METHOD OF OPERATING A SINGLE-DUCT AIR CONDITIONING PLANT FOR COACHES

Abstract: 1. Process for operating a single-channel air-conditioning system for passenger-train compartment coaches, with at least one central air treatment unit (L) supplying the basic heat requirement and having at least two heating registers (HR) for the initial flow temperature of the heating medium, with a central control unit (SLa), in which a command variable for the initial flow temperature is formed and switching means (SLb) switch the central air treatment unit as a function of the command variable for the initial flow temperature, and with secondary heating bodies (N1 , N2 ... Nn ) for the individual setting of the compartment temperature in each compartment, this setting being controlled as a function of a desired-value transmitter in each compartment, characterised in that the two heating registers (HR1, HR2) of the central air treatment unit (L) are switched on and off by the switching means as a function of the command variable ( F ) for the initial flow temperature with such a time shift relative to one another that the first heating register (HR1) is switched on approximately in the middle of the period of the switching cycle and the command variable ( F ) for the initial flow temperature is formed in the central control unit (SLa) from the respective operating times of the secondary heating bodies (N1 , N2 ... Nn ) of the compartments.

Description: Verfahren zum Betrieb einer Einkanal-Klimaanlage für Reisezuowaaen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einkanal-Klimaanlage für Reisezug-Abteilwagen mit mindestens einem den Wärmegrundbedarf deckenden zentralen Luftbehandlungsgerät für die Vorlauftemperatur des Heizmediums und einem zentralen Steuergerät sowie diskreten Nachheizkörpern für die individuelle Einstellung der Abteiltemperatur in jedem Abteil, welches jeweils in Abhängigkeit von einem Sollwertgeber in einem Abteil gesteuert werden. Solche Einkanal-Klimaanlagen sind z.B. in der Druckschrift Brown,Boveri & Cie, AG VK50913D Seiten 4 bis 6 beschrieben. Bei solchen Einkanal-Klimaanlagen für Reisezugwagen mit Abteilen wird in einfacher Form der Energiebedarf durch das Produkt aus Luftmenge und Temperatur gedeckt, der mittels des Wärmeträgers Luft in die einzelnen Abteile befördert wird. Zur Erfüllung des Wunsches einer individuell einstellbaren Temperatur ist in den Abteilen jeweils ein Nachheizkörper vorgesehen. Durch den erwähnten Wärmeträger (Vorlauf) wird nnr der Energiegrundbedarf z.B. für das Abteil mit der niedrigsten Temperatur gedeckt. Durch Nachheizen mit den erwähnten Nachheizkörpern wird auf den Energiegrundbedarf aufgebaut und auch die Störeinflüsse ausgeregelt. Die beiden Systeme "Vorlauftemperatur" und¯"Abteilregelung" müssen dabei in sinnvoler Weise zusammenspielen, d. h. die Vorlauftemperatur wird von der gewünschten Abteiltemperatur bestimmt. Zur Erwärmnung des Wärmeträgers ist ein Luftbehandlungsgerät mit einem elektrischen Heizregister eingebaut, welches aus der Zugsammelschiene gespeist wird (in Europa lo00V 16 2/3Hz oder 1500V 50Hz, 1500VG oder 3oooVG). In den Abteilen sind jeweils Zusatzheizkörper von etwa 5 bis 10% der Leistung des zentralen Heizregisters installiert, die z.B. aus einer Umformeinrichtung mit 220V Wechselstrom gespeist sind. Das zentrale Heizregister des Luftbehandlungsgerätes wird mittels Hochspannungsschützen ein- und ausgeschaltet. Bei diesem System ist nur eine Zweipunktregelung möglich. Dabei ist die Schalthäufigkeit durch die mechanische Lebensdauer der Heizschützen begrenzt. Eine solche Art der Vorlaufregelung ergibt zwangsläufig einen Temperaturverlauf mit erheblichen Schwankungen (wie in Fig. 1 dargestellt ist). In Fig. la ist über der Zeit die dem Luftbehandlungsgerät zugeführte elektrische Arbeit bei Heizbetrieb einer bekannten Einkanal-Klimaanlage und der Fig. lb die Temperatur # L im Luftkanal einer Klimaanlage dargestellt, während in den Figuren lc und d die einem Abteil durch den Vorlauf zugeführte Energiemenge eines Reisezugwagens dargestellt ist. Die Amplituden der Temperatur im Luftkanal entsprechend Fig. 1b können dabei bis 200 K betragen. Diese Schwankungen müssen zusätzlich zur induviduellen Temperatursteuerung von den bteilnach- heizkörpern ausgeregelt werden. Das Ausregeln erfolgt dabei so, dass die dem Abteil über den Nachheizkörpern zugeführte Energie im Gegentakt zur zeitlichen Schwankung der durch den Vorlauf zugeführten Energie gesteuert wird. Bei der relativ kleinen verfügbaren Leistung der Nachheizkörper stösst die Nachheizuns sehr bald an Grenzen, d.h. die Vorlauftemperatur schlägt bis zur Abteiltemperatur durch. Noch ungünstiger wirkt sich aus, dass jeweils die Kriterien für das Anheben oder Absenken der Vorlauftemperatur berührt werden, womit ein grosser Teil des Spielraumes für das Nachheizen und induviduelles Nachregeln ausgeschöpft wird, um systembedingte Störgrössen auszuregeln. Wünschenswert wäre also eine konstant verlaufende Vorlauftemperatur, was aber praktisch nicht realisierbar ist, da sich dann eine zu grosse Schalthäufigkeit der Heizschütze ergibt. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die normalerweise vorhandene Welligkeit in der Vorlauftemperaturkurve merklich zu reduzieren, wobei die Belastung des Bordnetzes einen bestimmten Maximalwert der Leistung nicht überschreiten soll. Als Lösung dieser Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Einkanal-Klimaanlage erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass das Heizregister des zentralen Heizgerätes in mindestens zwei Gruppen unterteilt ist, welche durch Schaltmittel intermittierend in Abhängigkeit von einer im zentralen Steuergerät aus der jeweiligen Einschaltdauer der Nachheizkörper der Abteile gebildeten Führungsgrösse für die Vorlauftemperatur so zeitlich versetzt gegeneinander zubzw. abgeschaltet werden, dass die Einschaltung der zweiten - Heizkörpergruppe jeweils nach Abschaltung der ersten Heizkörpergruppe etwa in der Mitte der Zeitdauer eines Schaltspieles erfolgt. Durch die vorgeschlagenen Massnahmen lässt sich die Welligkeit der Temperaturkurve im den Luftkanal merklich verringern. Ausserdem wird der Maximalwert der benötigten Leistung für die Zusatzheizung herabgesetzt und der Bereich für die Ausregelung.durch die Nachheizung wird deutlich vergrössert. In zweckmässger Weise wird erfindungsgemäss die Führungs grösse ( für die Vorlauftemperatur so lange verändert, bis sich für einen der Nachheizkörper der Abteile eine bestimmte minimale bzw. maximale Einschaltdauer ergibt. Auf diese Weise werden die beiden Systeme "Vorlaufregelung" und "Abteilregelung" in sinnvoller Weise verknüpft. Als Kriterium für das Mass in dem im Luftbehandlungsgerät geheizt werden muss, wird die Einschaltdauer der Zusatzheizkörper herangezogen. Hierzu wird erfindungsgemäss von den Stellgliedern der Nachheizgeräte laufend die Einschaltdauer der Nachheizgeräte an das Steuergerät für das Heizregister des Luftbehandlungsgerätes übertragen und gespeichert und aus den gespeicherten Werten der Wert der geringsten Einschaltdauer ausgewählt und überwacht und das Stellglied für das Heizregister des Luftbehand'iungsgerätes erhält so lange ein Ein- bzw. Ausschaltsignal bis der Wert der Einschaltdauer einen bestimmten Betrag erreicht. Die minimale Einschaltdauer eines Nachheizkörpers eines Abteils kann z.B. etwa 10 % betragen. Eines der Abteile ist z.B. voll besetzt und hat damit den geringsten Leistungsbedarf von den vorhandenen Abteilen. In den übrigen Abteilen die z.B. weniger stark besetzt sind, ergibt sich dann auf grund des jeweils vorgegeben Sollwertes für die Abteiltemperatur eine höhere Einschaltdauer als für das erst erwähnte Abteil. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass von den Stellgliedern für die Nachheizgeräte laufend die Einschaltdauer der Nachheizgeräte an das Steuergerät für das Heizregister des Luftbehandlungsgerätes übertragen und gespeichert wird, dass aus den gespeicherten Wertender Wert der höchsten Einschaltdauer ausgewählt und überwacht wird, und dass das Stellglied für das Heizregister des Luftbehandlungsgerätes so lange ein Ein- bzw. Ausschaltsignal erhält, bis der Wert der Einschaltdauer einen bestimmten Betrag erreicht. Hierbei kann die maximale Einschaltdauer eines Abteiles etwa 90 % betragen. In diesem Falle handelt es sich um ein Abteil welches unbesetzt ist, bei welchem der Sollwert für die Abteiltemperatur auf dem höchsten Wert steht und bei dem ggf. die Abteiltür geöffnet ist. Für den Fall dass ein solcher Wert auftreten sollte, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Regelung auf den hohen Einschaltdauerwert Vorrang vor der Regelung auf den kleinen ED-Wert hat, d.h. so lange dieser hohe ED-Wert durch die Führungsgrösse vorgeben wird, wird die Führungsgrösse für den niedrigen ED-Wert unwirksam, womit sich in dem zugehörigen Abteil eine zuqeringe Einschaltdauer für das Nachheizgerät einstellt. In diesem Falle kann sich eine geringfügig zu hohe Temperatur ergeben. Auf diese Weise wird jedoch erreicht dass in keinem der anderen Abteile eine zu niedrige Temperatur, die zur Verschlechterung des Befindens der Fahrgäste führen könnte, eintreten kann. Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, Es zeigen: Fig. la ein Diagramm in welchem die dem Luftbehandlungs gerät zugeführte elektrische Arbeit über der Zeit aufgetragen ist, Fig. Ib ein Diagramm in welchem die Temperatur ( ) im Luftkanal über der Zeit aufgetragen ist, Fig. lc ein Diagramm in welchem die in einem Abteil durch den Vorlauf zugeführte Energiemenge dar gestellt ist, Fig. ld ein Diagramm in welchem die einem Abteil bei eingeschalteter Zusatzheizung durch den Vorlauf zugeführte Energiemenge dargestellt ist. Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Er erfindung, Fig. 3a ein Diagramm in welchem über der Zeit die den beiden Heizregistern des Luftbehandlungsge rätes zugeführte elektrische Arbeit dargestellt ist, Fig. 3b zeigt die Temperatur in einem Luftkanal über der Zeit und in Fig. 3 c ist der Verlauf der einem Abteil durch den Vor lauf zugeführten Energiemenge aufgetragen über der Zeit, Fig. 4 ein Diagramm mit der für ein Abteil erforderlichen Einschaltdauer des Zusatzheizkörpers zur Er reichung der eingestellten In der schematischen Darstellung entsprechend Fig. 2, in welcher eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt ist, ist mit L das Luftbehandlungsgerät, mit HR 1, das erste und mit HR 2 das zweite Heizregister des Luftbehandlungsgerätes bezeichnet, während der für die Verbindung des Luftheizgerätes mit den Abteilen A1, A2 ... An dienende Luftkanal mit K bezeichnet ist. In den Abteilen sind Nachheizkörper N1, N2 ... Nn sowie Messfühler I1, 12 . In für die Ermittlung des Isttemperaturwertes angeordnet. Die Temperaturfühler I1, 12.... 1n sind mit einem Steuergerät und Stellglied für den Nachheizkörper mit der Bezeichnung SA1, SA2 ... SAn verbunden. An diese kombinierten Steuergeräte und Stellgliedanordnung ist auch in jedem Abteil ein Sollwertgeber für die Abtei-l-temperatur$S1, 42 ss n angeschlossen. Das kombinierte Steuer- und Stellglied SA1 ... An weist weiterhin eine Verbindung mit dem Steuergerät SLa für das Luftbehandlungsgerät auf. Durch diese Verbindung wird die jeweilige Einschaltdauer der einzelnen Steuergeräte Sah ... SAn zu dem Steuergerät SLa übertragen. Dem Steuergerät SLa ist weiterhin ein Stellglied SLb für das Heizregsiter HR 1 bzw. HR 2 der Luftbehandlungsanlage nachgeschaltet. Bei einer solchen Klimaanlage ergibt sich,wie schon erwähnt, je nach Einstellung des Sollwertgebers im Abteil und Besetzung der einzelnen Abteile und anderen Randbedingungen (z.B. Sonneneinstrahlung), die für einen längeren Aufenthalt in einem Bahnhof durchaus verschieden in den einzelnen ABteilen sein kann, ein unterschiedlicher Energiebedarf pro Abteil, der durch die Nachheizkörper ausgeregelt werden muss, während ein bestimmter Grundenergiebedarf von dem zentralen Luftbehandlungsgerät gedeckt wird. In Fig. 4 ist z.B. im Abteil 2 eine Solltemperatur eingestellt und die Randbedingungen sind so, dass für dieses Abteil der geringste Energiebedarf sämtlicher Abteile erforderlich ist. Die Führungsgrösse für die Einschaltdauer des Heizregisters HR1 bzw. HR2 des Luftbehandlungsgerätes wird dann so eingestellt, dass die Vorlauftemperatur gerade so gross ist, dass sich eine Einschaltdauer des Nachheizkörpers von 10% im Abteil 2 ergibt. In dieser Fig. 4 ist für das Abteil 1 ein Zusatzenergiebedarf mit 105% Einschaltdauer angegeben, der selbstverständlich durch den Zusatzheizkörper nicht gedeckt werden kann. Durch die Verknüpfung der Regelkreise für die Heizregister des Luftbehandlungsgerätes wird in diesem Falle das - Energiangbot des-Leftbehandlungsgerätes durch Vergrösserung der Einschaltdauer der Heizregsiter so lange angehoben, bis die eingestellte Solltemerpatur im Abteil 1 erreicht und die Einschaltdauer auf 9o% abgesunken ist. Die Einschaltdauer der Zusatzheizkörper der übrigen Abteile wird dabei so weit abgesenkt, dass sich in allen Abteilen die gewünschte Solltemperatur einstellt.

Claims: AnspI:Üche 1. Verfahren zum Betrieb einer Einkanal-Klimaanlage für Reisezug-Abteilwagen mit mindestens einem den Wärmegrundbedarf deckenden zentralen Luftbehandlungsgerät (L) für die Vorlauftemperatur des Heizmediums und einem zentralen Steuergerät (SLa) sowie diskreten Nachheizkörpern (N1, N2 ... Nn) für die individuelle Einstellung der Abteiltemperatur in jedem Abteil, welche jeweils in Abhängigkeit von einem Sollwertgeber in einem Abteil gesteuert wird; dadurch qekennzeichnet, dass die einzelnen Gruppen des in mindestens zwei Gruppen unterteilten Heizregisters des zentralen Heigerätes durch Schaltmittel intermittierend in Abhängigkeit von einer im zentralen Steuergerät (SLa) aus der jeweiligen Einschaltdauer der Nachheizkörper (N N2 - Nn) N ) der Abteile gebildeten Führungsgrösse ( #F) für die Vorlauftemperatur so zeitlich versetzt gegeneinander zu- bzw. abgeschaltet werden, dass die Einschaltung.der ersten Heizkörpergruppe etwa in der Mitte der Zeitdauer des Schaltspieles erfolgt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgrösse ( aF) für die Vorlauftemperatur so lange verändert wird, bis sich für einen der Nachheizkörper (N1, N2 ... Nn) der Abteile eine bestimmte minimale bzw. maximale Einschaltdauer ergibt. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von den Stellgliedern (SA1, SA2 ... SAn) der Nachheizgeräte (N1, N2 ... Nn) laufend die Einschaltdauer (ED) der Nachheizgeräte an das Steuergerät (SLA) für das Heizregister des Luftbehandlungsgerätes (L) übertragen und gespeichert wird, dass aus den gespeicherten Werten der Wert der geringsten Einschaltdauer ausgewählt und überwacht wird, und das Stellglied (SLb) für das Heizregister des Luftbehandlungsgerätes so lange Ein- bzw. Ausschaltsignale erhält, bis der Wert der Einschaltdauer einen bestimmten Betrag erreicht. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Einschaltdauer des Nachheizgerätes eines Abteiles etwa 10% beträgt. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von den Stellgliedern (so1, SA2 ... SAn) für die Nachheizgeräte (N1, N2, .. Nun) laufend die Einschalt n dauer (ED) der Nachheizqeräte an das Steuergerät (SLA) für das Heizregister des Luftbehandlungsgerätes (L) übertragen und gespeichert wird, dass aus den gespeicherten Werten der Wert der höchsten Einschaltdauer ausgewählt und überwacht wird, und das Stellglied (SLb) für das Heizregister des Luftbehandlungsgerätes so lange Ein- bzw. Ausschaltsignale erhält bis der Wert der Einschaltdauer einen be stimmten Betrag erreicht. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Einschaltdauer des Nachheizgerätes eines Abteiles etwa 90% beträgt. 7. Verfahren nach einem der vorgehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung auf den hohen Einschaltdauerwert Vorrang vor der Regelung auf den kleinen ED-Wert hat. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgehenden Patentansprüche, gekennzeichnet durch ein Luftbehandlungsgerät (L) mit mindestens zwei Heizregistern (HR1, HR2) und Zusatzheizkörpern (N1, N2... Nn) in den Abteilen und Temperaturfühlern (I1, I2 ... 1n in den Abteilen, sowie durch kombinierte Steuerund Stellglieder (SA1, SA2 ... SAn) sowie Sollwertgeber (S1, S2 ... s in den Abteilen und einem zentralen Steuergerät (SLa) für das zentrale Luftbehandlungsgerät sowie ein Stellglied (SLb), wobei die Temperaturistwertgeber (I) und die Temperatursollwertgeber (S) jeweils mit dem zugehörigen kombinierten Steuergerät - Stellglied elektrisch verbunden sind und die Steuer - Stellglieder (SA1 ... SAn) elektrische Verbindungen mit dem Steuergerät (SLa) für das zentrale Luftbehandlungsgerät (L) aufweisen.¯

Inventors: HAYER, FRIEDRICH, ING., REMENYI, KARL, DIPL.-ING.
Applicants: BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: B61D27
IPC codes: B61D27, B60H1, G05D23