专利名称：用于控制并/或调节建筑物中室内温度的方法
专利说明用于控制并/或调节建筑物中室内温度的方法 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分、用于控制(Steuerung)并/或调节(Regelung)室内温度(Raumtemperatur)的方法。
该方法通常可用于控制并/或调节建筑物中的室内温度或区域温度。该类型方法还特别有利地应用在通过例如地板、天花板和/或墙壁中的坚固混凝土元件等建筑物材料(
)而制冷和制热的建筑物中。该类型方法还可有利地用在具有热活性部件系统(thermoaktive Bauteilsystem)的建筑物中。
用于制冷目的和制热目的的热活性部件系统，所谓的TABS，使用在不同建筑物类型中，例如在办公大楼、博物馆、浴室、实验室大楼、教学中心、旅馆和家庭住房中。当用TABS技术时，通过在地板和天花板中嵌入例如供给了加热用水或制冷用水的一组管道来有利地稳定室内温度。例如由混凝土制造的地板和天花板，最适用于储存热或冷。使用例如空气的零耗能制冷也经常用于循环水冷却器TABS，其中，例如在夏天晚上时间使用干燥的或混合循环水冷却器来冷却混凝土。具有接近室内温度的中间温度的TABS基本上预定用作备选能量。TABS技术也称作部件调节、混凝土核心活化(Betonkernaktivierung)和“混凝土核心调节系统”。
本发明的目的在于，提供一种通常可用于控制并调节建筑物中室内温度或区域温度的方法，通过该方法在使用较少能量时可实现所希望的舒适度。
该目的根据本发明利用权利要求1的特征来实现。有利的改进体现在从属权利中。
下面参考附图来具体阐明本发明的实施示例。
其中
图1显示了在内部热增益(
)和外部热增益的不确定性(Unsicherheit)较小时用于控制策略和/或调节策略的示意图， 图2显示在内部热增益和外部热增益的不确定性中等时用于控制策略和/或调节策略的示意图， 图3显示在内部热增益和外部热增益的不确定性较大时用于控制策略和/或调节策略的示意图，而 图4示意性显示了在具有热活性部件系统的建筑物中用于控制并/或调节室内温度的装置。
在此提出的用于控制并/或调节室内温度的方法基于所谓的未知但有界(unknown-but-bounded)的基本方法，借助它可用其处理内部热增益和外部热增益的不确定性。尤其是通过人、仪器、机器、照明和吸收阳光照射所产生的内部及外部热增益或者说热负载会影响房间中温度的变化。在此一般使用用语“热增益”，但是也可使用外界热量或热负载等。
用于控制并/或调节室内温度的该方法使用所测得的并因此而已知的、内部和外部热增益的下限
以及所测得的并因此而已知的、内部和外部热增益的上限
上限
和下限
之差是热增益的不确定性。
内部和外部热增益的下限
以及内部和外部热增益的上限
由控制系统的设计者在建设阶段测定。在上述建设阶段也并未假定平均热增益，而是以预先已知的内部和外部热增益下限
以及预先已知的内部和外部热增益上限
为前提。
考虑内部和外部热增益不确定性，应用未知但有界的基本方法时所采取的措施与应用于常规制热曲线时所采取的措施类似。为了加热及制冷而制定了制热曲线和制冷曲线。通过建筑物壳体损失的热由制热系统通过能量供给来补偿——例如通过适当地供给热水。与之相反，通过散逸热能来防止超出最大允许的室内温度——例如通过适当地供给冷水。
在图1、图2和图3中说明了用于控制并/或调节室内温度的有利方法的原理——例如对于由外部温度引起的输入温度调节(Vorlauftemperaturregelung)。
各图都分别显示了依赖于外部空气温度θoa的输入温度额定值θf，Sp和依赖于外部空气温度θoa的、由制热系统和制冷系统供给或散逸的热能量
此外还显示了循环泵的状态和依赖于外部空气温度θoa的制热或制冷的状态。
在由外部温度引起的输入温度调节中，依赖于外部空气温度θoa的输入温度额定值(Vorlauftemperatursollwert)θf，Sp根据制热曲线HK或制冷曲线KK而移动。依赖于内部及外部热增益的不确定性有利地分为下列三种情况轻度不确定性
(图1)、中度不确定性
(图2)和高度不确定性
(图3)。
在图1、图2和图3中分别显示了舒适带(Behaglichkeitsband)Δθr，Sp。该舒适带Δθr，Sp通过额定室温下限值θr，SpH和额定室温上限值θr，SpC而限定。
有利地，建筑物中每个房间的舒适带Δθr，Sp根据所希望的舒适度而确定。舒适带越宽，越可以节能地调节建筑物中的空气，TABS也越好地适用于覆盖整个建筑物。当舒适带Δθr，Sp较窄时，由于TABS的惰性，其不能覆盖建筑物的整个制热负载或制冷负载。
当不确定性较小时，也就是图1所示情况时，则对于外部空气温度θoa存在区域10，其中显然既不需要制热也不需要制冷。当外部空气温度θoa的不确定性更小时，不存在制热曲线HK和制冷曲线KK重叠的区域。
当存在中度不确定性时，也就是图2所示情况时，对于外部空气温度θoa存在区域20，其中制热曲线HK和制冷曲线KK重叠，而制冷曲线KK延伸到制热曲线HK上方。如果外部空气温度θoa处于区域20中，那么，依赖于实际的内部和外部热增益要求来进行制热、制冷或不采取任何动作——也就是说，通过关闭制热和制冷而待机(neztralesVerhalten)。
假设已知输入温度(Vorlauftemperatur)θf和实际促动器(Stellglied)的位置，则输入温度调节器采取正确的动作，即或制热、或制冷、或关闭制热及制冷。如果输入温度θf在制热曲线HK和制冷曲线KK之间，则关闭制热和制冷——例如通过闭合制热阀门和制冷阀门。一旦输入温度θf超出制冷曲线KK，则输入温度调节器调节输入温度θf，使其为通过制冷曲线KK决定的输入温度额定值θf，Sp，例如通过作用于制冷阀门。一旦输入温度θf低于制热曲线HK，则输入温度调节器调节输入温度，使其为通过制热曲线HK决定的输入温度额定值θf，Sp——例如通过作用于制热阀门。
当不确定性较大时，也就是图3中所示情况时，对于外部空气温度θoa存在区域30，其中制热曲线HK和制冷曲线KK重叠，而制冷曲线KK处于制热曲线HK的下方。如果外部空气温度θoa处于区域30中，那么依赖于实际的内部和外部热增益
的要求而制热或制冷。
当通过上限
和下限
规定的不确定性较大时，也就是图3所示情况时，那么不可能利用由外部空气温度θoa单独引起的输入温度θf调节来使输入温度θf在热增益
处于不确定区间
的情况下保持在额定室温下限值θr，SpH和额定室温上限值θr，SpC之间——也即保持在目标舒适带Δθr，Sp中。
为了在图3所示情况时使室内温度θr保持在舒适带Δθr，Sp中，附加信息——诸如室内温度θr、或回返温度(Rücklauftemperatur)θrt、或例如混凝土核心温度的建筑物材料温度θC——会反馈到输入温度调节器。在某些情况下，用于制热和/或制冷的附加系统是必不可少的。
所谓的未知但有界的基本方法可有利地适用于考虑到尤其是考虑到由于房间位置、房间特性和房间用途而使建筑物室内热增益变化的情况，建筑物房间的室内温度θr不是独立地、而是例如通过共同输入而可调节的情况。
在图4中，40是用于加热载能体(
)的装置，41是用于冷却载能体的装置。具有第一房间42和第二房间43的建筑物具有第一TABS单元44和第二TABS单元45。这两个TABS单元44和45通过共同输入(Vorlauf)46和反馈(Rücklauf)47由载能体供能。有利的是，在输入46中设置了可由调节器49控制的循环泵48。输入46通过可由调节器49控制的制热阀门50与用于加热载能体的装置40连接，并通过可由调节器49控制的制冷阀门51与用于冷却载能体的装置41连接。
载能体是例如可用于制热和制冷的水。用于加热载能体的装置40是符合要求的例如制热锅炉、热泵或其它已知的制热器或其组合。用于制冷的装置41是例如制冷塔、制冷机器或其它制冷器或其组合。
利用与调节器49连接的第一温度传感器52可检测外部空气温度θoa，而利用与调节器49连接的第二温度传感器53可检测输入温度θf。
当不确定性较小(图1)且外部空气温度θoa处于区域10中时，那么，通过闭合制热阀门50和闭合制冷阀门51来关闭制热和制冷，此外，有利地关闭循环泵48。通过在闭合制冷阀门51时打开制热阀门50来实现制热，相应地，通过在闭合制热阀门50时打开制冷阀门51来实现制冷。在制热或制冷时使循环泵运行。
当存在中度不确定性(图2)且外部空气温度θoa在区域20中时，那么依赖于实际的内部和外部热增益
要求而或制热、或制冷、或不采取任何动作——也就是通过关闭制热和制冷而待机。
根据已知的输入温度θf和实际促动器位置，调节器49引起正确的动作，即或制热、或制冷、或关闭制热及制冷。如果输入温度θf处在制热曲线HK和制冷曲线KK之间，则闭合制热阀门50和制冷阀门51。一旦输入温度θf超出制冷曲线KK，则调节器49通过作用于制冷阀门51来调节输入温度，使其为由制冷曲线KK决定的输入温度额定值θf，Sp。一旦输入温度θf低于制热曲线HK，则调节器49，通过作用于制热阀门50而调节输入温度，使其为由制热曲线HK决定的输入温度额定值θf，Sp。
为了使调节器49能够在内部及外部热增益的不确定性
较大时还可将室内温度保持在舒适带Δθr，Sp中，向调节器49引入至少一种附加信息。该附加信息可以是例如由第三温度传感器55测量的第一房间42的室内温度θr1，由第四温度传感器56测量的第二房间43的室内温度θr2，由第五温度传感器57测量的回返温度θrt或由TABS单元44中第六温度传感器58测量的建筑物材料的温度。
权利要求
1.一种用于控制或调节建筑物中室内温度(θr)的方法，其特征在于，
在制热、待机和制冷之间的切换依赖于在建设阶段决定的、内部热增益及外部热增益的不确定性，其中，内部热增益及外部热增益的不确定性通过外界热量下限(
)和外界热量上限(
)来确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
内部热增益及外部热增益的不确定性(
)基于房间位置、房间特性和房间用途来确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
内部热增益及外部热增益的不确定性(
)分配给一共三个不同不确定性等级中的一个。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
在制热、待机和制冷之间的切换
-在适用于轻度不确定性(
)的第一不确定性等级中，依赖于外部温度(θoa)；
-在适用于中度不确定性(
)的第二不确定性等级中，依赖于外部温度(θoa)和输入温度(θf)；
-在适用于高度不确定性(
)的第三不确定性等级中，依赖于室内温度(θr)或回返温度(θrt)或建筑物材料的温度(θC)；
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在制热、待机和制冷之间的切换还依赖于在建设阶段决定的、建筑物室内的热增益的变化量(
)，其中，热增益的变化量(
)通过所述外界热量下限(
)和所述外界热量上限(
)来确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
建筑物室内的热增益变化量(
)基于房间位置、房间特性和房间用途来确定。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
热增益变化量(
)是一共三个不同等级中的一个。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
在制热、待机和制冷之间的切换
-在适用于变化量(
)较小的第一等级中，依赖于所述外部温度(θoa)；
-在适用于变化量(
)中等的第二等级中，依赖于所述外部温度(θoa)和所述输入温度(θf)；
-在适用于变化量(
)较大的第三等级中，依赖于所述室内温度(θr)、所述回返温度(θrt)、或所述建筑物材料的温度(θC)；
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
依赖于所述外部温度下限(
)和所述外部温度上限(
)来计算促动器(50；51)的至少一个调节参数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
还依赖于舒适带(Δθr，Sp)来计算所述调节参数。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，
还依赖于被测参数和至少一个其它参数来计算所述调节参数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述被测参数是输入温度(θf)、或回返温度(θrt)、或部件温度(θC)。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述其它参数是外部温度(θoa)或室内温度(θr)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，建筑物具有热活性部件系统TABS(44；45)。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，超出所述舒适带的上限值(θr，SpC)及低于所述舒适带的下限值(θr，SpH)的情况通过反馈信号来抵消。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
依赖于在占用周期结束时各自所检测的室内温度(θr)的值来产生所述反馈信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
依赖于在占用周期中检测到的室内温度(θr)的最小值和在占用周期中检测到的室内温度(θr)的最大值来产生所述反馈信号。
18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
所述外界热量上限(
)和所述外界热量下限(
)是关于时间的函数。
19.一种用于反馈调节室内温度(θr)的装置(49)，其根据权利要求1至18中任一项所述的方法来反馈调节室内温度。
全文摘要
在一种用于控制或调节建筑物中室内温度(r)的方法中，根据在建设阶段决定的、内部热增益及外部热增益的不确定性(qg，ub-qg，lb)来在制热、待机和制冷之间切换，其中该不确定性通过外界热量下限(qg，lb)和外界热量上限(qg，ub)来确定。该方法通常可用于控制并/或调节室内温度或区域内的温度，尤其可用在通过建筑物材料例如通过热活性部件系统TABS来制冷和制热的建筑物中。
文档编号G05D23/19GK101288036SQ200680038218
公开日2008年10月15日 申请日期2006年9月25日 优先权日2005年10月14日
发明者M·格沃德, J·托德特利 申请人:西门子公司