RAUMLUFTTECHNISCHES VERFAHREN UND RAUMLUFTTECHNISCHE ANLAGE MIT MEHREREN PARALLEL ANGEORDNETEN STRÖMUNGSMASCHINEN SOWIE VERWENDUNG VON LUFTREGEL- UND -ABSPERRKLAPPEN ZUM ANSCHLUSS AN EINE GRUPPE VON STRÖMUNGSMASCHINEN

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum optimierten Steuern einer Anordnung von parallelgeschalteten Strömungsmaschinen einer raumlufttechnischen Anlage (10) vorgeschlagen, umfassend die Verfahrensschritte: Vorwählen oder Feststellen einer Startanzahl von operativen Strömungsmaschinen (12), sodass sich eine Reserveanzahl nicht operativer Strömungsmaschinen (12) ergibt; und Abgleich eines Regelparameters wie beispielsweise eines Volumenstromistwertes (24I) mit einem Sollwert (24S) als Führungsgröße, wonach sich die Drehzahl der operativen Strömungsmaschinen und/oder ihre Anzahl einer Anzahloptimierung (30) folgend verändert, wobei die Anzahloptimierung (30) mittels zumindest eines bivariaten Polynoms eine Optimalanzahl operativer Strömungsmaschinen (12) ermittelt. Weiter wird eine raumlufttechnische Anlage mit zumindest zwei parallelgeschalteten Strömungsmaschinen vorgeschlagen, die mittels einer Steuerungseinrichtung beeinflussbar sind, um beispielsweise den Gesamtluftvolumenstrom zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder hinter jeder einzelnen Strömungsmaschine unabhängig voneinander ansteuerbare Luftregel- und -absperrklappen (14) angeordnet sind.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein raumlufttechnisches Verfahren und eine raumlufttechnische Anlage mit einer Lüfteranordnung in der zumindest zwei Strömungsmaschinen parallel angeordnet sind, wobei jede Strömungsmaschine einzeln oder manche der oder die Strömungsmaschinen gruppenweise mittels einer Steuerungseinrichtung beeinflussbar ist/sind, um die Drehzahl(en) der Strömungsmaschinen zu steuern. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung von Luftregel- und -absperrklappen zum Anschluss an eine Gruppe von Strömungsmaschinen.

[0002] Aus EP 2 494 209 B1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Anordnung von Ventilatoreinheiten bekannt. Eine vorgewählte Anzahl von einzelnen Ventilatoreinheiten wird in einer Ventilatoranordnung bereitgestellt. Die Anordnung ist zum Betrieb mit einer Anzahl von in Betrieb befindlichen Ventilatoreinheiten imstande, die kleiner als die vorgewählte (maximale) Anzahl der Ventilatoreinheiten ist.

[0003] Eine Steuerungseinrichtung dient zur Optimierung der in Betrieb befindlichen Ventilatoren abhängig vom geforderten Betriebspunkt der raumlufttechnischen Anlage. In der Steuerungseinrichtung werden zu diesem Zweck je ein mathematisches Modell für die statische Druckerhöhung und die elektrische Leistungsaufnahme der Ventilatoranordnung, abhängig von der Anzahl in Betrieb befindlicher Ventilatoren, implementiert. In zwei nacheinander ablaufenden Iterationsschleifen werden für einen beliebigen Betriebspunkt - bestehend aus Volumenstrom und Druckerhöhung - zunächst alle zum Erreichen dieses Betriebspunkts technisch möglichen Ventilatorkombinationen bestimmt und in eine Matrix gespeichert. Die Iterationsgröße ist hierbei zunächst die Drehzahl, die inkrementell von einem Minimal- bis zu einem Maximalwert für eine feste Anzahl an Ventilatoren erhöht wird. Anschließend wird in einer überlagerten Iterationsschleife die Anzahl der in Betrieb befindlichen Ventilatoren um eins erhöht, bis die maximale Anzahl an Ventilatoren der Ventilatoranordnung erreicht wurde. Für alle, als technisch geeigneten und in der Ergebnismatrix abgespeicherten Ventilatorkonfigurationen wird anschließend mittels des zweiten mathematischen Modells die Leistungsaufnahme bestimmt. Die Konfiguration mit der kleinsten Leistungsaufnahme wird als optimale Konfiguration ausgewählt. Wie der Umschaltvorgang zum Erreichen dieser optimalen Konfiguration ausgehend von der aktuellen Konfiguration, also insbesondere das Zu- und Abschalten von einzelnen Ventilatoren durchzuführen ist wird nicht weiter ausgeführt. Auch die (negative) Beeinflussung des Anlagenvolumenstroms und -drucks während des Umschaltvorgangs in Form von Schwankungen eben dieser Betriebsgrößen und wie einem solchen entgegengewirkt werden kann, wird nicht spezifiziert.

[0004] Aktuelle Modellierungsansätze für Ventilatoren verwendeten häufig ein kubisches Polynom für einen Betriebskenngrößenverlauf und skalierten diese Näherung dann entsprechend den Ähnlichkeitsgesetzen des Ventilators (Müller D., 2016; Carolus, 2013). Einige Modelle verwendeten möglicherweise separat angepasste Polynome für jede einzelne Geschwindigkeitslinie, aber die Informationen zwischen diesen Geschwindigkeitslinien seien nicht ausreichend darstellbar (Mahendra Singh, 2020), fasst eine wissenschaftliche Veröffentlichung der RWTH Aachen, Autoren Ostmann, Kremer, Mathis und Müller, Titel "Efficiency Increase of Air Handling Units by Parallely Operated Fans" (www.ashrae.org; DOI: 10.18154/RWTH-2022-08049) zusammen. Neben dem Volumenstrom und dem statischen Druckerhöhung muss demnach auch die Drehzahl des Ventilators bekannt sein, um die Betriebskenndaten vorhersagen zu können. Den Strömungsmaschinen zugeordnete Rückschlagklappen seien zur Vermeidung von Rückströmung notwendig. Wie eine Umsetzung und ein Zusammenspiel mit einer Ventilatorsteuerung erfolgen kann, bleibt offen. Das für die vorliegenden Erfindung wichtige Thema der Betriebsgrößenkonstanthaltung im Umschaltzeitpunkt wird nicht betrachtet.

[0005] Es ergeben sich bei der Durchführung solcher Optimierungsansätze für die Anzahl in Betrieb befindlicher Ventilatoren einer Ventilatorenanordnung vor allem zwei grundsätzliche Probleme. Zum einen ist das Zu- und Abschalten von Ventilatoreinheiten im laufenden Betrieb unter Konstanthaltung der hauptsächlichen Anlagenbetriebsgrößen Volumenstrom und Druckerhöhung bisher nicht gelungen. Zum anderen erfordert die ausreichend genaue Bestimmung der optimalen Ventilatoranzahl für einen beliebigen Betriebspunkt meist mehrere, komplexe, mathematische Modelle, die zunächst jeweils aufwendig mit Messdaten kalibriert werden müssen und während des Betriebes ein hohes Maß an Rechenaufwand erfordern.

[0006] Es wird folglich nach Verbesserungen in den rechnerischen Optimierungen und/oder Steuerungskonzepten und den verwendeten, anlagentechnischen Komponenten und Komponentenanordnungen gesucht.

[0007] Der Erfindung liegt als eine Idee zugrunde, dass zumindest ein Polynom zur Berechnung der Betriebsgröße, für die der Anlagenbetrieb zu optimieren ist, vornehmlich der statische Systemwirkungsgrad, die Schallemission oder eine (gewichtete) Kombination dieser Größen, verwendet wird. Das Problem der nicht-linearen Korrelationen, weswegen eine lineare Interpolation nicht erfolgreich war, soll nun ein Ansatz mit einem bivariaten Polynom lösen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden drei bivariate Polynome für die Determinationen des Wirkungsgrads, des Schalls und der Drehzahl verwendet.

[0008] Der Erfindung liegt die weitere Idee zugrunde, dass eine Optimierung einer raumlufttechnischen Anlage mit Ein- oder Ausschalten von Ventilatoreinheiten, bis in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunkts bestehend aus dem geförderten Volumenstrom und der Druckerhöhung die optimale Anzahl der im Betrieb befindlichen Einheiten erreicht ist, als Optimierungsverfahren noch verbessert bzw. ersetzt werden kann. Statt iterativ vorzugehen, wird ein implizites Vorgehen vorgeschlagen, nämlich mittels direkter Berechnung der optimalen Anzahl an Strömungsmaschinen und Steuerung derselben aufgrund eines geforderten Volumenstroms und/oder einer geforderten Druckerhöhung. Es soll dabei nicht nötig sein, eine iterative Berechnungsschleife unter inkrementeller Erhöhung einer weiteren Betriebsgröße zu durchlaufen. Konkret soll beispielsweise die Drehzahl in den zu betrachtenden Betriebspunkten eines Ventilators nicht mehr iterativ ermittelt werden müssen, weil zur Wirkungsgradberechnung nach dem Stand der Technik Volumenstrom, Druck und Drehzahl benötigt werden, vgl. RWTH Aachen, Ostmann, Kremer, Mathis und Müller "Efficiency Increase of Air Handling Units by Parallely Operated Fans". Die Drehzahl bestimmen zu können, erscheint gegenüber bisher vorgeschlagenen iterativen Annäherungen vorteilhaft. Eine festsetzbare Drehzahlgrenze würde Gewissheit geben können, dass ausschließlich mittels der raumlufttechnischen Anlage realisierbare Optima angesteuert werden.

[0009] Ein anlagentechnisches Optimierungspotenzial wird im Rahmen der Erfindung in einer Anordnung unabhängig voneinander stetig ansteuerbarer Luftregel- und -absperrklappen zumindest hinter jeder einzelnen Strömungsmaschine erkannt. Der hier vorgeschlagene, bevorzugt direkte Anschluss einer Luftregel- und -absperrklappe zumindest vor oder hinter zumindest einer der Strömungsmaschinen ist in einer an sich nicht für erforderlich zu haltenden Funktionalität eher übertrieben aufwändig im apparativen Aufbau und ihrer Ansteuerung. Diese bieten im Vergleich zu sonst gebräuchlichen, rein passiv arbeitenden Rückschlagklappen aber die Möglichkeit, die Steuerungseinrichtung unkonventionell zu konfigurieren, um Vorteile zu heben. Eine optimale Anzahl von in Betrieb befindlichen Ventilatoreinheiten kann in Betrieb gehalten werden. Unter minimaler Gesamtvolumenstrom- und Druckbeeinflussung sind einzelne Strömungsmaschinen in Betrieb zu setzen oder aus dem Betrieb zu nehmen. Dies wird gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Strömungsmaschinengruppen gemäß vorgebbarem Muster umgesetzt, beispielsweise unter Bevorzugung diagonal benachbart angeordneter Strömungsmaschinen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0010] Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche.

[0011] Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen, die per Verweis als in die Beschreibung einbezogen gelten, und Gegenstand der oben bereits zu den Lösungsansätzen begonnenen wie auch nachfolgenden Beschreibung.

[0012] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum optimierten Steuern einer Anordnung von parallelgeschalteten Strömungsmaschinen einer raumlufttechnischen Anlage umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

• Vorwählen oder Feststellen einer Startanzahl von operativen Strömungsmaschinen, bevorzugt etwa fünf bis zwanzig Strömungsmaschinen oder beispielsweise Gruppen solcher parallelgeschalteten Strömungsmaschinenanzahlen, besonders bevorzugt Ventilatorwandgestaltungen mit 100 parallelgeschalteten oder einigen 100er Gruppen solcher parallelgeschalteter Strömungsmaschinen, sodass sich eine Reserveanzahl nicht operativer Strömungsmaschinen (12) ergibt;
• Abgleich eines Regelparameters wie beispielsweise eines Volumenstromistwertes (24I) mit einem Sollwert (24S) als Führungsgröße, wonach sich die Drehzahl der operativen Strömungsmaschinen und/oder ihre Anzahl einer Drehzahl- und/oder Anzahloptimierung (30) folgend verändert, wobei die Drehzahl- und/oder Anzahloptimierung (30) mittels zumindest eines bivariaten Polynoms eine Optimalanzahl und/oder Optimaldrehzahl operativer Strömungsmaschinen (12) ermittelt.

[0013] Dieses Verfahrens verbessert die Druck- und/oder Drehzahlregelung bzw. vermeidet zu große Schwankungen des Volumenstromverlaufs bis hin zu deren Eliminierung.

[0014] Eine erfindungsgemäße raumlufttechnische Anlage hat zumindest zwei parallelgeschaltete Strömungsmaschinen oder wie oben erwähnt größere Gruppen solcher parallelgeschalteter Strömungsmaschinen, die mittels einer Steuerungseinrichtung beeinflussbar sind, bevorzugt gruppenweise, um beispielsweise den Gesamtluftvolumenstrom zu steuern. Vor und/oder hinter jeder einzelnen Strömungsmaschine sind unabhängig voneinander ansteuerbare Luftregel- und -absperrklappen angeordnet.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0015] Im Folgenden wird die vorgeschlagene Vorrichtung mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Diese Beschreibung dient dazu, das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung zu erklären, ohne dass ausschließlich die dargestellte besonders vorteilhafte Ausführungsform den grundsätzlicheren, insbesondere in den Patentansprüchen formulierten Schutz einschränken darf.

[0016] Es zeigen

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für ein Optimierungsverfahren zum Betrieb einer raumlufttechnischen Anlage mit parallelgeschalteten Strömungsmaschinen und jeweils zumindest einer Dosierklappe, wobei mit den Buchstaben A und B (jeweils umkreist) Verfahrensoptionen abgekürzt dargestellt sind, die in den Figuren 2 und 3 ausführlicher skizziert sind;

Figur 2 die in Figur 1 abgekürzt vermerkte Verfahrensoption B zum Zuschalten einer Strömungsmaschine und die Regelung der zugehörigen Luftregel- und -absperrklappen;

Figur 3 die in Figur 1 abgekürzt vermerkte Verfahrensoption A zum Abschalten einer Strömungsmaschine und die Regelung der zugehörigen Luftregel- und -absperrklappen;

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für eine raumlufttechnische Anlage zur Durchführung eines raumlufttechnischen Verfahrens, das nach dem in den Figuren 1 bis 3 vorgestellten Verfahren optimierbar ist, mit zwei parallelgeschalteten Strömungsmaschinen und jeweils zwei, in Strömungsrichtung vorangeschalteten und nachgeschalteten, Luftregel- und -absperrklappen, wobei Erfassungspositionen für Messungen, insbesondere des Druckes, schematisch eingezeichnet sind; und

Figur 5 eine Diagrammdarstellung des Ergebnisses einer Volumenstrommessreihe zur Dokumentation von Umschaltvorgängen mit über der Versuchszeit aufgetragenen Volumenstromergebnislinien für die beiden Strömungsmaschinen Ventilator 1 und Ventilator 2 aus Figur 4 und dem nur leicht um einen konstanten Nennvolumenstrom schwankenden Gesamtvolumenstrom.

[0017] In Figur 1 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Optimierung des Betriebs einer raumlufttechnischen Anlage dargestellt, das eine Entwicklung von bivariaten Polynomen zur präzisen Auslegung und Berechnung von Strömungsmaschinen nutzt.

[0018] Eine mathematische Modellierung einer Strömungsmaschine dient zur Vorhersage verschiedener Betriebsgrößen, auf der Analyse von Messdaten basierend. Grundlage für die mathematische Modellierung ist demnach die Erstellung einer geeigneten Datenbasis. Diese Datenbasis besteht vorliegend aus Messungen realer Betriebsbedingungen der Strömungsmaschine 12, beispielsweise eines Ventilators 12.1, 12.2 oder einer Ventilatoranordnung 10, wie in Figur 4 schematisch und beispielhaft dargestellt. Die gemäß Figur 4 links in eine Einlassöffnung 11 einströmende Luft wird in parallel angeordnete Kanäle 16 aufgeteilt. Jeder Kanal umfasst abgedichtet mit seiner Kanalwand hintereinander zumindest eine Luftregel- und -absperrklappe 14.1V, 14.2V, 14.1H, 14.2H und je einen der Ventilatoren 12.1, 12.2. Für die Güte des Modells ist es entscheidend und damit auch wichtig, dass bzw. ob die Datenbasis die Betriebszustände der Strömungsmaschine 12 hinreichend genau widerspiegelt. Im Speziellen bedeutet dies vor allem, dass ein ausreichend großer Datenbestand, der das gesamte Betriebsspektrum der Strömungsmaschine 12 abdeckt, gewählt wird.

[0019] Die Betriebspunkte, die gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels in die Datenbasis aufgenommen werden, haben die Form von Wertetripeln, die sich stets aus den beiden unabhängigen Regelgrößen Volumenstrom Q 24, Druckerhöhung Δp 26 und je einer der folgenden Größen (abhängige Größen) zusammensetzen: Drehzahl n 22, Wirkungsgrad η, Schallleistungspegel Lw.

[0020] Für eine zu ermittelnde abhängige Größe Y, bevorzugt den Wirkungsgrad, wird ein bivariates Polynom, also ein Polynom in zwei Variablen f (x, y) = Σ_i,ja_j,jxⁱy^j, insbesondere der Form

vorgegeben. Die genaue Form des bivariaten Polynoms, also insbesondere die Anzahl der relevanten Monome und der totale Grad, hängen von dem physikalischen Verhalten der zu betrachtenden abhängigen Größe Y ab und werden gemäß dem hier geschilderten Ausführungsbeispiel vorgegeben. Anschließend werden die unbekannten Koeffizienten des Polynoms a0, a1, ..., an anwendungsspezifisch mittels eines Statistikprogramms ermittelt. Hierzu wird eine multiple, nichtlineare Regressionsanalyse auf Grundlage der ermittelten Datenbasis durchgeführt. Dabei werden vorliegend der Volumenstrom Q 24 und die Druckerhöhung Δp 26 als unabhängige Variablen verwendet. Die Regressionsanalyse liefert die unbekannten Koeffizienten a0, a1, ..., an. Mit dem so ermittelten bivariaten Polynom, vorliegend ein Wirkungsgradpolynom 28, wird über das gesamte Betriebsspektrum der Strömungsmaschine für jeden Betriebspunkt oder für ausgewählte Betriebspunkte, als Wertepaar aus Druck Δp 26 und Volumenstrom Q 24, die jeweilige abhängige Größe Y (bevorzugt Wirkungsgrad) berechnet und zur Auswahl der optimalen Anzahl an Ventilatoren verwendet werden.

[0021] Dies ermöglicht die optimierte Auslegung der Strömungsmaschine 12 bzw. der parallelen Strömungsmaschinenanordnung 10, insbesondere die optimale Anzahl der zu- bzw. abzuschaltenden Ventilatoren und die Simulation des Betriebsverhaltens in beliebigen Betriebspunkten.

[0022] Bei Verwendung von mehreren Ventilatoren N = 1 bis N_max (mindestens zwei, vgl. Figur 4) als Strömungsmaschinen, kann diese Anzahl 1 bis N_max im Teillastbetrieb mit verschiedenen Kombinationen vorteilhaft genutzt werden, also nicht unbedingt immer ein Betrieb mit der vollen Anzahl der Ventilatoren.

[0023] Luftabsperrklappen sind dazu bekanntermaßen zwingend erforderlich, um eine Rückströmung durch einen stehenden Ventilator zu verhindern. Eine Rückströmung würde die Effizienz des Systems erheblich reduzieren. Im Stand der Technik finden Rückschlagklappen Einsatz, die passiv öffnen und schließen.

[0024] Eine optimale Betriebsweise mit mehreren parallel angeordneten Strömungsmaschinen 12 und davor und / oder jeweils dahinter angeordneten Luftregel- und -absperrklappen 14 wurde erreicht. Installierte Anlagen können oft nicht bei jedem Umschaltvorgang ausgeschaltet und neu angefahren werden. Viele raumlufttechnische Anwendungen benötigen einen kontinuierlichen und stetigen Betrieb. Daher ist für eine hier vorgestellte vorteilhafte Vorrichtung zum Betrieb mehrerer parallel geschalteter Strömungsmaschinen vorgeschlagen, dass je Strömungsmaschine 12 bzw. gruppenweise Umschaltvorgänge gegen geschlossene Luftregel- und -absperrklappen 14 realisiert werden. Es ist eine Druck 26 - und Drehzahl 22 - Regelung entwickelt worden, um Schwankungen des geforderten Volumenstroms 24 zu vermeiden.

[0025] Die Nutzung von reinen Rückschlagklappen erscheint demgegenüber unvorteilhaft, da Rückschlagklappen nicht steig geschlossen werden können, sondern nur passiv die Stellungen auf oder zu realisiert werden können. In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind zur Verbesserung der Redundanz sowohl vor dem Ventilator als auch nach dem Ventilator Luftregel- und -absperrklappen als Absperrorgane angebracht. Alternativ ist es in weiteren vorteilhaften Ausführungsformen vorgesehen, einzelne Luftregel- und -absperrklappen direkt, also ohne Kanalführungen oder gar zusätzliche Aggregate dazwischen, vor oder nach der Strömungsmaschine zu positionieren / anzuflanschen. Kombinationen mit passiven Klappen können zur Redundanz beitragen und Anschaffungskosten begrenzen.

[0026] Die Umschaltung zwischen den verwendeten Ventilatoren 12.1, 12.2 im laufenden Betrieb ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform so realisiert, dass insbesondere die im Betrieb verbleibenden Ventilatoren in ihrer Drehzahl reduziert werden, während der zugeschaltete Ventilator gegen zumindest eine geschlossene Luftregel- und - absperrklappe anfahren muss, bis die Druckdifferenz zwischen den Ventilatoren zumindest soweit ausgeglichen ist, wie es die Fertigungstoleranzen und die Leistungsfähigkeit von Abdichtungen erlauben. Dadurch lassen sich Schwankungen im Volumenstrom minimieren. Die Luftregel- und -absperrklappen des zugeschalteten Ventilators werden bevorzugt sukzessiv geöffnet.

[0027] Umgekehrt wird der aus dem Betrieb genommene Ventilator bevorzugt langsam in der Drehzahl reduziert, während die in Betrieb bleibenden Ventilatoren in Ihrer Drehzahl langsam angehoben werden, um den Betriebspunkt konstant zu halten.

[0028] Die Klappen des außer Betrieb zu nehmenden Ventilators werden bevorzugt druckgeregelt geschlossen. Ziel ist es auch hierbei, den Volumenstrom stetig zu ändern.

[0029] Soll die Strömungsmaschinenanordnung 10 beispielsweise von 50.000 m³/h auf 30.000 m³/h herunterfahren, wären nach dieser Volumenstromreduzierung nicht vier im Betrieb befindliche Ventilatoren, sondern drei Ventilatoren sinnvoll. Als Folge der obigen Verfahrensentwicklung müsste niemand reagieren, der beispielsweise eine Tabelle des Herstellers kennt. Die Sensorik würde überwachen, wie das System auf das Herunterfahren reagiert. Das System erkennt gemäß Figur 1 in der Raute "RPM=MIN?", dass wegen irgendwann zu geringer Drehzahl, solange erst einmal alle vier Ventilatoren auf 30.000 m³/h fahren (regeln), zumindest ein Ventilator abzuschalten ist "Num 1 verringern (A)". Dann werde(n) sukzessive dem Schaltbild in Figur 3 folgend die Klappe(n) vor und / oder hinter dem Ventilator Nr. 4 geschlossen, während der als Strömungsmaschine eingesetzte Ventilator Nr. 4 herunterfährt. Gleichzeitig werden die Ventilatoren Nr. 1 bis 3 in ihrer Drehzahl angehoben.

[0030] Diese Vorgehensweise kann auch genutzt werden, wenn einzelne Ventilatoren für Wartungszwecke oder aus Redundanzgründen komplett außer Betrieb genommen werden.

[0031] Um beim periodischen Wechsel der Ventilatoren eine Fehlzirkulation und einen Abfall des Kanaldrucks zu verhindern, wird gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante folgendes Vorgehen implementiert:

Ausgangsituation:

[0032] Die Umschaltung erfolgt im jeweiligen Betriebspunkt der Strömungsmaschinenanordnung (z. B.: ~50 % des Nennluftvolumenstroms). Der Ventilator 1 gemäß Figur 4 ist in Betrieb, der Ventilator 2 ist ausgeschaltet. Zur Fahrweise mit jeweils inkrementellem Öffnen werden vorgeschlagen:

Variante 1 - Für die Dauer des Umschaltvorgangs bleibt die Druckregelung aktiv.

Variante 2 - Für die Dauer des Umschaltvorgangs wird die Druckregelung eingefroren und die Sollwerte festgesetzt.

[0033] Der Ablauf zur Umschaltung ist gemäß diesem Vorschlag wie folgt:
Der Ventilator 12.2 erhält das Stellsignal des Ventilators 12.1. Dieses Stellsignal wird über einen Rampenbaustein geführt, um ein zu schnelles Anfahren zu vermeiden.

[0034] Der Ventilator 12.2 fährt bei geschlossener Luftregel- und -absperrklappe 14.2 an und fährt den inneren Druck P2 (in Figur 4 eingetragen) auf den gleichen Wert wie P1 (dies kann alternativ mittels eines Zeitglieds gelöst werden). Dadurch wird beim Öffnen der Luftregel- und -absperrklappen 14.2 eine Rückströmung verhindert.

[0035] Die Klappengruppe M2 öffnet die Luftregel- und -absperrklappe 12.2H stetig, während die Klappengruppe M1 die Luftregel- und -absperrklappe 14.1H stetig schließt. Ist die jeweils zweite dargestellte Luftregel- und -absperrklappe 14.1/2V vorhanden, sind sie so gestellt, dass der Volumenstrom möglichst unbeeinflusst bleibt oder den jeweils selben Regelungserfolg im jeweiligen Kanal 16 sichert.

[0036] Ventilator 12.2 fährt gemäß Rampe weiter Richtung Sollwert.

[0037] Das Abfahren von Ventilator 12.1 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge zum Anfahren.

[0038] Sobald der Motor M1 die Luftregel- und -absperrklappe 14(n) 14.1 komplett geschlossen hat, wird Ventilator 12.1 abgeschaltet.

[0039] Auch kann mit dieser Fahrweise ein Betrieb von beiden Ventilatoren 12.1 und 12.2 erreicht werden.

[0040] Beispielsweise wird zum Betrieb eines Ventilators 12.1 der zweite Ventilator 12.2 dazu geschaltet. Ventilator 12.1 befindet sich beispielsweise bei 50 % der Gesamtnennluftmenge in Betrieb, während Ventilator 12.2 gegen die geschlossene Luftregel- und -absperrklappe 14.2 anfährt. Wird per Druckvergleich P2 = P1 erreicht, beginnt der Motor M2 die Luftregel- und - absperrklappe 14.2 zu öffnen und beide Ventilatoren (12.1 und 12.2) werden nach P1 = P2 geregelt.

[0041] Das Zu- oder Abschalten von Ventilatorgruppen erfolgt gemäß bevorzugten Ausführungsformen nach dem gleichen Verfahren.

[0042] Mit dieser Fahrweise kann erheblich an Energie eingespart werden. Die erreichbare Energieeinsparung liegt gemäß Versuchen mit solchen Versuchsanlagen im Teillastbetrieb bei etwa 6 bis 19 %.

[0043] Bevorzugt wird mittels des in Figur 1 verwendeten Polynoms eine Betriebsvariante verwendeter Strömungsmaschinen optimiert.

[0044] Damit wird die raumlufttechnische Anlage nicht nur nach dem höchsten Systemwirkungsgrad, sondern auch oder ausschließlich nach dem niedrigsten Schallpegel betrieben bzw. optimiert.

[0045] Gegenüber bekannten Optimierungsverfahren lassen sich mittels hier vorgeschlagenen vorteilhaften Ausführungsformen Iterationsschritte einsparen.

Bezugszeichenliste

[0046] 

10

Strömungsmaschinenanordnung, insbesondere raumlufttechnische Anlage mit Ventilatoranordnung

11

Einlassöffnung

12

Strömungsmaschine, insbesondere Ventilator

12.1, 12.2

Ventilator

14.1V, 14.2V

Luftregel- und absperrklappe

14.1H, 14.2H

Luftregel- und absperrklappe

16

Kanal

22

Drehzahl

24

Volumenstrom / Volumenstromsensoren

24I

Istwert

24S

Sollwert

26

Druckerhöhung / Drucksensoren

28

Wirkungsgradpolynom

30

Anzahloptimierung

A

Abschaltverfahren

B

Zuschaltverfahren

Ansprüche

1. Verfahren zum optimierten Steuern einer Anordnung von parallelgeschalteten Strömungsmaschinen einer raumlufttechnischen Anlage (10), umfassend die Verfahrensschritte:

Vorwählen oder Feststellen einer Startanzahl von operativen Strömungsmaschinen (12), sodass sich eine Reserveanzahl nicht operativer Strömungsmaschinen (12) ergibt;

Abgleich eines Regelparameters wie beispielsweise eines Volumenstromistwertes (24I) mit einem Sollwert (24S) als Führungsgröße, wonach sich die Drehzahl der operativen Strömungsmaschinen und/oder ihre Anzahl einer Drehzahl- und/oder Anzahloptimierung (30) folgend verändert, wobei die Drehzahl- und/oder Anzahloptimierung (30) mittels zumindest eines bivariaten Polynoms eine Optimalanzahl und/oder Optimaldrehzahl operativer Strömungsmaschinen (12) ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verwendung des zumindest einen bivariaten Polynoms zur Auslegung und Berechnung von Strömungsmaschinen (12), wobei Betriebspunkte als Wertetripel in eine Datenbasis aufgenommen werden, insbesondere in der Zusammensetzung aus (i) unabhängigen Regelgrößen Volumenstrom (24) und Druckerhöhung (26) und (ii) einer abhängigen Größe.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als abhängige Größe auszuwählen oder zu kombinieren ist unter einem oder mehrerem von Schalleistungspegel, Wirkungsgrad und/oder Drehzahl (22).

4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere für eine zu ermittelnde abhängige Größe, vorzugsweise den Wirkungsgrad, ein bivariates Polynom der Form

verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung zumindest eines der Koeffizienten des bivariaten Polynoms a₀, a₁, ..., a_n eine multiple, nichtlineare Regressionsanalyse durchgeführt wird, insbesondere auf Grundlage der ermittelten Datenbasis und unter Verwendung des Volumenstroms (24) und der Druckerhöhung (26) als unabhängige Variablen.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anforderung, eine oder mehrere zusätzliche Strömungsmaschine(n) i in Betrieb zu nehmen, im Verfahren zumindest eine dieser bzw. diesen zusätzlichen Strömungsmaschine(n) (12) zugeordnete Luftregel- und -absperrklappe (14) als vor Inbetriebnahme geschlossen berücksichtigend zunächst eine Startdrehzahl für die zusätzliche Strömungsmaschine i festsetzt, um anfangs Luft gegen die geschlossene Luftregel- und - absperrklappe (14) zu fördern.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnen der Luftregel- und -absperrklappe (14) inkrementell erfolgt, bevorzugt Inkrement für Inkrement jeweils nach Soll-Istwertabgleich zum Volumenstrom oder Kanaldruck und Anpassung der Drehzahlen der bereits operativen und des/r in Betrieb genommenen zusätzlichen Strömungsmaschinen, bis die Luftregel- und -absperrklappe (14) vollständig geöffnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass infolge einer Anforderung, eine oder mehrere Strömungsmaschine(n) i außer Betrieb zu nehmen, eine Stilllegedrehzahl für die betreffende Strömungsmaschine i festgesetzt wird und ein Schließvorgang für die zumindest eine der betreffenden Strömungsmaschine i zugeordnete Luftregel- und -absperrklappe (14) initiiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließvorgang der Luftregel- und -absperrklappe (14) inkrementell erfolgt, vorzugsweise je Inkrement unter Soll-Istwert-Abgleich in Bezug auf den Volumenstrom, bis die Luftregel- und -absperrklappe (14) vollständig geschlossen ist.

10. Raumlufttechnische Anlage mit zumindest zwei parallelgeschalteten Strömungsmaschinen, die mittels einer Steuerungseinrichtung beeinflussbar sind, um beispielsweise den Gesamtluftvolumenstrom zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder hinter jeder einzelnen Strömungsmaschine unabhängig voneinander ansteuerbare Luftregel- und -absperrklappen (14) angeordnet sind.

11. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 10, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9.

12. Verwendung von Luftregel- und -absperrklappen (14) zum Anschluss an zumindest einzelne Strömungsmaschinen (12) einer Gruppe von Strömungsmaschinen, wobei an zumindest an eine dieser Strömungsmaschine(n) (12) zumindest eine Luftregel- und - absperrklappe (14) direkt angeschlossen ist, nämlich zum inkrementellen Öffnen und Schließen der Zustrom- und / oder Abluftöffnung der jeweiligen Strömungsmaschine (12), bevorzugt zum geregelten Öffnen und Schließen in Abhängigkeit von Volumenstrom und Druck, wobei besonders bevorzugt zusätzlich auch die Drehzahl der Strömungsmaschine (12) inkrementell verändert bzw. mitgeregelt wird.

13. Computerimplementiertes Verfahren der Raumlufttechnik zur Durchführung oder zumindest Computerunterstützung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, nämlich zur Ansteuerung von einzelnen Strömungsmaschinen oder Gruppen solcher Strömungsmaschinen, vor und/oder nach denen jeweils in ihrer Durchströmungsrichtung gesehen zumindest ein Durchflussbeeinflussungsaggregat als Luftregel- und -absperrklappe (14) angeordnet ist/sind, umfassend ein Zuschaltverfahren (B) und ein Abschaltverfahren (A) als Objekte des Optimierungsverfahrens zum Betrieb einer raumlufttechnischen Anlage (10) mit parallel angeordneten Strömungsmaschinen (12).

14. Datenverarbeitungsgerät mit angeschlossenen Volumenstromsensoren (24) und Drucksensoren (26) zur Abbildung eines Kennfeldes von rotierenden Aggregaten (12) in variabler Anzahl im Betrieb mehrerer dieser Aggregate (12) in einer Parallelanordnung, insbesondere zur Durchführung eines raumlufttechnischen Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9.

15. Computerprogramm oder computerlesbares Medium mit Anweisungen, die, wenn das Programm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, das Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.

Zeichnung