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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gebäudelüftung mit einem zentralen Luftkanal, der einen Hauptventilator hat zur zentralen Zufuhr von Zuluft in eine Gruppe von Räume (R1, R2, R3) eines Gebäudes (2) oder zur zentralen Abfuhr von Abluft aus einer Gruppe von Räumen (R1, R2, R3) des Gebäudes (2) hat, mit einer Mehrzahl von dezentralen Luftklappen in den unterschiedlichen Räumen des Gebäudes jeweils zugeordneten Luftkanälen zur Regelung eines durchgeleiteten Luftstroms für den zugeordneten Raum, mit Sensoren für die unterschiedlichen Räume zur Messung von Parametern von Luftqualität und mit einer Regelungseinheit.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Regelung der Zirkulation von Raumluft in einem Gebäude durch Regelung der Drehzahl eines Hauptventilators, der in einem zentralen Luftkanal angeordnet ist, um Luft zwischen einer Luftkanalhauptleitung und unterschiedlichen Räumen des Gebäudes zu zirkulieren, und durch Regelung des Luftvolumenstroms in den unterschiedlichen Räumen des Gebäudes jeweils zugeordneten Luftkanälen durch Einstellung von in den jeweiligen Räumen angeordneten Luftklappen.
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In Gebäuden ist oftmals eine kontrollierte Wohnraumlüftung KWL zur definierten Be- und Entlüftung von einzelnen Räumen des Gebäudes installiert. Dies kann als Abluftsystem, Zuluftsystem oder als kombiniertes Zu- und Abluftsystem ausgeführt sein. Bei einem Abluftsystem wird die Luft dezentral über Luftklappen und/oder Ventilatoren aus den einzelnen Räumen abgeführt. Denkbar ist auch eine zentrale Abführung über einen zentralen Abluftkanal mit einem daran angeordneten Ventilator und in die einzelnen Räume führenden Luftkanalabzweigungen.
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Bei einem Zuluftsystem wird lediglich die Zufuhr von Luft in dem mindestens einen zentralen Luftkanal mit einem daran angeordneten Ventilator und in die einzelnen Räume führenden Luftkanalabzweigungen geregelt, um frische Luft in die einzelnen Räume kontrolliert zuzuführen.
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Denkbar ist auch ein kombiniertes Zu- und Abluftsystem, bei dem in der Regel über einen zentralen Luftkanal mit daran angeordnetem Hauptventilator Zuluft in die einzelnen Räume über Luftkanalabzweigungen des zentralen Luftkanals zugeführt und über einen weiteren zentralen Abluftkanal Abluft aus den einzelnen Räumen wieder abgezogen über eine zentrale Luftkanalhauptleitung abgeführt wird. Dabei kann auch noch ein weiterer Nebenventilator in dem zentralen Abluftkanal vorhanden sein.
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Die zugeführte Luft kann direkt aus der Umgebung des Gebäudes kommen. Sie kann aber auch indirekt aus der Umgebung des Gebäudes durch eine Heizungs- und/oder Kühlanlage zur Erwärmung oder Klimatisierung des Gebäudes geführt werden. Denkbar ist auch eine Umluftanlage. Auch hier wird im Sinne der vorliegenden Erfindung Luft aus der Umgebung des Gebäudes zumindest indirekt durch einen zum Ersatz zugeführten frischen Luftanteil dem Gebäude und damit den einzelnen Räumen zugeführt.
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EP 2 743 597 B1 zeigt ein Belüftungssystem, das einen zentralen Luftkanal mit daran angeordnetem Ventilator und Luftkanalabzweigungen in einzelne Räume eines Gebäudes aufweist. Mit diesem zentralen Luftkanal wird Luft aus den Gebäuden abgeführt und über eine Luftkanalhauptleitung in die Umgebung des Gebäudes nach Außen geführt. Die einzelnen Luftkanalabzweigungen und die Luftkanalhauptleitung sind in einem zentralen Gehäuse zusammengeführt, das neben einer Steuerelektronik Luftklappen für die einzelnen Luftkanalabzweigungen und einen aktiven Ventilator hat.
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EP 3 812 661 A1 offenbart eine Luftführvorrichtung und ein Verfahren zur Gebäudebelüftung, wobei die einzelnen Räume in dem Gebäude mit unterschiedlichen Volumen einzeln belüftet werden. Hierzu ist eine modular aufgebaute Ventileinheit vorgesehen, die mindestens einem Raum zugeordnet ist und mindestens einen Sensor und eine Steuereinheit zur Analyse und Steuerung des Durchflusses der einzelnen Räume hat. Hierzu enthält eine Luftsammelbox mindestens zwei Einlässe zur Aufnahme von Abluft in einen Raum und mindestens einen Auslass zur Abgabe der aufgenommenen Raumluft an die Umgebung. An dem Ein- und Auslass ist wenigstens ein Sensor zur Messung eines Parameters der Ab- oder Zuluft vorgesehen.
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NL 2014563 B1 offenbart einen Luftverteiler für eine Lüftungsanlage zur Führung von Zu- und/oder Abluft in einem Gebäude mit mehreren Räumen, umfassend ein Gebläse zur Erzeugung eines Luftstroms, einen Hauptkanal, den Luftverteiler mit einem Hauptanschluss und mehreren Nebenanschlüssen, mehrere Nebenkanäle sowie eine Vielzahl von Ventilen für einen jeweils zugeordneten Raum.
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Ein Problem ist die für den Nutzer möglichst geräuschfreie und im Betrieb effiziente Regelung einer solchen Lüftungsanlage mit mehreren Räumen während einer sich ständig ändernden Nutzungssituation.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Einrichtung zur Gebäudelüftung und ein verbessertes Verfahren zur Regelung der Zirkulation von Raumluft in einem Gebäude zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch die Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und die Regelungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie das Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Für eine gattungsgemäße Einrichtung zur Gebäudelüftung wird vorgeschlagen, dass die Regelungseinheit zur Regelung des Hauptventilators und der dezentralen Luftklappen derart eingerichtet ist, dass in einer ersten Phase alle Luftklappen vollständig geöffnet werden und in einer zweiten Phase die Drehzahl des Hauptventilators unter Verwendung der gemessenen Luftqualität des höchstbelasteten Raumes, die auf die höchste Luftbelastung im Vergleich zu den weiteren gemessenen Luftqualitäten der anderen Räume hinweist, als Führungsgröße zur Regelung der Drehzahl des Hauptventilators zum Erreichen einer vorgegebenen Mindest-Luftqualität genutzt wird, wobei die Stellung der Luftklappen der weiteren Räume anhand der Abweichung der für den jeweiligen Raum gemessenen Luftqualität zu einer vorgegebenen Mindest-Luftqualität individuell ohne Beeinflussung der Drehzahl des Hauptventilators geregelt wird.
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Durch die Regelung des Hauptventilators in Abhängigkeit von der Anforderung des höchstbelasteten Raumes gelingt es, den geforderten Luftvolumenstrom so gering wie möglich zu halten und dennoch sicherzustellen, dass eine ausreichende Belüftung in allen Räumen möglich ist. Dies erfolgt erfindungsgemäß in der Art eines hydraulischen Abgleichs, in dem zunächst bei geöffneten Luftklappen für alle Räume ein in Bezug auf die Regelung ungehinderter Luftstrom in allen Räumen, die an den zentralen Luftverteiler angeschlossen sind, zirkulieren kann. Auf dieser Grundlage wird dann die Drehzahl des Hauptventilators so reguliert, dass der höchstbelastete Raum ausreichend belüftet wird und damit die gemessene Luftqualität einen vorgegebenen Schwellwert einer Soll-Luftqualität bzw. Mindest-Luftqualität nicht überschreitet. In den weniger stark belasteten Räumen findet bei den geöffneten Luftklappen eine unnötig starke Luftzirkulation statt. Dies kann dann dadurch reguliert werden, dass die Luftklappen in Abhängigkeit der in den einzelnen Räumen jeweils gemessenen Luftqualität und der jeweils vorgegebenen Soll-Luftqualität geregelt werden. Die Drehzahl des Hauptventilators und damit der Gesamt-Luftstrom werden durch diese individuelle Regelung der Luftklappen für die einzelnen Räume aber nicht beeinflusst. Beim Zuregeln der Luftklappen in den einzelnen weniger belasteten Räumen steht für den höchstbelasteten Raum mehr Luftvolumen zur Verfügung, sodass der in Abhängigkeit von der Luftqualität des höchstbelasteten Raums geregelte Hauptventilator dann automatisch weiter abgeregelt wird. Dies erfolgt spätestens, wenn der höchstbelastete Raum die vorgegebene Mindest-Luftqualität erreicht.
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Während des Betriebs kann sich die Nutzung in den einzelnen Räumen ändern. So kann es beispielsweise durch eine Verlagerung von einer Personengruppe von einem Raum in den weiteren Raum oder Ereignisse wie die Inbetriebnahme eines Kamins oder Verbrennungsofens in einem Raum dazu führen, dass ein bislang nicht höchstbelasteter Raum im Vergleich mit den anderen Räumen zu einem nunmehr höchstbelasteten Raum wird. Das führt dazu, dass die in diesem nunmehr höchstbelasteten Raum gemessene Luftqualität als Führungsgröße zur Regelung der Drehzahl des Hauptventilators genutzt wird und der bislang höchstbelastete Raum nunmehr wie ein übriger Raum nur noch im Hinblick auf die diesem Raum zugeordnete Luftklappe geregelt wird.
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Der zentrale Luftkanal mit dem Hauptventilator kann aus der Umgebung des Gebäudes Zuluft in die einzelnen Räume des Gebäudes befördern. Dies kann direkt aus der Umgebung oder indirekt auch im Umluftverfahren unter Zufuhr einer Teilmenge von Frischluft oder Ableiten von Abluft erfolgen. Mithilfe des Hauptventilators wird der verfügbare Volumenstrom festgelegt. Vorzugsweise handelt es sich hier um den Volumenstrom für eine Luftzufuhr, wobei die Abluft der einzelnen Räume dann über die Luftklappen individuell geregelt werden kann.
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Die Zuluft kann über den zentralen Luftkanal mindestens einem Verteilungsraum, wie z.B. einem Flur, erfolgen, wobei die einzelnen Räume über ohnehin bestehende Öffnungen, wie Türen, Türspalte, Lüftungsgitter-Öffnungen und dergleichen mit dem Verteilungsraum verbunden sind. Bei dieser indirekten Luftzuführung erfolgt bei dieser Variante keine direkte Zuführung der Zuluft in jeden der mit dem zentralen Luftkanal kommunizierend verbundenen Räume. Denkbar ist aber auch eine Variante, bei der Zuluft von dem zentralen Luftkanal über Luftkanalabzweigungen, die in jeweils einen zugeordneten Raum führen, direkt und kontrolliert in jeden Raum geführt wird.
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Die Regelungseinheit kann zur Regelung der dezentralen Luftklappen im Abluftkanal zur Abfuhr von Luft aus dem jeweiligen Raum eingerichtet sein. Während dann die Zufuhr von Luft über den Ventilator und gegebenenfalls optional über zusätzliche Luftklappen in einem optionalen Zufuhrkanal für die jeweiligen Räume geregelt wird, erfolgt die Abluftregelung des Volumenstroms individuell für die einzelnen Räume über die jeweiligen Luftklappen, die einem Abluftkanal des jeweiligen Raumes zugeordnet sind.
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Die Regelungseinheit kann weiterhin zur Regelung von dezentralen Luftklappen in Zuluftkanälen, die jeweils in einen zugeordneten Raum führen, derart eingerichtet sein, dass der zu- und abgeführte Volumenstrom eines jeweiligen Raumes ausgeglichen ist. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die Luftklappe im Zuluftkanal eines Raumes synchron mit der mindestens einen Luftklappe im Abluftkanal des jeweiligen Raumes angesteuert werden und zwar so, dass der in einen Raum geleitete Volumenstrom dem aus dem Raum abgeleiteten Volumenstrom entspricht und damit kein Über- oder Unterdruck hergestellt wird. Die Zuluftkanäle können dabei zu einem Verteilraum führende Öffnungen sein oder mit dem zentralen Luftkanal direkt verbundene Luftkanalabzweigungen.
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Der zentrale Luftkanal für die Zuluft kann in einer Ausführungsform keine dezentralen Luftklappen für die jeweiligen Räume haben. So ist es denkbar, dass der Volumenstrom für die Zuluft ausschließlich durch die Drehzahl des Hauptventilators geregelt ist. Die Querschnitte der in die einzelnen Räume führenden Luftkanalabzweigungen können dann vorzugsweise an das jeweilige Raumvolumen angepasst sein, sodass der im zentralen Luftkanal zur Verfügung gestellte Volumenstrom bedarfsgerecht auf die einzelnen Räume unabhängig von der jeweiligen Belastungssituation aufgeteilt wird. Diese Aufteilung kann hierzu entsprechend des Raumvolumens vorgenommen werden.
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Die Regelung des Volumenstroms für die jeweiligen Räume zur Sicherstellung einer vorgegebenen Soll-Luftqualität in Abhängigkeit von der jeweils in dem Raum gemessenen Luftqualität erfolgt dann über den Abluftkanal durch Regelung der dort jeweils vorhandenen Luftklappen für den jeweiligen Raum.
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Als Sensoren in den Räumen können Sensoren zur Messung der Luftfeuchtigkeit, des Kohledioxidgehalts in der Raumluft und/oder Raumtemperatur vorgesehen sein. Denkbar ist aber auch die Erfassung weiterer Parameter, die auf Luftqualität in einem Raum schließen lassen, beispielsweise Partikelsensoren, Sensoren zur Messung des Sauerstoffgehalts, des Ozongehalts und dergleichen.
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Als Sensoren können in den Räumen auch Sensoren zur Messung des Zuluft-Volumenstroms der dem jeweiligen Raum zugeführten Luft und/oder zur Messung des Abluft-Volumenstroms der aus dem jeweiligen Raum abgeführten Luft vorgesehen sein. Anhand dieser Paramater kann dann eine Regelung dahingehend erfolgen, dass der zu- und abgeführte Luft-Volumenstrom ausgeglichen ist und kein Über- und/oder Unterdruck herrscht. Hierzu kann auch ein Luftdrucksensor genutzt werden, wobei vorzugsweise der Differenzdruck zu einem Atmosphärenluftdruck in der Umgebungsluft des Gebäudes festgestellt und zur Regelung zugrunde gelegt wird.
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Der zentrale Luftkanal kann mit der Luftkanalhauptleitung an eine zentrale Heizungs- und/oder Kühlanalage angeschlossen sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft für den Zuluftkanal. Damit kann die den einzelnen Räumen zugeführte Luft mit einer Heizungsanlage erwärmt bzw. mit einer Klimaanlage zur Klimatisierung gekühlt werden. Auch dann handelt es sich um eine Verbindung der Luftkanalhauptleitung mit der Umgebung des Gebäudes im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Die Sensoren können jeweils in einem jeweils eine dezentrale Luftklappe aufweisenden zugeordneten Luftkanal angeordnet sein. Damit wird für alle Räume eine vergleichbare Messsituation sichergestellt, bei der unabhängig von der jeweiligen Raumbeschaffenheit (z.B. Möblierung, Grundriss etc.) die Luftqualität der abgeführten Abluft in einem festgelegten Messvolumen mit den Sensoren gemessen werden kann.
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Die Regelung der Zirkulation von Raumluft erfolgt ähnlich zu dem hydraulischen Abgleich einer Heizungsanlage durch:
- a) Öffnen der dezentralen Luftklappen in allen Räumen, die mit dem zentralen Luftkanal über Luftabzweigungen kommunizierend verbunden sind und
- b) Regeln der Drehzahl des Hauptventilator so, dass der höchstbelastete Raum, für den die höchste Luftbelastung anhand der in den Räumen jeweils gemessenen Luftqualitätsparameter ermittelt wird, eine vorgegebene Soll-Luftqualität erreicht,
wobei die Luftklappen aller anderen Räume individuell anhand der Abzweigung der für den jeweiligen Raum gemessenen Luftqualität und einer vorgegebenen Soll-Luftqualität ohne Beeinflussung der Drehzahl des Hauptventilators geregelt werden.
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Damit gelingt es, zunächst die Drehzahl des Hauptventilators so weit abzuregeln, dass die Soll-Luftqualität durch Zuführen von Luft in die Räume, Abführen von Luft aus einem Raum über den zentralen Luftkanal oder kombiniert durch Zu- und Abführen von Luft in die Räume und aus den Räumen erreicht wird. Der höchstbelastete Raum, für den die gemessenen Paramater für die Luftqualität im Verhältnis zu einer vorgegebenen Soll-Luftqualität und den für alle anderen Räume gemessenen Luftqualitätsparametern am schlechtesten ist, übernimmt dann die Führungsfunktion für die Einstellung der Drehzahl des Hauptventilators in dem zentralen Luftkanal. Die Regelung der Volumenströme für die einzelnen Räume erfolgt dann individuell anhand der Einstellung der Luftklappen zur Reduzierung des Querschnitts in den Luftkanälen der jeweiligen Räume, ohne dass hierdurch der über den Betrieb des Hauptventilators bereitgestellte Volumenstrom verändert wird.
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Damit wird erreicht, dass der Hauptventilator mit der niedrigst-möglichen Drehzahl betrieben werden kann und damit die Geräuschemissionen weitest möglich verringert werden. Zudem wird die Energieeffizienz optimiert, indem der durch den Hauptventilator bereitgestellte Volumenstrom so weit wie möglich reduziert wird.
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Die erfindungsgemäße Regelung kann in einem Computerprogramm implementiert werden, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer, d. h. eine Datenverarbeitungseinheit (z. B. Mikroprozessor), an der Regelungseinheit bewirken, dass die Regelungseinheit zur Regelung eines Hauptventilators und für die zentralen Luftklappen diese erfindungsgemäß ansteuert. Denkbar ist es, dass die Regelungseinheit eine Steuerungszentrale eines Hausautomationssystems ist, wobei das Computerprogramm auf mindestens einem der Prozessoren des Hausautomationssystems ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - Skizze einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Gebäudebelüftung mit einem in einen Verteilraum führenden zentralen Luftkanal für die Zuluft und dezentralen Luftklappen in einzelnen Abluftkanälen;
- 2 - Skizze einer zweiten Ausführungsform einer Einrichtung zur Gebäudebelüftung mit einem in einen Verteilraum führenden zentralen Luftkanal für die Zuluft und dezentralen Luftklappen in Abluftkanälen eines weiteren zentralen Luftkanals;
- 3 - Skizze einer dritten Ausführungsform einer Einrichtung zur Gebäudebelüftung mit einem zentralen Luftkanal mit Luftabzweigungen für die Zuluft in einzelne Räume und dezentralen Luftklappen in einzelnen Abluftkanälen;
- 4 - Skizze einer vierten Ausführungsform einer Einrichtung zur Gebäudebelüftung, bei der zusätzlich zur dritten Ausführungsform dezentrale Abluft-Ventilatoren in die dezentralen Luftkanäle für die Abluft eingebaut sind;
- 5 - Skizze einer fünften Ausführungsform einer Einrichtung zur Gebäudebelüftung mit einem zentralen Luftkanal für die Zuluft mit einem Hauptventilator mit einem zentralen Luftkanal für die Abluft mit einem Nebenventilator und mit dezentralen Luftklappen für die jeweiligen Räume.
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1 zeigt eine Skizze einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung 1 zur Gebäudebelüftung. Das Gebäude 2 hat beispielsweise drei Räume R1, R2, R3, wobei die Anordnung und die Anzahl der Räume in einem Gebäude für die Einrichtung 1 keine wesentliche Rolle spielt. Die Räume sind untereinander über einen gemeinsamen Verteilraum R0, wie bspw. einen Flur verbunden.
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Es ist ein zentraler Luftkanal 3 mit einem Verteiler 4 vorgesehen, an den eine in die Umgebung des Gebäudes führende Luftkanalhauptleitung 5 angeschlossen ist. Der Verteiler ist kommunizierend mit dem Verteilraum R0 verbunden, um diesem Zuluft zuzuführen. Die Zuluft verteilt sich dann bedarfsgerecht über die im Gebäude 2 vorhandenen Öffnungen, wie bspw. Türöffnungen, Türschlitze, Luftgitter-Öffnungen und dergleichen, in die kommunizierend mit dem Verteilraum R0 verbundenen Räume R1, R2, R3. Dabei kann der Verteiler 4 auch an mehrere Verteilräume R0 parallel angeschlossen sein, um damit mehrere Gruppen von Räumen R1, R2, R3 jeweils mit Zuluft über den zugeordneten Verteilraum zu versorgen. Denkbar ist dabei auch, dass einer der Räume R1, R2, R3 selbst als Verteilraum R0 genutzt wird, wie bspw. ein großer zentraler Wohn-Ess-Raum, an den sich kleinere Räume anschließen.
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Der zentrale Luftkanal 3 hat zudem einen Hauptventilator 9, der über eine Steuerleitung ebenfalls mit der Regelungseinheit 8 verbunden ist. Dieser Hauptventilator 9 kann beispielsweise im Innenraum des Verteilers 4 angeordnet sein.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird Zuluft Z, wie durch die Pfeile gekennzeichnet, von der Luftkanalhauptleitung 5 durch den Verteiler 4 über den Verteilraum R0 (indirekt) in die jeweiligen Räume R1, R2, R3 geführt. Der Volumenstrom wird dabei durch die Drehzahl des Hauptventilators 9 bestimmt.
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Weiterhin sind für die einzelnen Räume R1, R2, R3 Luftkanäle 10a, 10b, 10c vorhanden, mit denen Abluft A1, A2, A3 aus den jeweiligen Räumen R1, R2, R3 vorzugsweise in die Umgebung des Gebäudes 2 abgeführt werden kann. Um den Volumenstrom regeln und begrenzen zu können, ist in diesen Luftkanälen 10a, 10b, 10c jeweils eine dezentrale Luftklappe 11a, 11b, 11c angeordnet, die über eine jeweilige Steuerleitung, beispielsweise über eine Busleitung, von der Regelungseinheit 8 angesteuert werden kann. Damit können die dezentralen Luftklappen 11 a, 11b, 11c über Aktoren so eingestellt werden, dass der Querschnitt der Luftkanäle 10a, 10b, 10c veränderbar ist.
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Weiterhin sind Sensoren 12a, 12b, 12c in den einzelnen Räumen R1, R2, R3 vorhanden, um Parameter zur Ermittlung der jeweiligen Luftqualität LQ1, LQ2, LQ3 in dem jeweiligen Raum R1, R2, R3 zu ermitteln. Hierbei kann es sich um einen Sensor, eine Gruppe von Sensoren oder einen Kombinationssensor handeln, der einen oder mehrere für die Luftqualität aussagekräftige Parameter erfasst. Diese Sensoren 12a, 12b, 12c können beispielsweise aus der Gruppe von Sensoren zur Messung der Luftfeuchtigkeit, des Kohlendioxidgehalts in der Raumluft, der Raumtemperatur, des Luftdrucks, des Sauerstoffgehalts, des Ozongehalts, des dem jeweiligen Raum zugeführten Zuluft-Volumenstroms oder des aus dem jeweiligen Raum abgeführten Abluft-Volumenstroms ausgewählt sein.
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Mithilfe der Regelungseinheit 8 kann nun die Raumluftsteuerung des Gebäudes 2 optimiert werden.
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Hierzu werden zunächst alle dezentralen Luftklappen 11a, 11b, 11c für die Abluft geöffnet.
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Der Hauptventilator 9 in dem zentralen Luftkanal 3 wird nun so angesteuert, dass er auf eine möglichst kleine Drehzahl bzw. eine Stufe für die Drehzahl läuft. Der Hauptventilator 9 sollte dabei so geregelt werden, dass der höchstbelastete Raum R1, R2, R3 mit der höchsten Anforderung an eine Luftzufuhr durch einen geregelten Luft-Volumenstrom eine vorgegebene Soll-Luftqualität aufweist. Die Regelung der Drehzahl des Hauptventilators 9 kann so sein, dass die Drehzahl des Hauptventilators so weit heruntergefahren wird, dass der höchstbelastete Raum auf das Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts der Soll-Luftqualität geregelt wird, die mithilfe der Sensoren 12a, 12b, 12c in den jeweiligen Räumen R1, R2, R3 ständig gemessen wird.
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Hier kann beispielsweise die Kohlendioxid (CO2)- oder Feuchtebelastung als Parameter herangezogen werden.
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Die Sensoren 12a, 12b, 12c sind der Übersichtlichkeit halber in der Skizze jeweils im zugeordneten Raum R1, R2, R3 positioniert. Tatsächlich ist es aber sinnvoll, die Sensoren 12a, 12b, 12c in dem Luftkanal 10a, 10b, 10c des jeweils zugeordneten Raumes, in dem sich auch die zugeordnete dezentrale Luftklappe 11 a, 11b, 11c befindet, anzuordnen. Damit kann die Luftqualität der Abluft an einem definierten Ort unter für alle Räume im Wesentlichen gleichen Messbedingungen durch die Sensoren 12a, 12b, 12c erfasst werden.
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Bei allen anderen Räumen R1, R2 und/oder R3, die unter dieser Belastungsgrenze liegen, werden die dezentralen Luftklappen 11 a, 11b, 11c im Abluftkanal so weit geschlossen, dass auch dort die Belastungswerte der vorgegebenen Soll-Luftqualität entsprechen.
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Bei der vorgegebenen Soll-Luftqualität kann es sich um eine maximal zulässige Luftbelastung handeln, die durch ein oder mehrere Luftqualitätsparameter charakterisiert wird, welche mit den Sensoren 12a, 12b, 12c gemessen wird.
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Die Luftqualität kann direkt mit den Sensoren 12a, 12b, 12c gemessen werden. Denkbar ist aber auch, dass aus den erhaltenen Parametern für die Luftqualität ein Gütefaktor für die Luftqualität berechnet wird. Dies kann beispielsweise mithilfe eines neuronalen Netzwerkes erfolgen.
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Die Drehzahl des Hauptventilators 9 wird durch die Regelungseinheit 8 anhand der Luftqualität des höchstbelasteten Raumes R1, R2, R3 geregelt. Die dort gemessene, schlechteste Luftqualität bildet die Führungsgröße für die Regelung des Hauptventilators 9.
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Nachdem sich das System eingeregelt hat und in jedem der Räume R1, R2, R3 die vorgegebene Soll-Luftqualität erreicht wird, ist der höchstbelastete Raum R1, R2 oder R3 der Raum, bei dem die dezentralen Luftklappen 11a, 11b, 11c am weitesten von den dezentralen Luftklappen aller Räume, die an die gemeinsame Regelungseinheit 8 angeschlossen sind, geöffnet ist.
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Der höchstbelastete Raum kann aber auch durch eine Messung der Volumenströme ermittelt werden. Der höchstbelastete Raum ist dann der Raum mit dem größten Luftvolumenstrom.
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Die Summe der Abluftmenge sollte dabei der Zuluftmenge entsprechen.
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Die Zuluft Z wird bei der Einrichtung 1 über einen zentralen Luftkanal 2 zentral zugeführt. Möglich ist aber auch, dass mehrere zentrale Luftkanäle 3 gegebenenfalls mit zusätzlichen Hauptventilatoren vorhanden sind, die dann gemeinsamen einen zentralen Luftkanal bilden können, sofern die Hauptventilatoren jeweils eine Auswirkung auf den Volumenstrom in allen Luftkanälen der Gruppe haben.
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Ansonsten kann die vorbeschriebene Regelung auch wie dargestellt für eine Funktionseinheit erfolgen, wobei in einem Gebäude weitere Räume beispielsweise auf anderen Etagen mit jeweiligen zentralen Luftkanälen und Hauptventilatoren und eigenständiger Regelungseinheit vorhanden sind.
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Wenn nun ein Raum R1, R2 oder R3 in Benutzung genommen wird, hat dies zu Folge, dass sich die Luftqualität dort verschlechtert. So können der Kohlendioxidgehalt und die Feuchtbelastung steigen. Dies wird durch die jeweiligen Sensoren 12a, 12b, 12c in dem zugeordneten Raum gemessen und an die Regelungseinheit 8 übermittelt. Die betroffene dezentrale Luftklappe 11 a, 11b, 11c im Abluftkanal 10a, 10b, 10c wird dann weiter geöffnet.
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Gegebenenfalls wird hierdurch die Drehzahl des Hauptventilators 9 erhöht, damit das System von Zuluft und Abluft und damit der Volumenstrom in Balance sind.
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Wenn die Luftklappe 11a, 11b 11c des höchstbelasteten Raumes R1, R2 oder R3 vollständig geöffnet ist, kann bei Bedarf die Drehzahl des Hauptventilators 9 erhöht und gleichzeitig die Luftklappe 11a, 11b, 11c der anderen Räume R1, R2 oder R3 so weit geschlossen werden, dass die gewünschten und benötigten vorherigen Volumenströme bestehen bleiben.
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Derjenige Raum R1, R2 oder R3, der die höchste Belastung aufweist, d. h. dessen gemessenen Luftqualitätsparameter im Vergleich zu den Luftqualitätsparametern der anderen Räume R1, R2 oder R3 den schlechtesten Wert haben, steuert jeweils bei vollständig geöffneter Luftklappe (bevorzugt Abluftventil) die Drehzahl des Hauptventilators 9 und gegebenenfalls weiterer Nebenventilatoren und damit letztendlich die Volumenströme. Da die betroffene Luftklappe vollständig geöffnet ist, braucht ein Abluftventilator zum Abführen der Abluft nur mit der geringstmöglichen Drehzahl zu laufen.
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Der Hauptventilator 9 für die Zuluft Z, die zentral zugeführt wird, wird ebenfalls anhand der benötigten Volumenströme gesteuert. Durch die Verteilung über den Verteilraum R0 kann allein die Drehzahl des Hauptventilators 9 den Volumenstrom ohne Hemmung durch teilweise geschlossene Ventile steuern. Der Zuluft-Volumenstrom entspricht der Summe aller Abluft-Volumenströme.
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Wie beschrieben erfolgt die Steuerung der Volumenströme durch Messung der Luftqualitäten in den einzelnen Räumen R1, R2, R3 mit Sensoren 12a, 12b, 12c und zentraler Regelung der Drehzahl des Hauptventilators 9 mit der Luftqualität des höchstbelasteten Raumes R1, R2 oder R3 als Führungsgröße. Die Volumenströme der anderen Räume R1, R2, R3 werden dann über die Regelung der Lage der jeweiligen Luftklappen 11 a, 11b, 11c angepasst.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Einrichtung 1, bei der im Vergleich zur ersten Ausführungsform ein weiterer zentraler Luftkanal 15 für die Abluft kommunizierend über Luftkanalabzweigungen 14a, 14b, 14c mit den jeweils daran angeschlossenen Räumen R1, R2, R3 verbunden ist. Den Luftkanalabzweigungen 14a, 14b, 14c sind jeweils die Abluft-Luftklappen 11a, 11b, 11c zugeordnet, um den Volumenstrom der Abluft A individuell für jeden einzelnen Raum R1, R2, R3 regeln zu können. In einem Verteiler 17 des zentralen Abluftkanals 15 ist ein Abluft-Nebenventilator 18 angeordnet, um auch den Abluft-Volumenstrom A zentral mit der Regelungseinheit 8 zu regeln. Hierbei kann der Abluft-Nebenventilator 18 proportional zu dem Hauptventilator 9 so geregelt werden, dass die Luftqualität des höchstbelasteten Raumes R1, R2 oder R3 als Führungsgröße genutzt wird. Der Abluft-Nebenventilator 18 wird bevorzugt parallel zum Hauptventilator 9 so geregelt, dass der den Räumen insgesamt zugeführte Zuluft-Volumenstrom Z dem mithilfe des Abluft-Nebenventilators 18 abgeführten Abluft-Volumenstrom A entspricht.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Einrichtung 1, mit Luftkanalabzweigungen 6a, 6b, 6c, deren Auslässe jeweils in einen zugeordneten Raum R1, R2, R3 des Gebäudes 2 münden. Die Luftkanalabzweigungen 6a, 6b, 6c sind an den Verteiler 4 des zentralen Luftkanals 3 angeschlossen. Damit wird die Zuluft von dem zentralen Luftkanal 3 mit dem durch den Hauptventilator 9 festgelegten Gesamtvolumenstrom direkt an die einzelnen angeschlossenen Räume R1, R2, R3 verteilt.
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Den einzelnen Räumen R1, R2, R3 können dabei optional jeweils dezentrale Luftklappen 7a, 7b, 7c zugeordnet sein, die sich in den jeweiligen Luftkanalabzweigungen 6a, 6b, 6c befinden. Die Luftklappen 7a, 7b, 7c können beispielsweise im Bereich des Luftauslasses in den jeweiligen Raum R1, R2, R3, wie skizziert, oder an den jeweiligen Anschluss des Verteilers 4 zu der zugeordneten Luftkanalabzweigung 6a, 6b, 6c oder innerhalb der Strecke der Luftkanalabzweigung 6a, 6b, 6c angeordnet sein.
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Die dezentralen Luftklappen 7a, 7b, 7c werden mit Aktoren bspw. motorisch angesteuert und sind über eine Verbindungsleitung, wie beispielsweise eine gemeinsame Busleitung, an eine Regelungseinheit 8 angeschlossen. Damit lässt sich auch der Volumenstrom der Zuluft für die einzelnen Räume R1, R2, R3 bedarfsgerecht raumindividuell regeln.
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Die optionalen dezentralen Luftklappen 7a, 7b, 7c in den Zuluft-Luftkanalabzweigungen 6a, 6b, 6c können synchron zu den dezentralen Luftklappen 11 a, 11b, 11c in den Abluftkanälen 10a, 10b, 10c angesteuert werden. Damit kann für jeden Raum R1, R2, R3 ein Ausgleich zwischen dem Zuluftstrom und Abluftstrom durch die Regelung sichergestellt werden. Bei der Zufuhr in einen Verteilraum R0 stellt sich diese Balance in der Regel durch das physikalische Bestreben zum Druckausgleich aber ohnehin ein, sofern Räume R1, R2, R3 nicht übermäßig abgedichtet sind und dadurch ein selbsttätiger Druckausgleich erschwert wird.
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4 zeigt eine im Vergleich zu 3 modifizierte Ausführungsform. Dort sind in den Abluftkanälen 10a, 10b, 10c über Luftklappen 11a, 11b, 11c hinaus noch Abluft-Ventilatoren 13a, 13b, 13c vorhanden. Die Abluft-Ventilatoren 13a, 13b, 13c werden dann jeweils für den zugeordneten Raum R1, R2 oder R3 individuell geregelt, wie die zugehörigen Luftklappen 11 a, 11b, 11c auch.
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Diese Variante mit zusätzlichen Abluft-Ventilatoren 13a, 13b, 13c ist auch für die in 1 dargestellte Ausführungsform denkbar, bei der die Luftzufuhr nicht wie im vierten Ausführungsbeispiel nach 4 direkt in die einzelnen Räume R1, R2, R3 über Luftkanalabzweigungen 61, 6b, 6c erfolgt, sondern indirekt über einen Vorraum R0 bzw. einen der Räume R1, R2, R3, der als zentraler, mit den anderen Räumen R1, R2, R3 über Öffnungen verbundener Vorraum genutzt werden kann.
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Bei der Regelung kann die Drehzahl des Hauptventilators 9 derart zugrunde gelegt werden, dass die Summe der Drehzahl der Abluft-Ventilatoren 13a, 13b, 13c proportional zur Drehzahl des Hauptventilators 9 derart ist, dass der Zuluft-Volumenstrom 7 der Summe der durch die Abluft-Ventilatoren 13a, 13b, 13c transportierten Abluft-Volumenströme A1, A2, A3 ist. Zudem kann für die Regelung noch das Verhältnis der jeweils ermittelten Luftqualitäten für die einzelnen Räume R1, R2, R3 sein. Hierzu kann beispielsweise zur Regelung eines individuellen Raumes, wie z. B. Raum R2, das Verhältnis der für diesen Raum gemessenen Luftqualität zur Luftqualität des höchstbelasteten Raumes, z. B. Raum R1, sein. Die Luftqualität des höchstbelasteten Raumes, die auch den Hauptventilator 9 regelt, wird damit als Basis für die individuelle Regelung der Abluft-Ventilatoren 13a, 13b, 13 c und gegebenenfalls auch entsprechend der zugehörigen Abluft-Luftklappen 11a, 11b, 11c genutzt.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung aus 3. Dabei ist ein zentraler Abluftkanal 15 mit einer Luftkanalhauptleitung 16 und Luftkanalabzweigung 14a, 14b, 14c zu den jeweiligen Räumen R1, R2, R3 vorhanden. Der Luftkanalabzweigung 14a, 14b, 14c sind jeweils die Abluft-Luftklappen 11a, 11b, 11c zugeordnet, um den Volumenstrom der Abluft A individuell für jeden einzelnen Raum R1, R2, R3 regeln zu können. In einem Verteiler 17 des zentralen Abluftkanals 15 ist ein Abluft-Nebenventilator 18 angeordnet, um den Abluft-Volumenstrom A zentral mit der Regelungseinheit 8 zu regeln. Hierbei kann der Abluft-Nebenventilator 18 proportional zu dem Hauptventilator 9 so geregelt werden, dass die Luftqualität des höchstbelasteten Raumes R1, R2 oder R3 als Führungsgröße genutzt wird. Der Abluft-Nebenventilator 18 wird bevorzugt parallel zum Hauptventilator 9 so geregelt, dass der den Räumen insgesamt zugeführte Zuluft-Volumenstrom Z dem mithilfe des Abluft-Nebenventilators 18 abgeführten Abluft-Volumenstrom A entspricht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2743597 B1 [0007]
- EP 3812661 A1 [0008]
- NL 2014563 B1 [0009]