AT514151A2

AT514151A2 - Method for controlling coupled decentralized mechanical ventilation devices with heat recovery and solar air collector

Info

Publication number: AT514151A2
Application number: ATA50349/2014A
Authority: AT
Inventors: Gerfried Dipl Ing Cebrat
Original assignee: Gerfried Dipl Ing Cebrat
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-10-15
Also published as: AT516190A3; AT516190B1; AT516190A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung gekoppelterdezentraler mechanischer Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnungin Kombination mit einem Solar-Luft-Kollektor. Im verein mitmindestens einer zweiten Vorrichtung zur Wärmerückgewinnungaus der Abluft vorteilhafterweise mit Luftansaugung übereinen Solar-Luft-Kollektor wird über einen zyklischenBetrieb eine Energieeinsparung und Verbesserung derRaumluftqualität ermöglicht. Mindestens zwei über eineSteuerung (5) und Kommunikationseinheit(10) verbundeneVorrichtungen werden benutzt, um je nach Ansteuerung derGebläse (2) entweder bei einer alternierenden Drehrichtungder Gebläse (2) eine Wärmerückgewinnung über dieregenerativen Wärme- und Feuchteaustauscher (3)oder beigleichbleibender Drehrichtung abhängig von den gemessenenZulufttemperaturen unter Berücksichtigung derLuftaustrittstemperatur aus dem Solar-Luft-Kollektor eineQuerlüftung mit in eine der zwei möglichen Richtungen zuermöglichen. Das Regelungsverfahren basiert auf einerBilanzierung zur Entscheidung über die Betriebsart undOptimierung der Luftmenge und kann sowohl zur Erwärmung alsauch zur Kühlung der durchströmten Räume verwendet werden.The invention relates to a method for controlling coupled decentralized mechanical ventilation systems with heat recovery in combination with a solar-air collector. In association with at least a second apparatus for recovering heat from the exhaust air, advantageously with air intake via a solar-air collector, energy saving and room air quality improvement is enabled via cyclic operation. At least two devices connected via a control (5) and communication unit (10) are used to heat recovery via the regenerative heat and moisture exchangers (3) or the same direction of rotation, depending on the control of the blower (2) either with an alternating direction of rotation of the blower (2) measured supply air temperatures taking into account the air outlet temperature from the solar-air collector with a cross-ventilation in one of the two possible directions. The control method is based on an accounting for deciding the mode of operation and optimizing the amount of air and can be used both for heating and for cooling the flowed-through spaces.

Description

Verfahren zur Regelung gekoppelter dezentraler mechanischer Lüftungsvorrichtungen mit Wärmerückgewinnung und Solar-Luft-Method of controlling coupled decentralized mechanical ventilation devices with heat recovery and solar air

Kollektorcollector

Beschreibungdescription

Stand der Technik bei der Wärmerückgewinnung aus der Abluft sind sowohl regenerative (siehe z.B. EP0787953) als auch rekuperative Wärme- und Feuchteaustauscher. Üblicherweise werden dezentrale Systeme über eine Öffnung in die Außenwand eingebaut. Bei einem kontinuierlich arbeitenden System wird eine Wärme und Feuchtigkeit speichernde Masse entweder gedreht oder geklappt (siehe CN2628927) um die Funktion der Wärmeaufnahme und -abgabe realisieren zu können. Es ist aber auch möglich die Strömungsrichtung umzukehren und einen feststehenden Wärme- und Feuchteaustauscher zu nutzen (siehe EP0379989, EP0428948, EP0990859, EP2148163, DE3613942, DE4104423, DE4202970, DE9116290, W09735152, US4952283 und DE202010010607), der zuerst durch die abströmende Luft erhitzt und dann durch die zuströmende Luft gekühlt wird. Dabei wird die ggf. beim Abkühlen kondensierte Feuchtigkeit tw. wieder dem bewohnten Innenraum des Gebäudes zugeführt wobei dieser in Folge abgekürzt als Raum bezeichnet werden soll auch wenn es sich um verbundene durchströmbare Teile des Gebäudes handelt. EP0438037 zeigt eine Variante mit Querstromlüftern und Luftführung parallel zur Wand.The state of the art in heat recovery from the exhaust air is both regenerative (see, e.g., EP0787953) and recuperative heat and moisture exchangers. Usually decentralized systems are installed via an opening in the outer wall. In a continuous system, a mass storing heat and moisture is either rotated or flipped (see CN2628927) to realize the function of heat absorption and release. However, it is also possible to reverse the flow direction and to use a fixed heat and moisture exchanger (see EP0379989, EP0428948, EP0990859, EP2148163, DE3613942, DE4104423, DE4202970, DE9116290, W09735152, US4952283 and DE202010010607), which is first heated by the outflowing air and then cooled by the incoming air. In this case, the possibly condensed on cooling moisture is tw. again fed to the inhabited interior of the building which in a row is to be referred to as a room in short, even if it is connected by durchströmbare parts of the building. EP0438037 shows a variant with cross-flow fans and air duct parallel to the wall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dezentrale Lüftungseinheiten flexibel und auch im Verbund mit mindestens einem Solar-Luft-Kollektor betreiben zu können um mehrere Betriebsarten in Bezug auf die Durchströmung zur Verfolgung unterschiedlicher Zielen zu ermöglichen. Die vorgestellte Erfindung erlaubt nicht nur die Wärmerückgewinnung aus der Abluft, sondern auch eine kontinuierliche Zufuhr kühler Luft in Sommernächten (Nachtlüftung ohne Lärmbelästigung) oder eine Erwärmung durch die Ansaugung aus einem Solar-Luft-Kollektor. Bei der G. Cebrat 2/17 18/05/2014 2/17The invention has for its object to operate decentralized ventilation units flexible and also in combination with at least one solar-air collector to allow multiple modes with respect to the flow to pursue different goals. The presented invention allows not only the heat recovery from the exhaust air, but also a continuous supply of cool air in summer nights (night ventilation without noise pollution) or heating by the suction from a solar-air collector. At the G. Cebrat 2/17 18/05/2014 2/17

Kollektor Lüftung werden die Gebläse nur in einer Drehrichtung betrieben und es gibt folgende Betriebsarten für dieCollector ventilation, the fans are operated only in one direction of rotation and there are the following modes for the

Gebläse:Fan:

Betriebs art Gebläse Außenwand 1 Gebläse Außenwand 2 Ziel 1 ansaugend ausblasend unveränderter Luftdruck im Raum 2 ansaugend Stillstand Ruhebedürfnis in Raum bei Außenwand 2 3 Stillstand ausblasend Ruhebedürfnis in Raum bei Außenwand 1 Für die Wärmerückgewinnung wird die Drehrichtung der Gebläse in bestimmten Zeitabständen umgekehrt. Die Förderrichtung der Gebläse wechselt also gegengleich ausgenommen es sind andere Kriterien maßgeblich: - die unterschiedliche Luftqualität unterstützt eine konstante Ansaugung von einer Seite wenn dies aus thermischen Gründen zulässig ist. - die unterschiedliche Lufttemperatur auf einer Seite unterstützt eine konstante Ansaugung von einer Seite. - ein Solar Luft-Kollektor auf einer Seite führt bei Durchströmung in eine Richtung zu einer positiven Energiebilanz.Operating mode Blower External wall 1 Blower External wall 2 Target 1 Aspirating Un-blown Unchanged air pressure in room 2 Absence Standstill Requirement for rest in room with outside wall 2 3 Standstill blown out Rest requirement in room at outside wall 1 For heat recovery, the direction of rotation of the fans is reversed at certain time intervals. The conveying direction of the blower thus changes in the same way except for other criteria: - the different air quality supports a constant intake from one side if this is permissible for thermal reasons. - The different air temperature on one side supports a constant intake from one side. - A solar air collector on one side leads when flowing in one direction to a positive energy balance.

Bei Nutzung von C02-Sensoren ist im Winter bzw. über Schadstoffe belasteter Zuluft auch eine minimierende G. Cebrat 3/17 18/05/2014 3/17When using C02 sensors in the winter or pollutants contaminated supply air is also a minimizing G. Cebrat 3/17 18/05/2014 3/17

Kollektorcollector

Regelung der Luftmenge entsprechend der aktuellen Nutzung des Raumes möglich. Weiters kann über einen Schallsensor in der Vorrichtung ein Herannahen einer Schallquelle detektiert und die Durchströmung der Vorrichtung so geändert werden, dass einer höhere Schalldämmung eintritt (Strömungsunterbruch, oder -umkehr).Control of the amount of air according to the current use of the room possible. Furthermore, an approach of a sound source can be detected via a sound sensor in the device and the flow through the device can be changed so that a higher sound insulation occurs (flow interruption, or -reverse).

Die Regelung soll autark arbeiten, eine proprietäre Fernbedienung der Hauptfunktionen über IR ist möglich. Eine standardisierte drahtlose Kommunikation erlaubt das System auch über Computer, bzw. mobile Endbenutzereinheit wie Tablet oder Smartphone nicht nur zu schalten sondern auch programmieren und mit anderen Diensten vernetzen zu können (z.B. Nutzung eines Kalenders oder der Wettervorhersage eines Drittanbieters).The control should work independently, a proprietary remote control of the main functions via IR is possible. Standardized wireless communication also allows the system to be switched, not only via a computer or mobile end-user device such as a tablet or smartphone, but also programmed and networked with other services (for example, use of a calendar or weather forecast from a third-party provider).

Optional kann die Stromversorgung der Regelung und auch der Gebläse auch über Fotovoltaikzellen durchgeführt werden, die auch in den Solar-Luft-Kollektor integriert werden können, wenn ein Energiespeicher vorgesehen wird um einen 24h-Betrieb zu ermöglichen. Aus Effizienzgründen sollten die Fotovoltaikzellen jedoch abgesetzt und zumindest gut gekühlt sein. Für die Wahl der Betriebsart der dezentralen mechanischen Lüftungsvorrichtung mit Wärmerückgewinnung und Solar-Luft-Kollektor ist eine Möglichkeit die Bestimmung der Wärmebilanz über die Messung der Luftmenge und Lufttemperatur. Die Messung des Volumenstroms ist schwierig, allenfalls kann dieser indirekt nach Messung der Stromaufnahme und Drehzahl über die Kennlinie des Gebläses bestimmt werden. Alternativ ist es möglich ohne Messung der Stromaufnahme ein Rechenmodell des Kollektors und der Wärmerückgewinnung zu benutzen, um den maximalen Wärmeeintrag abhängig von der Umgebungstemperatur in den G. Cebrat 4/17 18/05/2014 4/17Optionally, the power supply of the control and the fan can also be performed via photovoltaic cells, which can also be integrated into the solar-air collector, if an energy storage is provided to allow a 24-hour operation. For reasons of efficiency, however, the photovoltaic cells should be deposited and at least well cooled. For the choice of the operating mode of the decentralized mechanical ventilation device with heat recovery and solar-air collector is a way of determining the heat balance on the measurement of air flow and air temperature. The measurement of the volume flow is difficult, at best, this can be determined indirectly after measuring the current consumption and speed on the characteristic of the blower. Alternatively, it is possible to use a calculation model of the collector and the heat recovery without measuring the current consumption to determine the maximum heat input depending on the ambient temperature in the G. Cebrat 4/17 18/05/2014 4/17

Kollektorcollector

Raum zu bestimmen. Zuletzt kann für die Bilanz der Durchströmung in eine Richtung auch nur die Zulufttemperatur gemessen werden, da bei der Wärmebilanz die Menge herausfällt.To determine space. Finally, for the balance of the flow in one direction, only the supply air temperature can be measured, since in the heat balance, the amount falls out.

Betriebsart Messstellen Regelung Zyklisch Lufttemperatur außen, aus dem Solar-Luft-Kol-lektor, ggf. Stromaufnahme und Drehzahl Gebläse Zykluszeiten, Drehzahl Gebläse, je nach Ziel (Heizen-Kühlen)und Wärmebilanz Durchströmung in eine der Richtungen Lufttemperatur außen, aus dem Solar-Luft-Kollektor Drehrichtung und Drehzahl Gebläse, je nach Ziel (Heizen-Kühlen) und Wärmebilanz Abwesenheit Lufttemperatur außen, aus dem Solar-Luft-Kollektor Drehrichtung und Drehzahl Gebläse zum Anlagenschutz und MindestdurchlüftungOperating mode Measuring points Control Cyclic Air temperature outside, from the solar-air collector, if necessary current consumption and speed Blower Cycle times, fan speed, depending on the target (heating-cooling) and heat balance Flow in one of the directions Air temperature outside, from the solar Air collector direction of rotation and speed Fan, depending on the target (heating-cooling) and heat balance Absence Air temperature outside, from the solar-air collector Direction of rotation and speed Fan for system protection and minimum ventilation

Fig. 1 zeigt die Systemarchitektur des Belüftungs-, und Wärmerückgewinnungssystems, bestehend aus zumindest einer führenden- und einer abhängigen dezentralen mechanischen Lüftungsvorrichtung mit Wärmerückgewinnung, die jeweils zumindest ein Gebläse 2, einen Wärmetauscher 3, eine Steuereinheit 5 und optional eine Klappe 4 umfassen. Diese Vorrichtungen sind vorteilhafterweise drahtlos verbunden G. Cebrat 5/17 18/05/2014 5/171 shows the system architecture of the ventilation and heat recovery system, comprising at least one leading and one dependent decentralized mechanical ventilation device with heat recovery, each comprising at least a blower 2, a heat exchanger 3, a control unit 5 and optionally a flap 4. These devices are advantageously wirelessly connected G. Cebrat 5/17 18/05/2014 5/17

Kollektor und die Gebläse 2 der Einheiten arbeiten abgestimmt jeweils in entgegen gesetzter Strömungsrichtung indem die Drehrichtung umgekehrt wird, oder es werden für jede Drehrichtung ein Gebläse benutzt. Mindestens eine der Vorrichtungen kann optional mit einer Messung der Abluftqualität ausgerüstet werden um die Luftmenge zu steuern. Über die drahtlose Ansteuerung über eine Kommunikationseinheit 10 kann auch ein Handsender 9 integriert werden über den die Vorrichtungen geschaltet oder programmiert werden können.Collector and the blower 2 of the units work in a coordinated manner in the opposite direction of flow by reversing the direction of rotation, or it will be used for each direction of rotation, a fan. At least one of the devices can optionally be equipped with a measurement of exhaust air quality to control the amount of air. Via the wireless control via a communication unit 10, a hand-held transmitter 9 can be integrated via which the devices can be switched or programmed.

Fig. 2 zeigt die Kooperation zwischen zwei Vorrichtungen bestehend aus Gebläse 2, Wärme- und Feuchteaustauscher 3 und Steuereinheit 5 mit den Temperaturmessstellen Zulufttemperatur Tai,Raum-Innentemperatur Ti und Zulufttemperatur Ta2. Die Betriebsarten sind: a) Tal>Ti und Tal>Ta2: Durchströmungsrichtung nach rechts b) Ta2>Ti und Ta2>Tal: Durchströmungsrichtung nach links c) Tal<Ti und Ta2<Ti: Alternierende Durchströmung, Wärmerückgewinnung über Wärme- und FeuchteaustauscherFig. 2 shows the cooperation between two devices consisting of blower 2, heat and moisture exchanger 3 and control unit 5 with the temperature measuring points supply air temperature Tai, indoor temperature Ti and inlet temperature Ta2. The operating modes are: a) Tal> Ti and Tal> Ta2: right flow direction b) Ta2> Ti and Ta2> Tal: Left flow direction c) Valley <Ti and Ta2 <Ti: Alternating flow, heat recovery via heat and moisture exchangers

Die Messung der Zulufttemperaturen an allen Messstellen erfordert ggf. einen Wechsel der Durchströmungsrichtung des Raumes durch Umkehr der Gebläsedrehzahl oder eines Umschaltens zu einem gegengleich laufenden Gebläse.The measurement of the supply air temperatures at all measuring points may require a change of the flow direction of the room by reversing the fan speed or switching to a fan running at the same time.

Es ist auch möglich die Raum-Innentemperatur Ti als zusammenfassende Temperaturgröße aus der örtlichen Lufttemperatur und den Strahlungstemperaturen der einzelnen Umgebungsflächen an beiden Vorrichtungen zu messen und einen Mittelwert für die Entscheidung über die Betriebsart heranzuziehen. G. Cebrat 6/17 18/05/2014 6/17It is also possible to measure the indoor room temperature Ti as a summary temperature variable from the local air temperature and the radiation temperatures of the individual environmental areas on both devices and to use an average value for the decision on the operating mode. G. Cebrat 6/17 18/05/2014 6/17

Kollektorcollector

Fig. 3 zeigt den Betrieb mit nur einem aktiven Gebläse, wodurch der Luftdruck im Raum absinkt, was atmosphärische Verbrennungseinrichtungen beeinflusst. In Fig. 4 wird ein Gebläse in der Drehrichtung umgekehrt und beide Gebläse gleichzeitig betrieben, wodurch der Luftdruck im Raum unverändert ist und die Verbrennungseinrichtungen ungestört bleiben.Fig. 3 shows the operation with only one active fan, whereby the air pressure in the room decreases, which affects atmospheric combustion equipment. In Fig. 4, a fan in the direction of rotation is reversed and both fans operated simultaneously, whereby the air pressure in the room is unchanged and the combustion facilities remain undisturbed.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung der Gebläse 2 in einer Zwischenwand zwischen zwei Räumen und eine Übermittlung der Messwerte aus den dezentralen mechanischen Lüftungsvorrichtungen mit Wärmerückgewinnung an die Steuereinheit 55 shows an arrangement of the blowers 2 in an intermediate wall between two spaces and a transmission of the measured values from the decentralized mechanical ventilation devices with heat recovery to the control unit 5

In Fig.6 wird auf die Messungen an den dezentralen mechanischen Lüftungsvorrichtungen mit Wärmerückgewinnung vollständig verzichtet. Es wird in Fig. 6 auch gezeigt wie die Gebläse oder die Betriebsart über einen Handsender fernsteuerbar sind.6, the measurements on the decentralized mechanical ventilation devices with heat recovery are completely dispensed with. It is also shown in FIG. 6 how the blower or the operating mode can be controlled remotely via a hand transmitter.

Fig. 7 zeigt die Einbindung eines Solar-Luft-Kollektors 11, wobei im Sommer der Anlagenschutz über ein zusätzliches Gebläse 13 durchgeführt wird, das eine Durchströmung des Solar-Luft-Kollektors 11 sicherstellt auch wenn die Abluft konstant über die Klappe 12 ausgestoßen wird. Durch den Gegendruck an der nach außen selbst öffnenden Klappe ist auch ohne Gebläse 13 eine geringe Durchströmung des Kollektors vorhanden. Wird das Gebläse 2 nicht mit Drehrichtungsumkehr betrieben, sondern für jede Durchströmungsrichtung ein eigenes Gebläse benutzt, dann deckt Gebläse zwei die Einströmung ab und Gebläse 13 die Ausströmung.Fig. 7 shows the integration of a solar-air collector 11, wherein in the summer of the system protection is performed via an additional fan 13, which ensures a flow through the solar-air collector 11 even if the exhaust air is constantly discharged through the flap 12. Due to the counterpressure on the flap which opens outwards, a small flow through the collector is also present without fan 13. If the blower 2 is not operated with reversal of the direction of rotation, but uses a separate blower for each flow direction, then blower two covers the inflow and blower 13 covers the outflow.

Fig. 8 zeigt ein Regelschema für die Optimierung. Für die Optimierung der Zykluszeit werden die Ein- und G. Cebrat 7/17 18/05/2014 7/17Fig. 8 shows a control scheme for the optimization. For the optimization of the cycle time, the inputs and g. Cebrat 7/17 18/05/2014 7/17

Kollektorcollector

Austrittstemperaturen der Luft- in und aus dem Raum gemessen und es kann bei identen Luftströmen eine Bilanz ohne Messung der Luftmenge erstellt werden. Alternativ ist eine vorgegebene von der Umgebungstemperatur abhängige Zykluszeit möglich. Mit Solar-Luft-Kollektor ist eine Optimierung komplexer, weil der Wärmeeintrag sich über die Außenlufttemperatur und die variable Luftmenge bestimmt sowie auch von einer eventuellen Stillstandszeit zwischen den Zyklen abhängt. Über die Stromaufnahme im Gebläse und die Drehzahl ist es möglich aus der Kennlinie den Betriebsvolumenstrom des Gebläses abzuleiten wenn dies für die Bilanz benötigt wird. Wenn die Leistungsaufnahme über die Fördermenge nicht stetig ist, sind heuristische Komponenten bei der Optimierung unabdingbar. G. Cebrat 8/17 18/05/2014 8/17Outlet temperatures of the air in and out of the room measured and it can be created at identical air flows a balance without measuring the amount of air. Alternatively, a predetermined cycle time dependent on the ambient temperature is possible. With the solar-air collector, optimization is more complex because the heat input is determined by the outside air temperature and the variable air volume as well as by a possible down time between the cycles. Using the current consumption in the fan and the speed, it is possible to derive the operating volumetric flow of the fan from the characteristic curve if this is required for the balance. If the power consumption is not constant over the flow rate, heuristic components are indispensable in the optimization. G. Cebrat 8/17 18/05/2014 8/17

Claims

Method for controlling coupled decentralized mechanical ventilation devices with heat recovery and solar-air collector Claims 1) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices comprising at least two heat exchangers (2) with regenerative heat recovery and at least one solar-air collector (11), characterized in that a) the changeover of the operating mode of the system between cyclic regeneration operation and ventilation of located between the units at least one room by a control unit (5) is initiated, which carries out an energy balancing of the incoming and outgoing air flows for decision making on the operating mode and b) the control unit (5) also sets the duration of the cycles simultaneously with the selection of the cyclic regeneration mode as operating mode according to point a), wherein a selection of equal and different long cycle and the length of the cycles is defined.

2) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to claim 1, characterized in that the control unit (5) at least the measured power consumption of the fan and the set by the control unit speed used to determine the flow rate for energy balancing.

3) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 or 2, characterized in that the G. Cebrat method for controlling coupled decentralized mechanical ventilation devices with heat recovery and solar Air collector control unit (5) determines the cycle time depending on the outside air temperature.

4) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control unit (5) optimizes the cycle time on the accounting of the amounts of heat taking into account the solar-air collector (11) introduced amount of heat.

5) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control unit (5) includes at least one measured temperature of thermally activated components in the balance of the amounts of heat and determining the operating mode of the system.

6) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of at least control unit (5), fan (2) and heat exchanger (3) existing decentralized units of the system from the control unit (5) is wirelessly controlled via a wireless communication interface (10).

7) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 to 6, characterized in that the blower (2) are located centrally in an intermediate wall between otherwise air side unconnected rooms, the decentralized units then only more components such as heat exchangers (3), which do not require a supply of energy. G. Cebrat 16/17 18/05/2014 10/17 Method for controlling coupled decentralized mechanical ventilation devices with heat recovery and solar-air collector

8) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 to 7, characterized in that the blower (2) and the room temperature measurements and the control unit (5) are centrally located in a partition between rooms, the decentralized units then only include more components such as heat exchangers (3), which do not require power or data lines because the outside temperature is obtained via a data line preferably via TCP / IP.

9) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 to 8, characterized in that the control unit (5) the fan operation in a user definable state of stoppage and reduced speed offset for a user-defined period of time.

10) Method for controlling coupled cyclically operated decentralized ventilation devices according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control unit (5) via a measurement of a measured value for the indoor air preferably the C02 content, the speed of at least one blower (2) changes when a predetermined limit is reached. G. Cebrat 17/17 18/05/2014 11/17