CH636691A5 - Method for temperature-controlled starting-up and shutting-down of a heating system - Google Patents

Description

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum temperaturgeführten Inbetrieb- und Ausserbetriebsetzen einer Heizungsanlage mit Hilfe einer Regeleinrichtung. welche mit mindestens einem Fühler für die Ermittlung der Aussentemperatur in vorbestimmten Zeitintervallen, mit Kreisen für die Verarbeitung der der Aussentemperatur entsprechenden analogen Signale in digitale Signale, mit einem progammierbaren Logikkreis sowie mit einer Schalteinrichtung für die Einund Ausschaltung der Anlage versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus den den sukzessiv ermittelten Aussentemperaturen proportionalen digitalen Signalen im Logikkreis ein gewichteter Mittelwert gebildet und als Steuerkriterium für die Ein- bzw. Ausschaltung der Anlage verwendet wird.



   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gewichtete Mittelwert aufgrund eines durch eine rekursive Formel definierten Algorithmus
Ak =   Aii-I    - a    Pk '      (Äk-I    - Ak) gebildet wird, wobei bedeuten:   Ak¯,    den vorherigen Mittelwert, Pk den Umkehrwert der Anzahl der Messungen,        den Gewichtsfaktor, und Ak den neuen Messwert.



   3. Verfahren nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsfaktor    zwischen    dem Wert 0 und 1 liegt und vorzugsweise den Wert von 0,04 aufweist.



   4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Logikkreis durch einen Mikroprozessor gebildet ist.



   Beim Betrieb von Heizungsanlagen wird die Vorlauftemperatur meistens mit Hilfe der Aussentemperatur als Führungsgrösse selbsttätig geregelt. Am Anfang einer Heizsaison aber muss die Heizanlage in Betrieb und am Saisonende ausser Betrieb gesetzt werden, was bekanntlich manuell geschieht. Dabei kommt es häufig vor, dass die Anlage im Herbst zu früh eingeschaltet und im Sommer zu spät abgestellt wird, was eine Energieverschwendung zur Folge hat.



   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil durch ein Verfahren zu beseitigen, welches eine selbsttätige, temperaturgeführte Einschaltung bzw. Abstellung der Heizungsanlage ermöglicht.



   Die gestellte Aufgabe ist durch die im ersten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.



   Das erfindungsgemässe Verfahren wird zur automatischen Ein- bzw. Abschaltung einer beispielsweise durch eine digitale Regeleinrichtung gesteuerten Heizungsanlage verwendet. Die Regeleinrichtung ist mindestens mit einem Fühler versehen, welcher in vorbestimmten Zeitintervallen, die durch einen Taktgeber bestimmt werden können, die Aussentemperatur misst und das Messergebnis in analoger Form einem Analog-Digital Wandler zur Bildung von der Aussentemperatur proportionalen Signalen zuführt. Die Ausgangssignale des Analog-Digital Wandlers werden einem programmierbaren Logikkreis, vorzugsweise einem Mikroprozessor für die Bildung eines Mittelwertes, vorzugsweise aufgrund eines durch eine rekursive Formel bestimmten Berechnungsalgorithmus zugeleitet. Der durch den Mikroprozessor bei jedem Messtakt gebildete Mittelwert dient zur automatischen Einleitung des Ein- bzw.

  Ausschaltvorganges der Heizungsanlage in durch eingestellte Einschalt- und Ausschaltpegel bestimmten Grenzen.



   Der rekursive Berechnungsalgorithmus geht vom alten Mittelwert und von einem neu ermittelten Messwert aus und hat folgende Form:    Ak = A-I - P. Pk - (Ak| Ak) 1)    wobei bedeuten: Ak den neuen Mittelwert   Ak-l    den vorherigen Mittelwert   Pk    den Kehrwert der Anzahl von in Betracht gezogenen
Messungen, k die Anzahl der Messungen 1, 2,   3.    . ., und Ak die gemessene Temperatur bei der Messung k.



   Wie ersichtlich, gleicht der neue Mittelwert Ak dem alten   vorherigen Mittelwert Ak- I und einer dem Unterschied zwischen    dem vorherigen alten Mittelwert   Ak¯    l und dem neuen Messwert Ak proportionalen Korrektur.



   In den meisten Fällen ist derTagesmittelwert nicht stationär.



  Um einem solchen Mittelwert Rechnung zu tragen, wird in den Berechnungsalgorithmus ein Gewichtsfaktor a so eingeführt, dass der neue Wert stärker gewichtet wird als der ältere Wert, wobei die noch älteren Werte vollständig ausser acht bleiben.



  Nach der Einführung des entsprechenden Gewichtsfaktors        in den Algorithmus 1) erhält der neue Berechnungsalgorithmus folgende Form:
Ak =   AkI    - a   Fk      (AkI    - Ak) 2) wobei der Gewichtsfaktor a zwischen 0 und 1 liegen kann.



   Die Deutung dieses Algorithmus ist dieselbe wie des Algorithmus 1) für den nicht gewichteten Mittelwert mit der einzigen Ausnahme, dass der Faktor Pk nunmehr durch den Faktor   a-Pk    ersetzt ist.



   Die Berechnung des Mittelwertes wird durch den Mikroprozessor bewerkstelligt. Nach jeder Ermittlung der Aussentemperatur prüft der Mikroprozessor, ob der neu berechnete gewichtete Mittelwert   Ak    eine durch einen Einschalt- und Ausschaltpegel vorbestimmte Temperaturzone über- bzw. unterschreitet.



  Erreicht der sinkende bzw. der steigende gewichtete Mittelwert   Ak    den Einschalt- bzw. den Ausschaltpegel, dann veranlasst der Mikroprozessor, dass die Anlage durch eine Schalteinrichtung eingeschaltet bzw. abgestellt wird.



   Bei der Untersuchung des gewichteten Mittelwertes   Ak    mit Hilfe eines Computers wurde jede zweite Stunde die Messung der Aussentemperatur in einer Zeitspanne von 1200 Stunden (50 Tage) simuliert. Die Aussentemperatur wurde dabei aus drei Teilen zusammengesetzt, und zwar:
1) aus einer Temperaturschwingung mit einer Amplitude von 4 K mit einem Minimum um 04.00 Uhr und mit einem Maximum um 16.00 Uhr,
2) aus einer Temperaturschwingung in einer Periode von 3 Tagen mit einer Amplitude von 1,2 K mit einem Maximum um 16.00 Uhr am ersten Tag und einem Minimum um 04.00 Uhr am dritten Tag,
3) aus einerTemperaturschwingung, die im Verlaufe von 6 Stunden von   15     C auf   10     C abgesunken und danach im Verlaufe von weiteren 6 Stunden wieder auf   15"C    angestiegen ist.



   Es hat sich gezeigt, dass der nicht gewichtete Mittelwert nach einem Einschwingvorgang fast unverändert geblieben ist, weil der neue Messwert fast keinen Einfluss auf ihn gehabt hat, was zu erwarten war. Der gewichtete Mittelwert zeigt nach einem Einschwingvorgang eine der langsamen linearen Änderung der Aussentemperatur gut folgende Schwingung mit einer kleinen Amplitude. Die Simulation hat weiterhin gezeigt, dass bei der verwendeten Temperaturvariation und mit einer Schaltdifferenz von   +      0,2K,    welche die kleine verbliebene Welligkeit des Mittelwertes unschädlich macht, nur ein einziger Einschaltvorgang bei 412 Stunden und ein Ausschaltvorgang bei 880 Stunden erfolgt ist.

 

   Der Wert        hat einen ausschlaggebenden Einfluss auf das Ergebnis. Wird        zu klein gewählt. so nähert sich der Mittelwert dem durch direkte Berechnung erhaltenen Mittelwert. Wird  



  andererseits        zu gross gewählt, dann wird ein wiederholtes Einund Ausschalten der Anlage verursacht. Ein Wert zwischen 0,03 und 0,06 scheint besonders geeignet zu sein.

 

   Der Einfluss des Faktors a lässt sich dadurch erklären, dass        der Gewichtsfaktor des neuen Messwertes und   (l-a)    derjenige des früheren Messwertes ist, wobei jeder einzelne für den letzten Mittelwert verwendete Messwert um   (1- a)/a stärker gewichtet    wird. Für   cm=0,04    wird   (1 - )/ =24,    und der Mittelwert wird mit Hilfe der letzten 24 Messwerte berechnet. Bei jeder Berechnung wird der älteste der 24 Messwerte weggelassen und der neue Messwert berücksichtigt.



   Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt eine optimale Anpassung der Betriebsperiode einer Heizungsanlage an den tatsächlichen Wärmebedarf und ermöglicht durch deren Verkürzung eine unter Umständen erhebliche Brennstoffeinsparung. 

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum temperaturgeführten Inbetrieb- und Ausserbetriebsetzen einer Heizungsanlage mit Hilfe einer Regeleinrichtung. welche mit mindestens einem Fühler für die Ermittlung der Aussentemperatur in vorbestimmten Zeitintervallen, mit Kreisen für die Verarbeitung der der Aussentemperatur entsprechenden analogen Signale in digitale Signale, mit einem progammierbaren Logikkreis sowie mit einer Schalteinrichtung für die Einund Ausschaltung der Anlage versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus den den sukzessiv ermittelten Aussentemperaturen proportionalen digitalen Signalen im Logikkreis ein gewichteter Mittelwert gebildet und als Steuerkriterium für die Ein- bzw. Ausschaltung der Anlage verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gewichtete Mittelwert aufgrund eines durch eine rekursive Formel definierten Algorithmus Ak = Aii-I - a Pk ' (Äk-I - Ak) gebildet wird, wobei bedeuten: Ak¯, den vorherigen Mittelwert, Pk den Umkehrwert der Anzahl der Messungen, den Gewichtsfaktor, und Ak den neuen Messwert.
3. 3. Verfahren nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsfaktor zwischen dem Wert 0 und 1 liegt und vorzugsweise den Wert von 0,04 aufweist.
4. 4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Logikkreis durch einen Mikroprozessor gebildet ist.

   Beim Betrieb von Heizungsanlagen wird die Vorlauftemperatur meistens mit Hilfe der Aussentemperatur als Führungsgrösse selbsttätig geregelt. Am Anfang einer Heizsaison aber muss die Heizanlage in Betrieb und am Saisonende ausser Betrieb gesetzt werden, was bekanntlich manuell geschieht. Dabei kommt es häufig vor, dass die Anlage im Herbst zu früh eingeschaltet und im Sommer zu spät abgestellt wird, was eine Energieverschwendung zur Folge hat.

   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil durch ein Verfahren zu beseitigen, welches eine selbsttätige, temperaturgeführte Einschaltung bzw. Abstellung der Heizungsanlage ermöglicht.

   Die gestellte Aufgabe ist durch die im ersten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

   Das erfindungsgemässe Verfahren wird zur automatischen Ein- bzw. Abschaltung einer beispielsweise durch eine digitale Regeleinrichtung gesteuerten Heizungsanlage verwendet. Die Regeleinrichtung ist mindestens mit einem Fühler versehen, welcher in vorbestimmten Zeitintervallen, die durch einen Taktgeber bestimmt werden können, die Aussentemperatur misst und das Messergebnis in analoger Form einem Analog-Digital Wandler zur Bildung von der Aussentemperatur proportionalen Signalen zuführt. Die Ausgangssignale des Analog-Digital Wandlers werden einem programmierbaren Logikkreis, vorzugsweise einem Mikroprozessor für die Bildung eines Mittelwertes, vorzugsweise aufgrund eines durch eine rekursive Formel bestimmten Berechnungsalgorithmus zugeleitet. Der durch den Mikroprozessor bei jedem Messtakt gebildete Mittelwert dient zur automatischen Einleitung des Ein- bzw.

   Ausschaltvorganges der Heizungsanlage in durch eingestellte Einschalt- und Ausschaltpegel bestimmten Grenzen.

   Der rekursive Berechnungsalgorithmus geht vom alten Mittelwert und von einem neu ermittelten Messwert aus und hat folgende Form: Ak = A-I - P. Pk - (Ak| Ak) 1) wobei bedeuten: Ak den neuen Mittelwert Ak-l den vorherigen Mittelwert Pk den Kehrwert der Anzahl von in Betracht gezogenen Messungen, k die Anzahl der Messungen 1, 2, 3. . ., und Ak die gemessene Temperatur bei der Messung k.

   Wie ersichtlich, gleicht der neue Mittelwert Ak dem alten vorherigen Mittelwert Ak- I und einer dem Unterschied zwischen dem vorherigen alten Mittelwert Ak¯ l und dem neuen Messwert Ak proportionalen Korrektur.

   In den meisten Fällen ist derTagesmittelwert nicht stationär.

   Um einem solchen Mittelwert Rechnung zu tragen, wird in den Berechnungsalgorithmus ein Gewichtsfaktor a so eingeführt, dass der neue Wert stärker gewichtet wird als der ältere Wert, wobei die noch älteren Werte vollständig ausser acht bleiben.

   Nach der Einführung des entsprechenden Gewichtsfaktors in den Algorithmus 1) erhält der neue Berechnungsalgorithmus folgende Form: Ak = AkI - a Fk (AkI - Ak) 2) wobei der Gewichtsfaktor a zwischen 0 und 1 liegen kann.

   Die Deutung dieses Algorithmus ist dieselbe wie des Algorithmus 1) für den nicht gewichteten Mittelwert mit der einzigen Ausnahme, dass der Faktor Pk nunmehr durch den Faktor a-Pk ersetzt ist.

   Die Berechnung des Mittelwertes wird durch den Mikroprozessor bewerkstelligt. Nach jeder Ermittlung der Aussentemperatur prüft der Mikroprozessor, ob der neu berechnete gewichtete Mittelwert Ak eine durch einen Einschalt- und Ausschaltpegel vorbestimmte Temperaturzone über- bzw. unterschreitet.

   Erreicht der sinkende bzw. der steigende gewichtete Mittelwert Ak den Einschalt- bzw. den Ausschaltpegel, dann veranlasst der Mikroprozessor, dass die Anlage durch eine Schalteinrichtung eingeschaltet bzw. abgestellt wird.

   Bei der Untersuchung des gewichteten Mittelwertes Ak mit Hilfe eines Computers wurde jede zweite Stunde die Messung der Aussentemperatur in einer Zeitspanne von 1200 Stunden (50 Tage) simuliert. Die Aussentemperatur wurde dabei aus drei Teilen zusammengesetzt, und zwar: 1) aus einer Temperaturschwingung mit einer Amplitude von 4 K mit einem Minimum um 04.00 Uhr und mit einem Maximum um 16.00 Uhr, 2) aus einer Temperaturschwingung in einer Periode von 3 Tagen mit einer Amplitude von 1,2 K mit einem Maximum um 16.00 Uhr am ersten Tag und einem Minimum um 04.00 Uhr am dritten Tag, 3) aus einerTemperaturschwingung, die im Verlaufe von 6 Stunden von 15 C auf 10 C abgesunken und danach im Verlaufe von weiteren 6 Stunden wieder auf 15"C angestiegen ist.

   Es hat sich gezeigt, dass der nicht gewichtete Mittelwert nach einem Einschwingvorgang fast unverändert geblieben ist, weil der neue Messwert fast keinen Einfluss auf ihn gehabt hat, was zu erwarten war. Der gewichtete Mittelwert zeigt nach einem Einschwingvorgang eine der langsamen linearen Änderung der Aussentemperatur gut folgende Schwingung mit einer kleinen Amplitude. Die Simulation hat weiterhin gezeigt, dass bei der verwendeten Temperaturvariation und mit einer Schaltdifferenz von + 0,2K, welche die kleine verbliebene Welligkeit des Mittelwertes unschädlich macht, nur ein einziger Einschaltvorgang bei 412 Stunden und ein Ausschaltvorgang bei 880 Stunden erfolgt ist.

   Der Wert hat einen ausschlaggebenden Einfluss auf das Ergebnis. Wird zu klein gewählt. so nähert sich der Mittelwert dem durch direkte Berechnung erhaltenen Mittelwert. Wird **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.