine (Chiller), der Wärme

• einerseits (von nicht dargestellten Sonnenkollektoren mit Solarwärme-Speicher) über „Heißwasser für Generator"
• und andererseits über den von einer Umlaufpumpe U kommenden Rücklauf RL des „Kälteträgers"

Wärme abgeführt wird dagegen über das „Kühlwasser für Absorber/Kondensator".
In einem Gebäude G befinden sich ein Pilotraum Pi und weitere Räume R. In den letzteren wird die jeweilige Raumtemperatur mittels individueller Regelventile RV in den jeweiligen einander parallel geschalteten Unterkreisläufen des Kühlkreislaufs geregelt.
Für die Temperaturregelung im Pilotraum Pi wird dessen Ist-Raumtemperatur T_Raum gemessen und die Vorlauftemperatur TRLV im Vorlauf VL des Kühl-Kreislaufs mit seinen Unterkreisläufen so geregelt, dass sich die gewünschte Soll-Temperatur im Pilotraum einstellt. Dies wird dadurch erreicht, dass insbesondere der Durchsatz und/oder die Temperatur des „Kühlwassers für Absorber/Kondensator" (und/oder die Wärmezufuhr über das „Heißwasser für Generator") entsprechend gesteuert wird.
Damit ist ein steuerbarer Mischer zwischen dem „Chiller" und dem Kühl-Kreislauf im Gebäude G entbehrlich.
Der Durchfluss der Umlaufpumpe U ist so geregelt, dass die Differenz dT zwischen der Vorlauftemperatur TRVL und der Rücklauftemperatur TRRL des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufs konstant bleibt.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung für eine Regeleinrichtung nach der Erfindung. Die Regelung für die „Temperatur-Anforderung" der Vorlauftemperatur TRVL erfolgt in der Komponente „Regler Gebäude-Klimatisierung", welcher sowohl die Ist-Temperatur T_{raum ist} als auch die Soll-Temperatur T_{raum soll} des Pilotraumes zugeführt wird.
Der Chiller erhält die Anforderung der von ihm geforderten Kälteträger-Temperatur TCt von dem „Regler Gebäude-Klimatisierung" (ggf über eine übergeordnste System-Steuerung, vgl. 4). Entsprechend dieser Anforderung erfolgt die Regelung der Heißwasser- und/oder Kühlwasserzufuhr für die Kälteanlage (Chiller).
Zu 3: Der gestrichelt umrandete Teil gehört zur Systemkomponente Kälteanlage. Das Umschaltventil SHC schaltet die Gebäudeklimatisierung zwischen Kühlen und Heizen um. Die Umlaufpumpe U fördert das Klimatisierungsmedium (Kälteträger zum Kühlen bzw. Heiz-Flüssigkeit zum Heizen). Die beiden Temperatursensoren TRVL und TRRL messen die Vorlauf- bzw. Rücklauftemperatur der „Gebäude-Klimatisierung", d. h. des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes im Gebäude mit seinen Unterkreisläufen für den Pilotraum und wenigstens einen weiteren Raum. Das Umschaltventil SHC wird von einer System-Steuerung und die Umlaufpumpe U wird von der Systemkomponente „Gebäude-Klimatisierung" gesteuert.
Zu 4:
Es bedeuten:

DAH: Anforderung Hilfsheizung (demand assistant heating)
DRH: Heizanforderung (demand room heating)
DRC: Kühlanforderung (demand room cooling)
TRVLt: Temperatur Gebäude Vorlauf-Anforderung (target)
TSH0: zu Verfügung stehende Speichertemperatur
RC: Freigabe Chiller (release cooling)
TCt: Soll-Temperatur (cooling target)
CPR: Regelung Pumpe PR über Chiller (control PR)

Die System-Steuerung erhält von der Komponente Gebäude-Klimatisieung die Kühlanforderung DRC und die benötigte Vorlauftemperatur TRVL. Die System-Steuerung prüft, ob sonstige Einschaltbedingungen erfüllt sind und gibt mit RC den Chiller frei. Mit TCt gibt die System-Steuerung die Soll-Temperatur vor, auf die der Chiller regeln soll.
Regelung:
Die Pumpe PCG läuft unter Volllast. Da die Solar-Speichertemperatur auf 95°C begrenzt ist, kann die Temperatur TCG diese Temperatur von 95°C nicht überschreiten. Die benötigte Kühlwasserleistung wird über den Ventilator VC der Rückkühlung auf die Kälteträger-Vorlauftemperatur TRVL geregelt. Sinkt die Heißwassertemperatur (TCG) aus dem Solar-Speicher, wird die Ventilatorleistung der Rückkühlung nachgeregelt, um die Vorlauftemperatur TRVL konstant zu halten. Die Pumpe PCA wird im selben Leistungsverhältnis wie der Ventilator gesteuert. D. h., läuft der Ventilator mit 30%, läuft PCA ebenfalls mit 30%.
Läuft der Ventilator mit 100% seines Leistungsbereiches, ist nicht mehr genügend Heißwasserleistung vorhanden, d. h. TCG ist so weit gesunken, dass TRVL nicht mehr nachgeregelt werden kann. In diesem Fall wird die Hilfsheizung angefordert.
Wenn TCG sehr heiß ist und der Kälteanlage (Chiller) nur wenig Gebäude-Kühlleistung entnommen wird, kann es vorkommen, dass TCA seine Maximaltemperatur TCAmax überschreitet. In diesem Fall wird über den Ventilator TCA auf TCAmax geregelt. Die Regelung von TRVL übernimmt dann die Pumpe PCG, d. h. sie wird heruntergeregelt.
Bei hoher Luftfeuchte und hoher Außentemperatur kann es vorkommen, dass trotz maximaler Heißwasser-Leistung und maximaler Ventilatorleistung TCAmax überschritten wird. In diesem Fall reicht die Kühlleistung des Chillers oder des Kühlturms nicht mehr aus. TCA wird über die Umlaufpumpe U auf TCAmax geregelt. TRVL stellt sich dann automatisch auf den niedrigst möglichen Wert ein. Tritt dieser Fall auf, gibt die Systemkomponente Kälteanlage das Signal CPR an den Koordinator PR. Die Steuerung von U wird dann von der Kälteanlage durchgeführt.
Zur Ergänzung der Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den Figuren der Zeichnung Bezug genommen. Ferner umfasst die Erfindung neben deren Definition in den Patentansprüchen auch jedwede andere patentfähige Merkmalskombination, insbesondere Unterkombinationen des Hauptanspruches und seiner Unteransprüche.
Zusammenfassend ist Folgendes festzustellen:
Eine Regeleinrichtung für die Temperatur des Vorlaufes (Vorlauftemperatur) eines Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes in einem Gebäude (G) weist folgende Merkmale auf:

a) zur Kühlung bzw. Aufheizung des Kälteträgers bzw. der Heiz-Flüssigkeit ist der Vorlauf-Leitung (VL) eine Kälteanlage (Chiller) bzw. eine Heizanlage vorgeschaltet,
b) in der Vorlauf-Leitung (VL) oder in der Rücklauf-Leitung (RL) des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes ist eine Umlaufpumpe (U) vorgesehen,
c) als Teil des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes sind der Vorlauf-Leitung (VL) einander parallele Unterkreisläufe nachgeschaltet für zwei Räume (Pi, R), die beide zu kühlen bzw. beide zu heizen sind,

Die eingesetzte Energie gut zu nutzen bei gleichzeitig geringem technischem Aufwand gelingt durch folgende Merkmale:

d) die Regelung der Vorlauftemperatur (TRVL) richtet sich – für den Fall der Kühlung nach der Temperatur (T_Raum) desjenigen der beiden Räume (Pi), der den höchsten Wärmeeintrag aufweist (Pilotraum), – für den Fall der Heizung nach der Temperatur desjenigen der beiden Räume, der den höchsten Wärmeverlust aufweist,
e) die Temperatur des weiteren Raumes (R) wird durch wenigstens ein Raumventil (RV) geregelt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 1604246 A [0002]

Claims

Regeleinrichtung für die Temperatur des Vorlaufes (Vorlauftemperatur) eines Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes in einem Gebäude (G) mit folgenden Merkmalen: a) zur Kühlung bzw. Aufheizung des Kälteträgers bzw. der Heiz-Flüssigkeit ist der Vorlauf-Leitung (VL) eine Kälteanlage (Chiller) bzw. Heizanlage vorgeschaltet, b) in der Vorlauf-Leitung (VL) oder in der Rücklauf-Leitung (RL) des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes ist eine Umlaufpumpe (U) vorgesehen, c) als Teil des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufes sind der Vorlauf-Leitung (VL) einander parallele Unterkreisläufe nachgeschaltet für zwei Räume (Pi, R), die beide zu kühlen bzw. beide zu heizen sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: d) die Regelung der Vorlauftemperatur (TRVL) richtet sich – für den Fall der Kühlung nach der Temperatur (T_Raum) desjenigen der beiden Räume, der den höchsten Wärmeeintrag aufweist (Pilotraum), – für den Fall der Heizung nach der Temperatur desjenigen der beiden Räume, der den höchsten Wärmeverlust aufweist, e) die Temperatur des weiteren Raumes (R) wird durch wenigstens ein Raumventil (RV) geregelt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge pro Zeiteinheit der Umlaufpumpe (U) so geregelt ist, dass die Differenz dT zwischen der Vorlauftemperatur (TRVL) und der Rücklauftemperatur (TRRL) des Kühl- und/oder Heiz-Kreislaufs konstant ist.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteanlage eine Sorptions-Kälteanlage (Chiller) ist und für den Fall der Kühlung die Vorlauftemperatur (TRVL) unmittelbar durch den Kälteträger bestimmt ist, der durch die Kälteanlage geliefert wird, wobei die Regelung der Kälteanlage über deren Rückkühltemperatur und/oder Generatortemperatur erfolgt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator Solarenergie in maximal möglicher Menge zugeführt wird und die Regelung der Vorlauftemperatur des Kühl-Kreislaufes des Gebäudes (G) über die Rückkühlung des Absorbers und/oder Kondensators der Kälteanlage erfolgt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Rückkühlung über die Ventilatorleistung eines Kühlers erfolgt.