DE2438820A1

DE2438820A1 - Anordnung fuer die temperaturregelung in raeumen

Info

Publication number: DE2438820A1
Application number: DE2438820A
Authority: DE
Inventors: Kjell Claesson; Stig Roennerholm
Original assignee: Tour Agenturer AB
Current assignee: Tour Agenturer AB
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1975-03-13
Also published as: SE7311546L; JPS5063750A; SE374610B; ATA508074A; NL7410985A; FR2241820A1; FR2241820B3; DK414474A; FI200574A; BE819160A

Description

PATENTANWALT DlPL-ING. H. STROHSCHÄNK

8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (08 ß) 881608 Ο/ΟΟΟΟΓ)

13.8.1974-SLa(5) 188-1349P

Tour Agenturer Aktiebolag, Svärdlängsvägen 4-6, Johanneshov (Schweden)

Anordnung für die Temperaturregelung in Räumen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für die Temperaturregelung in Räumen mit einem Temperaturfühler und einem Steuergerät, das an den Temperaturfühler angeschlossen ist und in Entsprechung zu dessen Ausgangssignalen auf Stellglieder für die Zufuhr von Wärme oder von Kälte zu einem in seiner durch den Temperaturfühler erfaßten Temperatur zu regelnden Raum einwirkt .

Bei der Regelung der Temperatur in Wohn- und Büroräumen, Lokalen und Lagerräumen oder Fabrikationsstatten mit Hilfe üblicher Klimaanlagen findet normalerweise ein unmittelbarer Übergang von einer Wärmezufuhr zu einer Kältezufuhr und umgekehrt statt. So wird beispielsweise bei Erreichen einer eingestellten Raumtemperatur von 20 C unter Wärmezufuhr diese Wärmezufuhr unterbrochen und mit Überschreiten der eingestellten Raumtemperatur stattdessen unmittelbar die Zufuhr von Kälte eingeleitet.

Ein derartiger unmittelbarer Wechsel zwischen Wärmezufuhr und Kältezufuhr läßt die gesamte Klimaanlage jedoch sehr leicht instabil werden und führt außerdem zu einer unerwünscht raschen Abnutzung der für die Temperaturregelung eingesetzten Anlageteile,

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da diese häufig in einem Pendelbetrieb mit kurzer Periodendauer arbeiten müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sich zwischen einen Betrieb mit Wärmezufuhr und einen Betrieb mit Kältezufuhr eine einstellbare Totzone, d.h. ein Temperaturbereich einschalten läßt, innerhalb dessen weder eine Wärmezufuhr noch eine Kältezufuhr erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuergerät mit den Stellgliedern für die Wärme- bzw. Kältezufuhr über ein Verzögerungsglied gekoppelt ist, das eine Betätigung eines Stellgliedes über das Steuergerät erst dann zuläßt, wenn das Steuergerät das entsprechende Ausgangssignal im Anschluß an eine Stillsetzung des jeweils anderen Stellgliedes während einer vorgebbaren Mindestzeit fortdauernd abgibt.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Regelanordnung gestattet die Einstellung einer Totzone, die sich sowohl in ihrer Lage als auch in ihrer Breite den jeweils gewünschten Verhältnissen anpassen läßt. So läßt sich beispielsweise eine Einstellung in der Weise vorsehen, daß die Wärmezufuhr bis zum Erreichen einer Raumtemperatur von 20⁰C in Betrieb bleibt und unmittelbar bei deren Überschreitung aufhört, während eine Kältezufuhr erst bei Überschreiten einer Raumtemperatur von 25 C in Gang kommt und unmittelbar nach Durchlaufen dieses Temperaturwertes von höheren Temperaturen her ausgesetzt wird. Bei diesem Beispiel liegt also die Totzone der Regelanordnung zwischen +20⁰C und +25⁰C, jedoch sind selbstverständlich auch beliebige andere Grenzwerte einstellbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verzögerungsglied ein Binärzähler, der über ein Widerstandsnetzwerk in eine Sxgnalrückkopplungsleitung für das Steuergerät ein-

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gefügt ist und ein Stellsignal vom Steuergerät für die beiden Stellglieder jeweils nur in seiner einen bzw. in seiner anderen Endstellung wirksam werden läßt.

Im übrigen sind "orteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine Regelanordnung, bei der sich die Zufuhr von Wärme bzw. Kälte über Ventile mit proportionalem Betrieb vollzieht, und

Fig. 2 ein entsprechendes Blockschaltbild für eine Regelanordnung, bei der die Zufuhr von Wärme bzw. von Kälte über Ventile bewirkt wird, die im EIN/AUS-Betrieb arbeiten.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung enthält ein Steuergerät 1, das von üblicher Art sein kann und in dem ein Sollwerf für die Temperatur an einem Potentiometer eingestellt wird. Das Steuergerät 1 hat zwei Eingänge, wobei der eine Eingang an einen Temperaturfühler 2 angeschlossen ist, der beispielsweise aus einem Thermistor besteht und den Istwert angibt, also beispielsweise die Temperatur der Luft in dem temperaturgeregelten Räume. Der zweite Eingang des Steuergerätes 1 erhält über einen transistorisierten Leistungskreis 11 ein Rückkopplungssignal zugeführt. Das Steuergerät 1 hat zwei Ausgänge, an die je ein Stellglied 5 bzw. 6 angeschlossen ist, wobei das Stellglied 5 die Zufuhr von Wärme und das Stellglied 6 die Zufuhr von Kälte bewirkt. Ausgangssextig sind die beiden Stellglieder 5 und 6 mit einer aus logischen Kreisen digitaler Art aufgebauten Totzoneneinheit 3 verbunden.

Die Totzoneneinheit 3 enthält einen Start- und Stopp-Regler 8 mit zwei Eingängen für den Empfang von Signalen von denStell-

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gliedern 5 bzw. 6. Der Regler 8 ist direkt mit einem Impulserzeuger 7 verbunden, der seinerseits mit einem Binärzähler 4 mit 16 Stufen und mit 4 Ausgängen zu einem Widerstandsnetzwerk 10 verbunden ist. An den Ausgang des Widerstandsnetzwerks 10 ist ein Leistungskreis 11 angeschlossen, dessen Ausgang wie oben angegeben auf einen der Eingänge des Steuergerätes 1 rückgekoppelt ist. Der Zähler 4 besitzt zwei Anzeigeorgane 12 und für die Anzeige der Maximalstellung bzw. der Nullstellung des Zählers 4. An die Ausgänge dieser Anzeigeorgane 12 bzw. 14 ist je eines von zwei Bedingungssteuergeräten 9 bzw. 15 angeschlossen, die aus negierten UND-Schaltungen aufgebaut sein können. Die Ausgänge der Anzeigeorgane 12 und 14 sind außerdem mit dem Start- und Stopp-Regler 8 verbunden. Die Bedingungssteuergeräte 9 und 15 besitzen je einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des entsprechenden Stellgliedes 5 bzw. 6 verbunden ist. Die Ausgänge der Bedingungssteuergeräte 9 und 15 sind über je einen Leistungskreis 13 bzw. 16 mit einem anderen Eingang der Stellglieder 5 bzw. 6 verbunden. Die Leistungskreise 13 und 16 sind vorzugsweise aus Triodenthyristoren aufgebaut. Das Widerstandsnetzwerk 10 enthält vier Widerstände mit einem Widerstandsverhältnis von 1:2:4:8, die jeder an einen der vier Binärausgänge des Zählers 4 angeschlossen sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet in folgender Weise: Es sei angenommen, daß das Stellglied 5 für die Wärmezufuhr angesprochen hat und daß damit die Vorrichtung für die Wärmezufuhr in Betrieb ist. Wenn nun das Stellglied 5 ein Signal vom Steuergerät 1 empfängt, daß die Wärmezufuhr vermindert werden soll, welches Signal in diesem Falle ein negatives Signal sein soll, wird das Stellglied 5 in Gang gesetzt und schaltet die Wärmezufuhr (allmählich) ab. Wenn die Wärmezufuhr völlig abgeschaltet ist, wird das Steuersignal vom Steuergerät 1 über einen Endschalter im Stellglied 5 auf den Start- und Stopp-Regler 8 und außerdem auf den Impulserzeuger 7 umgeschaltet, der daraufhin Impulse an den Zähler 4 abzugeben beginnt. Dasselbe Signal wird außerdem dem einen Eingang des Bedingungs-

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Steuergeräts 9 sowie über den Start- und Stopp-Regler 8 dem Vorwärtseingang des Zählers 4 zugeführt. Der Impulserzeuger 7 soll in diesem Falle eine Impulsfrequenz von einem Impuls je 20 Sekunden haben und den Zähler 4 in Vorwärtsrichtung betreiben, wofür 16 χ 20 Sekunden erforderlich sind, d.h. 320 Sekunden, um den Zähler 4 seine 16 Stufen durchlaufen zu lassen. Der Zähler 4 schaltet während dieser Zeit die vier Widerstände im Widerstandsnetzwerk 10 in solcher Reihenfolge ein, daß der Summenstrom in der Rückkopplungsleitung zum Steuergerät 1 in 16 gleichen Stufen geändert wird. Den Signalen entsprechen dabei folgende Widerstandswerte, wobei für die verschiedenen Widerstandskombinationen Widerstände von 1, 2,4 und 8 0hm angenommen werden:

0 0hm keine Widerstände sind eingeschaltet

1 Onm Widerstand von 1 0hm eingeschaltet

2 Oiim Widerstand von 2 0hm eingeschaltet

3 0hm Widerstände von 1 und 2 0hm in Reihe eingeschaltet

4 Ohm. Widerstand von 4 0hm eingeschaltet

5 0hm Widerstände von 1 und 4 0hm in Reihe eingeschaltet

6 Ohm Vi id er stände von 2 und 4 0hm in Reihe eingeschaltet

7 0hm Widerstände von 1, 2 und 4 0hm in Reihe eingeschaltet

8 0hm Widerstand von 8 0hm eingeschaltet

9 0hm Widerstände von 1 und 8 0hm in Reihe eingeschaltet

10 0hm 'Widerstände von 2 und 8 0hm in Reihe eingeschaltet

11 0hm Widerstände von 1, 2 und 8 0hm in Reihe eingeschaltet

12 Olim Widerstände von 8 und 4 0hm in Reihe eingeschaltet

13 0hm Widerstände von 8, 4 und 1 0hm in Reihe eingeschaltet

14 0hm Widerstände von 8, 4 und 2 0hm in Reihe eingeschaltet

15 0hm Widerstände von 8, 4, 2 und 1 0hm in Reihe eingeschal

Die Ströme durch diese Widerstände werden mittels einer Transistorschaltung im Leistungskreis 11 verstärkt. Die Rückkopplungs-

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signalströme werden im Steuergerät 1 von den Istwertsignalen des Temperaturfühlers 2 abgezogen, und wenn das Steuergerät 1 im Gleichgewicht ist, verschwindet sein Ausgangssignal für das Stellglied 5 und damit auch für den Impulserzeuger 7, was bedeutet, daß der Zähler 4 zum Stillstand gebracht wird. Wenn dagegen das Steuergerät 1 fortdauernd an seinem Ausgang eine Signalspannung für das Stellglied 5 und den Impulserzeuger 7 abgeben sollte, fährt der Zähler 4· fort Impulse zu zählen bis zu seiner Maximalstellung, wo er dadurch zum Stillstand gebracht wird, daß über das Anzeigeorgan 12 ein Signal an den Stopp-Eingang des Start- und Stopp-Reglers 8 gegeben wird, wodurch das Signal vom Stellglied 5 zum Impulserzeuger 7 im Start- und Stopp-Regler 8 abgeschaltet wird. Das Signal des Anzeigeorgans 12 wird außerdem einem zweiten Eingang des Bedingungssteuergerätes 9 zugeführt, dessen erster Eingang über das Stellglied 5 das Signal vom Steuergerät 1 zugeführt erhält. Das Bedingungssteuergerät wird hierdurch ein Signal an seinen Ausgangskreis abgeben, das im Leistungskreis 13 verstärkt und dem zweiten der Eingänge des Stellgliedes 6 zugeführt wird. Solange das Steuergerät 1 noch nicht die Gleichgewichtslage erreicht hat, liegt auch Signalspannung am Eingang des Stellgliedes 6 an, und dieses Stellglied 6 wird dann zwecks Zufuhr von Kälte eingeschaltet. Es sind also zwei Bedingungen zu erfüllen, damit das Stellglied 6 die Zuführung von Kälte bewirkt, und zwar muß zum einen der Zähler 4 in seiner Maximalstellung sein, und zum anderen muß das Steuergerät 1 ein Bedürfnis nach Kälte angeben, d.h. in diesem Falle eine negative Signalspannung abgeben.

Falls das Steuergerät 1 stattdessen Bedürfnis nach Wärme angeben würde, d.h. eine positive Signalspannung abgeben würde, beginnt das Stellglied 6 die Zufuhr von Kälte abzuschalten. Wenn die Zufuhr von Kälte völlig abgeschaltet worden ist, wird das Signal vom Steuergerät 1 über einen Endschalter im Stellglied dem Start- und Stopp-Regler 8 und dem Impulserzeuger 7 sowie weiter dem Zähler 4 in ähnlicher Weise zugeführt wie im oben

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angegebenen Falle, wenn das Steuergerät 1 ein Bedürfnis nach Kälte angibt. Gleichzeitig erhält der Rückwärtseingang des Zählers 4 ein Triggersignal zugeführt, und der Zähler 4 beginnt rückwärts nach seiner Nullstellung hin zu zählen. Der Vorgang ist derselbe wie beim Vorwärtszählen. In der Rückkopplungsleitung vom Widerstandsnetzwerk 10 treten infolgedessen Summenstrom-.signale auf, deren Größe sich in 16 gleichen Stufen ändert. Wenn das Istwertsignal des Temperaturfühlers 2 während des Verlaufes der Zählung durch das Rückkopplungssignal ausgeglichen wird, verschwindet das Signal aus dem Steuergerät 1 für den Impulserzeuger 7, der gemeinsam mit dem Zähler 4 stehen bleibt. Wenn dagegen das Steuergerät 1 ständig ein Bedürfnis nach Wärme anzeigt, wird der Zähler 4 rückwärts bis in seine Nullstellung gebracht, und das Anzeigeorgan 14 gibt parallel ein Signal an das Bedingungssteuergerät 15 und an den Start- und Stopp-Regler 8 ab, so daß der Zähler 4 zum Stillstand gebracht wird. Da das Steuersignal vom Steuergerät 1 an den zweiten Eingang des Bedingung sSteuergerätes 15 gelangt, gibt das Bedingungssteuergerät 15 über den mit Triodenthyristoren versehenen Leistungskreis 16 ein Signal an das Stellglied 5 für die Wärmezufuhr ab. Das Stellglied 5 für Wärme veranlaßt dann den Beginn einer Wärmezufuhr, da an seinem zweiten Eingang eine positive Signalspannung vom Steuergerät 1 anliegt, die ein Bedürfnis nach Wärme anzeigt. Voraussetzung dafür, daß die Vorrichtung für Wärmezufuhr in Betrieb gesetzt werden kann, ist somit, daß zum einen der Zähler 4 in seiner Nullstellung steht und daß.zum anderen das Steuergerät 1 ein Bedürfnis nach Wärme anzeigt, d.h. in diesem Falle eine positive Signalspannung abgibt.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für eine Anordnung, bei der die Zufuhr von Kälte bzw. Wärme diskontinuierlich erfolgt, beispielsweise über ein Magnetventil. Diese Anordnung enthält einen Temperaturfühler 22, der ein Thermistor sein kann, sowie ein übliches Steuergerät 21. Das Steuergerät 21 ist in diesem Falle nicht direkt an die Stellglieder 25 und 26 für die Zufuhr

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von Wärme bzw. Kälte angeschaltet, weshalb diese kein direktes Signal vom Steuergerät 21, sondern nur ein Signal von dem in 16 Stufen arbeitenden Binärzähler 2 4 erhalten. Die Impulssignale aus dem Steuergerät 21 werden nämlich über den Start- und Stopp-Regler 28 direkt auf den Impulserzeuger 2 7 gegeben, und dieser beginnt dann den Zähler 24 weiterzuschalten. Wenn das Steuergerät 21 ein Bedürfnis nach Kälte angibt, erhält der Zähler 24 zusätzlich zu dem jede 20. Sekunde ankommenden Impulssignal vom Impulserzeuger 2 7 an seinem Vorwärtseingang auch ein Signal vom Start- und Stopp-Regler 28. Der Zähler 24 zählt dann vorwärts und für jede Rechenstufe in demselben wird ein Signal an das aus vier Widerständen mit dem Widerstandsverhältnis 1:2:4 bestehende Widerstandsnetzwerk 20 abgegeben. Diese Signale werden wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch den Leistungskreis 31 verstärkt und in Form von in 16 gleichen Stufen sich vergrößernden Summenstromsignalen zum Ausgleich des Istwertsignales vom Temperaturfühler 22 auf den anderen Eingang des Steuergerätes 21 rückgekoppelt. Wenn diese Signale einander kompensieren, verschwindet das Signal am Eingang des Start- und Stopp-Reglers 28 und infolgedessen auch am Impulserzeuger 27, und der Zähler 24 bleibt im Stillstand. Das Steuergerät 21 gibt somit kein Bedürfnis mehr nach Kälte an. Falls dagegen die Rückkopplungssignale zu schwach sind,um das Istwertsignal auszugleichen, erreicht der Zähler 24 seine Maximalstellung, und dem Anzeigeorgan 32 für die Anzeige der Maximalstellung des Zählers 24 wird ein Signal zugeführt. Dieses Signal wird an den Start- und Stopp-Regler 2 8 weitergegeben, so daß der Zähler 24 zum Stillstand gebracht wird. Dasselbe Signal wird auch dem Leistungskreis 3 3 zugeführt, wo es für seine Weiterleitung an das Stellglied 2 6 für die Zufuhr von Kälte verstärkt wird, über das dann die Vorrichtung für eine Zufuhr von Kälte in Betrieb genommen wird. Die einzige Bedingung, die somit erfüllt sein muß, damit eine Kältezufuhr stattfindet, ist jetzt, daß der Zähler 24 seine Maximalstellung erreicht. Wenn das Steuergerät 21 ein Bedürfnis nach Wärme angibt, verlaufen die Vorgänge umgekehrt zu dem oben beschriebenen Falle bei einem Be-

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dürfnis nach Kälte, d.h. der Zähler 2 4 wird rückwärts von seiner Maximalstellung in seine Mullstellung geführt, wobei das Anzeigeorgan 35 eine Signalspannung an den Leistungskreis 36 abgibt, der dieses Signal verstärkt und weiter dem Stellglied 25 für die Wärmezufuhr zuleitet. Dies gilt selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß das Rückkopplungssignal vom Zähler 24 nicht schon das Istwertsignal des Temperaturgebers 24 kompensiert hat, so daß der Zähler 24 in einer Zwischenstellung stehengeblieben ist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen für eine Temperaturregelung wird ein direkter Übergang von einem Zustand mit Zufuhr von Wärme zu einem Zustand mit Zufuhr von Kälte dadurch vermieden, daß eine Verzögerung in Form einer Totzoneneinheit in die Rückkopplungsleitung zum Steuergerät und zu den beider, Stellgliedern für Kälte- bzw. für Wärmezufuhr eingebaut ist. Der wesentlichste Bestandteil in dieser Totzoneneinheit ist der Binärzähler, der in diesem Falle mit 16 Stufen mit einer Zählgeschwindigkeit von 20 Sekunden für jede Stufe ausgelegt ist. Dies ergibt eine maximale Verzögerung von 320 Sekunden, d.h. 5 Minuten und 20 Sekunden, zwischen den Zuständen mit Zufuhr von Kälte und mit Zufuhr von Wärme und umgekehrt. Diese Verzögerung bestimmt auch den Temperaturbereich, innerhalb dessen keines der Stellglieder für die Zufuhr von Kälte bzw. Wärme eingeschaltet ist. Oben wurde dieser Bereich mit 5°C angenommen, wobei er zwischen +20⁰C und +25⁰C liegen soll, aber natürlich können auch andere Temperaturunterschiede und andere Temperaturbereiche gewählt werden. Ebenso kann der Binärzähler eine andere Zahl von Stufen als 16 enthalten, und die Verzögerung zwischen den Zählerstufen kann auch eine andere als die beispielsweise angegebenen 20 Sekunden betragen.

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Claims

Patentansprüche

..!Anordnung für die Temperaturregelung in Räumen mit einem Temperaturfühler und einem Steuergerät, das an den Temperaturfühler angeschlossen ist und in Entsprechung zu dessen Ausgangssignalen auf Stellglieder für die Zufuhr von Wärme oder von Kälte zu einem in seiner durch den Temperaturfühler erfaßten Temperatur zu regelnden Kaum einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1; 21) mit den Stellgliedern (5, 6; 25, 26) für die Wärme- bzw. Kältezufuhr über ein Verzögerungsglied (4; 24) gekoppelt ist, das eine Betätigung eines Stellgliedes über das Steuergerät erst dann zuläßt, wenn das Steuergerät das entsprechende Ausgangssignal im Anschluß an eine Stillsetzung des jeweils anderen Stellgliedes während einer vorgebbaren Mindestzeit fortdauernd abgibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied ein Binärzähler (4; 24) ist, der über ein Widerstandsnetzwerk (10; 20) in eine Signalrückkopplungsleitung für das Steuergerät (1; 21) eingefügt ist und ein Stellglied vorn Steuergerät für die beiden Stellglieder (5, 6; 25, 26) jeweils nur in seiner einen bzw. in seiner anderen Endstellung wirksam werden läßt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Binärzähler (4) über die beiden Stellglieder (5, 6) an das Steuergerät (1) angeschlossen ist und seine Eingangssignale vom Steuergerät über das eine oder über das andere Stellglied erhält (Fig. 1).
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Binärzähler (4; 24) ein die Zählimpulse erzeugender Impulserzeuger (7; 27) vorgeschaltet ist, der seinerseits ebenso wie der Binärzähler selbst vom Steuergerät (1; 21) über einen

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Start-Stopp-Regler (8; 28) stufenweise weitergeschaltet wird.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Binärzähler (4; 24) 2ⁿ Zählerstufen und η Zählerausgänge aufweist, an die jeweils einer von η Widerständen angeschlossen ist, die in einem Widerstandsverhältnis von 2 : 2 : 2 : ... 2 zueinander stehen und so zusammengeschaltet sind, daß sich für das Rückkopplungssignal zum Steuergerät (1; 21) 2ⁿ gleiche Stufen einstellen lassen.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Binärzähler (4; 24) ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler und mit Anzeigeorganen (14; 34 bzw. 12; 32) für die Anzeige seiner Nullstellung bzw. seiner Maximalstellung gekoppelt ist, wobei die Zählrichtung im Zähler durch den jeweils wirksamen Signalausgang des Steuergeräts (1; 21) bestimmt wird.

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