do, 7 November 2019

Verwaltung einer Lüftungsanlage mit Lastregelung für ein Geschäftszentrum

Der Anwendungskontext

Das Warsaw Business Center im historischen Zentrum von Warschau, Polen, basiert auf der Renovierung eines Gebäudes aus der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts, das früher als staatliche Verwaltung genutzt wurde. Es besteht aus mehreren Blöcken und ist heute der Sitzt für Start-ups und Auslagerungen internationaler Unternehmen.

Kundenanfragen

Das zwischen den 1940er und 1950er Jahren errichtete Gebäude wurde kürzlich einer Modernisierung seiner Systeme, einschließlich der Lüftungsanlage, unterzogen. Es galt, jeden Flügel des Gebäudes unabhängig zu verwalten, die Luftqualität zu überwachen und Spitzen beim Stromverbrauch durch den gleichzeitigen Betrieb der Lüftung in mehreren Bereichen zu vermeiden.

Ekinex Lösungen

Die Steuerung und Überwachung der Lüftungsanlage und der Energieversorgung wurde der Ekinex SPS EK-IA1-TP übertragen. Jeder Bereich des Gebäudes ist mit einem wechselrichtergesteuerten Absauger/Absaugventilator und einem CO2-Detektor zur Messung der Luftqualität ausgestattet; überschreitet die CO2-Konzentration einen Schwellenwert von S1, muss die Lüftungsanlage aktiviert werden. Um den Spitzenwert des Stromverbrauchs durch den gleichzeitigen Betrieb der Lüftung mehrerer Zonen so weit wie möglich zu vermeiden, wurde beschlossen - wenn der Gesamtverbrauch unter einem bestimmten Leistungsniveau liegt -, den Eingriff des Ventilators auf einen Schwellenwert S2 vorzuziehen (für den die Luftqualität noch als ausreichend angesehen wird). Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der Zustand erreicht wird, in dem ein Eingriff in die Lüftung unerlässlich ist, indem die Zeiten des geringeren Verbrauchs genutzt werden, um den CO2-Ausstoß im Voraus zu senken. Wird die Anforderung "Vorbelüftung" innerhalb von 30 Minuten nicht erfüllt (oder erreicht die CO2-Konzentration den oberen Grenzwert), wird die Belüftung dennoch ohne Einschränkung des Verbrauchs gestartet.

In der Praxis kann das Aktivierungsschema als diese Regeln zusammengefasst werden (genannt C die CO2-Konzentration):

  • wenn C kleiner als S2 ist, wird der Ventilator abgeschaltet;
  • wenn C S2 überschreitet und die Gesamtleistung kleiner als Pmax ist, wird die Lüftung gestartet;
  • wenn C über S2 gehalten wird, aber die Gesamtleistung weiterhin höher als Pmax ist, wird die Lüftung nach 30 Minuten gestartet;
  • in jedem Fall, unabhängig vom Verbrauch, wenn C S1 überschreitet, wird die Lüftung gestartet.

Für die Berechnung des Gesamtverbrauchs ist jedem Lüfter ein entsprechender Wert der elektrischen Leistung zugeordnet, den wir der Einfachheit halber als fest betrachten; in Wirklichkeit könnte dieser Wert von einem Lastanalysator gemessen werden. Um dem Mechanismus eine gewisse Komplexität hinzuzufügen, nehmen wir an, dass jede der Zonen mit einem internen Temperatursensor  ausgestattet ist und dass Ihnen ein externer Temperatursensor zur Verfügung steht: wir möchten sicherstellen, dass bei zu hoher Innen-/Außentemperaturdifferenz (z.B. größer als 20°C) der Lüfter mit reduzierter Drehzahl läuft, um eine Überlastung der Heiz- (oder Kühl-) Systeme zu vermeiden. Nachfolgend wird die Implementierung des Systems für die alleinige Verwaltung der Lüftung auf der Grundlage der erfassten CO2-Werte und der Lastkontrolle vereinfacht.

In Wirklichkeit hat das System andere Faktoren berücksichtigt, wie z.B. die regulatorischen Faktoren, die eine Anpassung der Lüftung an die Anzahl der im Gebäude anwesenden Personen und andere Variablen vorsehen. Beginnen wir mit der Berechnung der von den derzeit in Betrieb befindlichen Ventilatoren verbrauchten Leistung (nehmen wir 3 Zonen an, um die Zahlen nicht zu belasten):

 

 

Betrachten wir nun eine Sample-Zone (im Beispiel Zone Nr.1). Lassen Sie uns das erste Kriterium überprüfen, nämlich ob die Konzentration in der Zone den präventiven Schwellenwert überschreitet:

 

 

Wenn der Eingriff des Ventilators erforderlich ist, berechnen wir den erwarteten Verbrauch und aktivieren die Belüftung dieses Bereichs:

 

 

Beachten Sie, dass es bei der vorherigen Berechnung berücksichtigt werden sollte, wenn die Zone bereits aktiv ist. In diesem Fall beinhaltet der Gesamtverbrauch bereits den Verbrauch der Fläche selbst, so dass der "erwartete" Verbrauch bereits der aktuelle ist und der Verbrauch der Fläche nicht ein zweites Mal addiert werden sollte.

Wir führen die Überprüfung aller Kriterien durch, und zwar: 

  • wenn der Verbrauch durch Aktivieren der Belüftung des Bereichs den gewünschten Wert nicht überschreitet;
  • wenn seit mehr als 30 Minuten kein Antrag mehr anhängig ist;
  • vor allem, wenn der maximal tolerierbare CO2-Schwellenwert nicht überschritten wird.

 

 

Das Auftreten einer der oben genannten Bedingungen zwingt den Ventilator zur Inbetriebnahme:

 

 

Lassen Sie uns nun den weiteren Zustand der Anlage untersuchen. Zuerst berechnen wir die interne/externe Temperaturdifferenz und prüfen, ob sie nicht höher als der gewählte Grenzwert ist (in diesem Fall begrenzen wir die Drehzahl des Ventilators):

 

 

Beachten Sie, dass der Mechanismus bei kühler und wärmerer Außenluft gleich funktionieren muss. Anschließend erzeugen wir die Referenz für die Lüfterregelung gemäß der vorherigen Bedingung:

 

 

Die Umsetzung unseres Modells ist so vollständig. Natürlich hätten wir, obwohl wir im Rahmen der Vereinfachung geblieben sind, die Logik noch vervollständigen können (z.B., wenn man bedenkt, dass bei einem Lüfter mit niedriger Drehzahl der Wert seines erwarteten Verbrauchs unterschiedlich sein muss, oder wenn man die Betriebsdrehzahl proportional zur Temperaturdifferenz moduliert). Diese Verfeinerungen sind sicherlich mit relativer Leichtigkeit möglich, aber sie wären im Vergleich zum Hauptzweck dieser Diskussion überflüssig gewesen, nämlich zu zeigen, wie der Einsatz der SPS es ermöglicht, selbst scheinbar komplexe oder gegliederte Mechanismen einfach zu implementieren, die mit den einzigen in einzelne Geräte integrierten Funktionen nur sehr schwer zu erreichen sind.

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