DE29702458U1

DE29702458U1 - Thermostatische Heizregelung

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Publication number: DE29702458U1
Application number: DE29702458U
Authority: DE
Original assignee: Encon BV
Current assignee: Encon BV
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2007-02-14
Also published as: EP0841607A1; NL1004467C1

Description

Die, Neuerung bezieht sich auf ein Heizsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf einen Heizkessel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11, die aus der Praxis bekannt sind.

Zum Regeln der Heizung z.B. einer Wohnung oder eines kleinen Büros wird im allgemeinen ein Thermostat verwendet, der sich unter einer bestimmten Temperatur in einem "Ein"-Zustand befindet, beim Überschreiten einer Ausschalttemperatur - die im Prinzip über der eingestellten Temperatur liegt - vom "Ein"-Zustand in einen "Aus"-Zustand übergeht, und beim Sinken der Temperatur unter eine Einschalttemperatür - die im Prinzip unter der eingestellten Temperatur liegt - wieder vom "Aus"-Zustand in einen "Ein"-Zustand übergeht.

Die Steuerung der Energiezufuhr, die an einen derartigen Thermostat angeschlossen ist, folgt dem Zustand des Thermostats und geht ansprechend auf die Übergänge des Thermostats von einer "Ein"-Stellung, in der die Wärmequelle mit Energie gespeist wird, in eine "Aus"-Stellung über, in der der Wärmequelle keine Energie zugeführt wird, und umgekehrt.

Der Unterschied zwischen der Einschalttemperatur und der Aussehalttemperatur beträgt typischerweise etwa 1,5 ⁰C. Weil es wenig komfortabel ist, wenn die Temperatur in einem Raum immer zwischen den Grenzen eines derartigen Temperaturbereiches auf- und niedergeht, sind derartige Thermostate im allgemeinen mit einer Antizipationsheizung versehen, die dafür sorgt, daß im "Ein"-Zustand die thermische gesteuerte Bedienungsstruktur des Thermostats geheizt wird. Durch diese Heizung geht dieser vom "Ein"-Zustand in den "Aus"-Zustand über, bevor die Temperatur in der Umgebung die Ausschalttemperatur tatsächlich erreicht hat. Hierdurch werden Temperaturschwankungen im geheizten Raum beschränkt.

Es ist ein Nachteil einer derartigen Regelung, daß die Temperatur im Raum doch noch ziemlich starken Schwankungen

ausgesetzt ist und daß vor allem wenn die Außentemperatur nicht viel niedriger als die Temperatur im Raum ist, die Heizung jeweils relativ kurze Zeit auf Volleistung arbeitet, was für den Wirkungsgrad der Heizung ungünstig ist und, wenn ein Brenner als Wärmequelle angewendet wird, zu relativ hohen Emissionen von Stickstoffoxiden führt.

Weiter führt die Abwechslung zwischen Volleistung und der ausgeschalteten Stellung der Wärmequelle zu einer erheblichen thermischen Beanspruchung der Wärmequelle und etwaiger Wärmeübertrager außerhalb dieser, die hohe Anforderungen an die Konstruktion und die angewendeten Materialien stellt und, bei einer gegebenen Ausführung, zu einer Kürzung der Lebensdauer und, wenn anwendbar, zu einer größeren Gefahr der Leckage von Wärmeübertragungsmedium oder Rauchgasen führt. Weiter führen die andauernden TemperatürSchwankungen des Heizsystems häufig zu Schallemissionen, verursacht durch Stick-Slip-Effekte zwischen Oberflächen, die sich infolge von Schrumpf oder Ausdehnung übereinanderbewegen.

Es sind weiter aus der Praxis andere Heizsysteme bekannt, bei denen die Wärmequelle, außer in einer Stellung, in der diese ausgeschaltet ist und in einer Stellung, in der diese auf Volleistung arbeitet, auch in einer oder mehreren Zwischenstellungen operieren kann oder sogar kontinuierlich zwischen den äußersten Stellungen regelbar ist. Ein Beispiel eines derartigen Heizsystems ist ein Heizsystem mit einer modulierenden Regelung. Bei derartigen Systemen wird die Dauerleistung der Wärmequelle in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen der eingestellten Temperatur und der gemessenen Temperatur geregelt.

Es ist ein Nachteil derartiger Systeme, daß diese verhältnismäßig teuer sind. . ■

• ·

Die Neuerung erfüllt die Aufgabe, ein Heizsystem, einen Heizkessel und ein Verfahren zur Regelung einer Heizung mit einer stufenweise oder Dauerregelung der Dauerleistung zu schaffen, bei dem die beschriebenen Nachteile beseitigt werden, aber das zu niedrigeren Kosten angewendet werden kann als die genannten Systeme mit einer regelbaren Dauerleistung.

Eine erste Verkörperung der vorliegenden Neuerung sieht vor, diese Aufgabe dadurch zu lösen, daß ein Heizsystem nach dem Oberbegriff entsprechend den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 ausgeführt wird. Eine zweite Verkörperung der vorliegenden Neuerung sieht vor, diese Aufgabe dadurch zu lösen, daß ein Heizkessel nach dem Oberbegriff entsprechend den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 2 ausgeführt wird.

Dadurch, daß im Betrieb die Längen der Zeitintervalle, während deren der Thermostat sich im "Ein"- und/oder "Aus"-Zustand befindet, gemessen werden, kann mit einem einfachen beim Ersatz eines Heizkessels oft schon vorhandenen Raumthermostat mit nur "Ein"-"Aus"-Anzeige ein Hinweis auf den Unterschied zwischen der eingestellten Temperatur und der wirklichen Temperatur erhalten werden, auf dessen Basis die Dauerleistung der Wärmequelle geregelt werden kann. Es ist daher nicht notwendig, dazu einen besonderen, relativ teueren Thermostat anzuwenden, und im Falle eines Teilersatzes eines bestehenden Heizsystems entfällt auch im allgemeinen die Notwendigkeit, den alten Thermostat zu entfernen und einen neuen Thermostat zu installieren.

Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches, der in der Praxis oft eine Breite von etwa 1,5 ⁰C hat, geht ein Thermostat mit Antizipationsheizung, bei einer konstanten Temperatur, regelmäßig vom "Ein"-Zustand in den "Aus"-Zustand über. Bei einer gegebenen eingestellten Temperatur dauern die "Ein"-Phasen länger und die "Aus"-Phasen kürzer, je nachdem die wirkliche Temperatur niedriger ist. So kann der Ein/Aus-

Thermostat mit Antizipationsheizung als quasikontinuierlich arbeitender Sensor zum Bestimmen des Unterschieds zwischen der eingestellten Temperatur und der wirklichen Temperatur verwendet werden und kann mit einem derartigen, einfachen Thermostat eine Regelung der Dauerleistung einer Heizung in mehreren Schritten oder sogar kontinuierlich erreicht werden.

Im folgenden wird die Neuerung näher erläutert und anhand einiger Schemas erklärt. Es zeigen darin:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Heizsystems nach der Neuerung mit einem Heizkessel nach der Neuerung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Regelsystems eines Beispiels einer Heizung nach der Neuerung,

Fig. 3 ein Beispiel eines Steueralgorithmus für eine Steuereinheit eines Heizsystems oder eines Heizkessels nach der Neuerung,

Fig. 4 ein Diagramm eines Beispiels eines Verhaltens eines Beispiels eines Heizsystems nach der Neuerung, worauf sich auch Fig. 1 und 2 beziehen,

Fig. 5 ein Diagramm eines Beispiels eines Verhaltens eines zweiten Beispiels eines Heizsystems nach der Neuerung, und

Fig. 6 ein Diagramm eines Beispiels eines Verhaltens eines dritten Beispiels eines Heizsystems nach der Neuerung.

Die Neuerung wird zunächst erläutert anhand des Beispiels einer bevorzugten Ausführungsform, worauf Fig. 1 bis 4 sich beziehen. Danach kommen einige alternative Möglichkeiten im Rahmen der Neuerung zur Sprache.

Das in Fig. 1 gezeigte Heizsystem zum Heizen eines Raumes 1 besteht aus einem Heizkessel 2 außerhalb des Raumes 1, einem Radiator 3 im Raum 1, Leitungen 4, 5 und einer (nicht gezeigten) Pumpe zum Umpumpen im Kreislauf eines Wärmeübertragungsmediums wie Wasser zwischen dem Kessel 2 und dem Radiator 3 und einem über Leitungen 6,7 mit dem Heizkessel 2 verbundenen Thermostat 8 im Raum 1.

Der Kessel 2 ist mit einer Feuerstätte 9 versehen, in der sich eine Wärmequelle in Form eines Brenners 10 und ein Wärmetauscher 11 befinden. An die Feuerstätte 9 schließt eine Rauchgasabfuhr 12 an. An den Brenner 10 schließen eine Brennstoffzufuhrleitung 13 und ein (nicht gezeigter) Durchlaß zum Zulassen von Umgebungsluft an. Der Heizkessel 2 ist weiter mit einer in die Brennstoffzufuhrleitung 13 aufgenommenen Abschlußeinheit 14 versehen, die zum Regeln der Brennstoffzufuhr über die Leitung 13 eingerichtet ist, wobei die Abschlußeinheit 14 zum Dosieren der Brennstoffzufuhr zum Brenner 10 eine geschlossene Stellung, eine geöffnete Stellung und vierzehn Zwischenstellungen {d.h. insgesamt sechzehn Stellungen) einnehmen kann. Es wird bemerkt, daß es auch möglich ist, eine stufenlos verstellbare Abschlußeinheit anzuwenden.

Die Abschlußeinheit 14 ist mit einer Steuereinheit 15 zum Steuern der Abschlußeinheit gekuppelt. Die Steuereinheit 15 hat ein Anschlußtor 16, an das die Leitungen 6, 7, die zum Thermostat 8 führen, angeschlossen sind.

Der Thermostat 8 ist, wie an sich bekannt, versehen mit einem wärmeempfindlichen Bedienungselement 17 in Form eines spiralförmigen Bimetalls. Das freie Ende des Bimetalls trägt einen Schalter 18, der in Abhängigkeit von seiner Neigung geschlossen ist und dadurch die Leitungen 6 und 7 miteinander verbindet, oder geöffnet ist. In die Leitung 7 ist ein Heizelement 19 in Form eines Antizipationswiderstandes aufgenommen, der das Bedienungselement 17 in geringem Maße erwärmt, wenn der Schalter 18 geschlossen ist. Der geschlossene Zustand des Schalters 18 bildet funktionell gesehen den "Ein"-Zustand des Kreises, in den dieser Schalter 18 des Thermostats 8 nach dem vorliegenden Beispiel aufgenommen ist, und der offene Zustand bildet den "Aus"-Zustand dieses Kreises. Der Thermostat 8 ist also

eingerichtet, der Steuereinheit 15 die Temperatur im Raum 1 durch "Ein"- und "Aus"-Signale anzuzeigen.

In die Steuereinheit 15 ist eine Uhr 20 zum Erzeugen von Zeitsignalen integriert. Die Steuereinheit 15 ist eingerichtet zum Steuern der Abschlußeinheit 14, ansprechend auf den Zustand des Kreises, in den der Schalter 18 des Thermostats aufgenommen ist, mit anderen Worten, ansprechend auf "Ein"- und "Aus"-Signale des Thermostats 8. Die Steuereinheit 15 ist weiter so programmiert, daß die Dauer der "Ein"- und "Aus"-Phasen, während deren die "Ein"- bzw. "Aus"-Zustände des Kreises sich ergeben, bestimmt, in welche der möglichen Stellungen die Abschlußeinheit 14 gebracht wird.

Im allgemeinen wird die Wirkung des in Fig. 1 gezeigten und vorbeschriebenen Systems anhand des in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbildes erläutert. Ausgangspunkt jedes Regelzyklus ist jeweils, daß es wohl oder nicht einen wesentlichen Unterschied zwischen der eingestellten Temperatur und der wirklichen Temperatur im Raum 1 gibt, wie bezeichnet mit dem Block 21.

Dieser Unterschied hat Konsequenzen für die Beziehung zwischen der Zeitdauer der "Ein"- und der "Aus"-Phasen des Thermostats 8, wie bezeichnet durch den Block 22. Insbesondere wird der Thermostat 8, wenn die wirkliche Temperatur im Raum 1 viel (in der Regel mindestens 0,75 bis 1 ⁰C) niedriger als die eingestellte Temperatur ist, trotz der aufwärmenden Wirkung des Heizelements 19, sich ständig im "Ein"-Zustand befinden. Wenn die wirkliche Temperatur im Raum 1 viel {in der Regel evenfalls 0,75 bis 1 ⁰C) höher als die eingestellte Temperatur ist, wird der Thermostat 8 sich ständig im "Ein"-Zustand befinden. Es wird bemerkt, daß die Einstelltemperatür des Thermostats für den im "Ein"-Zustand auftretenden aufwärmenden Effekt der Antizipationsheizung kompensiert ist. Wenn der Unterschied zwischen der eingestellten Temperatur und der

wirklichen Temperatur im Raum 1 kleiner als die genannten Margen ist, wird der Thermostat unter dem Einfluß der Antizipationsheizung im "Ein"-Zustand sich abwechselnd in dem "Ein"- und dem "Aus"-Zustand befinden. Wenn die wirkliche Temperatur im Raum unten im genannten Bereich um die eingestellte Temperatur herum liegt, dauern die "Ein"-Phasen relativ lange und dauern die "Aus"-Phasen relativ kurz. Umgekehrt dauern, wenn die wirkliche Temperatur im Raum unten im genannten Bereich um die eingestellte Temperatur herum liegt, die "Ein"-Phasen relativ kurz und die "Aus"-Phasen relativ lange.

Auf Basis der Beziehung zwischen der Dauer der "Ein"-Phasen und der Dauer der "Aus"-Phasen wird durch die Steuereinheit 15 ein Steuersignal erzeugt, wie durch den Block 23 dargestellt. Dieses Steuersignal 23 wird relativ zu einem vorherigen Steuersignal erhöht, wenn die "Ein"-Phasen relativ lange und die "Aus"-Phasen relativ kurz sind und umgekehrt. So wird ein Steuersignal 23 erzeugt, das bei der Steuereinheit 15 nach dem vorliegenden Beispiel sechzehn Werte von "0" bis "15" haben kann, wobei die Stellung "0" vollständigen Abschluß der Brennstoffzuführleitung 13 bedeutet und die Stellung "15" vollständige Öffnung der Brennstoffzufuhrleitung 13 bedeutet. Die übrigen Stellungen bilden sukzessive Zwischenstellungen. Es spricht für sich, daß auch andere Anzahlen Stellungen sowie auch eine Dauerregelung angewendet werden können.

Dadurch, daß die Abschlußeinheit 14 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal 23 gesteuert wird, entspricht die vom Brenner 10 in Wärme umgesetzte Leistung (Block 24) dem betreffenden Steuersignal 23. Dies wirkt sich seinerseits auf die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums aus (Block 25), die höher wird, je nachdem die aktuelle Brennerleistung 24 größer ist. . ■

Schließlich beeinflußt die Temperatur 25 des Wärmeübertragungsmediums die wirkliche Temperatur im Raum 21, womit der Regelkreis rund ist.

Der bei der Regelung nach der Neuerung angewendete Raumthermostat liefert Information über die Dauer der "Ein"- und "Aus"-Phasen nur mit einer niedrigen Frequenz, die der Dauer dieser Phasen entspricht, wodurch eine Änderung in der Raumtemperatur in ungünstigen Fallen erst viele Minuten nach dieser Änderung in der Information über die Längen der "Ein"- und dem "Aus"-Phasen zum Ausdruck kommt. Es ist daher von besonderer Bedeutung, das Steuersignal 23 so auf die Längen der "Ein"- und "Aus"-Phasen reagieren zu lassen, daß einerseits ein ruhiges und stabiles Verhalten erreicht wird, mit langsamer Anpassung der Brennerleistung, um "Overshoot" zu vermeiden, aber daß das Verhalten der Regelung andererseits schnell genug reagiert, um schnell genug zu reagieren auf plötzliche Änderungen in der eingestellten Temperatur sowie auf plötzliche Änderungen in Umgebungseinflüssen, wie das Öffnen einer Tür oder eines Fensters, das Anzünden eines Holzofens oder das Einfallen von Sonnenstrahlen.

Diesen Forderungen kann zum Beispiel entsprochen werden mit einem Algorithmus zum, ausgehend von "Ein"- und "Aus"-Signalen des Thermostats 8, Erzeugen von Steuersignalen, wie gezeigt in Fig. 3. Das Verhalten dieses Algorithmus in einer Beispielssituation ist in Fig. 4 gezeigt.

Als Beginn des Algorithmus werden einige Variablen initialisiert, wie angegeben mit Schritt 26. Insbesondere werden die aktuelle Dauer von laufenden "Ein"- und "Aus"-Phasen t_akt,ein und t_ak_t,_aus, Bezugswerte &khgr;&khgr; und x₂ für die Dauer t_ej._n und t_aus von fiktiven vorherigen "Ein"- und "Aus"-Phasen, ein Zähler n, die Leistung p_n und das Verhältnis r_n zwischen den Längen von "Ein"- und "Aus"-Phasen initialisiert, wie angegeben durch Schritt 26.

Der Startwert der Leistung p_n kann zum Beispiel von der die Anlage bedienenden Person in Abhängigkeit von der erwarteten Dauerleistung eingestellt werden. Eine Einschätzung der erwarteten, benötigten Dauerleistung kann zum Beispiel anhand der Wahrnehmungen durch die Bedienungsperson der herrschenden Außentemperatur erhalten werden. Es kann dann schnell nach der richtigen Leistung geregelt werden, und etwaige Energieverschwendung durch vorübergehende unnötige Erwärmung kann vermieden werden.

Die Bezugs wer te xi und X2 und die Längen der "Ein"- und "Aus"-Phasen beim angewendeten Thermostat 8 werden bevorzugt aufeinander abgestimmt.

Der nächste, mit Schritt 27 angegebene Schritt besteht aus dem Warten der Bemusterungszeit. Diese dauert bevorzugt sehr kurz im Verhältnis zur durchschnittlichen Dauer der "Ein"- und der "Aus"-Phasen, zum Beispiel etwa 1 Sekunde. Danach werden die Zeitwerke der aktuellen Dauer der laufenden Phase gelesen (Schritt 28). Während der "Ein"-Phasen steht das Zeitwerk, aus dem tagaus gelesen wird, still und umgekehrt, d.h. daß wenn mit einer "Ein"-Phase angefangen wird, der variable t_akt,aus zuerst der Wert Null behält.

Unmittelbar danach wird der Zustand des Thermostats 8 bemustert (Schritt 29). Wenn über das Anschlußtor, an das die zum Schalter 18 führenden Leitungen 6, 7 angeschlossen sind, ein laufender Strom und daher ein geschlossener Schalter 18 wahrgenommen worden ist, wird ein "Ein"-Zustand registriert.

Hierauf folgt die erste Entscheidung im Algorithmus (Schritt 30). Wenn der Thermostat relativ zum vorigen registrierten Zustand den Zustand geändert hat (Ergebnis "ja"), wird ein Feinregelzyklus für den stationären Zustand durchlaufen. Wenn das Ergebnis "nein" ist, dann wird in Schritten 31 und 32

kontrolliert, ob die aktuelle Laufzeit einer "Aus"-Phase bzw. einer "Ein"-Phase mehr abweicht relativ zur registrierten Dauer der entsprechenden rezentest vollendeten Phase {am Anfang die Bezugswerte xi bzw. X2) als eine vorbestimmte relative Marge ni2 bzw. mi.

Wenn eine "Aus"-Phase länger dauert als der geltende Wert t_aus für die Dauer einer "Aus"-Phase zuzüglich eines durch die Variable ni2 ausgedrückten Prozentsatzes {Ergebnis von Schritt 31 ist "ja"), wird ein Zyklus für möglichst schnelle Temperatursenkung durchlaufen. In der Praxis wird dies zum Beispiel beim Eintreten der sog. Nachtabsenkung oder beim Erniedrigen der eingestellten Temperatur aus welchem Grund auch immer. Wenn eine "Ein"-Phase zu lange dauert {Ergebnis von Schritt 32 ist "ja"), wird ein Zyklus für möglichst schnelle Temperaturerhöhung durchlaufen. Dies wird in der Praxis besonders bei Erhöhung der eingestellten Temperatur auftreten, z.B. bei Ablauf der Nachtabsenkung. In den meisten Fällen wird die Dauer der laufenden Phase jedoch innerhalb des akzeptierten Bereiches liegen und wird wieder zum erneuten Warten der Bemusterungszeit übergegangen {Schritt 27).

Der Feinregelzyklus, der jeweils durchlaufen wird, nachdem der Thermostat 8 umgeschaltet wordem ist, fängt mit einem Entscheidungsschritt 33 an, dessen Ergebnis abhängig von dem Zustand ist, in dem der Thermostat 8 sich nach dem Ergebnis der letzten Bemusterung befindet. Wenn der Thermostat 8 sich im "Ein"-Zustand befindet, war die abgelaufene Phase eine "Aus"-Phase und gibt der gelesene Wert von takt,aus die Dauer dieser abgelaufenen "Aus"-Phase, wenigstens annähernd, an. Dementsprechend wird dann der Wert t_akt,aus zum neuen Wert t_aus der Dauer der zuletzt vollendeten "Aus"-Phase erklärt (Schritt 34) . Anschließend wird der aktuelle Wert t_ak_t,aus wieder auf Null gestellt, so daß damit der Dauer der nächsten "Aus"-Phase gefolgt werden kann. Wenn der Thermostat 8 sich im "Aus"-Zustand befindet, war die abgelaufene Phase eine "Ein"-Phase

und werden im wesentlichen dieselben Schritte für die Variablen t_akt,ein ^un(^ ^ein durchlaufen {Schritte 36 und 37) .

Nach dem Bestimmen der Werte für die Variablen t_ei_n und t_aus wird beim Algorithmus nach dem vorliegenden Beispiel der Wert der Variablen r_n bestimmt, die die Beziehung zwischen der Dauer der rezentesten "Ein"- und "Aus"-Phasen charakterisiert {Schritt 38).

Schließlich wird das neue Steuersignal p_n, das die Leistung bestimmt, die der Brenner danach abgibt, berechnet als Funktion der heutigen Beziehung r_n, mindestens eine vorige eingestellte Leistung p_n-i (bevorzugt eine Geschichte voriger eingestellter Leistungen) , und die Bezugswerte xi und X2, die die Längen der "Ein"- und der "Aus"-Phasen bei Übereinstimmung zwischen der eingestellten und wirklichen Temperatur (Schritt 39) bestimmen. Der Verlauf der Funktion, die in diesem Schritt 39 gehandhabt wird, kann gewählt werden in Abhängigkeit von u.a. der Trägheit des Thermostats 8, der Wärmekapazität des Heizsystems, der Höchstleistung des Brenners, der Wärmekapazität des Raumes 1 und der Erwägung, ob eine schnelle Anpassung mit etwaigem "Overshoot" oder aber eine langsame Anpassung mit keinem oder sehr wenig "Overshoot" bevorzugt wird.

Schließlich wird der Zähler &eegr; erhöht (Schritt 40) und wird zum Schritt 27 des Abwartens der Bemusterungszeit zurückgekehrt. Selbstverständlich kann vorgesehen werden, daß der Zähler &eegr; nach dem Erreichen eines bestimmten Wertes wieder zurückgestellt wird, z.B. alle 24 Stunden, wodurch das Registrieren des Verhaltens des Regelsystems während bestimmter Teile des Tages vereinfacht wird.

Wenn zum Beispiel aus dem Bemusterungsschritt 29 hervorgeht, daß der Thermostat 8 sich im "Ein"-Zustand befindet, und wenn der Thermostat 8 zwischen dieser Bemusterung (Schritt 29) und

der vorhergehenden Bemusterung nicht vom einen Zustand in den anderen Zustand umgeschaltet worden ist, so daß das Ergebnis des Entscheidungsschrittes 30 dementsprechend "nein" ist, ist dann auch das Ergebnis des Entscheidungsschrittes 31 "nein", denn der aktuelle Wert für die Dauer einer "Aus"-Phase ist dann "0", zum Beispiel infolge der Initialisierungsstufe 26, der Nulleinstellungsstufe 35 oder der im folgenden noch zu besprechenden partiellen Reinitialisierung nach einer beschleunigten Temperaturanpassung.

Wenn außerdem die Dauer einer laufenden "Ein"-Phase, wie dargestellt durch den Wert t_akt,ein/ den geltenden Wert für die Dauer einer "Ein"-Phase t_ein u™ einen Prozentsatz größer als der Wert mi überschreitet, ist das Ergebnis des nächsten Schrittes 2, der aus dem Vergleich der aktuellen Dauer der laufenden "Ein"-Phase t_akt,ein ^mit dem geltenden Wert für die Dauer einer "Ein"-Phase t_ein besteht, "ja". Dies wird zum Beispiel typischerweise der Fall sein, wenn die eingestellte Temperatur am Ende der Nachtabsenkung plötzlich erhöht wird. Um in einer derartigen Situation die Temperatur im Raum möglichst schnell auf die eingestellte Temperatur zu erhöhen, wird dann ein Steuersignal erzeugt, das dem Auf-100%-Bringen der Leistung des Brenners 10 entspricht (Schritt 41).

Falls sich während einer "Aus"-Phase eine vergleichbare Situation ergibt, was typischerweise zu Beginn der Nachtabsenkung der Fall ist, ist das Ergebnis des Entscheidungsschrittes 31 "ja". Hierdurch wird der Entscheidungsschritt 32 zum Überwachen einer laufenden "Ein"-Phase nicht erlangt und wird zum Erzeugen eines Steuersignals übergegangen, wobei ansprechend darauf die Abschlußeinheit die Brennstoffzufuhr abschließt und die Leistung des Brenners auf Null reduziert wird (Schritt 42). Es wird dann kein Brennstoff verbraucht, wenn die Temperatur des Raumes 1 von der heutigen Temperatur auf die eingestellte Temperatur sinken kann.

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Sowohl nach dem vollständigen Öffnen der Abschlußeinheit 14
(Schritt 41) als auch nach dem vollständigen Schließen der
Abschlußeinheit (Schritt 42) folgt ein Überwachungszyklus,
dessen Zweck es ist, zu kontrollieren, ob die wirkliche
Temperatur die eingestellte Temperatur passiert hat. Dieser
Überwachungszyklus besteht aus dem Bemustern des Thermostats (Schritt 43), dem Warten einer Bemusterungszeit (Schritt 44), zum Beispiel genauso lange wie während Schritt 27, und dem
Feststellen, ob der Thermostat schon vom einen Zustand in den anderen Zustand umgeschaltet worden ist (Schritt 45). Solange der Thermostat noch nicht umgeschaltet worden ist und das
Ergebnis des Entscheidungsschrittes 45 dementsprechend "nein" ist, wird dieser Überwachungszyklus wiederholt.

Ansprechend auf das Umschalten des Thermostats 8 wird
übergegangen auf die oben schon genannten partielle
Reinitialisierungsstufe 46. Diese dient dazu, möglichst
schnell eine gleichmäßige Temperatur im Raum 1 entsprechend
der eingestellten Temperatur zu erreichen. Hierzu werden nach dem vorliegenden Beispiel die Variablen r_n, t_a]ct,aus/ t_akt,_ein/ t_aus und tein initialisiert wie in Schritt 26, womit der
Algorithmus beginnt. Das Steuersignal für die Abschlußeinheit 14, die die Leistung P_n des Brenners 10 bestimmt, wird jedoch auf einen Wert gebracht, der eine Funktion der Leistung Pn_i
ist, vor der verlängerten "Ein"- oder "Aus"-Phase und der
Dauer t_ei_n oder t_aus der verlängerten "Ein"- bzw. "Aus"-Phase. Je nachdem die verlängerte "Ein"- oder "Aus"-Phase länger
gedauert hat, wird die Leistung P_n relativ zur vorhergehenden Leistung P_n-I stärker abweichend (nach oben bzw. nach unten)
eingestellt.

Es ist jedoch auch möglich, die Leistung p_n in derartigen
Situationen, ergänzend oder als Alternative, ■ auf andere Weise zu bestimmen, z.B. durch Vergleich mit dem Verhalten des
Heizsystems während einer vorhergehenden Erhöhung oder

Erniedrigung vor etwa 24 Stunden. Wenn zum Beispiel nach einer vorhergehenden verlängerten "Ein"- oder "Aus"-Phase ein "Overshoot" in Form von dann relativ langen "Ein"- bzw. "Aus"-Phasen wahrgenommen worden ist, kann der Algorithmus gleichsam "selbstlernend", unmittelbar folgend auf eine verlängerte "Ein"- oder "Aus"-Phase, eine vorübergehende Korrektur der Leistung p_n anbringen. Es ist auch möglich, auf Basis von eher registrierten Werten von t_aug und t_ein/ folgend auf verlängerte "Ein"- oder "Aus"-Phasen, die Dauer der nächsten verlängerten "Ein"- oder "Aus"-Phasen "selbstlernend" zu kürzen, unabhängig vom Ergebnis von Schritt 45. Wenn in einem Ausnahmefall die Temperatur dann noch nicht genügend erhöht oder erniedrigt worden ist, kann wiederum eine verlängerte "Ein"- bzw. "Aus"-Phase folgen. Wenn die Steuereinheit auf Basis eines selbstlernenden Algorithmus programmiert wird, wird diese bevorzugt so ausgeführt, daß das selbstlernende Sprungverhalten basiert auf dem Verhalten nach Sprüngen in einem oder mehreren Zeitintervallen von ungefähr 4 bis 8 Stunden und bevorzugt 5 bis 6 Stunden um einen bzw. mehrere Zeitpunkte herum, einmal und/oder mehrmals vor 24 Stunden.

Nach Ablauf der partiellen Reinitialisierungsstufe 46 wird der Zähler &eegr; erhöht (Schritt 40) genauso wie am Ende eines Regelzyklus im mehr oder weniger stationären Zustand. Anhand des in Fig. 4 gezeigten Verlaufs der Leistung des Brenners 10 und des Zustandes, in dem der Thermostat 8 sich befindet, werden die oben beschriebene Regel Systematik und die oben beschriebene Algoritmus näher erläutert. Gemäß Schritt wird in diesem Fall auf TO gestartet mit einer Leistung P_n von 50%, d.H. Stellung "7" der Abschlußeinheit 14. Zu einem Zeitpunkt Tl, gerade an X2*{l+mi) vorbei, ergibt sich beim Ausführen von Schritt 32, daß die Leistung 50% bei der herrschenden Situation nicht genügt, um die Temperatur innerhalb der eingestellten Höchstdauer einer "Ein"-Phase im stationären Zustand so hoch ansteigen zu lassen, daß der Thermostat 8 in den "Aus"-Zustand übergeht. Hierauf wird gemäß

Schritt 41 die Leistung auf 100% erhöht. Danach ist zu einem Zeitpunkt T2 das Ergebnis von Schritt 45 zum erstenmal "ja" und wird die Leistung des Brenners gemäß Schritt 46 auf einen Wert gebracht, der eine Funktion des Wertes von p_n in der Periode TO - Tl und der Dauer der verlängerten "Ein"-Phase (TO - T2) ist. Im vorliegenden Beispiel ist dieser Wert zum Beispiel gut 70%, was der Stellung "11" der Abschlußeinheit entspricht. Ansprechend auf die Dauer dieser "Aus"-Phase von T2 bis T3 und den Ausgangswert X2 für t_ei_n wird die Leistung danach zurückgebracht durch Verstellen der Abschlußeinheit in die Stellung "9". Ansprechend auf die Dauer dieser "Ein"-Phase von T3 bis T4 und die Dauer der dieser vorangehenden "Aus"-Phase wird die Leistung dann wieder etwas erhöht durch Verstellen der Abschlußeinheit in die Stellung "8". Aus der Länge der jetzt folgenden "Aus"-Phase von T4 bis T5 geht dann hervor, daß diese Stellung in der gegebenen Situation, wenigstens annähernd, der zum Beibehalten der eingestellten Temperatur benötigten Leistung entspricht. Aufgrund des Verhältnisses zwischen den Längen der "Aus"-Phase von T4 bis T5 und der "Ein"-Phase von T3 bis T4 wird die Stellung "8" der Abschlußeinheit 14 von T5 bis T6 aufrechterhalten.

Wenn eine stufenlose Abschlußeinheit angewendet wird, kann das Steuern zum Beispiel dadurch ausgeführt werden, daß ein der bezweckten Stellung der Abschlußeinheit entsprechendes Steuersignal unmittelbar zur Abschlußeinheit gesendet wird oder daß Steuersignale zur Abschlußeinheit gesendet werden, die nur angeben, in welchem Maße die Abschlußeinheit weiter geöffnet oder geschlossen werden soll.

Wenn ein stabileres Verhalten der Regelung nach der Neuerung gewünscht wird, als bei einer Regelung nach dem vorbeschriebenen Beispiel erhalten wird, kann die Leistung des Brenners 10 gesteuert werden in Abhängigkeit, von einem Durchschnitt der Beziehung zwischen den registrierten Längen der "Ein"- und "Aus"-Phasen über ein fortschreitendes

Zeitfenster, in das im stationären Zustand mehrere "Ein"- und "Aus"-Phasen passen.

Es ist auch möglich, die Leistung des Brenners 10 zu regeln in Abhängigkeit von der Dauer einer "Ein"- und/oder "Aus"-Phase, bezogen auf einen Bezugswert für die Dauer der Betreffenden Phase bei einer der eingestellten Temperatur entsprechenden wirklichen Temperatur im Raum 1. Wenn die Brennerleistung jeweils geregelt wird in Abhängigkeit von der Dauer der rezentest abgelaufenen "Ein"- oder "Aus"-Phase relativ zur Bezugsdauer für die "Ein"- bzw. "Aus"-Phase, wird eine besonders schnell reagierende Regelung der Brennerleistung erhalten.

Fig. 5 zeigt das Verhalten in derselben Ausgangssituation wie in Fig. 4 einer sehr einfachen Regelung nach der Neuerung, wobei während einer "Ein"-Phase die Brennerleistung vergrößert wird, je nachdem die "Ein"-Phase langer dauert, und während einer "Aus"-Phase die Brennerleistung verkleinert wird, je nachdem diese "Aus"-Phase langer dauert. Auch mit einer derartigen sehr einfachen Regelung ist es möglich, eine schrittweise Regelung der Dauerleistung eines Brenners zu steuern in Abhängigkeit von Signalen, erhalten von einem Raumthermostat, der nur zwei Stellungen kennt.

Fig. 6 zeigt das Verhalten einer noch anderen Ausführungsform eines Heizsystems nach der Neuerung, wiederum ausgehend von derselben Ausgangssituation wie in Fig. 4 und 5. Bei dieser Regelung wird, ebenso wie bei der in Fig. 5 gezeigten Regelung, die Leistung während einer "Ein"-Phase stufenweise vergrößert und während einer "Aus"-Phase stufenweise verkleinert. Der Anfangswert jeder Phase ist jedoch jeweils abhängig vom gewichteten Durchschnitt während der letzten fünf Phasen, und die Geschwindigkeit, mit der die Leistung stufenweise geändert wird, ist positiv bezogen auf den

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Unterschied zwischen dem letzten Wert während der vorigen Phase und dem ersten Wert der laufenden Phase.

Es wird dem Fachmann klar sein, daß im Rahmen der Neuerung noch viele andere Varianten möglich sind als die vorbeschriebenen Varianten. Die Regelung der Brennstoffzufuhr kann zum Beispiel auch indirekt erfolgen durch das Regeln der Zufuhr von Umgebungsluft und das proportional dazu Zuführen des Brennstoffes. Statt eines Brenners oder in Ergänzung zu einem Brenner kann zum Beispiel auch eine elektrische Wärmequelle oder die Zufuhr von Wärme aus einer Sonnenzellenplatte oder einer Wärmespeicherung geregelt werden.

Der Vorteil, daß kein besonderer, teuerer Thermostat notwendig ist, der den Unterschied zwischen der eingestellten Temperatur und der gemessenen Temperatur angibt, ist von besonderer Bedeutung in Situationen, in denen ein Heizsystem mit einer regelbaren Dauerleistung zum Ersatz eines bestehenden Systems der vorbeschriebenen Art angewendet werden kann. Dann müßte ja, bei Anwendung der bekannten Heizsysteme mit regelbarer Dauerleistung, auch der bestehende Thermostat ersetzt werden und der neue Thermostat typischerweise in einem erheblichen Abstand von der Wärmequelle sowie der zugehörigen Drähte installiert werden. Das bringt solche Mehrkosten mit sich_f daß es in vielen Fällen für unvorteilhaft erachtet wird, auf eine Heizung mit regelbarer Dauerleistung umzusteigen. Bei Anwendung der vorliegenden Neuerung kann dagegen der bestehende Zweistellungen-Thermostat beibehalten werden.

Claims

j E'lsenf uhr. Speiser & Partner

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Bremen, den 10. Februar 1997

Unser Zeichen: E 739 WWR/yd

Anmelder/Inhaber: ENCON B.V.

AmtsaJctenzeichen: Neuanmeldung

Encon B.V., Zuidlaarderweg 12, 9482 TW Tynaarlo, Niederlande

"Thermostatische Heizregelung"

ANSPRÜCHE

1. Heizsystem zum Heizen mindestens eines Raumes, umfassend:

einen Thermostat (8) mit einem Kreis, versehen mit einer thermisch gesteuerten Bedienungsstruktur (17, 18) zum temperaturabhängigen Schalten des Kreises zwischen einem "Ein"-Zustand und einem "Aus"-Zustand und einer Antizipationseinheit (19) zum im "Ein"-Zustand antizipierenden Heizen der thermisch gesteuerten Bedienungsstruktur (17, 18), eine Wärmequelle (10),

eine an die Wärmequelle (10) anschließende Energiezufuhrleitung (13) zum Zuführen von Energie zur Wärmequelle (10),

eine Abschlußstruktur (14) in der Energiezufuhrleitung (13) zum, in ihrer offenen Stellung, Durchlassen von Energie und zum, in ihrer geschlossenen Stellung, Blockieren der Energiezufuhrleitung (13),

eine Steuereinheit (15), gekuppelt mit dem genannten Thermostat (8) und mit der genannten Abschlußstruktur (14) zum

Öffnen und Schließen der Abschlußstruktur (14), ansprechend auf die genannten Bedingungen des genannten Kreises, gekennzeichnet durch

eine mit der genannten Steuereinheit (15) gekuppelte oder integrierte Uhr (20) zum Erzeugen von Zeitsignalen,

wobei die Abschlußstruktur (14) außerdem eingerichtet ist zum, in mindestens einer Zwischenstellung zwischen der genannten offenen Stellung und der genannten geschlossenen Stellung, Durchlassen eines relativ zur genannten offenen Stellung reduzierten Energiestromes, und

wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist zum Verarbeiten der genannten Zeitsignale und zum Registrieren der Dauer von mindestens "Ein"- oder "Aus"-Phasen, während deren die genannten "Ein"- bzw. "Aus"-Zustände des genannten Kreises sich ergeben, und eingerichtet ist zum Steuern der genannten Abschlußstruktur (14) zwischen mindestens der offenen Stellung, der geschlossenen Stellung und der Zwischenstellung, ansprechend auf die registrierte Dauer mindestens der genannten "Ein"- oder "Aus"-Phasen.
2. Heizsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist zum Steuern der Leistung der genannten Wärmequelle (10) in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen registrierten Längen der genannten "Ein"- und "Aus"-Phasen.
3. Heizsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist zum Steuern der Leistung der genannten Wärmequelle (10) in Abhängigkeit von einem Durchschnitt über ein fortschreitendes Zeitfenster der Beziehung zwischen den registrierten Längen der genannten "Ein"- und "Aus"-Phasen.
4. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist zum Steuern der Leistung der genannten Wärmequelle (10) in Abhängigkeit von der Leistung während mindestens einer vorhergehenden der genannten Phasen.
5. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist zum Vergrößern der

Leistung der genannten Wärmequelle (10) während einer "Ein"-Phase, je nachdem diese "Ein"-Phase länger dauert.
6. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist zum Verkleinern der Leistung der genannten Wärmequelle (10) während einer "Aus"-Phase, je nachdem diese "Aus"-Phase länger dauert.
7. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist zum, ansprechend auf das Überschreiten einer bestimmten Höchstdauer einer "Ein"-Phase, auf ein bestimmtes Maximum Erhöhen der Leistung der
Wärmequelle (10) während dieser "Ein"-Phase.
8. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist zum, ansprechend auf das Überschreiten einer bestimmten Höchstdauer einer "Aus"-Phase, auf Null Reduzieren der Leistung der Wärmequelle (10) während dieser "Aus"-Phase.
9. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist zum, nach Ablauf
einer letzten Phase, während deren eine Höchstdauer für die betreffende Phase überschritten worden ist, Steuern der
Leistung der Wärmequelle (10) in Abhängigkeit von mindestens einer Leistungseinstellung, die unmittelbar auf mindestens
eine vorhergehende Phase folgte, während deren die genannte Höchstdauer überschritten worden ist und die registriert
worden ist in einer Periode von ungefähr 4 bis 8 Stunden und bevorzugt 5 bis 6 Stunden um einen bzw. mehrere Zeitpunkte
herum, ein- und/oder mehrmals 24 Stunden vor Ablauf der
genannten letzten Phase, während deren die genannte
Höchstdauer überschritten worden ist.
10. Heizsystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die
Steuereinheit (15) eingerichtet ist zum, nach Ablauf einer
"Ein"- oder "Aus"-Phase, während deren die genannte
Höchstdauer überschritten worden ist, Steuern der Leistung der Wärmequelle (10) in Abhängigkeit von einer Leistung oder
durchschnittlichen Leistung, registriert vor Beginn der

betreffenden "Ein"- oder "Aus"-Phase und der Dauer dieser "Ein"- oder "Aus"-Phase.
11. Heizkessel, umfassend:

eine Wärmequelle (10) zum Heizen eines Wärmeübertragungsmediums,

einen an die Wärmequelle (10) anschließenden Energiezufuhrkanal (13) zum Zuführen von Energie zur Wärmequelle (10),

eine Abschlußstruktur (14) im Energiezufuhrkanal (13) zum, in einer offenen Stellung, Durchlassen von Energie und zum, in einer geschlossenen Stellung, Blockieren des Energiezufuhrkanals (13),

eine Steuereinheit (15) mit einem Anschlußtor (16) für einen Thermostat (8) und gekuppelt mit der genannten Abschlußstruktur (14) zum Öffnen und Schließen der Abschlußstruktur (14), ansprechend auf "Ein"- und "Aus"-Signale, empfangen über das genannte Thermostat-Anschlußtor (16),

gekennzeichnet durch

eine mit der genannten Steuerstruktur (15) gekuppelt oder integrierte Uhr (20) zum Erzeugen von Zeitsignalen,

wobei die Abschlußstruktur (14) außerdem eingerichtet ist zum, in mindestens einer Zwischenstellung zwischen der genannten offenen und der genannten geschlossenen Stellung, Durchlassen eines relativ zur genannten offenen Stellung reduzierten Energiestromes, und

wobei die Steuerstruktur (15) eingerichtet ist zum Verarbeiten der genannten Zeitsignale und zum Registrieren der Dauer von mindestens "Ein"- oder "Aus"-Phasen von oder zwischen den genannten "Ein"- und "Aus"-Signalen und zum Steuern der genannten Abschlußstruktur (14) zwischen mindestens der offenen Stellung, der geschlossenen Stellung und der Zwischenstellung, ansprechend auf die registrierte Dauer von mindestens "Ein"- oder "Aus"-Phasen.