DE2725457C2

DE2725457C2 - Verfahren zum Regeln der Luftzufuhr in belüfteten Räumen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2725457C2
Application number: DE19772725457
Authority: DE
Inventors: Götz van Dr. 4230 Wesel Riesenbeck; Siegfried Ing.(grad.) 5628 Heiligenhaus Schönwolff
Original assignee: Johnson Service Co
Current assignee: ITT Regelungstechnik GmbH and Co OHG
Priority date: 1977-06-04
Filing date: 1977-06-04
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE2725457A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In behördlichen Vorschriften sowie Normen (DIN) und Richtlinien (VDI) wird insbesondere für Räume mit einer größeren Personenzahl eine Mindest-Außenluftrate (von z. B. 40 cbm/h/Pers.) gefordert. Bei Räumen mit stark wechselnder Personenzahl muß, um diesen Vorschriften etc. zu genügen, vor allem im Winterbetrieb, die Außenluftrate ständig der echten Personenzahl in diesen Räumen angepaßt werden, um einerseits so die hygienisch erforderliche Außenluftversorgung pro Raum zu garantieren und andererseits unnötigen Heizenergieverbrauch zu vermeiden. Um dies zu erreichen, müßte aber die Personenzahl pro Raum mit hinreichender Genauigkeit gemessen und jeweils in ein Steuersignal umgesetzt werden.

Es ist bekannt, daß in als sogenannte Innenzonen bezeichneten Räumen (gekennzeichnet durch eine quasikonstante Kühllast, die nur durch Veränderung der Personenzahl pro Raum veränderbar ist) die Messung von Temperaturänderungen als ein ausreichend genauer Meßwert für die Belegung solcher Räume, in ein Steuersignal umgesetzt, genutzt werden kann. Dies ist möglich für die Messung der Temperaturänderung in den Innenzonen von großflächigen Büroräumen und auch in den Innenzonen von mehretagigen großflächigen Kaufhäusern. Diese Bedingungen sind aber dann nicht mehr gegeben, wenn in den zu erfassenden Räumen erhebliche Schwankungen hinsichtlich des Wärmetausches mit der Umgebung zu erwarten sind, da für diese Fälle die Tempera tür eines Raumes nicht nur in Abhängigkeit von der Personenzahl im Raum, sondern auch in Abhängigkeit von anderen Meßwerten oder Faktoren wechselt.

Aus diesem Grund ist es in solchen Fällen üblich, daß die Gewerbeaufsichtsbehörden für solche Anlagen fordern, daß die Lüftungsanlage jederzeit einen Frischluftanteil sicherstellt, der eine ausreichende Versorgung des betreffenden Raumes nach den Vorschriften bei maximaler Personenbelegung pro Raum entspricht. Bei Verbrauchermärkten verfährt man beispielsweise so, daß bei einer Außenluftrate von cbm/h/Pers. und der angenommenen Maximalbelegung von 3 Personen/10 qm Verkaufsfläche gewöhnlich eine Außenluftrate von 12 cbm/qm/h gefordert wird, die nach der Vorschrift der DIN 1964, Bl. 2, im Winter bei Temperaturen unter 0° auf 50% dieses Wertes, gleitend mit der absinkenden Außentemperatur, bis zu deren Minimaiwert abgesenkt werden kann.

Da nun aber die Maximalbelegung eines Raumes von Pers./qm real nur an wenigen Tagen im Jahr erreicht wird und die tatsächliche Durchschnittsbelegung etwa nur 20 bis 25% des genannten Wertes ist. kommt es zu einer Energieverschwenclung innerhalb der Heizperiode, die im Zeichen der Energieverknappung als unverantwortlich angesehen werden muß.

Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, ein Verfahren

und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, durch das der Energieverbrauch von zu beheizenden und zu belüftenden Räumen stark reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 (Verfahren) und des Anspruchs 5 (Vorrichtung) angegebenen Maßnahmen gelöst

Eine durchgeführte Wirtschaftlichkeitsberechnung hat ergeben, daß gegenüber konventionellen Lüftungsverfahren die Anwendung der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit ergibt, bis zu 50% der Heizkosten in einer Heizperiode, einzusparen.

Die Erfindung geht davon aus, daß zur Erfassung der Personenzahl in einem Raum sowohl indirekte Zählverfahren als auch die Messung der Feuchteabgabe oder der CCVAbgabe von Personen genutzt werden können.

Die Erfindung macht sich hinsichtlich der Feuchtemessung zunutze, daß die Feuchtigkeitsabgabe eines Menschen im wesentlichen von de.r Temperatur seiner Umgebung sowie von der intensität seiner körperlichen Betätigung bestimmt wird. Ihre Größe ist als Funktion der genannten Parameter bekannt

Die Erfindung geht weiter davon aus, daß die zur Messung der absoluten Luftfeuchtigkeit verwendeten bekannten Fühler als direkt arbeitende Fühler zur Bestimmung absoluter Feuchte, z. B. Lithium-Chlorid-Fühler, oder eine indirekt wirkende Fühlerkombination mit einem Temperaturmeßgerät zur Bestimmung der relativen Feuchte verwendet werden.

Auch Regler, die die von den genannten Fühlern kommenden Signale auswerten und in entsprechende Steuersignale umsetzen können, sind in geeigneter Form auf dem Markt vorhanden.

Hinsichtlich der erstgenannten indirekten Zählverfahren geht die Erfindung davon aus, daß die mittlere Aufenthaltsdauer für Personen' für Gebäude einer bestimmten Nutzungsform ausreichend bekannt ist. In Verbindung mit einer Eingangszählung läßt sich dementsprechend hieraus ein hinreichend genauer Meßwert für die Personenzahl in einem Raum gewinnen.

Das an letzter Stelle genannte Verfahren der CO2-Messung geht in völliger Analogie zum Verfahren der Feuchtemessung davon aus, daß auch die COrAbgäbe des Menschen bekannt ist und daß Verfahren z'ir Messung des COrGehaltes der Luft ebenfalls bekannt sind.

Ebenso sind Vorrichtungen bekannt, die es gestatten, den Luftvolumenstrom in gewünschter Weise zu beeinflussen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der vorliegenden Anmeldung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand von Beispielen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Elemente in Abhängigkeit von dem zu belüftenden Raum, die zur Feuchtemessung bei dem vorliegenden Verfahren bzw. der Vorrichtung Anwendung finden.

Fig. 2 eine schematische Darstellung der einzelnen Elemente in Abhängigkeit von dem zu belüftenden Raum, die bei der Messung der Personenbelegung durch Zählung bei dem vorliegenden Verfahren bzw. innerhalb der Vorrichtung zur Anwendung kommen, und

Fig. 3 ein Prinz'pschaltbild der Steuerung der Luftmenge in Abhängigkeit von der Belegung durch Messung mit Lichtschranke.

I. Messung der Personenbelegung in. ejnem Raum

durch Bestimmung der Differenz der absoluten

. Feuchte und der realen Feuchte (F i g. 1)

Es sollen nur zu belüftende Räume angesprochen werden, in denen nicht durch andere Prozeßabläufe oder Verfahren Wasser freigesetzt wird. Sollte in Ausnahmefällen eine merkliche stärkere Verdunstung in den Räumen auftreten, wie z. B. die Wasserabgabe aus nasser Oberbekleidung von Besuchern, so wirkt die Vorrichtung nur so, daß sie den Außenluftanteil über das hygienisch unbedingt erforderliche Maß hinaus erhöht Dies ist durchaus akzeptabel, da die Abgabe von Wasser aus feuchten, getragenen Kleidungsstücken gewöhnlich eine Luftverschlechterung bewirkt In den angesprochenen Räumen sind erhebliche Wasserabgaben aus anderen Quellen nicht zu erwarten. Bauphysikalische Überlegungen haben erbracht daß der Feuchteaustausch .mit der Umgebung durch Diffusion durch dis Außenhaut bzw. -wandung der fr sprechenden Räume von zu vernachlässigender Größe ist.

In F i g. 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Raum 1 gezeigt, der belüftet ist Zur Zuführung der Zuluft in den Raum 1 dient der Kanal 2, und der Kanal 3 zur Abführung der Fortluft aus dem Raum 1.

Im Kanal 3 wird der Umluft- bzw. Raumluftanteil geführt, der über den Kanal 2 der Außenluft beigemischt wird.

Im Raum 1. ist die Wärmeabgabe der im Raum befindlichen Personen mit QP bezeichnet Mit 1T1PIH2O ist die Menge der von einer Person an den Raum 1 abgegebenen Feuchte bezeichnet.

Mit Δ HTrans ist der Transmissions-Wärmeverlust durch die Außenhaut de;: Raumes 1 bezeichnet In dem Außenluftzuführungskanal 8 ist ein Fühler 6 zur Bestimmung der absoluten Feuchte XA der Außenluft angeordnet. Im Kanal 3 zur Abführung der Fortluft aus dem Raum 1 ist ein Fühler 7 zur Btstimjiung der absoluten Feuchte XR der Raumluft angeordnet, der auch im Raum 1 selbst angeordnet sein kann.

Mit 5 ist ein Regler oder eine Regleranordnung bezeichnet, mit einem Fühler 9 zur Messung der Außentemperatur TA. Die Ausgangsseite des Reglers 5 ist auf der einen Seite mit einem Klappenstellmotor KM ausgestattet, der zwischen Außenluftkanal 8 und dem Umluft- bzw. Raumluftkanal 4 angeordnet sein kann und durch den das Mischungsverhältnis des Reglers 5 ist mit einem drehzahl-regelbaren Ventilator VD verbunden, und steuert über diesen die Fortluftabsaugung aus Raum 1.

Zur Bestimmung der Personenbelegung im Raum 1 kann beispielsweise ,nun die absolute Feuchte XA der Ai.3enluft über den Fühler 6 gemessen werden. Diese Meßgröße wird dem Regler 5 als Signal zugeführt. Mit dem Fühler 7 wird die absolute Feuchte KR der Raumoder Fortluft gemessen und ebenfalls dem Regler 5 als Signal zugeführt. Im Regler 5 werden nun durch Vergleich der absoluten Feuchte zwischen Außeniuft und Raum Differenzwerte gebildet und mit einem am Regler in Abhängigkeit von der Außentemperatur TA eingestellten Sollwert für die Feuchtediffeienz verglichen. Dieser Sollwert ergibt sich aus der Feuchteabgabe des Menschen und der durch Normen und Vorschriften festgelegten Auß^nluftmenge pro Person und Stunde (in Abhängigkeit von der Außentemperatur nach DIN 1946, Bl. 2). Die gewonnene Sollwertabweichung wird in Signale umgesetzt und einem Regler zugeführt, durch den sowohl der Klappenstellmotor KM gesteuert wird,

der den Außenluftanteil der in den Raum über Kanal 2 und den dort angeordneten Zuluftventilator (VZ) eingeblasenen Luft steuert, als auch der Ventilator VD gesteuert wird und zwar durch entsprechende Verminderung oder Erhöhung der Drehzahlen. Dadurch wird der Außen- und damit der Fortluftanteil auf die hygienisch erforderlichen Werte begrenzt.

!I. Messung der Personenbelegung in einem

Raum durch Zählung der den Raum betretenden

Personen(Fig. 2)

IO

Es besteht die Möglichkeit, die Personenzahl pro Raum durch automatisch arbeitende Zähleinrichtungen, wie z. B. Lichtschranken, /u erfassen, was relativ einfach ist. wenn der zu erfassende Raum nur einen Eingang und einen Ausgang aufweist. Dies ist aber beispielsweise schon nicht mehr gegeben, wenn die zu überwachenden Räume auf einzelne Etagen verleih sind, die untereinander durch Rolltreppen oder Treppenhäuser verbunden sind. Zusätzlich weisen z.B. SB-Warenhäuser eine. Vielzahl von Kassen am Ausgang auf, so daß der Aufwand bei Verwendung eines Zählerverfahrens, das z. B. aus Addition der hinzukommenden Personen an den Eingängen und Subtraktionen der den Raum an den Ausgängen verlassenden Personen, nicht praktikabel ist. Hinzu kommt, daß kleinere — an sich unbedeutende — Unterschiede in der Ausgangs- und Eingangszählung sich im Lauf des Tages zu schwerwiegenden Abweichungen kumulieren wurden. Es werden daher mit Lichtschranken /.'und /."die den Raum I betretenden Personen gezählt und für diese eine nach praktisch erprobten Werten festgesetzte bestimmte Verweildauer im Raum 1 zugrundegelegt.

In einer Anordnung 10 werden die Zählwerte unter Berücksichtigung der Verweildauer in ein Signal für die Personenzahl umgesetzt. Dieses Signal wird unter Berücksichtigung der gemessenen Außentemperatur TA und den gültigen Mindestaußenluft-Mengen pro Person und Stunde in ein Steuersignal umgeformt, das in der unter I geschilderten Weise die Außenluftrate (= Fortluftrate) entsprechend den hygienischen Anforderungen einstellt.

In Fig. 3 ist im Prinzip die Schaltung der Steuerung der Luftmenge in Abhängigkeit von der Belegung eines Raumes durch Messung mit Lichtschranke dargestellt. «5

Die Lichtschranke ist an Instrumente angeschlossen, die die bei der Zählung ermittelten Werte der den Raum betretenden Personen verarbeiten.

Die Außentemperaturwerte werden zur Gewichtung des Zählv.ertes an dem mit »A T« bezeichneten Eingang eingegeben. An einem weiteren Eingang wird die Einstellung der Minderungsrate (Verschiebung der Luftmenge) in Abhängigkeit von der Außentemperatur erreicht.

An die Zählstufe ist eine Integrationsstufe angeschlossen, die ein Intensitätsparameter zur Einstellung des Verhältnisses der absoluten Zählung zu dem Fassungsvermögen des Gebäudes ermöglicht (Anpassung an die Gebäudekonstanten).

Die ebenfalls einstellbare mittlere Verweilzeit, die auch die Integrationsstufe beeinflußt, ist abhängig von dem in dem Gebäude betriebenen Gewerbe und gegebenenfalls auch von der Lage des Gebäudes. Die mittlere Vcrweilzeit kann unterschiedliche Werte 111 z. B. Möbelhäusern, Kaufhäusern oder Supermärkten haben.

Über die Anpassungsstufe an die Klappenkennlinie wird in Abhängigkeit eier Drehzahlen der einzelnen Lüfter, z.B. VZ und VD (Fig. 2). die Kennlinie eingestellt um die Klappencharakteristik (Luftmenge über öffnungswinkel der Klappe) an die Lüfterdreh/ahl anzupassen. Dies ist vor allem bei umschaltbaren Lüfterdrehzahlen erforderlich.

Danach ist ein Ausgangsverstärker angeschlossen. An dem mit »Ansprechpunkt« bezeichneten Eingang wird der minimale Frischluftanteil, der sich nach der Grundbelegung des Gebäudes richtet, eingestellt.

Mit der Einstellung der Sieüneii wird die Anpassung an den Bereich des Klappenstcllers ermöglicht.

In dem mit einem Kreuz versehenen Kreis findet eine Maximal-Auswahl der beiden an das dort befindliche Gerät zugeführten Signale statt. Hier wird der größere Wert der beiden ankommenden Signale ausgewählt, d. h. das Signal, das mehr Außenluft anfordert, wird nur verwendet, um die Verstellorgane der Klappen-Lüfter und Fortlüfter zu beeinflussen.

IM. Messung des CO2-Gehaltes in einem Raum zur Bestimmung der Personenzahl

Die Personenziihl in einem Raum kann auch über die Messung des CCVGehaltes der Raumluft und Vergleich mit dem CC^-Gehalt der in Raum I eingeblasenen Außenluft gemessen werden. Dazu sind geeignete Sonden erforderlich, die einmal im Raum 1 oder im Fortluftkanal3(ähnlich Feuchtfühler6in Fig. I)und im AußenluHkana! 8 (ähnlich Feuchtefühler 7 in Fig. !) angeordnet sind. Die erhaltenen Meßwerte werden, genau wie unter U die entsprechenden Feuchtewerte dargestellt, im Regler 5 verarbeitet. Die anschließende Regelung arbeitet ebenfalls genau wie unter I. geschildert.

Die angeführten Sonden zur Bestimmung des CC>2-Gehaltes können auch im Handel erhältliche Gasspürzellen sein.

Die oben unter I. bis III. beschriebenen Vorrichtungen können trotz bereits dadurch erzielter beträchtlicher Heizenergieeinsparung zusätzlich noch mit an die Fortluft angeschlossene Wärmerückgewinnungssysteme kombiniert werden, die aus Fortluftwärmeta>ischer und Wärmepumpen sowie Niedertemperatur-Wärmespeicher bestehen, mit dem Ziel der weiteren Absenkung des Energieverbrauches zu Heizzwecken unter besonderer Berücksichtigung der Möglichkeit, während großer Teile der Heizperiode Überschüsse aus der Wärmerückgewinnung im Tagebetrieb (bei hoher innerer Wärmeabgabe durch Beleuchtung und anwesende Personen) zur Deckung der nächtlichen Wärmeverluste durch Transmission bei Wegfall der inneren Wärmequellen, auszugleichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln der Luftzufuhr in belüfteten Räumen, dadurch gekennzeichnet» daß die Personenzahl im belüfteten Raum gemessen, in ein Signal umgesetzt und einem Regler zugeführt wird, der den Außenluftanteil, den diesem beigemischten Raumluftanteil und den aus dem Raum abgeführten Fortiuftanteil aufgrund der gemessenen Personenzahl auf die hygienisch erforderlichen Werte begrenzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Personenzahl im belüfteten Raum durch Messung der absoluten Feuchte der Raumluft bzw. der Fortluft und dem Vergleich mit der ebenfalls gemessenen Feuchte der Außenluft ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 4aß die Personenzahl im belüfteten Raum durch Zählung der den Raum betretenden Personen unter Zugrundelegung einer bestimmten Verweilzeit der Personen im Raum ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Personenzahl im belüfteten Raum durch Messung des CO₂<Jehaltes der Raumluft gegenüber dem COrGehalt der Außenluft ermittelt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die. absolute Feuchte (XR) im Raum (1) und die absolute Feuckse (XA)i der Außenluft durch Fühler (6,7) gemessen wird, wobei im Zuführungskanal (8) für die Außenluft ein ev- ter Fühler (6) und im

35 Raum (1) oder im Fortluftkanal (3) ein zweiter Fühler (7) angeordnet sind, die mit einem Regler (5) verbunden sind, dessen Steuersignale auf einen Klappenstellmotor (KM) einwirken gn einen Zuluftventilator (VZ) und an einem im FortKiftkanal (3) sich befindlichen drehzahlgesteuerten Ventilator (VD) weitergeJeitet werden.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung der den Raum (1) betretenden Personen über eine Lichtschrankenanordnung (L', L") erfolgt, die an den Eingängen (E) in dem Raum (1) angeordnet ist und die mit einem Regler (10) verbunden ist, mit dem der Klappenstellmotor (KM) und die Ventiiatoren (VD und VZ) gesteuert werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der CO^Gehalt durch eine erste Sonde im Außenluftkanal (8) und durch eine zweite Sonde im Raum (I) oder im Fortluftkanal (3) gemessen und die Differenz in einem mit diesem verbundenen Regler (5) gebildet und mit einem Sollwert verglichen wird und die daraus sich ergebenden Werte in ein Steuersignal umgesetzt werden, mit dem der Klappenstellmotor (KM) und die Ventilatoren (VD und VZ) gesteuert werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Differenzwerte zwischen den Meßwerten und dem vorgegebenen Sollwert in ein Steuersignal durch einen Intensitätsparameter erfolgt.