專利名稱：用于控制并/或調(diào)節(jié)建筑物中室內(nèi)溫度的方法
專利說(shuō)明用于控制并/或調(diào)節(jié)建筑物中室內(nèi)溫度的方法 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分、用于控制(Steuerung)并/或調(diào)節(jié)(Regelung)室內(nèi)溫度(Raumtemperatur)的方法。
該方法通?？捎糜诳刂撇?或調(diào)節(jié)建筑物中的室內(nèi)溫度或區(qū)域溫度。該類型方法還特別有利地應(yīng)用在通過(guò)例如地板、天花板和/或墻壁中的堅(jiān)固混凝土元件等建筑物材料(

)而制冷和制熱的建筑物中。該類型方法還可有利地用在具有熱活性部件系統(tǒng)(thermoaktive Bauteilsystem)的建筑物中。
用于制冷目的和制熱目的的熱活性部件系統(tǒng)，所謂的TABS，使用在不同建筑物類型中，例如在辦公大樓、博物館、浴室、實(shí)驗(yàn)室大樓、教學(xué)中心、旅館和家庭住房中。當(dāng)用TABS技術(shù)時(shí)，通過(guò)在地板和天花板中嵌入例如供給了加熱用水或制冷用水的一組管道來(lái)有利地穩(wěn)定室內(nèi)溫度。例如由混凝土制造的地板和天花板，最適用于儲(chǔ)存熱或冷。使用例如空氣的零耗能制冷也經(jīng)常用于循環(huán)水冷卻器TABS，其中，例如在夏天晚上時(shí)間使用干燥的或混合循環(huán)水冷卻器來(lái)冷卻混凝土。具有接近室內(nèi)溫度的中間溫度的TABS基本上預(yù)定用作備選能量。TABS技術(shù)也稱作部件調(diào)節(jié)、混凝土核心活化(Betonkernaktivierung)和“混凝土核心調(diào)節(jié)系統(tǒng)”。
本發(fā)明的目的在于，提供一種通常可用于控制并調(diào)節(jié)建筑物中室內(nèi)溫度或區(qū)域溫度的方法，通過(guò)該方法在使用較少能量時(shí)可實(shí)現(xiàn)所希望的舒適度。
該目的根據(jù)本發(fā)明利用權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利的改進(jìn)體現(xiàn)在從屬權(quán)利中。
下面參考附圖來(lái)具體闡明本發(fā)明的實(shí)施示例。
其中

圖1顯示了在內(nèi)部熱增益(

)和外部熱增益的不確定性(Unsicherheit)較小時(shí)用于控制策略和/或調(diào)節(jié)策略的示意圖， 圖2顯示在內(nèi)部熱增益和外部熱增益的不確定性中等時(shí)用于控制策略和/或調(diào)節(jié)策略的示意圖， 圖3顯示在內(nèi)部熱增益和外部熱增益的不確定性較大時(shí)用于控制策略和/或調(diào)節(jié)策略的示意圖，而 圖4示意性顯示了在具有熱活性部件系統(tǒng)的建筑物中用于控制并/或調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的裝置。
在此提出的用于控制并/或調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的方法基于所謂的未知但有界(unknown-but-bounded)的基本方法，借助它可用其處理內(nèi)部熱增益和外部熱增益的不確定性。尤其是通過(guò)人、儀器、機(jī)器、照明和吸收陽(yáng)光照射所產(chǎn)生的內(nèi)部及外部熱增益或者說(shuō)熱負(fù)載會(huì)影響房間中溫度的變化。在此一般使用用語(yǔ)“熱增益”，但是也可使用外界熱量或熱負(fù)載等。
用于控制并/或調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的該方法使用所測(cè)得的并因此而已知的、內(nèi)部和外部熱增益的下限

以及所測(cè)得的并因此而已知的、內(nèi)部和外部熱增益的上限

上限

和下限

之差是熱增益的不確定性。
內(nèi)部和外部熱增益的下限

以及內(nèi)部和外部熱增益的上限

由控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在建設(shè)階段測(cè)定。在上述建設(shè)階段也并未假定平均熱增益，而是以預(yù)先已知的內(nèi)部和外部熱增益下限

以及預(yù)先已知的內(nèi)部和外部熱增益上限

為前提。
考慮內(nèi)部和外部熱增益不確定性，應(yīng)用未知但有界的基本方法時(shí)所采取的措施與應(yīng)用于常規(guī)制熱曲線時(shí)所采取的措施類似。為了加熱及制冷而制定了制熱曲線和制冷曲線。通過(guò)建筑物殼體損失的熱由制熱系統(tǒng)通過(guò)能量供給來(lái)補(bǔ)償——例如通過(guò)適當(dāng)?shù)毓┙o熱水。與之相反，通過(guò)散逸熱能來(lái)防止超出最大允許的室內(nèi)溫度——例如通過(guò)適當(dāng)?shù)毓┙o冷水。
在圖1、圖2和圖3中說(shuō)明了用于控制并/或調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的有利方法的原理——例如對(duì)于由外部溫度引起的輸入溫度調(diào)節(jié)(Vorlauftemperaturregelung)。
各圖都分別顯示了依賴于外部空氣溫度θoa的輸入溫度額定值θf(wàn)，Sp和依賴于外部空氣溫度θoa的、由制熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)供給或散逸的熱能量

此外還顯示了循環(huán)泵的狀態(tài)和依賴于外部空氣溫度θoa的制熱或制冷的狀態(tài)。
在由外部溫度引起的輸入溫度調(diào)節(jié)中，依賴于外部空氣溫度θoa的輸入溫度額定值(Vorlauftemperatursollwert)θf(wàn)，Sp根據(jù)制熱曲線HK或制冷曲線KK而移動(dòng)。依賴于內(nèi)部及外部熱增益的不確定性有利地分為下列三種情況輕度不確定性

(圖1)、中度不確定性

(圖2)和高度不確定性

(圖3)。
在圖1、圖2和圖3中分別顯示了舒適帶(Behaglichkeitsband)Δθr，Sp。該舒適帶Δθr，Sp通過(guò)額定室溫下限值θr，SpH和額定室溫上限值θr，SpC而限定。
有利地，建筑物中每個(gè)房間的舒適帶Δθr，Sp根據(jù)所希望的舒適度而確定。舒適帶越寬，越可以節(jié)能地調(diào)節(jié)建筑物中的空氣，TABS也越好地適用于覆蓋整個(gè)建筑物。當(dāng)舒適帶Δθr，Sp較窄時(shí)，由于TABS的惰性，其不能覆蓋建筑物的整個(gè)制熱負(fù)載或制冷負(fù)載。
當(dāng)不確定性較小時(shí)，也就是圖1所示情況時(shí)，則對(duì)于外部空氣溫度θoa存在區(qū)域10，其中顯然既不需要制熱也不需要制冷。當(dāng)外部空氣溫度θoa的不確定性更小時(shí)，不存在制熱曲線HK和制冷曲線KK重疊的區(qū)域。
當(dāng)存在中度不確定性時(shí)，也就是圖2所示情況時(shí)，對(duì)于外部空氣溫度θoa存在區(qū)域20，其中制熱曲線HK和制冷曲線KK重疊，而制冷曲線KK延伸到制熱曲線HK上方。如果外部空氣溫度θoa處于區(qū)域20中，那么，依賴于實(shí)際的內(nèi)部和外部熱增益要求來(lái)進(jìn)行制熱、制冷或不采取任何動(dòng)作——也就是說(shuō)，通過(guò)關(guān)閉制熱和制冷而待機(jī)(neztralesVerhalten)。
假設(shè)已知輸入溫度(Vorlauftemperatur)θf(wàn)和實(shí)際促動(dòng)器(Stellglied)的位置，則輸入溫度調(diào)節(jié)器采取正確的動(dòng)作，即或制熱、或制冷、或關(guān)閉制熱及制冷。如果輸入溫度θf(wàn)在制熱曲線HK和制冷曲線KK之間，則關(guān)閉制熱和制冷——例如通過(guò)閉合制熱閥門和制冷閥門。一旦輸入溫度θf(wàn)超出制冷曲線KK，則輸入溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸入溫度θf(wàn)，使其為通過(guò)制冷曲線KK決定的輸入溫度額定值θf(wàn)，Sp，例如通過(guò)作用于制冷閥門。一旦輸入溫度θf(wàn)低于制熱曲線HK，則輸入溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸入溫度，使其為通過(guò)制熱曲線HK決定的輸入溫度額定值θf(wàn)，Sp——例如通過(guò)作用于制熱閥門。
當(dāng)不確定性較大時(shí)，也就是圖3中所示情況時(shí)，對(duì)于外部空氣溫度θoa存在區(qū)域30，其中制熱曲線HK和制冷曲線KK重疊，而制冷曲線KK處于制熱曲線HK的下方。如果外部空氣溫度θoa處于區(qū)域30中，那么依賴于實(shí)際的內(nèi)部和外部熱增益

的要求而制熱或制冷。
當(dāng)通過(guò)上限

和下限

規(guī)定的不確定性較大時(shí)，也就是圖3所示情況時(shí)，那么不可能利用由外部空氣溫度θoa單獨(dú)引起的輸入溫度θf(wàn)調(diào)節(jié)來(lái)使輸入溫度θf(wàn)在熱增益

處于不確定區(qū)間

的情況下保持在額定室溫下限值θr，SpH和額定室溫上限值θr，SpC之間——也即保持在目標(biāo)舒適帶Δθr，Sp中。
為了在圖3所示情況時(shí)使室內(nèi)溫度θr保持在舒適帶Δθr，Sp中，附加信息——諸如室內(nèi)溫度θr、或回返溫度(Rücklauftemperatur)θrt、或例如混凝土核心溫度的建筑物材料溫度θC——會(huì)反饋到輸入溫度調(diào)節(jié)器。在某些情況下，用于制熱和/或制冷的附加系統(tǒng)是必不可少的。
所謂的未知但有界的基本方法可有利地適用于考慮到尤其是考慮到由于房間位置、房間特性和房間用途而使建筑物室內(nèi)熱增益變化的情況，建筑物房間的室內(nèi)溫度θr不是獨(dú)立地、而是例如通過(guò)共同輸入而可調(diào)節(jié)的情況。
在圖4中，40是用于加熱載能體(

)的裝置，41是用于冷卻載能體的裝置。具有第一房間42和第二房間43的建筑物具有第一TABS單元44和第二TABS單元45。這兩個(gè)TABS單元44和45通過(guò)共同輸入(Vorlauf)46和反饋(Rücklauf)47由載能體供能。有利的是，在輸入46中設(shè)置了可由調(diào)節(jié)器49控制的循環(huán)泵48。輸入46通過(guò)可由調(diào)節(jié)器49控制的制熱閥門50與用于加熱載能體的裝置40連接，并通過(guò)可由調(diào)節(jié)器49控制的制冷閥門51與用于冷卻載能體的裝置41連接。
載能體是例如可用于制熱和制冷的水。用于加熱載能體的裝置40是符合要求的例如制熱鍋爐、熱泵或其它已知的制熱器或其組合。用于制冷的裝置41是例如制冷塔、制冷機(jī)器或其它制冷器或其組合。
利用與調(diào)節(jié)器49連接的第一溫度傳感器52可檢測(cè)外部空氣溫度θoa，而利用與調(diào)節(jié)器49連接的第二溫度傳感器53可檢測(cè)輸入溫度θf(wàn)。
當(dāng)不確定性較小(圖1)且外部空氣溫度θoa處于區(qū)域10中時(shí)，那么，通過(guò)閉合制熱閥門50和閉合制冷閥門51來(lái)關(guān)閉制熱和制冷，此外，有利地關(guān)閉循環(huán)泵48。通過(guò)在閉合制冷閥門51時(shí)打開制熱閥門50來(lái)實(shí)現(xiàn)制熱，相應(yīng)地，通過(guò)在閉合制熱閥門50時(shí)打開制冷閥門51來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷。在制熱或制冷時(shí)使循環(huán)泵運(yùn)行。
當(dāng)存在中度不確定性(圖2)且外部空氣溫度θoa在區(qū)域20中時(shí)，那么依賴于實(shí)際的內(nèi)部和外部熱增益

要求而或制熱、或制冷、或不采取任何動(dòng)作——也就是通過(guò)關(guān)閉制熱和制冷而待機(jī)。
根據(jù)已知的輸入溫度θf(wàn)和實(shí)際促動(dòng)器位置，調(diào)節(jié)器49引起正確的動(dòng)作，即或制熱、或制冷、或關(guān)閉制熱及制冷。如果輸入溫度θf(wàn)處在制熱曲線HK和制冷曲線KK之間，則閉合制熱閥門50和制冷閥門51。一旦輸入溫度θf(wàn)超出制冷曲線KK，則調(diào)節(jié)器49通過(guò)作用于制冷閥門51來(lái)調(diào)節(jié)輸入溫度，使其為由制冷曲線KK決定的輸入溫度額定值θf(wàn)，Sp。一旦輸入溫度θf(wàn)低于制熱曲線HK，則調(diào)節(jié)器49，通過(guò)作用于制熱閥門50而調(diào)節(jié)輸入溫度，使其為由制熱曲線HK決定的輸入溫度額定值θf(wàn)，Sp。
為了使調(diào)節(jié)器49能夠在內(nèi)部及外部熱增益的不確定性

較大時(shí)還可將室內(nèi)溫度保持在舒適帶Δθr，Sp中，向調(diào)節(jié)器49引入至少一種附加信息。該附加信息可以是例如由第三溫度傳感器55測(cè)量的第一房間42的室內(nèi)溫度θr1，由第四溫度傳感器56測(cè)量的第二房間43的室內(nèi)溫度θr2，由第五溫度傳感器57測(cè)量的回返溫度θrt或由TABS單元44中第六溫度傳感器58測(cè)量的建筑物材料的溫度。
權(quán)利要求
1.一種用于控制或調(diào)節(jié)建筑物中室內(nèi)溫度(θr)的方法，其特征在于，
在制熱、待機(jī)和制冷之間的切換依賴于在建設(shè)階段決定的、內(nèi)部熱增益及外部熱增益的不確定性，其中，內(nèi)部熱增益及外部熱增益的不確定性通過(guò)外界熱量下限(
)和外界熱量上限(
)來(lái)確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
內(nèi)部熱增益及外部熱增益的不確定性(
)基于房間位置、房間特性和房間用途來(lái)確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
內(nèi)部熱增益及外部熱增益的不確定性(
)分配給一共三個(gè)不同不確定性等級(jí)中的一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，
在制熱、待機(jī)和制冷之間的切換
-在適用于輕度不確定性(
)的第一不確定性等級(jí)中，依賴于外部溫度(θoa)；
-在適用于中度不確定性(
)的第二不確定性等級(jí)中，依賴于外部溫度(θoa)和輸入溫度(θf(wàn))；
-在適用于高度不確定性(
)的第三不確定性等級(jí)中，依賴于室內(nèi)溫度(θr)或回返溫度(θrt)或建筑物材料的溫度(θC)；
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，
在制熱、待機(jī)和制冷之間的切換還依賴于在建設(shè)階段決定的、建筑物室內(nèi)的熱增益的變化量(
)，其中，熱增益的變化量(
)通過(guò)所述外界熱量下限(
)和所述外界熱量上限(
)來(lái)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，
建筑物室內(nèi)的熱增益變化量(
)基于房間位置、房間特性和房間用途來(lái)確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，
熱增益變化量(
)是一共三個(gè)不同等級(jí)中的一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，
在制熱、待機(jī)和制冷之間的切換
-在適用于變化量(
)較小的第一等級(jí)中，依賴于所述外部溫度(θoa)；
-在適用于變化量(
)中等的第二等級(jí)中，依賴于所述外部溫度(θoa)和所述輸入溫度(θf(wàn))；
-在適用于變化量(
)較大的第三等級(jí)中，依賴于所述室內(nèi)溫度(θr)、所述回返溫度(θrt)、或所述建筑物材料的溫度(θC)；
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
依賴于所述外部溫度下限(
)和所述外部溫度上限(
)來(lái)計(jì)算促動(dòng)器(50；51)的至少一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，
還依賴于舒適帶(Δθr，Sp)來(lái)計(jì)算所述調(diào)節(jié)參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，
還依賴于被測(cè)參數(shù)和至少一個(gè)其它參數(shù)來(lái)計(jì)算所述調(diào)節(jié)參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，
所述被測(cè)參數(shù)是輸入溫度(θf(wàn))、或回返溫度(θrt)、或部件溫度(θC)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述其它參數(shù)是外部溫度(θoa)或室內(nèi)溫度(θr)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，建筑物具有熱活性部件系統(tǒng)TABS(44；45)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，超出所述舒適帶的上限值(θr，SpC)及低于所述舒適帶的下限值(θr，SpH)的情況通過(guò)反饋信號(hào)來(lái)抵消。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，
依賴于在占用周期結(jié)束時(shí)各自所檢測(cè)的室內(nèi)溫度(θr)的值來(lái)產(chǎn)生所述反饋信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，
依賴于在占用周期中檢測(cè)到的室內(nèi)溫度(θr)的最小值和在占用周期中檢測(cè)到的室內(nèi)溫度(θr)的最大值來(lái)產(chǎn)生所述反饋信號(hào)。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，
所述外界熱量上限(
)和所述外界熱量下限(
)是關(guān)于時(shí)間的函數(shù)。
19.一種用于反饋調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度(θr)的裝置(49)，其根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)反饋調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。
全文摘要
在一種用于控制或調(diào)節(jié)建筑物中室內(nèi)溫度(r)的方法中，根據(jù)在建設(shè)階段決定的、內(nèi)部熱增益及外部熱增益的不確定性(qg，ub-qg，lb)來(lái)在制熱、待機(jī)和制冷之間切換，其中該不確定性通過(guò)外界熱量下限(qg，lb)和外界熱量上限(qg，ub)來(lái)確定。該方法通常可用于控制并/或調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度或區(qū)域內(nèi)的溫度，尤其可用在通過(guò)建筑物材料例如通過(guò)熱活性部件系統(tǒng)TABS來(lái)制冷和制熱的建筑物中。
文檔編號(hào)G05D23/19GK101288036SQ200680038218
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者M·格沃德, J·托德特利 申請(qǐng)人:西門子公司