DE2503167A1

DE2503167A1 - Individual room temp control in central heating system - strategically placed sensor coupled to operational amplifier regulating stage

Info

Publication number: DE2503167A1
Application number: DE19752503167
Authority: DE
Inventors: Kurt Ewe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-27
Filing date: 1975-01-27
Publication date: 1976-07-29

Abstract

A temperature regulator for a central heating system enables precise control of individual room temperature with provision for programmed change in reference temperature and independence of the general operating temperature of the sytem. The thermostat valve has resistance coils (2) for temperature sensing and these are coupled to a power output transistor (5). The transistor is also coupled to the regulator stage operation amplifier (4) with capacitor resistance feedback to provide either PI or PID control. A bridge input circuit has resistance coil type room temperature sensor (6) and areference setting potentiometer for daytime temperature (7). A second potentiometer may be set to give a reduced nighttime temperature (8) that has a relay (9) controlled by a programme.

Description

Einzelraum-Temperaturregelung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einzelraum- Temperaturregelung mit in dem Vor- oder Rücklauf der Warmwasserheizkörper angebrachten proportional regelnden Thermostatventilen.Single room temperature control The invention relates to a Individual room temperature control with in the flow or return of the hot water radiator attached proportionally regulating thermostatic valves.

Bei den bekannten Gebäudetemperatur- oder Heizungsregelungen werden nur die Temperaturen von Gebäudeteilen, je nach dem, ob sie auf der Nord- oder Südseite des Gebäudes liegen, getrennt geregelt. Hierbei wird die Temperatur von einem Raum oder die mittlere Temperatur der Räume eines Gebäudeteiles geregelt. Bei Ein- oder Mehrfamilienhäusern, also bei kleineren Gebäuden, wird, sofern men überhaupt von eincr Rauinteinperaturregelung sprechen kann, nur die Temperatur eines Raumes echt geregelt. Solltemperaturanhebungen oder -absenkungen in Abhängigkeit von der Tageszeit werden bei großen Wchn- oder Bürogebäuden bestenfalls pro Gebäudeteil vorgenommen. Bei kleineren Gebäuden erfolgt dieses zentral für alle Räume des Gebäudes gemeinsam und gleichzeitig.With the known building temperature or heating controls only the temperatures of parts of the building, depending on whether they are on the north or south side of the building are regulated separately. This is the temperature of a room or the mean temperature of the rooms in a part of the building is regulated. With one or Multi-family houses, i.e. smaller buildings, are made of, if at all A room temperature control can speak, only the temperature of a room is real regulated. Setpoint temperature increases or decreases depending on the time of day In the case of large residential or office buildings, this is best done per part of the building. In the case of smaller buildings, this is done centrally for all rooms in the building and at the same time.

Um den individuellen Gewohnheiten oder dem Wohlbefinden der Bewohner entgegenzukommen, gibt es auch die Möglichkoit, alle Heizkörper mit sogenannten Thermostatventilen auszurüsten. Die Thermostatventile sind proportional wirkende Regler. Die Wi.rkungsweise dieser Geräte wird als bekannt vorausgesetzt.To the individual habits or the well-being of the residents To accommodate this, there is also the option of installing all radiators with so-called Equip thermostatic valves. The thermostatic valves are proportional acting Regulator. The mode of operation of these devices is assumed to be known.

Diese Möglichkeit der Einzelraum-Temperaturregelung hat Jedoch einige Nachteile. Eine automatische Raumtemperaturanliebung oder --absenkung v-on z. B. mit einer Schaltuhr ist nicht möglich. Duc die relativ großen Proportionalberei.clle der Thermostatventile von 3OQ und mehr und den damit verbundenen bleibenden Regelabweichungen müssen die Sollwerte der Thermostatventile, insbesondere beim Auftreten oer Verschwinden von Störgrößen, wie z. B. Wind oder Sonneneinstrahlung häufig nachgestellt werden, um eine gewünschte Raumtemperatur zu erhalten. Da die Heizkörper und somit die Thermostatventile meist unter Fenstern angeordnet sind, sind die Thermostatventile oft durch Vorhänge verdeckt, so daß die Temperaturfühlersysteme der Thermestatventile nicht mehr die Raumtemperatur erfassen.However, there are a few options for individual room temperature control Disadvantage. An automatic room temperature increase or decrease from e.g. B. with a timer is not possible. Duc the relatively large Proportionalberei.clle of thermostatic valves from 3OQ and more and the associated permanent control deviations must meet the setpoints of the thermostatic valves, especially when they occur or disappear of disturbance variables, such as B. Wind or solar radiation are often readjusted, to get a desired room temperature. Because the radiators and thus the thermostatic valves are usually arranged under windows, the thermostatic valves are often through curtains covered, so that the temperature sensor systems of the thermostat valves no longer the Record room temperature.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die aufgeführten Nachteile der Thermostatventile zu vermeiden.The invention has set itself the goal of the listed disadvantages to avoid the thermostatic valves.

Dieses Ziel wird mit der Einzelraum-Temperaturregelung der eingangs genannten Art erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im Wärmekontakt mit dem Temperaturfühlersystein eines Thermostatventiles ein oder mehrere elektrische Widerstände angebracht sind, und daß diese vom Ausgangsstrom eines Raumtemperaturreglers mit PI- oder PID-Verhalten durchflossen sind, wobei dem Raumtemperaturregler die Differenz sus einem einstellbaren Sollwert und der elektrisch erfaßten Raumtemperatur als Eingangs signal aufgeschaltet ist. Hiermit entsteht eine PI-P- bzw. eine PID-P-Kaskadenregelung.This goal is achieved with the individual room temperature control of the initially mentioned type, which is characterized in that in thermal contact with the temperature sensor system of a thermostatic valve, one or more electrical ones Resistors are attached, and that these from the output current of a room temperature controller with PI or PID behavior, whereby the room temperature controller the Difference between an adjustable setpoint and the electrically recorded room temperature is switched on as an input signal. This creates a PI-P or a PID-P cascade control.

Bei einer weiteren Ausführungsform für einfache Anforderungen ist es mit den in oder an den Temperaturfühlersy.In a further embodiment for simple requirements is it with the in or on the temperature sensor sys.

stemen der Thermostatventile angebrachten elektrischen Widerständen möglich, auch ohne einen Raumtemperaturregler von Hand oder von einer Schaltuhr einen Strom zu steuern und damit Temperaturanhebungen oder -absenkungen in den einzelnen Räumen getrennt und zeitlich unabhängig voneinander zu erzielen.Stemen of the thermostatic valves attached electrical resistors possible, even without a room temperature controller by hand or from a timer to control a stream and thus temperature increases or decreases in the individual rooms separately and independently of one another in terms of time.

Mit dieser neuen Raumtemperaturregelung können Raumtemperaturen individuell und ohne bleibende Regelabweichung eingeregelt werden, ganz gleich ob die Vorlauftemperatur des Heizungssykstems außentemperaturabhängig gesteuert wid oder nicht. Ferner ist es möglich, Temperaturanhebungen oder -ab senkungen durch eine Schaltuhr oder von Hand beliebig und auch wieder individuell einzuleiten. Störgrößen wie Wind oder Sonneneinstrahlung werden ausgeregelt. Die bleibende Regelabweichung der Thermostatventile wird durch den PI-Regler überspielt. Selbstverständlich muß der elektrische Raumtemperaturfühler des Raumtemperaturreglers an einer nicht von Vorhängen verdeckten oder der Sonnenstrahlung ausgesetzten Stelle im Raum angeordnet werden.With this new room temperature control, room temperatures can be adjusted individually and can be adjusted without a permanent system deviation, regardless of whether the flow temperature of the heating system is controlled depending on the outside temperature or not. Furthermore is it is possible to raise or lower the temperature by a timer or by Hand can be initiated at will and again individually. Disturbances such as wind or Solar radiation are regulated. The remaining control deviation of the thermostatic valves is overwritten by the PI controller. Of course, the electrical room temperature sensor must of the room temperature controller to a place that is not covered by curtains or in direct sunlight exposed place in the room.

Bringt man z. B. an das Temperaturfühlersystem eines Thermostatventiles - Fig. 1 zeigt im Prinzip ein Temperaturfühlersystem 1 im Schnitt - zwei elektrische Widerstände 2 an und beaufschlagt sie mit einer elektrischen Leistung von ca. 1 Watt, so ändert sich die Temperatur des Temperaturfühlersystems um etwa 10°C. Wird der Temperatursollwert des proportional regelnden Thermostatventiles z. B. auf 2500 eingestellt, so kann durch Verändern des elektrischen Stromes indirekt der Sollwert des Thermostatventiles oder der Arbeitspunkt des P-Reglers elektrisch zwischen 15 und 2500 verstellt werden, sofern die elektrische Leistung auf 1 Watt beschränkt ist. Wird der elektrische Strom bzw.If you bring z. B. to the temperature sensor system of a thermostatic valve - Fig. 1 shows in principle a temperature sensor system 1 in section - two electrical ones Resistors 2 and applies an electrical power of approx. 1 to them Watt, the temperature of the temperature sensor system changes by about 10 ° C. Will the temperature setpoint of the proportionally regulating thermostatic valve z. B. to 2500 set, the setpoint value can be indirectly adjusted by changing the electrical current of the thermostatic valve or the operating point of the P controller electrically between 15 and 2500 can be adjusted if the electrical power is limited to 1 watt is. If the electric current or

die elektrische Leistung von einem Raumtemperaturregler geliefert, der PI-Verhalten aufweist und dem die elektrisch erfaßte Raumtemperatur und die an einem Potentiometer einstellbare Solltemperatur aufgeschaltet sind, entsteht eine PI-P-Kaskadenregelung. Bei dem Ausführungsbeispiel besteht der Raumtemperaturregler 3, wie Figur 2 zeigt, aus einem mit Widerständen und Kondensatoren gegengekoppeltem Operationsverstärker 4 und einer dem Operationsverstärker nachgeschalteten Transistor-Leistungsstufe 5.the electrical power supplied by a room temperature controller, the PI behavior and the electrically recorded room temperature and the are switched on at a potentiometer adjustable setpoint temperature, arises one PI-P cascade control. In the embodiment there is the room temperature controller 3, as shown in FIG. 2, consists of one with resistors and capacitors Op-amp 4 with negative feedback and one downstream of the operational amplifier Transistor power level 5.

Es ist auch möglich, einen PI1}-Regler einzusetzen, so daß eine PID-P-Kaskadenregelung entsteht. Ferner besteht auch die Möglichkeit, einen schaltenden Regler einzusetzen, der durch entsprechende Gegenkopplungsglieder widerum PI- oder PID-Verhalten zeigt, wobei der Ausgang des Raumtemperaturreglers Impulse aufweist.It is also possible to use a PI1} controller, so that a PID-P cascade control arises. It is also possible to use a switching controller, which in turn shows PI or PID behavior through corresponding negative feedback elements, whereby the output of the room temperature controller has pulses.

Wenn mehrere Heizkörper in einem Raum angeordnet sind, besteht die Möglichkeit, den Ausgangsstrom des Raumtemperaturreglers nur auf ein Thermostatventil zu schalten. Es ist aber auch möglich, um eine gleichmäßige Wärmeleistung der einzelnen Heizkörper entsprechend ihrer Heizfläche zu erzielen, den Ausgangsstrom des Raumtemperaturreglers auf alle Thermostatventile der Heizkörper einwirken zu lassen.If several radiators are arranged in a room, the Possibility of the output current of the room temperature controller only on a thermostatic valve to switch. But it is also possible to achieve an even heat output of the individual Radiators according to their heating surface, the output current of the room temperature controller to act on all thermostatic valves of the radiators.

Hierbei müßten die Sollwertsteller der Thermostatventile den räumlichen Anordnungen bzw. Gegebenheiten von Hand verschieden eingestellt werden. Um ein selbsttätiges Anpassen der einzelnen Sollwertstel.ler der Thermostatventile zu erreichen und um damit- eine gleichmäßige Wärmeleistung der Heizkörper zu erzielen, kann dem Raumtemperaturregler eine an sich bekannte Gleichlaufregelung nachgeschaltet werden. Hierbei dien der Ausgangsstrom des Raumtemperatur--reglers als Sollwert für die jedem Heizkörper zugeordneten Folgeregler. Jedem Folgeregler ist die Rücklauftemperatur des entsprechenden Heizkörpers als Istwert aufgeschaltet.Here, the setpoint adjuster of the thermostatic valves would have to match the spatial Arrangements or conditions can be set differently by hand. To an automatic Adjusting the individual setpoint adjuster of the thermostatic valves to achieve and around The room temperature controller can thus achieve a uniform heat output from the radiators a synchronization control known per se can be connected downstream. The Output current of the room temperature controller as a setpoint for each radiator assigned slave controller. For each slave controller is the return temperature of the corresponding The radiator is switched on as the actual value.

Bei größeren Räumen empfiehlt es sich, die Raumtemperatur an mehreren Stellen zu erfassen und den Mittelwert der Einzelmessungen dem Raumtemperaturregler als Istwert aufzuschalten Die Eingangsschaltung des Raumtemperaturreglers 3 in Fig. 2 bildet eine elektrische Brücke, wobei in dem einen Brückenzweig ein aus Kupferdraht gewickelter Widerstand 6 geschaltet ist, der als Raumtemperaturfühler dient. In dem anderen Zweig sind zwei Potentiometer angeordnet. Das Potentiometer 7 dient zur Einstellung der gewünschten Raumtemperatur am Tag. Am Potentiometer 8 kann eine gewünschte Temperaturabsenkung bei Nacht eingestellt werden. Ein Schalter 9, der von einer Schaltuhr oder auch von Hand betätigt wird, schließt das Potentiometer 8 kurz.For larger rooms, it is advisable to set the room temperature on several Place and record the mean value of the individual measurements to the room temperature controller to be applied as the actual value The input circuit of the room temperature controller 3 in Fig. 2 forms an electrical bridge, with a copper wire in one branch of the bridge wound resistor 6 is connected, which serves as a room temperature sensor. In the other branch has two potentiometers. The potentiometer 7 is used to set the desired room temperature during the day. On the potentiometer 8 a desired temperature reduction at night can be set. A switch 9 that is operated by a timer or by hand, the potentiometer closes 8 short.

Es kommt vor, z. B. bei Fußbodenheizungen, daß das Thermosta-tventil aus baulichen Gründen nicht in dem Raum angeordnet ist, dessen Temperatur geregelt werden soll. In solchen Fällen werden heute Thermostatventile mit Fernfühlern - mit kapillarrohrverbundenen Fühlern - eingesetzt, wobei der Fernfühler, dessen Kapillarrohrlänge begrenzt i.st, in dem Raum, dessen Temperatur geregelt werden soll, angeordnet werden muß. Bei den mechanisch empfindlichen Fernfühlern wirkt sich ferner die unmittelbare Umgebungstemperatur des Thermostatventiles als Störgröße auf die Regelung aus. Diese Nachteile, die begrenzte Entfernung vom Fernfühler zum Thermostatventil, die mechanische Empfindlichkeit des Kapillarrohres und die sieh als Störgröße auswirkende Umgebungstemperatur des Thermostatventiles werden vermieden, wenn die störende Umgebungstemperatur elektrisch erfaßt wird und über ein Zeitglied, dessen Zeitkonstante der des Temperaturfühlersystems der Thermostatventile entspricht, dem Ausgangssiggnal des Raumtemperaturreglers additiv aufgeschaltet ist.It happens e.g. B. with underfloor heating that the thermostatic valve for structural reasons is not arranged in the room whose temperature is controlled shall be. In such cases, thermostatic valves with remote sensors are used today - with capillary tube-connected sensors - used, whereby the remote sensor, its capillary tube length limited i.st, be arranged in the room whose temperature is to be controlled got to. In the case of mechanically sensitive remote sensors, the immediate Ambient temperature of the thermostatic valve as a disturbance variable on the control. These Disadvantages, the limited distance from the remote sensor to the thermostatic valve, the mechanical Sensitivity of the capillary tube and the ambient temperature acting as a disturbance variable of the thermostatic valve are avoided if the disturbing ambient temperature is electrical is detected and via a timer whose time constant is that of the temperature sensor system of the thermostatic valves corresponds to the output signal of the room temperature controller is activated additively.

Figur 7 zeigt das gesamte Blockschaltbild einer Schaltung, bei der die Raumtemperatur TR1 mit einem Thermostatventil geregelt werden soll, das in einem anderen Raum mit der störend einwirkenden Temperatur TR2 angeordnet ist. Das proportional regelnde Thermostatventil 10 besteht aus dem mit einer Zeitkonstante 11 behafteter Temperaturfühlersystein gemäß Fig. 1, dem Summationspunkt 12, in dem der Sollwert W mit dem Istwert TR2 des Temperaturfühlersystems verglichen wird und dem Übertragungsglied 13, dessen Verstärkungsfaktor durch Konstruktionsparameter der Thermo statventi le bestimmt ist. Der Ausgang des Thermostat-ventiles 10 wirkt auf die Raumtemperaturregelstrecke 14, deren Ausgang die Raumtemperatur TK1 ist. Die Differenz aus und 1 und der Solltemperatur TWR1 ist dem Raumtemperaturregler 3 mit dem eingezeichneten Übertragungsverhalten auf geschaltet. Die Umgebungstemperatur TR2 des Thermkostatventiles wirkt sich mit der Zeitkonstante 11 störend auf die Regelung aus. Wird die Temperatur TR2 elektrisch erfaßt und über ein Zeitglied 16, dessen Zeitkonstante gleich der des Temperaturfühlersystems ist, dem Ausgang des Raumtemperaturreglers 3 hinzuaddiert, so wird die störende Wirkung von P2 aufgehoben.Figure 7 shows the entire block diagram of a circuit in which the room temperature TR1 is to be controlled with a thermostatic valve that is in a another room with the disruptive temperature TR2 is arranged. That proportionally regulating thermostatic valve 10 consists of the 11 with a time constant Temperature sensor system according to FIG. 1, the summation point 12, in which the setpoint W is compared with the actual value TR2 of the temperature sensor system and the transfer element 13, whose gain factor is statventi by design parameters of the thermo le is determined. The output of the thermostatic valve 10 acts on the room temperature control system 14, the output of which is the room temperature TK1. The difference between and 1 and the target temperature TWR1 is the room temperature controller 3 with the transfer behavior shown switched to. The ambient temperature TR2 of the thermostat valve has an effect the time constant 11 interferes with the regulation. If the temperature TR2 becomes electrical detected and via a timing element 16, the time constant of which is equal to that of the temperature sensor system is added to the output of the room temperature controller 3, the disruptive Effect of P2 canceled.

Bei einfacheren Anforderungen, bei denen man die bleibende Regelabweichung der Thermostatventile in Kauf nimmt, ist es möglich, die im Wärmekontakt mit dem Temperaturfühlersystem stehenden elektrischen Widerstände (2) gemäß Fig. 1 mit einem von Hand oder einer Schaltuhr steuerbaren elektrischen Strom zu beaufschlagen und damit gewQinschte Temperaturanhebungen oder -absenkungen in den einzeklnen in den einzelnen Räumen zu erzielen.In the case of simpler requirements, in which one has the permanent control deviation the thermostatic valve accepts, it is possible that in thermal contact with the Temperature sensor system standing electrical resistors (2) according to FIG. 1 with a to apply controllable electrical current by hand or a timer and The desired temperature increases or decreases in the individual in the to achieve individual rooms.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Sig. 4 kann mit dem Potentiometer 17, das in Reihe zu den an dem Temperaturfühlersystem 1 gemäß Fig. 1 angebrachten Widerständen 2 geschaltet ist, ein Strom eingestellt werden Hiermit wird-, wenn der Schalter 18 von Hand oder von einer Schaltuhr geschlossen wird, eine Temperaturabsenkung in dem betreffenden Raum erreicht.In the embodiment according to Sig. 4, the potentiometer 17, which is in series with those attached to the temperature sensor system 1 according to FIG Resistors 2 is switched, a current can be set with this - if the switch 18 is closed by hand or by a timer, a temperature decrease reached in the room in question.

7 Patentansprüche 4 Figuren7 claims 4 figures

Claims

Claims 1. Individual room temperature control with in the pre or return flow of the hot water radiators attached proportionally regulating thermostatic valves, characterized in that in thermal contact with the temperature sensor system (1) one Thermostatic valve one or more.

electrical resistors (2) are attached, and that these from the output current of a room temperature controller (3) with PI or PID behavior, whereby the room temperature controller (3) the difference from an adjustable setpoint (TWR1) and the electrically recorded room temperature (.TRl) switched on as an input signal is.

2. Individual room temperature control according to claim 1, characterized in that that the room temperature controller (3) has pulse outputs.

3. Single room temperature control with several radiators in one Room according to claim 1 or 2, characterized in that the room temperature controller (3) a synchronization control known per se is connected downstream, with each slave controller the return temperature of the corresponding radiator is switched on.

4. Individual room temperature control according to claim 1, characterized in that that several sensors are provided for the electrical detection of the room temperature and the mean value of these individual measurements to the room temperature controller (3) as an input signal is activated.

5. Individual room temperature control according to claim 1, characterized in that that the setpoint of the room temperature controller (3) is set in stages by means of a timer is changeable.

6. single room temperature control according to claim 1, wherein the thermostatic valve for structural reasons is not arranged in the room whose temperature is controlled should be, characterized in that the disturbing ambient temperature (kr2) of the thermostatic valve is detected electrically and via a delay element (16), whose time constant corresponds to that of the temperature sensor system (1) of the thermostatic valves, is added to the output signal of the room temperature controller (3).

7. In-room temperature control with in the flow or return of the Hot water radiators attached proportionally regulating thermostatic valves thereby characterized in that in thermal contact with the temperature sensor system (1) of a thermostatic valve one or more electrical resistors (2) are attached; and that the electric Resistors (2) can be controlled manually or by a timer and can be supplied with a current.