CH668631A5 - Verfahren zum regeln einer raumheizanlage. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG 25 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei bekannten Anlagen ist es üblich, die gesamte Heizanlage zu aktivieren, sobald die Ist-Temperatur in einem zu beheizenden Raum um eine vorbestimmte Mindestgrösse unter 3o eine Sollwert-Temperatur abfällt. Es ist bekannt, dass thermostatische Regelungen dieser Art unweigerlich eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt des Anstiegs der Ist-Tempe-ratur im Raum auf den Sollwert und dem Zeitpunkt, zu dem das Thermostatelement diesen Temperaturanstieg zu messen 35 vermag, einführen. Ähnlich zeigt die thermostatische Vorrichtung typischerweise eine Verzögerung bei der Messung dann, wenn die Ist-Temperatur unter den Sollwert absinkt. Das resultierende Über- und Unterschwingen der Ist-Temperatur gegenüber der Soll-Temperatur kann für die Bewohner 40 des Raums unangenehm sein und bedeutet zudem eine Energievergeudung.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems ist in der US-PS 4 379 483 beschrieben, die ein Verfahren zum Regeln von Wärmequellen unter Anwendung einer anfänglichen, 45 proportionalen Aktivierung einer ersten Wärmequelle zum Inhalt hat. Wenn diese Wärmequelle den Wärmebedarf nicht zu befriedigen vermag, wird sie voll aktiviert, worauf eine zweite Wärmequelle proportional aktiviert, d.h. zugeschaltet wird. Diese Sequenz wird fortgesetzt, bis die Wärmequellen so genügend Wärme entwickeln, um dem Bedarf zu entsprechen. Wenn nach der anfänglichen Betätigung oder Aktivierung die Ist-Raumtemperatur um mehr als etwa 0,8 °C (1,5 °F) unter der Soll-Temperatur liegt, werden alle Wärmequellen aktiviert und aktiviert gehalten, bis die Ist-Tempera-5S tur auf eine Grösse innerhalb von etwa 0,5 °C (1 °F) der Soll-Temperatur angestiegen ist. Zu diesem Zeitpunkt werden alle Wärmequellen abgeschaltet, worauf die beschriebene proportionale Aktivierung eingeleitet wird. Die Raumtemperatur muss jedesmal dann einen vollen Temperaturan-60 stiegs- und -abfallzyklus durchlaufen, wenn eine Wärmequelle von der proportionalen auf die voll aktivierte Regelung umgeschaltet werden soll.

Obgleich derartige Regelverfahren bisher als zufriedenstellend angesehen wurden, können sie mit bestimmten Män-65 geln behaftet sein. Insbesondere erfordern sie die Aktivierung aller Wärmequellen, sofern nicht die Ist-Raumtempera-tur innerhalb eines vorbestimmten Näherungsbereichs an der Soll-Raumtemperatur liegt. Weiterhin bedingen sie eine

Anzahl periodischer Auswanderungen der Ist-Raumtemperatur. Beides kann aber für die Bewohner unangenehm sein und zudem eine Energievergeudung bedeuten.

Ein Verfahren zum Regeln einer Heizanlage, mit dem die Heiz- oder Wärmequellen nach Massgabe der Grösse der Differenz zwischen Ist- und Soll-Temperatur genau aktiviert werden können, würde einen deutlichen technischen Fortschritt darstellen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizanla-gen-Regelverfahrens, bei dem Heizquellen auf der Grundlage einer Berechnung der für die Erhöhung der Ist-Raumtemperatur auf eine Soll-Temperatur erforderlichen Gesamtzahl von Heizelementen aktiviert werden, wobei eines der Widerstands-Heizelemente für modulierte Regelung durch intermittierende Aktivierung geeignet ist.

Bei diesem Verfahren soll die Gesamt-Wärmeausgangs-leistung einer Gesamtzahl von Widerstands-Heizelementen in Inkremente aufgelöst werden, die nicht grösser sind als ein kleiner Prozentsatz dieser Gesamtleistung. Zudem soll dabei nur ein einziges Widerstands-Heizelement für modulierte intermittierende Aktivierung geeignet oder angepasst sein.

Bei diesem Verfahren soll zudem ein Unter- und Überschwingen der Raumtemperatur praktisch verhindert werden.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines solchen Heizanlagen-Regelverfahrens, bei dem die Gesamtzahl der zu aktivierenden Widerstands-Heizelemente eine Funktion der in Temperaturgraden ausgedrückten Bandbreite eines Heizungsregelbands oder -bereichs und der Zahl der einzelnen, in der Anlage enthaltenen Widerstands-Heizelemente ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfmdungsgemäss durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Es wird also ein Verfahren zum Regeln einer Raumheizanlage mit mehreren elektrischen Widerstands-Heizelementen geschaffen, bei dem die Gesamtzahl der Widerstands-Heizelemente berechnet wird, die zur Erhöhung der Ist-Temperatur in einem Raum auf eine Sollwert-Temperatur aktiviert bzw. an Spannung gelegt werden müssen. Diese Gesamtzahl enthält ganzzahlige Komponenten und Bruchkomponenten. Eines der Heizelemente, als geregeltes Heizelement bezeichnet, ist sowohl für kontinuierliche Aktivierung als auch für modulierte Regelung durch intermittierende Aktivierung ausgelegt. Eine Gruppe zweiter Widerstands-Heizelemente, die für kontinuierliche, stufenweise Aktivierung geeignet sind, enthält eine der ganzzahligen Komponente entsprechende Zahl von Heizelementen. Die Aktivierung der diese Gruppe umfassenden Heizelemente erfolgt vorzugsweise sequentiell nach Ablauf einer vorgewählten Zwischenstufen-Zeitverzögerung zwischen der Aktivierung des geregelten Heizelements und des ersten Heizelements der Gruppe. Auf ähnliche Weise werden Zeitverzögerungen zwischen den Aktivierungszeitpunkt des ersten Heizelements der Gruppe und den Aktivierungszeitpunkt der folgenden Heizelemente der Gruppe eingeschaltet. Die Gesamt- oder Totalzahl wird-wiederholt neu berechnet, und die die Gruppe der zweiten Heizelemente bildenden Heizelemente werden aufeinanderfolgend in einer der ganzzahligen Komponente gleichen Zahl aktiviert. Das geregelte Heizelement wird während einer mittleren Zeit oder Durchschnittszeit aktiviert, die der Bruchzahlkomponente gleich ist. Wenn sich die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur nähert, so dass die ganzzahlige Komponente zu Null wird, werden alle Heizelemente der Gruppe abgeschaltet; wenn die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur gleich ist, wird auch das geregelte Heizelement abgeschaltet.

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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Luftführungsanlage, deren Raumheizanlagenteil nach dem erfindungsgemässen Verfahren regelbar ist,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Leistungskennlinien der Raumheizanlage nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schaltbild einer Schaltung zur Verwendung in Verbindung mit einem der Widerstands-Heizelemente der Raumheizanlage nach Fig. 1.

Ein besseres Verständnis des Verfahrens gemäss der Erfindung wird begünstigt durch die Beschreibung einer typischen Luftführungsanlage der verbreitet industriell und kommerziell angewandten Art. Die Luftführungsanlage 10 gemäss Fig. 1 enthält eine Einlassleitung 11 zum Einführen von Aussenluft in einen zu erwärmenden Raum 13, eine Abführ- oder Auslassleitung 15 und eine verbindende Mischleitung 17. In der Luftführungsanlage 10 befinden sich Schieber oder Klappen 19 zur Regelung des Luftstroms, während ein Gebläse 21 dazu dient, die Luft in Bewegung zu versetzen. Innerhalb der Einlassleitung 11 befinden sich Sensoren oder Messfühler 23,25 und 27 zur Lieferimg von Signalen, welche die Aussenlufttemperatur, die Mischlufttemperatur bzw. die Abführlufttemperatur angeben. Die Luftführungsanlage 10 enthält weiterhin eine Raumheizanlage 29 mit einer Anzahl elektrischer Widerstands-Heizelemente 31, die im aktivierten bzw. an Spannung gelegten Zustand die die Einlassleitung 11 zum Raum 13 hin durchströmende Luft erwärmen. Ein Raum- oder Zonen-Temperaturfühler 33 innerhalb des Raums 13 vermag ein die im Raum 13 herrschende Ist-Lufttemperatur angebendes Signal zu erzeugen. Die den Zonen-Temperaturfühler 33 enthaltende Anordnung kann auch eine Vorrichtung 35 zum Wählen oder Einstellen einer im Raum 13 aufrechtzuerhaltenden Soll-Temperatur und zur Lieferung eines für diese Soll-Temperatur repräsentativen Signals aufweisen.

In der graphischen Darstellung von Fig. 2 ist auf einer waagerechten Achse 37 eine Reihe von Ist-Temperatur innerhalb eines Raums aufgetragen. Eine lotrechte Achse 39 schneidet die waagerechte Achse 37 an einer einer Soll-Temperatur, die durch einen Bewohner des Raums gewählt werden kann, entsprechenden Stelle. Über der waagerechten Achse 37 sind, auf die lotrechte Achse 39 bezogen, graphisch eine Anzahl von Regelbereichen 41 und Totbereichen 43 dargestellt. Der Fig. 2 entsprechende Darstellungen werden von Fachleuten auf dem Gebiet des Heizungsanlagenbaus verbreitet benutzt, um die Art und das Ausmass der Tempe-ratur-Korrekturwirkung anzugeben, die bei einer bestimmten Anlage nach Massgabe verschiedener Faktoren, einschliesslich etwaiger Differenzen zwischen Ist- und Soll-Temperatur, vorliegen; für die vorliegende Beschreibung sind nur die links der lotrechten Sollwert-Achse 39 angegebenen Bereiche relevant. Obgleich nicht unbedingt erforderlich, ist es nicht unüblich, dass ein Heizungsanlagenkonstrukteur einen Heizungs-Totbereich 43a als Leistungsfunktion einfügt. In diesem Fall, d.h. in diesem Bereich, wird dem Raum 13 keine Wärme zugeführt, auch wenn die Ist-Temperatur geringfügig unter der Soll-Temperatur liegt.

Falls jedoch die Ist-Temperatur unterhalb der linken lotrechten Achse 45 des Heizungs-Totbereichs 43a liegt, werden je nach der in Temperaturgraden ausgedrückten Differenz zwischen der Temperatur, die durch den Schnittpunkt der Achse 45 mit der waagerechten Temperaturachse 37 repräsentiert wird, und der Ist-Raumtemperatur ein oder mehrere elektrische Widerstands-Heizelemente 31 aktiviert, d.h. an Spannung gelegt. Bei der beispielhaften Darstellung ist vorausgesetzt, dass die Raumheizanlage vier elektrische Wider-stands-Heizelemente umfasst, deren zyklische oder peri3

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odische Betätigung jeweils durch rechteckige Hüllkurven 47, 49,51 und 53 veranschaulicht ist. Bisherige Anlagen dieser Art sind so ausgelegt, dass dann, wenn die Ist-Temperatur durch eine einen Punkt A schneidende lotrechte Achse wiedergegeben wird, entweder zwei oder drei Widerstands-Heizelemente 31 aktiviert werden, obgleich ein genaueres, energiesparendes Regelverfahren erfordern würde, dass effektiv und idealerweise nur etwa 2,5 Heizelemente zum Einsatz kommen sollen. In der Praxis kann die tatsächliche Zahl der Widerstands-Heizelemente 31 in einer bestimmten Luftführungsanlage 10 je nach deren Grösse bzw. Abmessungen von einer Mindestzahl entsprechend einem Heizelement bis zu zwölf oder mehr Heizelementen variieren.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung beim Zonenzustandsregler mit Folgesteuereinheit gemäss DE-OS 34 90 205.8, auf die hiermit Bezug genommen wird. Der in dieser DE-OS beschriebene Zonenzustandsregler ist ein mikroprozessorgestütztes Gerät, das Messfühlersignale abzunehmen vermag, die unter anderem die Ist-Temperatur der Luft in einem Raum, die Soll-Temperatur und die Abführlufttemperatur angeben. Die in Fig. 1 dieser DE-OS dargestellte Recheneinheit 55, ebenfalls eine mikroprozessorgestützte Anordnung, kann benutzt werden, um eine Impulsbreitenmodulation der in Fig. 3 dieser DE-OS dargestellten elektronischen Schaltung 57 durchzuführen. Die Schaltung 57 gemäss dieser DE-OS umfasst eine Leitung 59, die mit dem Stift 11 (PC2) des Mikroprozessors in der Recheneinheit 55 verbunden ist, sowie zwei Ausgangsklemmen 60 zum Anlegen des 20 mA-Ausgangssignals an die Klemmen 61 einer Lastregelschaltung 63. Wenn diese Verbindung zwischen der Schaltung 57 und dem Stift 11 hergestellt ist, wird bzw. ist der Verbindungsdraht zwischen den Elementen R18 und R53 entfernt/Die Lastregelschaltung 63 weist zwei Leistungs- oder Netzklemmen 65 für den An-schluss an die Wechselspannungsleitung und eines der Heizelemente 3b, als erstes geregeltes Heizelement bezeichnet, sowie eine optisch gekoppelte Nullspannung-Triggerschaltung 67 auf, um einen Leistungs-Triac, gegensinnig gepolte siliziumgesteuerte Gleichrichter oder deren funktionelle Äquivalente das angeschlossene, erste geregelte Heizelement 31a selektiv aktivieren bzw. an Spannung legen zu lassen. Wahlweise kann zur Gewährleistung geringfügig niedrigerer Fertigungskosten die Triggerschaltung 67 mit dem Leistungs-Triac durch ein Festkörperrelais 69 eines handelsüblichen Typs (Crydom type D2425) ersetzt werden.

Ein besseres Verständnis des erfindungsgemässen Regelverfahrens ergibt sich auch auf der Grundlage der Voraussetzung, dass zum Zeitpunkt eines anfanglichen Bedarfs für Wärmezufuhr bestimmte beispielhafte Bedingungen vorhegen. (Im folgenden sind die Temperaturen jeweils auch in «Grad-Fahrenheit» jeweils in Klammern angegeben.) Es sei angenommen, dass die Zonen- oder Raum-Soll-Temperatur 21,1 °C (70 °F) beträgt und dass in der Anlage keine Vorkehrungen für einen Heizung-Totbereich vorgesehen sind. Bei graphischer Darstellung auf ähnliche Weise wie in Fig. 2 würde die lotrechte Achse 45 mit der rechten lotrechten Grenzachse 39 des Heizregelbereichs 41 koinzidieren. Weiterhin sei angenommen, dass der Heizregelbereich 41 eine Bandbreite, in Temperaturgraden ausgedrückt, von ungefähr 5,5 °C (10 °F) aufweist; diese Temperaturbandbreite ist durch den waagerechten Abstand zwischen rechter und linker Grenzlinie 45 bzw. 71 dargestellt. Ferner sei vorausgesetzt, dass die Luftführungsanlage 10 vier Widerstands-Heizelemente enthält, nämlich drei Heizelemente 31 und ein geregeltes Heizelement 31a, und dass die Ist-Temperatur im Raum 13 17,64 °C (63,75 °F) beträgt. Ein Merkmal der in der genannten DE-OS beschriebenen Einheit 55 besteht darin, dass ihr Mikroprozessor so programmiert sein kann, dass er die Bandbreite des Heizung-Regelbereichs 41 und weiterhin auch die Zahl der in die Luftführungsanlage 10 eingebauten Widerstands-Heizelemente erkennt bzw. festzustellen vermag. Die Einheit 55 verteilt daraufhin die Heizwirkung s oder -leistung der Widerstands-Heizelemente 31,31a gleich-mässig über den Heizung-Regelbereich 41.

Der Anlagenregler 73 gemäss der genannten DE-OS berechnet nach Empfang der die Ist- und Soll-Temperaturen angebenden Signale die kombinierte Zahl oder Gesamtzahl io der Widerstands-Heizelemente 31, 31a, die aktiviert werden müssen, um die im Raum 13 herrschende Ist-Temperatur auf die Grösse der Soll-Temperatur anzuheben. Unter den vorstehend vorausgesetzten und in Fig. 2 als Punkt A graphisch dargestellten allgemeinen Bedingungen beträgt diese Geis samtzahl 2,5; dabei entspricht «2» der durch die Hüllkurven 47 und 49 dargestellten ganzzahligen Komponente, während «0,5» die durch die halbe Weite der Hüllkurve 51 wiedergegebene Bruchkomponente darstellt. Wenn der Regler 73 weiterhin zum Zeitpunkt der Initialisierung feststellt, dass keine 20 Widerstands-Heizelemente 31,31a aktiviert sind, liefert er einen Befehl, welcher die Einheit 55 veranlasst, das geregelte Heizelement 31a und eine Gruppe zweiter Heizelemente 31 zu aktivieren, und zwar die letzteren in einer Folge nach Ablauf vorgewählter Zwischenstufen-Zeitverzögerungen. Diese 25 Gruppe enthält eine Anzahl von Heizelementen 31 entsprechend der ganzzahligen Komponente, d.h. 2 im beispielhaft angenommenen Fall. Hierauf wird Wärme in den Raum 13 eingeführt, bis die Ist-Temperatur darin ansteigt und sich dem Sollwert nähert. Der Regler 63 berechnet wiederholt die 30 Gesamtzahl erneut, um damit das geregelte Heizelement 31a für eine sich verkürzende mittlere bzw. Durchschnittszeit aktiviert zu halten. Wenn sich die Gesamtzahl im angenommenen Beispiel über 2,0 auf z.B. 1,95 verringert, deaktiviert die Einheit 55 eines der beiden vorher an Spannung gelegten 35 Heizelemente in der Gruppe bei gleichzeitiger intermittierender Aktivierung des geregelten Heizelements 31a für 95% der gewählten oder eingestellten Taktzeit. Die intermittierende Aktivierung findet für einen sich verringernden Prozentsatz jeder Taktzeit statt, bis die Ist-Temperatur der Soll-40 Temperatur gleich ist; an diesem Punkt wird das erste Heizelement 31a deaktiviert.

Diese Betätigungs- oder Betriebsart ist in Fig. 2 graphisch veranschaulicht, die für die beispielhafte Heizanlage 29 mit vier Widerstands-Heizelementen die Betriebskurven 45 bzw. Kennlinien für das geregelte Heizelement der Stufe 4 (Hüllkurve 53) und diejenigen der Heizelemente der Stufen 1 bis 3 (Hüllkurven 47,49 bzw. 51) wiedergibt, wobei die ersten beiden dieser (letzteren) Heizelemente im angenommenen Beispiel die zweite Heizelement-Gruppe bilden. Hierbei 50 ist ein anfanglicher Befehl aufgrund der Berechnung einer Gesamtzahl von 2,5 durch den Punkt A dargestellt. Unter diesen Bedingungen werden die Stufen 1 und 2, vorzugsweise stufenweise bzw. sequentiell, aktiviert, während die Stufe 4 für 50% der gewählten Periode oder Taktzeit intermittierend 55 aktiviert wird. Wenn sich die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur nähert, verringert sich der Prozentsatz der Taktzeit, während welcher die Stufe 4 aktiviert ist, auf die durch das Gefälle der Linie 75 angegebene Weise. Bei Erreichen einer durch die Gesamtzahl 1,95 angegebenen Differenztempego ratur, die allgemein durch den Punkt B bezeichnet ist, werden die Stufe 2 deaktiviert und die Stufe 4 während 95% jeder Taktzeit aktiviert.

Eine auf diese Weise erfolgende Regelung erlaubt die genaue Zufuhr nur der für die Erhöhung der Raumtemperatur 65 erforderlichen Wärmemenge und lässt die Ist-Temperatur sich dem Sollwert praktisch asymptotisch nähern, ohne über oder unter die Soll-Temperatur hinaus zu schwingen. Beim vorstehend umrissenen Verfahren wird jedes der Heizele-

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mente 31, welche die Gruppe der zweiten Widerstands-Heizelemente bilden, nach Ablauf einer Zwischenstufen-Zeitverzögerung im Anschluss an die Aktivierung des geregelten Widerstands-Heizelements 31a oder gegebenenfalls des vorhergehenden oder vorgeschalteten Heizelements in der Gruppe aktiviert. Der Grund für diese sequentielle Aktivierung liegt darin, dass diese Verzögerungen die Verhinderung eines Kurzschliessens von Kontaktgebern begünstigen und es dem Zonenregler 73 erlauben, die Wirkung der Aktivierung einer Stufe vor der Aktivierung der nächsten Stufe festzustellen. Weiterhin kann die örtliche Kraftwerksgesellschaft möglicherweise Beschränkungen bezüglich der maximalen Lasterhöhung, die auf einer Leitung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vorgenommen wird, vorgeben.

Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel werden keine Zwischenstufen-Zeitverzögerungen angewandt. Der Anlagenregler 73 berechnet wiederum die Gesamtzahl der Wi-derstands-Heizelemente 31, 31a, die aktiviert werden müssen, um die Ist-Temperatur im Raum 13 auf die Grösse der Soll-Temperatur zu erhöhen. Der Regler 73 liefert daraufhin einen Befehl, der die Folgesteuer-Einheit 55 veranlasst, das geregelte Heizelement 31a intermittierend während einer mittleren oder Durchschnittszeit zu aktivieren, die der Bruchkomponente gleich ist. Gleichzeitig wird eine Gruppe zweiter Heizelemente kontinuierlich aktiviert, wobei diese Gruppe eine der ganzzahligen Komponente entsprechende Zahl von Heizelementen 31 umfasst. Die Gesamtzahl wird wiederholt neu berechnet, und die Heizelemente 31 dieser Gruppe werden aufeinanderfolgend deaktiviert, während sich die ganzzahlige Komponente der Grösse 0 annähert und schliesslich zu 0 wird. Das geregelte Heizelement 31a wird weiterhin intermittierend für eine Durchschnittszeit aktiviert, die der Bruchkomponente gleich ist. Wenn die Ist-Temperatur die Soll-Temperatur erreicht hat, wird auch das geregelte Heizelement 31a deaktiviert.

Die Berechnung der Gesamtzahl der Widerstands-Heizelemente 31 und 31a erfolgt vorzugsweise durch Wählen einer in Temperaturgraden ausgedrückten Bandbreite BW eines Heizung-Regelbereichs 41. Im angenommenen Beispiel beträgt diese Bandbreite 5,5 °C (10 °F). Die Bandbreite wird dann in mehrere Inkremente unterteilt, die jeweils eine In-krement- bzw. Teilbreite in Temperaturgraden besitzen.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Zahl der Inkremente der Zahl Nr von in der Anlage vorhandenen Widerstands-Heizelementen 31 und 31a (im vorliegenden Fall vier Heizelemente), und die Bandbreite jedes Inkre-ments beträgt dabei BW dividiert durch Nr, d.h. 1,4 °C (2,5 °F). Die in Temperaturgraden angegebene Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur wird sodann bestimmt, und diese Differenz (im vorliegenden Fall 3,47 °C (6,25 °F)) wird durch die Inkrementbreite von 1,5 °C (2,5 °F) dividiert, um die Gesamtzahl der Heizelemente von 2,5 zu erhalten.

Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die Raumheiz-anlage über einen Heizung-Proportionalregelbereich 41 geregelt werden kann, der eine Funktion der Abführlufttemperatur (DA) und nicht eine Funktion der Raumtemperatur ist. In diesem Fall wird in einem breiten Abführluft-Proportionalband eine Abführlufttemperatur auf z. B. 21,4 °C (70 °F) für eine Raum-Soll-Temperatur von 21,1 °C (70 °F) und auf 60 °C (140 °F) für eine Raumtemperatur von 15,6 °C (60 °F) geregelt oder eingestellt, unter Voraussetzung eines auf Raumtemperatur bezogenen Proportionalbands einer Bandbreite BW von 5,5 °C (10 °F). Eine genauere Regelung und eine bessere Energieeinsparung werden jedoch dann erzielt, wenn ein inkrementelles Abführluft-Proportionalband mit einer Bandbreite gewählt wird, die wesentlich kleiner ist als die weite Bandbreite von 38,9 °C (70 °F) (60 °C—21,1 °C); bevorzugt wird eine inkrementelle Bandbreite im Bereich von8,3°C—16,6°C (15°F—30°F). Mittelseiner Regelmass-nahme, die eine Funktion der durch einen Messfühler 27 er-fassten Abführlufttemperatur ist, wird vermieden, dass die Ausgangssignale des Temperaturfühlers 33 zu extrem klei-5 nen Inkrementen oder Teilstücken aufgelöst werden müssen. Ausserdem werden hierdurch Probleme vermieden, die mit der inhärenten Zeitverzögerung zwischen der Erzeugung einer bestimmten Temperatur im Raum 13 und der Fähigkeit der handelsüblichen Messfühler, diese Temperatur zu mes-lo sen oder zu erfassen, zusammenhängen. Es wird daher bevorzugt, dass das Regelverfahren auf die Abführlufttemperaturen und nicht auf die auf der Raumtemperatur beruhenden Grenzen des Heizung-Regelbereichs 41 gestützt ist.

Beim vorstehend beschriebenen Beispiel wird das erste i5 Widerstands-Heizelement 31a intermittierend aktiviert und deaktiviert, wobei die beispielhafte mittlere Zeit oder Durchschnittszeit der intermittierenden Aktivierung gleich der Bruchkomponente 0,5 ist, d.h. 50% der Taktzeit beträgt. Bei der Auslegung der für die Durchführung des erfmdungsge-20 mässen Verfahrens benötigten Ausrüstung und der erforderlichen Programme ist es wünschenswert, eine Taktzeit zu wählen, die lang genug ist, um das erste Heizelement 31a praktisch eine Betriebstemperatur erreichen zu lassen, die dennoch so kurz ist, dass die Zeitspanne, während welcher 25 das erste Heizelement 31a aktiviert ist, nicht zu einem Temperatur-Überschwingen im Raum 13 führt. Für optimalen Betrieb kann eine Taktzeit zwischen 1 s und 30 s gewählt werden; bevorzugt wird eine Taktzeit von etwa 2 s. Vorzugsweise wird weiterhin für eine mit feiner Auflösung erfolgen-30 de Regelung der Raumheizanlage 29 gesorgt. Eine inkrementelle Auflösungsfahigkeit im Bereich von 0—4% gewährleistet eine allgemein annehmbare Leistung; eine Auflösung von etwa 1 % wird bevorzugt. Im Hinblick darauf, dass bei Mikroprozessoren durchwegs Binärzahlen benutzt wer-35 den, sowie auf die bevorzugte Auflösung von 1% ist es zusätzlich wünschenswert, dass die Aktivierung aller (100%) Widerstands-Heizelemente 31,31a in der Anlage 29 durch eine Binärzahl wiedergebbar ist, die eine Auflösung auf zumindest 1 % zulässt. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel 40 ist die kleinste Gesamt-Digitalbitzahl, die eine solche Auflösung zulässt, gleich 128, d.h. sie entspricht der kleinsten Binärzahl, die der Zahl 100 am nächsten, aber darüber liegt. Es ist somit ersichtlich, dass die bevorzugte Taktzeit von etwa 2 s zweckmässig im Hinblick auf die angegebene Gesamt-45 Bitzahl und weiterhin im Hinblick auf den Umstand gewählt werden kann, dass eine 60 Hz-Netzwechselspannung ihre Nullspannungsachse in 2 s 120-mal durchläuft, wobei diese Zahl der Zahl von 128 gut angenähert ist. Ausserdem dürfte ersichtlich sein, dass damit die Auflösung zu einem beliebi-50 gen präzisen Prozentsatz erfolgen und die gewählte Auflösung in eine beliebige Binärzahl umgesetzt werden kann. Die direkte Auflösung mittels der angegebenen Digitalbitzahl oder -Zählung spart jedoch Befehlsschritte bei der Mikroprozessor-Programmierung ein.

55 Nachdem die Gesamtzahl berechnet und ihre Bruchkomponente bekannt ist, kann diese Komponente sodann zu einer ersten Bitzahl oder -Zählung aufgelöst werden, die einen Teil der gewählten Taktzeit, während welcher das erste geregelte Heizelement 31a aktiviert werden soll, repräsentiert. 6o Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Gesamtzahl zu 2,5 berechnet ist, wird das erste Widerstands-Heizelement 31a für 50% jeder Taktzeit aktiviert, und diese Taktzeit beträgt beim bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 2 s. Umgesetzt in Bitzahlen und unter Berück-65 sichtigung, dass 1) die vorausgesetzte Raumheizanlage 29 vier Widerstandsheizelemente 31 und 31a enthält und 2) die gesamte Anlage 29 durch eine Gesamtbitzahl von 128 dargestellt werden kann, wird das geregelte Widerstands-Heizele-

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ment 31a für eine erste Bitzahl von 1'6 (128 dividiert durch 4 Heizelemente; Quotient 32 multipliziert mit 50% bzw. 0,5) aktiviert und während 50% jeder Taktzeit deaktiviert, d.h. während des Teils der Taktzeit, der durch die Differenz zwischen der Quotient-Bitzahl und der ersten Bitzahl ausgedrückt ist.

Unter Zugrundelegung eines anderen Beispiels sei angenommen, dass die Raumheizanlage 29 acht Widerstands-Heizelemente 31, 31a enthält, von denen eines das geregelte Heizelement 31a ist. Weiterhin sei angenommen, dass das auf die Raumtemperatur bezogene Heizung-Proportionalre-gelband 41 eine Bandbreite BW von 16 °F besitzt, die Soll-Temperatur 21,1 °C (70 °F) beträgt und die Ist-Raumtemperatur bei 17,0 °C (62,5 °F) Hegt. Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Berechnen der Gesamtzahl betragen die Proportionalbandbreite BW 16 und die Zahl der Heizelemente Nr und somit die Zahl der Inkremente 8, und die Breite oder Weite jedes Inkrements ist bzw. wird zu 1,1 °C (2 °F) berechnet. Da die Differenz zwischen Ist- und Soll-Temperatur 4,1 °C (7,5 °F) beträgt, berechnet sich die Gesamtzahl zu 4,1 °C (7,5 °F) dividiert durch 1,1 (2) bzw. zu 3,75. Die Gesamtzahl lässt sich dahingehend interpretieren, dass die Folgesteuer-Einheit 55, um die Ist-Temperatur in Übereinstimmung mit der Soll-Temperatur zu bringen, anfänglich drei Heizelemente 31 in der Gruppe und weiterhin das geregelte Heizelement 31a für 75% jeder Taktzeit aktivieren muss. Da acht Heizelemente durch eine Bitzahl oder -Zählung von 128 ausgedrückt sind, steht für das geregelte Heizelement 31a eine Bitzahl von 128 dividiert durch 8 bzw. von 16 Bits. Da dieses letztere Heizelement 31a für 75% jeder Taktzeit aktiviert werden soll, wird es für 12 Bits aus jeder Bitzahl von 16 aktiviert.

Bei der intermittierenden Aktivierung des ersten geregelten Heizelements 31a auf die vorstehend beschriebene Weise und bei Verwendung der mikroprozessorgestützten Ausrüstung wird bevorzugt, dass die Zufuhr von elektrischem Strom zum Heizelement 31a durch eine elektronische Schaltung 57 erfolgt, die auf digitale Regelsignale von der Folgesteuer-Einheit 55 anspricht, sowie durch eine Stromversor-gungs- oder -speiseschaltung 63, welche die Aktivierung und Deaktivierung des geregelten Widerstands-Heizelemerits 31a nur während derjenigen kurzen Zeitspannen zulässt, wenn die an Stromklemmen 65 angeschlossene Netzwechselspannung nicht grösser ist als etwa 9% ihres Spitzenwerts, d.h. etwa 12,5% ihres quadratischen Mittelwerts beträgt. Diese kurzen Zeitspannen treten offensichtlich nur dann auf, wenn die Netzwechselspannung dicht an einer Nulldurchgangslinie liegt, was im Fall eines 60 Hz-Netzes pro Sekunde 120-mal der Fall ist. Ein auf diese Weise erfolgendes Schalten ist deshalb wünschenswert oder vorteilhaft, weil hierdurch die Erzeugung von störender Hochfrequenzinterferenz deutlich verringert wird.

Die folgenden Bauteile haben sich für die Realisierung der Schaltung gemäss Fig. 3 als zweckmässig erwiesen. Sofern nicht anders angegeben, sind die Widerstandswerte in Ohm, 5% Toleranz, angeführt.

Tabelle (Fig. 3)

R14

51

RI 5

560

R16

820

R17

10 kO

R18

47 kfì

RI 9

360

Qi

ZN3703

Q2

GES5822

Ml

MOC3041

M2

Crydom D2425

Obgleich vorstehend nur einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben sind, ist die Erfindung keineswegs hierauf beschränkt, sondern weiteren Abwandlungen zugänglich.

s

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25

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G

1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Regeln einer Raumheizanlage mit mehreren elektrischen Widerstands-Heizelementen, dadurch gekennzeichnet, dass eine für die Erhöhung der Ist-Temperatur in einem Raum auf eine Sollwert-Temperatur erforderliche, zu aktivierende Gesamtzahl der Widerstands-Heizelemente berechnet wird, wobei diese Gesamtzahl eine ganzzahlige Komponente und eine Bruchkomponente hiervon aufweist,

   ein erstes geregeltes Heizelement intermittierend aktiviert wird,

   eine Gruppe zweiter Widerstands-Heizelemente kontinuierlich aktiviert wird, wobei diese Gruppe Heizelemente in einer Zahl entsprechend der ganzzahligen Komponente enthält,

   die Gesamtzahl wiederholt neu berechnet wird, die Gruppe der zweiten Heizelemente als Funktion der ganzzahligen Komponente der Gesamtzahl deaktiviert wird, wobei die mittlere Zeit oder Durchschnittszeit der intermittierenden Aktivierung des ersten Heizelements der Bruchkomponente gleich ist, und das erste Heizelement deaktiviert wird, wenn die Bruchkomponente gleich Null ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Berechnungsschritt eine in Temperaturgraden ausgedrückte Bandbreite eines Heizung-Proportionalregelbereichs gewählt,

   die Bandbreite in eine Anzahl von Inkrementen mit jeweils einer äquivalenten Inkrementbreite in Temperaturgra-den unterteilt,

   die Differenz, in Temperaturgraden ausgedrückt, zwischen der Soll- und der Ist-Temperatur im Raum bestimmt und die Differenz zur Ermittlung der Gesamtzahl der Heizelemente durch die Inkrementbreite dividiert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite auf die Temperatur der Abführluft aus der Anlage bezogen ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Gruppe der zweiten Widerstands-Heizelemente bildenden Heizelemente in einer Sequenz aktiviert werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandbreitenteilungsschritt durch Teilen der Bandbreite durch die Zahl der elektrischen Widerstands-Heizele-mente in der Raumheizanlage durchgeführt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchkomponente zu einer ersten Bitzahl aufgelöst wird, die für einen Teil einer Taktzeit, während welcher das geregelte Heizelement aktiviert werden soll, repräsentativ ist, dass die gesamte Heizleistung der Heizanlage nach einer Gesamtbitzahl aufgelöst wird, und dass das geregelte Heizelement während des durch die erste Bitzahl repräsentierten Teils der Taktzeit aktiviert und während des Teils der Taktzeit deaktiviert wird, der durch die Differenz zwischen der Gesamtbitzahl und der ersten Bitzahl bestimmt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Berechnungsschritt ein für die Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatursignal repräsentatives Befehlssignal erzeugt,

   ein für die Differenz zwischen der Gesamtzahl der zu aktivierenden Widerstands-Heizelemente und einer Gesamtzahl von jeweils tatsächlich aktivierten Widerstands-Heizele-menten repräsentatives Ansprechsignal erzeugt,

   ein etwaiger Fehler zwischen dem Befehlssignal und dem Ansprechsignal erfasst und mindestens eines der zweiten Widerstands-Heizelemente aktiviert werden und damit der erfasste Fehler ausgeschaltet wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gewählte Taktzeit mindestens 1 s und nicht mehr als 30 s beträgt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, s dass die Gesamtbitzahl diejenige Binärzahl ist, die dem Produkt aus einem Multiplikanden 60 und einem Multiplikator, welcher der Zahl der Sekunden in der gewählten Taktzeit entspricht, am nächsten liegt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich-lo net, dass die gewählte Taktzeit mindestens 1 s und nicht mehr als 30 s beträgt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbitzahl diejenige Binärzahl ist, die dem Produkt aus einem Multiplikanden 60 und einem Multipli-

    15 kator, welcher der Zahl der Sekunden in der gewählten Taktzeit entspricht, am nächsten liegt.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch.gekennzeich-net, dass die gewählte Taktzeit etwa 2 s und die Gesamtbitzahl 128 betragen.