[发明专利]利用预测式控制器件用于控制建筑物中室温的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于在建筑物中控制和调节室温的装置。这种装置适用于例如在建筑物内加热并冷却空间或空间区域，且是例如建筑物自动化系统的一部分。 

现有技术

可将室温调节到预先确定的规定值(Sollwert)的调节装置是众所周知的。已知的调节装置包括例如所谓的PID调节器以及对制热水循环或制冷水循环起作用的促动器。 

在文献WO94/27202中公开了，为了降低能量成本，基于接收到的价格表信息和天气预报信息来控制电制热。 

在文献EP1074900A中公开了用于调节或控制供给量的预测器件( Einrichtung)。 

发明目的 

本发明的目的在于，提供一种装置，通过这种装置可以实现可选择舒适度、且通过其可优化使用低成本的制热能量和制冷能量，以降低能量消耗。 

该目的根据本发明通过权利要求1的特征来实现。有利实施例体现在从属权利要求中。 

发明详述 

下面参考附图详细阐述本发明的实施示例。 

其中： 

图1显示了根据本发明的用于控制并调节在筑物内室温的装置， 

图2显示了可在装置中使用的空间模型，而 

图3显示了调节策略的比较示意图。 

在本文中所例举的建筑物主要通过冷水和热水来进行热调节，也即通过制冷顶板(Kühldecken)制冷和通过加热器( )制热。用于制冷的冷水可通过运行冷却装置(因此而成本较高)或通过仅仅运行湿法冷却塔由零能耗制冷方法(因此而能量成本较低)来产生。用于制热的热水通过运行热水器(因此而能量成本较低)而产生。此外，为了在建筑物内调节热舒适度，可以使用遮阳设备，这带来较低的能量成本。室温可在用于室温的舒适度范围内波动，例如在区域21℃至26℃之间。 

在带有无源蓄热体的系统(如在这里所考虑的示例)中，限定的且非零的舒适度范围是该系统完全可由预测式调节得益的基本条件。舒适度范围设计得越大，预测式调节的能量效率和成本效率越高，因为那时建筑物热容也有可利用的更大范围。当例如温度舒适度范围的宽度假设是5K时，在典型的混凝土顶板中储蓄的热差别总计达最大，且已大于1kWh/m²。除了顶板热容，在建筑物中其它建筑物材料的热容也会起作用，例如内墙、外墙和家具的热容。 

当成本集约的(kostenintensive)制冷系统和制热系统是快速的并尺寸合适时，且当可将室温在舒适度范围内无明显时延地调节时，丝毫没有不能满足舒适度要求的风险。基于模型缺点或错误估计干扰的错误预报因此导致(临时)提高能量要求和/或成本要求，但不损失舒适度。由于该原因，该类预测式调节尤其适用于(包括原型的)在真实建筑物中应用，因为在这里建筑物的用户并不需要降低舒适度要求。 

在用于集成式室内自动化(Raumautomation)的常规调节策略中，遮阳板调节不依赖于制热调节、通风调节和空气调节。所谓的集成式室内自动化处理室内或室内区域的制热、通风、制冷、照明和遮阳。常用的遮阳调节器件也考虑承担例如人工照明调节任务，而某些调节器件(例如)依赖于实际上的加热负载或制冷负载而作出其它判定。 

根据本发明的调节方案具有等级结构(hierarchische Struktur)，该等级结构带有典型地位于上层(obere Ebene)的一个调节器和典型地位于下层(untere Ebene)的多个调节器。在上层的调节通过模型预测式调节来实现，其中，在上层调节“免费(frei)”的或成本集约的能量源(Energiequelle)，例如通过遮阳板获得的太阳能或通过干法冷却塔或湿法冷却塔的零耗制冷。在下层的调节则通过剩余的(通常是成本集约的)能量源对单个区域的调节来实现。对于区域，在这里一般是指建筑物的空间或综合大楼空间，而不依赖于其是否是由顶板、地板和墙完全封闭的单个房间，或其是否与多个在能量状态方面类似的房间或房间区域有关。在这种意义上，例如有顶的庭院或厅房也称为区域。 

在图1中未完全显示的建筑物具有第一区域20、第二区域21和第三区域22。这三个区域具有用于制热和制冷的器件，通过这些器件可改变区域中的室温θ_r，其中，器件一般在区域中一方面用于控制成本低的、也就是所谓的“免费”能量源的能量流，而另一方面用于控制昂贵能量源的能量流。