DE3140396A1

DE3140396A1 - "verfahren und anordnung zum regeln des energieverbrauchs einer waermepumpenanlage"

Info

Publication number: DE3140396A1
Application number: DE19813140396
Authority: DE
Inventors: Rollie Richard Louisville Ky. Herzog; Custis Lee Tyler Tex. Stamp jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Trane Cac Inc (eine Gesellschaft Ndgesd Staat
Priority date: 1980-10-14
Filing date: 1981-10-10
Publication date: 1982-08-19
Also published as: DE3140396C2; IT8124485A0; IT1139541B; FR2492069B1; US4338791A; FR2492069A1; JPS5798738A; JPH0131101B2

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Verfahren und Anordnung zum Regeln des Energieverbrauchs einer Wärmepumpenanlage

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Anordnung zum selbsttätigen Steuern des Betriebes einer Wärmepumpenanlage derart , daß von der Anlage beim Erfüllen der Raumtemperatur Torderungen des Benutzers verbrauchte Energie gesteuert und bewahrt wird, um einen besseren Wirkungsgrad und geringere: Betriebskosten zu erzielen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung einer ersten elektronischen Schaltung auf Mikroprozessorbasis in Form einer vom Benutzer bedienten Konsole für die manuelle Eingabe der von dem Benutzer verlangten Raumtemperatur und eine zweite elektronische Schaltung auf Mikroprozessorbasis, die einen Wärmepumpenfunktionssystemregler bildet, der mit der Konsole verbunden ist, um die Wärmepumpe so zu betreiben, daß die Forderungen des Benutzers mit gutem Wirkungsgrad und bei verringerten Betriebskosten im Vergleich zu manuell gesteuerten bekannten Wärmepumpen erfüllt werden.

Wärmepumpenanlagen sind bekannt und werden typischerweise Ln der Heizbetriebsart mit zwei oder mehr als zwei Zustän-

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den oder Stufen der Heizleistung betrieben. Der erste Zustand beinhaltet normalerweise nur den Betrieb des Wärmepunipenkompressors und des zugeordneten Kältemittelkreises, um Wärmeenergie aus der Außenluft oder aus irgendeinem anderen Wärmereservoir in den umschlossenen Innenraum, der zu beheizen ist, zu überführen. Bei einer Wärmepumpe mit einer Drehzahl beinhaltet das Umschalten auf höhere Zustände oder Stufen der Heizleistung die Verwendung von einer oder mehreren zusätzlichen Wärmequellen, wie beispielsweise elektrischen Widerstandsbandheizelementen. Bei Wärmepumpen, die Kompressoren mit mehreren Drehzahlen haben, können zusätzliche Zustände oder Werte der Heizleistung erzielt werden/ indem die Kompressordrehzahl geändert wird, wodurch sich die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von dem Außenraum auf den umschlossenen Innenraum ändert. In allen diesen Fällen haben die höheren Zustände der Heizleistung einen geringeren Wirkungsgrad als die niedrigeren Zustände;, wobei in dem ersten Zustand, in welchem nur der Kompressor in Betrieb ist, der größte Wirkungsgrad erzielt wird. Beim Betrieb in der Kühlbetriebsart können die veränderbaren Zustände der Betriebsleistung nur erzielt werden, indem der Kompressor mit zwei oder mehr als zwei Betriebsdrehzahlen betrieben wird, die die Geschwindigkeit des Wärmeaustausches von dem umschlossenen Innenraum zu dem Außenraum verändern.

Die Steuerung des Betriebes von solchen bekannten Wärmepumpen erfolgt im allgemeinen mittels einer elektromechanischen Ausführungsform eines Thermostaten, der eine gesonderte Temperaturfühleranordnung und eine Schaltanordnung für jeden Wert der Heizleistung enthält· Diese Teraperaturfühleranordnungen sind gewöhnlich mechanisch untereinander verbunden, so daß ein Abfallen oder Unterschwingen der Kaumtemperatur unter den Arbeitspunkt der ersten Stufe auftreten muß, um die zweite Stufe in Betrieb au setzen, usw. für die höheren Stufen der Heizleistung. Die manuelle Betätigung dieses bekannten Ther-

— jg mm

mostaten, um zu versuchen, den Anlagenwirkungsgrad zu steigern, indem der Einstellwert, d.h. die Einstellung der gewünschten Raumtemperatur während Perioden verringert wird, während denen beispielsweise ein Gebäude nicht besetzt ist, und indem sfälor der Ei nstellwert während Perioden erhöht wird, in denen das Gebäude besetzt ist, ergibt einen Betrieb mit schlechtem Wirkungsgrad, während dem die Wärmepumpe von dieser Temperaturzurückstellung wieder aufholt. Der Grund dafür ist, daß diese·Thermostatausführungsform die Wärmepumpenstufe sofort auf ihre höchste Leistung bringt, um die Raumtemperatur zu erhöhen, und daher ständig in ihrer Betriebsart mit dem geringsten Wirkungsgrad arbeitet, bis die Raumtemperatur die Einstellwerttemperatur erreicht.

Es sind verbesserte Wärmepumpen entwickelt worden, die eine veränderbare Heiz- und Kühlkompressorbetriebsleistung haben. Der beabsichtigte Vorteil von solchen bekannten Anlagen mit veränderbarer Leistung bleibt jedoch weitgehend unverwirklicht, da es für den Benutzer extrem schwierig ist, festzustellen, ob die Wärmepumpe mit einer hohen oder einer niedrigen Kompressorbetriebsleistung arbeiten sollte, um die erwünschten Ergebnisse unter allen Umständen zu erzielen. Darüberhinaus wird ein Thermostat des bekannten Typs komplex und gestattet das Auftreten eines beträchtlichen Temperaturabfalls. Weiter kann zwar eine hohe oder eine niedrige Heizoder Kühlleistung über einer bestimmten Zeitspanne erforderlich sein, kurzfristige Änderungen in den zahlreichen Variablen, die die Heiz- und Kühlleistung beeinflussen, können jedoch zu jeder Zeit auftreten, auf die hin eine kurzzeitige Änderung in der Heiz- oder Kühlleistung der Wärmepumpe deren Wirkungsgrad verbessern und trotzdem gestatten würde, die Forderungen des Benutzers in einem praktischen und vernünftigen Zeitrahmen zu erfüllen. Die zahlreichen variablen Faktoren, die den Heiz- und Kühlwirkungsgrad beeinflussen, umfassen nicht nur die Differenz zwischen der Sollraumtempera-

tür und der Istraumtemperatur (d.h. die Fehlertemperatur), sondern auch die zeitliche Änderung der Innentemperatur und der Außentemperatur, um nur etwas zu nennen= Es ist deshalb nicht möglich, von der Bedienungsperson von solchen Wärmepumpen mit nichtautomatisch veränderbarer Leistung zu erwarten, daß sie ständig alle diese Faktoren mißt und sich mit den relativ komplizierten Berechnungen von Zeit zu Zeit befaßt, die selbstverständlich erforderlich sein würden, um diese Pumpen zu jeder Zeit mit ihrer wirtschaftlichsten Leistung zu betreiben.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Regeln einer mehrere Betriebszustände aufweisenden Wärmepumpenanlage und eine Energiehandhabungsoder -managementanordnung dafür, wobei der Betriebszustand und infolgedessen der Energieverbrauch der Anlage in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Raumtemperatur, die durch die Wärmepumpenanlage gesteuert wird, selbsttätig geregelt wird.

Die Erfindung schafft außerdem ein Regelverfahren und ein Energiemanagementregelsystem für eine mehrere Betriebszustände aufweisende Wärmepumpe, wobei der Energieverbrauch der Wärmepumpenanlage gemäß der Temperaturdifferenz zwischen der Istraumtemperatur und der Solltemperatureinstellung geregelt wird, um einen übermäßigen Gebrauch von Energie zu vermeiden und trotzdem die gewünschte Temperatur innerhalb eines vernünftigen Zeitrahmens zu erreichen.

Weiter schafft die Erfindung eine Wärmepumpenanlage, die unter gewissen Betriebsbedingungen auf eine Solltemperatur geregelt wird, welche sich von der durch den Benutzer eingegebenen Raumtemperatureinstellung um eine vorbestimmte Funktion der Außentemperatur derart unterscheiden kann, daß der wahrgenommene Komfort, den die Wärmepumpenanlage dem Benutzer bietet, gesteigert wird.

Daher wird in einer Ausgestaltung der Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer mehrere Betriebszustände aufweisenden Wärmepumpenanlage geschaffen, um den Energieverbrauch zu minimieren, während die Anlage so betrieben wird, daß sie die Temperatur eines geschlossenen Raums auf einen gewünschten Temperaturwert bringt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Festsetzen eines Solltemperaturwertes, der die gewünschte Temperatur darstellt, Abfühlen der Isttemperatur des geschlossenen Raums und Einleiten des Betriebes der Wärmepumpenanlage auf eine Differenz zwischen der Ist- und der Solltemperatur hin. Das Verfahren beeinhaltet in dieser Ausgestaltung der Erfindung die Schritte, die zeitliche Änderung der Isttemperatur am Ende von vorgewählten Zeitintervallen zu messen, während denen eine Steigerung des Betriebszustands der Wärmepumpenanlage auf eine höhere Stufe des Energieverbrauches blockiert wird, und das Steigern der Wärmepumpenanlage auf den nächsten höheren Betriebszustand am Ende der vorgewählten Zeitintervalle nur dann, wenn die zeitliche Änderung der Isttemperatur kleiner als ein Wert ist, der erforderlich ist, um die Solltemperatur innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne im wesentlichen zu erreichen.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung wird, wenn eine Differenz zwischen der Ist- und der Solltemperatur abgefühlt wird, der Betrieb der Wärmepumpe in dem energiewirksamsten Betriebszustand eingeleitet, der benötigt wird, um mit dem Ändern der Isttemperatur des geschlossenen Raums zu der Solltemperatur hin zu beginnen, woraufhin eine weitere Steigerung im Betriebszustand für ein festes Zeitintervall blockiert wird, während welchem die zeitliche Änderung der Isttemperatur gemessen wird. Dann wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung eine Zustandssteigerung am Ende des Sperrzeitintervalls nur dann eingeleitet, wenn die zeitliche Änderung der Isttemperatur nicht genügt, um einen vorbestimmten Kriteriumwert zu erfüllen, bei welchem

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es.sich um die Größe der Differenz zwischen dor Ist- und- der Solltemperatur handelt, die z«r Z©it ü®3 Endes des Sperrzeitintervalls vorhanden ist, und wobei der vorbestimmte Kriteriumwert die zeitliche Änderung der Istteroperatur darstellt, die benötigt wird, um die Solltemperatur innerhalb einer vorgewählten Zeitspanne zu erreichen,, beispielsweise in einer Stunde ab dem ersten Einleiten des Betriebes der Wärmepumpenanlage.

Weiter wird gemäß der Erfindung eine Enexrgiegabrauchühandhabungs- oder -managementanordnung für eine MSrmepumpeaanlage - geschaffen, die mehrere Betriebszustand© aufweist, von denen jeder einen anderen Wert des Energievorbrauches darstellt, wobei die Energiemanagementanordnung eine Einrichtung umfaßt zum Abfühlen der Isttemperatur des geschlossenen Raums und eine vom Benutzer bediente Einrichtung sum Festlegen einer gewünschten Temperatureinstellung für den geschlossenen Raum. Die Managementanordnung nach der Erfindung enthält weiter eine Einrichtung, die eine Betriebssustandsänderungskriterientabelle liefert, welche aus mehreren Werten der Temperaturdifferenz zwischen dem Ist=· und dem Sollt©mp®ratun-?ert besteht, bei denen die Betriebssustandsänderungen erfolgen» Die Spanne ~ der Temperaturdifforenzen, die aus Änderungen zwischen- den einzelnen Zuständen resultieren,, ist vorzugsweise wesentlich, beispielsweise zweimal, größer als die Spannweite der Temperaturdifferenz, die aus Änderungen innerhalb der einzelnen Zustände resultieren. Differenzen zwischen den einzelnen Zuständen sind diejenigen, die auftreten, wenn eine Bewegung zwischen benachbarten Betriebszuständen in derselben Richtung erfolgt wie eine unmittelbar vorhergehende gust&ndsänderung, und Änderungen innerhalb der einseinen Zustände sind diejenigen, die auftreten, wenn eine Bewegung zwischen benachbarten Betriebszuständen in einer Richtung erfolgt, die zu der der unmittelbar vorangehenden Zustandsänderung entgegengesetzt

ist. Das Energiehandhabungs- oder -Managementsystem nach der Erfindung enthält weiter eine Einrichtung zum Vergleichen der abgefühlten Temperatur mit der Einstellung der gewünschten Temperatur, um die Differenz zwischen ihnen festzustellen, und eine Einrichtung zum Vergleichen der Temperaturdifferenz mit der Zustandsänderungskriterientabelle, um einen Regeleffekt zu erzielen, der angibt, ob eine besondere Betriebszustandsänderung erfolgen soll. Die Anordnung enthält weiter eine Einrichtung, die auf den gewünschten Regeleffekt anspricht, um den Betriebszustand der Wärmepumpenanlage auf den besonderen Zustand zu verändern, der benötigt wird, um die Isttemperatur innerhalb einer vorgewählten Zeitspanne auf die Solltemperatureinstellung zu bringen.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in der Ener gieregelanordnung Einrichtungen vorgesehen, um die Temperatur außerhalb des geschlossenen Raums abzufühlen und die vom Benutzer eingegebene Solltemperatureinstellung als eine vorbestimmte Funktion der Differenz zwischen der Außentemperatur und der vom Benutzer eingegebenen Temperatureinstellung nach oben zu verstellen, um den wahrgenommenen Komfort, den die Wärmepumpenanlage dem Benutzer bietet, zu verbessern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer selbsttätigen

Energiehandhabungsregelanordnung für eine Wärmepumpenanlage und somit eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, das die verschiedenen

unterschiedlichen Energiezustände der Anlage von Fig. 1 mit den zulässigen Änderungen zwischen diesen Zu-

- Sf-

3U039

ständen gemäß einem Merkmal der Erfindung veranschaulicht,

Fig. 3 ein Diagramm der Veränderungen der

Temperaturdifferenz zxtfischen der Solltemperatur und der Istraumtemperatur, die in der folgenden Beschreibung als Differenztemperatur "A" bezeichnet wird und sich gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung aus dem Betrieb der Anlage von Fig. 1 in der Heizbetriebsart ergibt, sowie die Auswirkungen von verschiedenen Heizzustandsänderungen auf die Differenztemperatur "A",

Fig. 4 ein Diagramm der Veränderungen der

Differenztemperatur "A", die sich gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung aus dem Betrieb der Anlage von Pig„ 1 in der Kühlbetriebsart ergeben, sov/ie die Auswirkungen von verschiedenen Kühlzustandsänderungen auf die Differenztemperatur "A",

Fig. 5 ein Diagramm von repräsentativen

Verringerungen der Differenztemperatur "A" über einer Zeitspanne, das sich aus der Implementierung der Zustandsänderungssperrfunktion, welche hier manchmal auch als die Deltaprüffunktion bezeichnet wird, durch die Energiehandhabungsanordnung der Anlage von Fig. 1, welche noch ein weiteres Merkmal der Erfindung darstellt, ergibt,

Fig. 6 ein Blockschaltbild oder Flußdiagramm

des Hauptsteuerprogramms der Energiehandhabungsanordnung der Anlage von Fig. 1,

die Fig. 7 und 8 Blockschaltbilder oder Flußdiagramme

für das Heiz- bzw. Kühlbetriebsartprogramm der Energiehandhabungsanordnung der Anlage von Fig. 1,

Fig. 9 ein Blockschaltbild oder Flußdiagramm

für die Implementierung der Deltaprüffunktion durch die Energiehandhabung sanordnung der Anlage von Fig. 1 gemäß den auf der rechten Seite in dem Diagramm von Fig. 5 aufgeführten Regeln,

Fig. 10 ein Blockschaltbild oder Flußdiagramm

für den Aus-Betrieb der Anlage von Fig. 1 im Anschluß an das Verlassen entweder der Heiz- oder der Kühlbetriebsart von Fig. 7 und 8,

die Fig. 11a und 11b gemeinsam ein Schaltbild eines elektronischen Mikroprozessors für die bauliche Verwirklichung des Konsolenteils der Energiehandhabungsanordnung der Anlage von Fig. 1 und

die Fig. 12a und 12b gemeinsam ein Schaltbild eines elektronischen Mikroprozessors für die bauliche Verwirklichung des Reglerteils der Energiehandhabungsanordnung der Anlage von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Wärmepumpenanlage, die als herkömmliche Komponenten einen zwei Drehzahlen aufweisenden Kompressor 10, ein zwei Drehzahlen aufweisendes Außengebläse 12 (in Fig. 1 auch mit F„ bezeichnet), eine Außenwärmetauscherschlange 14 und ein Fluidumschaltventil 1.6 enthält» Das Ventil 16 gestattet das Umkehren der Fließrichtung eines Kältemittels in einer Reihe von Rohrleitungen 1Sa₁, 18b und 18c, der Außenwärmetauscherschlange 14 und einer Innenwärmetauscherschlange 20, um den Betrieb der Anlage zwischen einer Heizbetriebsart und einer Kühlbetriebsart (einschl., eines Abtaubetriebes) umzuschalten= Eine Reihe von mit 22 bezeichneten Pfeilen zeigt die Richtung des Kältemittelflusses in den Leitungen 18a, 18b und 18c an, wenn die Anlage in der Heizbetriebsart arbeitet. Das Kältemittel fließt durch die Leitungen 18a, 18b und 18c in einer Richtung, die zu der der Pfeile 22 entgegengesetzt ist, wenn die Anlage in der Kühlbetriebsart arbeitet oder sich im Abtaubetrieb befindet» Das Kältemittel fließt immer von dem Ventil 16 zu einer Niederdruckeinlaßseite des Kompressors 10 über eine Leitung 24 und zurück zu dem Ventil 16 von einer Hochdruckauslaßöffnung des Kompressors 10 über eine Leitung 26 in Richtungen, die durch Pfeile 28 angegeben sind, ungeachtet dessen, ob die Anlage in der Heiz- oder in der Kühlbetriebsart arbeitet»

Wenn die Anlage in der Heizbetriebsart arbeitet, gestattet ein herkömmliches Fluidexpansionsventil 30 dem Kältemittel, beim Durchfließen desselben schnell su expandieren, damit sich das Kältemittel innerhalb des geschlossenen Fluidkreises unmittelbar vor dem Eintritt in das kalte Ende der Aussenwärsnetauscherschlange 14 auf seine niedrigste Temperatur abkühlt. Ein herkömmliches Ein-Weg-Rückschlagventil 32 blokkiert den Durchfluß des Kältemittels, so daß das Kältemittel während des Heizbetriebes immer durch das Ventil 30 hindurchgeht, es läßt aber das Kältemittel frei durch, wenn

• ·

42

die Anlage beim Abtauen ist oder in der Kühlbetriebsart arbeitet. Ein zweites Ein-Weg-Rückschlagventil 34 gestattet dem Kältemittel, von der Innenwärmetauscherschlange 20 aus frei durch es hindurch in die Leitung 18c zu fließen, wenn die Anlage in der Heizbetriebsart arbeitet, während es das Kältemittel während der Abtau- und der'Kühlbetriebsart aus der Leitung 18c über eine herkömmliche Pluiddrosseleinrichtung oder ein Kapillarrohr 36 in die Innenwärmetauscherschlange 20 gehen läßt.

Eine gestrichelte Linie 38 stellt ein Gebäude oder ein umschlossenes Gebilde dar, in welchem die Luft durch die Anlage konditioniert wird und in welchem sämtliche Innenkomponenten des fluidführenden Kreises der Anlage angeordnet sind. Weitere Komponenten der Anlage von Fig. 1 sind ein zwei Drehzahlen aufweisendes Innengebläse 40 (das in Fig. 1 auch mit F bezeichnet ist) und zwei Widerstandsheizelemente oder Bandheizelemente 42 und 44. Der Kompressor 10, die Gebläse 12 und 40 und die Bandheizelemente 42, 44 werden aus einer herkömmlichen Spannungsquelle 46 gespeist, beispielsweise mit der üblichen verfügbaren Einphasenspannung von 240 V.

Fig. 1 zeigt weiter einen erfindungsgemäßen programmierten elektronischen Anlagenregler 48, der unter anderem die Funktion hat, die verschiedenen Heiz- und Kühlzustände der Anlage, wie im folgenden noch näher erläutert, so zu regeln, daß der energetische Wirkungsgrad des Wärmepumpenbetriebes in Übereinstimmung mit dem Bedarf und den Komfortforderungen des Benutzers verbessert wird. Eine Anlagenkonsole 50, die verschiedene Eingangstasten, Anzeigeregister und die zugeordnete Logikschaltungsanordnung aufweist, gestattet das manuelle Eingeben von Steuerdaten in die Anlage. Ein geeignetes Kabel oder eine geeignete Verdrahtung 52 zwischen dem Regler 48 und der Konsole 50 gestattet, letztere in der Nähe oder entfernt von dem Regler an irgendeinem Ort aufzustellen, der

für die Eingabe von Steuerdaten in di© Anlag© als zweckmäßig angesehen wird.

Auf Befehl legt der Regler 48 eine geeignete Betriebsspannung an eine Magnetspule 54 des Ventils 16 an, um dessen Zustand umzuschalten, so daß der Fluß von Kältemittel in den Leitungen 18a, 18b und 18c und den Wärmetauscherschlangen 14 und 20 umgekehrt und die Anlage von der Heizbetriebsart auf die Kühlbetriebsart umgeschaltet wird. Ebenso legt der Regler 48 geeignete Betriebsspannungen an eine Reihe von Relais an, zu ^- denen ein Abtaurelais 56, ein Außengebläsedrehzahlrelais 58, ein Schnellaufkompressorrelais 60, ein Langsamlaufkompressorrelais 62 und ein Innengebläsedrehzahlrelais 64 gehören. Weitere Relais, die durch den Regler 48 gesteuert werden, sind ein Innengebläsestromzufuhrrelais 66, das aus einer Spule 68 und drei gekuppelten Sätzen von Kontakten 70a, 70b, 70c besteht, ein erstes Bandheizelementstromzufuhrrelais 72, das aus einer Spule 74 und ziiei Sätzen von gekuppelten Kontakten 76a und 76b besteht, und ein zweites Bandheizelementstromzufuhrrelais 78, das aus einer Spule 80 und zwei Sätzen von gekuppelten Kontakten 82a und 82b besteht ο Es sei angemerkt, daß keines der Bandheizelemente 42, 44 gespeist werden kann, sofern nicht das Innengebläsestromsufuhrrelais 66 erregt 1st, so daß das Gebläse 40 entweder mit der niadrigen oder mit der hohen Drehzahl arbeitet, was davon abhängt, ob das Relais 64 entregt oder erregt ist. Ein Satz von Ruhekontakten 86 erregt eine Langsamlaufwicklung des Gebläses 40, um den Betrieb des Gebläses mit niedriger Drehzahl zu gestatten, wenn das Relais 66 erregt und das Relais β4 entregt ist. Umgekehrt wird ein Satz von Ärbeitskontakten 88 geschlossen, um die Schnellaufwicklung des Gebläses 40 zu erregen, um einen Betrieb des Gebläses mit hoher Drehzahl zu erlauben, wenn beide Relais 64 und 6β erregt sind,, Das Relais 58 steuert die Betriebsdrehzahl des Außengebläses 12 auf gleiche Weise, d. h. es erlaubt einen Betrieb mit niedriger Drehzahl, wenn die Relais 56 und 58 entregt sind, und einen Betrieb mit hoher

- MT -

Drehzahl, wenn das Relais 56 entregt und das Relais 58 erregt ist. Ein oder beide Bandheizelemente 42, 44 können erregt werden, wenn das Gebläserelais 66 erregt wird, was davon abhängt, ob der Regler 48 nur das Relais 72 oder beide Relais 72 und 78 erregt.

In Fig. 2 sind die verschiedenen Betriebszustände und die zulässigen Zustandsänderungen der Anlage von Fig. 1 schematisch dargestellt. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt es vier Heizzustände, die durch mit 1 bis 4 bezeichnete Kreise dargestellt sind, drei Abtaubetriebszustände, die durch mit 5 bis 7 bezeichnete Kreise dargestellt sind, und zwei Kühlzustände, in denen der Kompressor erregt ist und die durch mit 9 und 10 bezeichnete Kreise dargestellt sind. Die Zustände 0 und 8 sind die "AUS"-Zustände des Heizens bzw. Kühlens, in denen der Kompressor 10 außer Betrieb ist, weil beide Kompressordrehzahlrelais 60 und 62 von Fig. 1 entregt sind. Wenn die Anlage von Fig. 1 in einem der AUS-Zustände O oder 8 ist, kann das Innengebläse 40 entweder außer Betrieb sein oder mit der langsamen Geschwindigkeit, d.h. mit der niedrigen Drehzahl arbeiten, wobei das Relais 64 entregt ist und das Relais 66 entweder entregt oder erregt ist. Tabelle I zeigt den Zustand der verschiedenen Komponenten der Anlage von Fig. 1 , die jedem der Anlagenbetriebszustände von Fig. 2 entsprechen. Der Ausdruck "EIN", der an verschiedenen Stellen in der Tabelle I erscheint, bedeutet, daß die Komponente, die in derselben Zeile in der Tabelle links angegeben ist, erregt ist. Leere Stellen in der Tabelle zeigen an, daß die entsprechende Komponente der Anlage entregt ist.

*· ft

* O ft A
O ft β

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TABELLE I

ÄNLÄGENZUSTÄNDE

ANLÄGENKOMPONENTEN 0123456789 10

Abtaurelais 56 _„___-. _{EIN EIN} _

Außengebläsedreh-

zahlrelais 58 - - EIN EIN EIN EIN EIN EIN - - EIN Innengebläsestrom- EIN/ EIN EIN EIN EIN EIN EIN EIN EIN/ EIN EIN

zufuhrrelais 66 ^{AUS AÜS}

Innengebläsedreh"

zählrelais 64 - - EIN EIN EIN ----- ein

1. Bandheizelementstromzufuhrrelais 72 - - - EIN EIN EIN EIN EIN 2« Bandheizelexnenstromzufuhrrelais 78 - - - - EIN - - EIN - - Kompr.langsamlauf-

relais 62 - EIN ------- EIN -

Kompressorschnelllauf relais 60 - - EIN EIN EIN EIN EIN EIN - - EIN Umschaltventilspule
54 -.-____ EXiSj EIN EIN EIN EIN

Der Heizzustand mit der niedrigsten Heizleistung, der Zustand 1, tritt auf, wenn der Kompressor 10 mit der niedrigen Drehzahl (in Fig. 2 mit L bezeichnet) arbeitet, x-jährend der Heizzustand mit der nächsthöheren Heisleistung, der Zustand 2,
auftritt, wenn der Kompressor 10 mit der hohen Drehzahl (in
Pig« 2 mit S bezeichnet) arbeitet« In beiden Zuständen 1 und

2 sind die Bandheiselemente 42, 44 außer Betrieb. Der Zustand

3 tritt auf, wenn das erste Banetheiselem©nt 42 zusammen mit
dem Betrieb des Kompressors mit hoher Dxahzahl erregt wird,
und der Zustand 4, d_eho der Zustand höchster Heialeistung der Anlage tritt auf, wenn beide Bandheizelemente 42 und 44 er-

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riHji- werden und der Kompressor mit hoher Drehzahl betrieben wird. In allen Heizzuständen 1-4 sind das Abtaurelais 56 und die Spule des Ventils 16 entregt. In Fig. 2 sei beachtet, daß Steigerungen im Heizzustand sequentiell auftreten müssen, so daß das Überspringen oder Umgehen eines Zwischenzustands nicht erlaubt ist. Andererseits können zwar die Heizzustände sequentiell verringert werden, ohne daß ein Zwischenheizzustand umgangen wird, es ist jedoch auch möglich, von irgendeinem der Heizzustände 1-4 direkt zu dem Heizung-Aus-Zustand 0 zu gehen, beispielsweise wenn der erforderliche Temperaturwert in dem Gebäude 38 erreicht wird oder wenn der Benutzer manuell einen neuen Sollwert eingibt oder wenn eine automatische Sollwertänderung in einem Zeitpunkt erfolgt, wenn die Anlage in einem dieser Zustände ist.

Jeder höhere Heizzustand 0-4 ist einem höheren Wert des Energieverbrauches in dem Betrieb der Anlage und somit einem entsprechenden niedrigeren Betriebswirkungsgrad äquivalent. Die Regeln zur Zustandsänderung lauten deshalb so, daß der bevorzugte Zustand der niedrigste Betriebszustand ist, der die Forderungen des Benutzers erfüllen wird. Die vom Benutzer verlangten Raumtemperaturen werden in die Regelanordnung über die Konsole 50 in Form einer Solltemperatureinstellung eingegeben, die die Raumtemperatur darstellt, welche auf Wunsch des Benutzers durch die Anlage erzielt werden soll. Diese Solltemperatur, ob nun direkt benutzt oder in Abhängigkeit von der Außentemperatur auf weiter unten beschriebene Weise modifiziert benutzt, stellt eine Ziel- oder Solltemperatur dar, die in dem Anlagenregler 48 mit der abgefühlten Istraumtemperatur verglichen wird, um den Betriebszustand für die Wärmepumpenanlage festzulegen. Die folgenden Regeln, die für die Anlage von Fig. 1 exemplarisch sind, gelten für die Heizzustandsänderungen, d.h. die Zustände 0-4. Das in diesen Regeln angegebene Deltaprüfkriterium ist weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 4 ausführlicher erläutert.

Vom zum erfordert
Zustand Zustand

1 a) Raumtemperatur niedriger als Solltempe

ratur
b) und mehr als 5 min im Zustand 0 oder

2 a) Raumtemperatur niedriger als Solltemperatur

-0,5 ⁰C

b) und mehr als 10 min im Zustand 1

c) und Deltaprüfung erlaubt Vergrößerung.

3a) Raumtemperatur niedriger als Solltemperatur

-1,0 ^CC

b) und mehr als 10 min im Zustand 2

c) und Deltaprüfung gestattet Vergrößerung.

4 a) Raumtemperatur niedriger als Solltemperatur

-1,5 ⁰C

b) und mehr als 10 min im Zustand 3

c) und Deltaprüfung erlaubt Vergrößerung.

3 a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

-1,25 ⁰C
b) und mehr als 5 min im Zustand 4.

2a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

-0,75 ⁰C
b) und mehr als 5 min im Zustand 3.

1a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

-0,25 ⁰C
b) und mehr als 10 min im Zustand 2.

0 a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

+0,25 ⁰C
b) und mehr als 10 min im Zustand 1

-VT-

2H-

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c) oder Konsolenbetriebsart hat sich geändert.

2 0 a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

+0,25 °c

b) und mehr als 10 min im Zustand 2

c) oder Konsolenbetriebsart hat sich geändert.

3 0 a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

+0,25 ⁰C

b) und mehr als 5 min im Zustand 3

c) oder Konsolenbetriebsart hat sich geändert.

4 0 a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

+0,25 ⁰C

b) und mehr als 5 min im Zustand 4

c) oder Konsolenbetriebsart hat sich geändert.

Es sei angemerkt, daß die oben beschriebenen Zustandsänderungen eine Mindestzeit von 5 min in dem Aus-Zustand O angeben, bevor eingeschaltet wird, eine Mindestzeit von 10 min jeweils in den Kompressor-Ein-Zuständen 1 und 2, bevor der Zustand entweder vergrößert oder verkleinert wird, eine Mindestzeit von 10 min im Widerstandsheizzustand 3/ bevor der Zustand vergrößert wird, und eine Mindestzeit von 5 min in den Widerstandsheizzuständen 3 und 4, bevor der Zustand verkleinert wird. Diese oder ähnliche Mindestzeitintervalle werden vorgesehen, um zu gewährleisten, daß die Kompressordrücke vor dem Starten ausgeglichen sind, und um zu gewährleisten, daß die Zeit in einem Heizzustand ausreicht, um Relaisprellen zu eliminieren und den Anlagenwirkungsgrad zu verbessern. Einmal gestartet, sollte ein Kompressor für eine Mindestaeitspanne, beispielsweise von 10 min, in Betrieb bleiben, so daß seine AnlaufVerluste minimiert werden.

Das System kann außerdem von jedem der vier Heizzustände direkt auf den Abtauzustand 5 umschalten, ΐ^βηη die Bedingungen ein Abtauen verlangen.

Es sei angemerkt, daß mit dem Äbtauen immer durch Eintritt der Anlage aus einem bestimmten Heizzustand in den Zustand begonnen wird. Der Zustand 5 ist als ein übergangszustand in einer Wärmepumpenanlage mit mehreren Kompressordrehzahlen vorgesehen, in der der Kompressor 10 während des Abtauens mit hoher Drehzahl betrieben wird. Da die Anlage in den Zustand aus dem Zustand 1 eingetreten sein kann, in welchem der Kompressor 10 mit niedriger Drehzahl (L) gearbeitet hat, erfolgt eine Zeitverzögerung von einigen Sekunden durch den Übergangszustand 5, um sicherzustellen, daß der Kompressor 10 die volle Drehzahl erreicht hat, bevor der tatsächliche Äbtauvorgang im Zustand 6 beginnt. In dem hier beschriebenen Beispiel bleibt die Anlage vorzugsweise für etwa S s in dem Zustand 5, bevor auf den Zustand 6 umgeschaltet wird, an welchem Punkt das Ventil 16 und das Abtaurelais 5δ erregt werden, um den Kältemittelfluß in den Leitungen 1Sa^ 18b, 18c umzukehren bzw. das Außengebläse 12 abzuschalten» Beim Eintritt der Anlage in den Zustand 5 wird das erste Bandheiselement 42 mit Strom versorgt und bleibt in diesem Zustand während des Abtaubetriebes, um dem Gebäude 38 insgesamt einen Wärmeüberschuß zuzuführen und das Kühlen des Gebäudes zu kompensieren, das sonst während des Abtauens erfolgt« Wenn der Wärmeverlust des Gebäudes 38 übermäßig groß ist oder wenn die Anlage für eine lange Zeitspanne oder aus irgendeinem Grund im Abtaubetrieb bleiben muß, was sur Folge hat, daß die Gebäudetemperatur sinkt, während die Anlage in dem niedrigsten Abtauzustand ist, schaltet der Regler 48 die Anlage in den nächsthöheren Abtauzustand, d.h., in den Zustand 7, in welchem das zweite Bandheizelement 44 mit Strom versorgt wird. Am Ende des Abtauvorganges schaltet die Anlage entweder von dem Zustand 6 oder von dem Zustand 7 zurück in den Heizzu-

·· * * afc „,»

stand, in welchem sie sic ι zu der Zeit befand, als sie in den Abtauzustand 5 geschaltet wurde. Nach der Rückkehr zu dem besonderen Heizzustand, in welchem sich die Anlage befand, kann die Anlage wieder zurück in den Heizung-Aus-Zustand, d.h. den Zustand O, schalten, beispielsweise wenn der verlangte Temperaturwert in dem Gebäude 38 erreicht ist. Falls der Benutzer das System aus der Heizbe;triebsart abgeschaltet hat, während ein Abtauvorgang vonstatten geht, wird die Anlage direkt in den Heizung-Aus-Zustand O gehen.

Wenn die Konsole 50 von der Heiz- auf die Kühlbetriebsart umgeschaltet wird, schaltet der Regler 48 die Anlage von irgendeinem der Heizzustände 1-4 oder der Abtauzustände 5 - 7 in den Heizung-Aus--Zustand O und anschließend in den Kühlung-Aus-Zustand 8 um, woraufhin die Anlage in den Kühlzustand niedrigster Leistung, den Zustand 9, eintreten kann. Das Innengebläse 40 und der Kompressor 10 arbeiten, wie in Tabelle I angegeben, im Kühlzustand 9 mit niedrigen Drehzahlen (ReIaLs 64 entregt und Relais 62 erregt) und schallon auf den Betrieb mit hoher Drehzahl (Relais 60 und 64 erregt) beim Eintritt der Anlage in den einer höheren Leistung entsprechenden Ruhezustand 10 um.

Jeder höhere Kühlzustand 8-10 ist einem höheren Wert des Energieverbr.iuches während des Kühlbetriebes und deshalb einem niedrigeren Wirkungsgrad äquivalent. Exemplarische Regeln für dLe Zustandsänderung gleichen den Heizzustandsänderungsregiiln und können für die Anlage von Fig. 1 folgendermaßen definiert werden:

Vom zum Zustand erfordert Zustand Zustand

0 8 a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur

b) und mehr als 5 min im Zustand O.

8 9a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur b) und mehr als 5 min im Zustand 8 oder O.

1*403 9-6-

9 10 a) Raumtemperatur größer als Solltemperatur +0,5 ⁰C

b) und mehr als 10 min im Zustand 9

c) und Deltaprüfung erlaubt Vergrößerung.

10 9 a) Raumtemperatur niedriger als Solltemperatur

+0,25 ⁰C
b) und mehr als 10 min im Zustand 10.

9 8 a) Raumtemperatur niedriger als Solltemperatur

-0,25 ⁰C
b) und mehr als 10 min im Zustand 9.

10 8 a) Raumtemperatur niedriger als Solltemperatur

-0,25 ⁰C
b) und mehr als 10 min Zustand 10.

10 0 a) Konsolenbetriebsart hat sich geändert. 9 0 a) Konsolenbetriebsart hat sich geändert. 8 0 a) Konsolenbetriebsart hat sich geändert.

Der Regler 48 kann die Wärmepumpe so steuern,, daß die Innentemperatur innerhalb des geschlossenen Raums 38 auf irgendeinen gewünschten Wert innerhalb eines gewählten Bereiches von Temperaturen geregelt wird, beispielsweise von 13 ⁰C bis 35 "C (55 ⁰F - 95 ⁶F). Der Benutzer wählt die gewünschte Innentemperatur, die in diesen Regelbereich fällt, und gibt die gewünschte Temperatur (im folgenden als "'Einstellwerttemperatur" bezeichnet) in die Konsole 50 ein. Die Konsole 50 übermittelt die Einstellwerttemperatur dem Regler 48, der in Abhängigkeit von der Außentemperatur (Tg in Fig.1) ein kleines Temperaturinkrement oder einen kleinen Temperatur-

• · . a

I*

modifikator zu der Einstellwerttemperatur hinzufügt, um eine Ziel- oder Solltemperatur zu schaffen, die die Anlage in dem Gebäude 38 zu erreichen versuchen wird. In einer tatsächlich hergestellten Ausführungsform der Erfindung verändert sich der Modifikator in Inkrementen von 0,25 ⁰C, wie in Tabelle II angegeben, in Abhängigkeit von dem Außentemperaturwert·

TABELLE II

Außentemp.(Tg) Außentemp.(Tg) Einst.werttemp.

lieizbetriebsart Kühlbetriebsart Modifikator

-1,0 bis - 6,5 ⁰C 26,5 bis 32,0 ⁰C +0,25 ⁰C

-6,5 bis - 12,0 ⁰C 32,0 bis 37,5 ⁰C +0,50 ⁰C

-17,5 bis - 12,0 ⁰C 37,5 bis 43,0 ⁰C +0,75 ⁰C

unter -17,5 ⁰C über 43,0 ⁰C +1,00 ⁰C

Der Einstellwertmodifikator setzt somit eine Solltemperatur, die die Anlage zu erreichen versucht, so fest, daß diese etwas höher als die Einstellwerttemperatur ist, die durch den Benutzer festgelegt und in die Konsole 50 sowohl in der Heiz- als auch in der Kühlbetriebsart eingegeben wird. In der Heizbetriebsart nimmt gemäß Tabelle II der zu der Einstellwerttemperatur addierte Modifikator zu, wenn die Außentemperatur über aufeinanderfolgende kältere Temperaturextremwerte abfällt. Die Geschwindigkeit des Wärmeverlustes des geschlossenen Raums ist bei diesen niedrigen Außentemperaturen wesentlich größer als bei mäßigeren Temperaturen. Der Zweck des Vergrößerns der Solltemperatur in Kombination mit der Temperaturabsenkung, die für höhere Zustände erforderlich ist, ist es, die Wärmepumpenanlage zu veranlassen, entweder in einen höheren Heizzustand bei einer Raumtemperatur einzutreten oder zu bleiben, die näher bei dem Einstellwext ist, wenn die Außentemperatur niedriger ist als

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es ohne die Verblendung des Modifikators eintreten würde. Die Gesamtwirkung besteht darin, daß die Raumtemperatur näher bei der Einstellwerttemperatur gehalten wird als es sonst unter extrem kalten Außenbedingungen der Fall wäre. Andererseits, wenn die Anlage in der Kühlbetriebsart arbeitet, steigert der Modifikator ebenfalls die Solltemperatur in Schritten, wenn die Außentemperatur in vorbestimmtem Ausmaß in bezug auf die Einstellwerttemperatur zunimmt. Die Gesamtwirkung dieser stufenweisen Vergrößerungsmodifizierung besteht darin, daß die Anlage veranlaßt wird, in einen niedrigeren Kühlzustand bei höheren Raumtemperaturen einzutreten oder zu bleiben, als es der Fall wäre, wenn die Einstellwerttemperatur direkt für Regelzwecke benutzt würde, wodurch der Anlagenbetriebsxtfirkungsgrad während Perioden hoher Außentemperatur verbessert v/ird. Dieses automatische Verstellen der Solltemperatur hat außerdem während Perioden relativ niedrigerer Außentemperaturen, wie sie beispielsweise während der Wacht auftreten, den Vorteil, daß gewährleistet wird, daß die Wärmepumpenanlage periodisch in Betrieb gesetzt wird, um das Entfeuchten der Innenluft zu unterstützen und dadurch das Gefühl, daß es in dem Raum kalt ist, zu verringern.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung steuert der Regler 48 die Umschaltung der Anlage von einem Heizzustand auf einen anderen und von einem Kühlzustand auf einen anderen gemäß besonderen Regeln und beim Auftreten von gewissen vorgeschriebenen Bedingungen. Bezüglich der Änderungen zwischen den einzelnen Zuständen ist der Regler 48 mit einer vorprogrammierten Betriebszustandsänderungskriterientabelle versehen, die mehrere Werte der Temperaturdifferenz zwischen der Istraumtemperatur und der gewünschten Temperatur (d.h. der Einstellwert- oder der modifizierten Solltemperatur) enthält, bei denen Betriebszustandsänderungen der Wärmepumpenanlage erfolgen. Wenn beispielsweise die Re-

- 3i'4Ö'396

geln benutzt werden, die oben beschrieben sind, so ist die Spanne der Temperaturdifferenzen, die zu Zustandsänderungen zwischen den einzelnen Zuständen führen, vorzugsweise wesentlich, beispielsweise zweimal, größer als die Spanne von Temperaturdifferenzen, die zu Änderungen innerhalb der einzelnen Zustände führen. In den oben beschriebenen Regeln ist die bevorzugte Differenzspanne zwischen den einzelnen Zuständen 0,5 ⁰C und die Spanne innerhalb der einzelnen Zustände 0,25 ⁰C. Änderungen zwischen den einzelnen Zuständen ("inter-state"), wie der Begriff hier gebraucht wird, sind Änderungen, die auftreten, wenn am Anfang in den niedrigsten Betriebs- ^" zustand eingetreten wird oder wenn eine Bewegung zwischen

den Betriebszuständen entweder in der Heiz- oder in der Kühlbetriebsart in derselben Richtung, d.h. zu einem höheren oder zu einem niedrigeren Zustand hin wie die einer unmittelbar vorangehenden Zustandsänderung erfolgt. Änderungen innerhalb der einzelnen Zustände ("intra-state") sind dagegen diejenigen, die auftreten, wenn eine Bewegung zwischen benachbarten Betriebszuständen in einer Richtung erfolgt, die zu der einer unmittelbar vorangehenden Zustandsänderung entgegengesetzt ist, d.h. tatsächlich eine erfolgreiche Einschaltung oder Abschaltung eines bestimmten Zustande, oder umgekehrt, ist. Der Regler 48 spricht dann auf die durch den Fühler T₇ abgefühlte Isttemperatur oder auf eine gemittelte abgefühlte Temperatur, wenn mehrere Fühler T₇₃ T₇, benutzt werden, an, um die Temperaturdifferenz gegenüber der Einstellwert- oder der Solltemperatur zu ermitteln, die dann mit der Kriterientabelle verglichen wird, um den Betriebszustand festzustellen, in welchem die Wärmepumpe sein sollte, und, gegebenenfalls die Richtung der Zustandsänderung, die erforderlich ist, um den angezeigten Betriebszustand zu erreichen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird von dem Regler 48 zusätzlich zu dem Bestimmen des geeigneten Betriebs-

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zustanäs auf der Basis von gemessenen Temperaturdifferenzen gegenüber der gewünschten Einstellwert·- oder Solltemperatur, außerdem die Zeitsteuerung der Zustandsänderungen vorgenarnmen, um zu gewährleisten, daß die Wärmepumpenanlage nicht unnütz in einen Betriebszustand eintritt, der im Energieverbrauch höher ist als notwendig, um den gewünschten Temperaturzustand innerhalb einer annehmbaren vorgewählten Zeitspanne zu erreichen» Beispielsweise hat es sich in der Heizbetriebsart als wünschenswert erwiesen, ein Sperr- oder Blockierzeitintervall zu sehen, während welchem keine Heiszustandsvergrößerung auftreten kann, nachdem die Anlage eine Änderung zwischen den einzelnen Zuständen ausgeführt hat, um sich in einen bestimmten niedrigeren Heizzustand, d.h. in einen der Zustände 1 - 3 zu bewegen. Nachdem die Anlage beispielsweise in den Heizzustand 1 eingetreten ist, ist daher eine Vergrößerung in der Heizleistung auf den Zustand 2 für eine ausgewählte Zeitspanne verboten. Ebenso, nachdem die Anlage aus dem Zustand 1 in den Zustand 2 oder aus dem Zustand 2 in den Zustand 3 umgeschaltet hat, ist keine weitere Vergrößerung im Zustand, d.h. keine Änderung zwischen den einzelnen Zuständen gestattet, bis diese Sperrzeitspanne abgelaufen ist» In dem hier beschriebenen Beispiel wird zwar eine Zustandsvergrößerungsspsrrseif von 10 min benutzt, die Zeitspanne kann jedoch innerhalb weiter Grenzen gewählt werden. Der Zwack einer solchen Zustandsvergrößerungssperrzeit ist es, der Anlage ζυ. gestatten, lange genug in einem bestimmten Heizzustand zu bleiben, damit die Messung der Raumtemperatur am Beginn und am Ende der Zeitspanne eine ziemlich zuverlässige Angabe liefet t, auf deren Basis am Anfang bestimmt werden kann, ob. die Raumtemperatur die Solltemperatur innerhalb einer annehmbaren vorgewählten Zeitspanne {beispielsweise 60 min) erreichen wird, ohne daß die Notwendigkeit besteht, zusätzliche Heizleistung aufzm-jenden, oder ob eine Zustandsvergrößerung erforderlich sein wird, wenn diese vorgewähl-

«a· * «fr «ο

* β · H * « 0 ς φ «

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Le Zeitspanne fortschreitet, um die Solltemperatur innerhalb dieses gewünschten vorgewählten Zeitintervalls zu erreichen. Die vorgewählte Zeitspanne, in der die Raumtemperatur auf die Solltemperatur gebracht werden kann, ist rein eine Frage der Wahl, sie sollte aber eine angemessene Dauer haben (beispielsweise 45 - 60 min), um die vielen bekannten variablen Betriebsbedingungen zu berücksichtigen, unter denen die Anlage in einer bestimmten Heizsaison erwartungsgemäß arbeiten wird. Es ist deshalb klar, daß der energetische Wirkungsgrad der Anlage hinsichtlich der mittleren monatlichen Betriebskosten beträchtlich verbessert werden kann, weil von der Anlage verlangt wird, in dem niedrigsten Zustand der Heizbetriebsart zu arbeiten, in welchem die Solltemperatur in einer annehmbaren Zeitspanne erreicht und anschließend aufrechterhalten werden kann. Demgemäß führt der Regler 48 eine Analyse durch, die im folgenden als "Deltaprüfung" bezeichnet wird, und zwar alle 1 0 min, während denen die Anlage in irgendeinem der niedrigeren Heizzustände 1-3 und die Raumtemperatur unterhalb des Temperaturbereiches ist, die dem Zustand entspricht, in dem sie ist. Darüberhinaus wird, wenn die Anlage in irgendeinen der Heizzustände 1-3 umschaltet, keine weitere Zustandsvergrößerung gestattet, bis ein erstes ZustandsvergrÖßerungssperrzeitintervall von 10 min verstrichen ist, so daß eine erste Deltaprüfung durch den Regler 48 durchgeführt werden kann, um festzustellen, ob eine weitere Vergrößerung im Heizzustand erforderlich ist. Nachdem das erste Zeitintervall von 10 min in einem bestimmten Heizzustand verstrichen ist und eine Zuatandsvergrößerung nicht gestattet worden ist, werden weitere Zeit*- intervalle von 10 min eingeleitet, bis die Raumtemperatur innerhalb des Bereiches ist, der dem Zustand entspricht, in welchem sie sich befindet.

Die Tabellen III und IV stellen Deltaprüfregeln dar, die

9 ♦ *

durch geeignetes Programmieren des Mikrocomputers in dem Regler 48 aufgestellt worden sind, um festzulegen, wann Zustandsänderungen in der Heiz- bzw. Kühlbetriebsart erlaubt sein sollten-

TABELLE III HEIZBETRIEBSART

Temperaturdifferenz = Raumtemp. - Solltemp.

-1,0 ⁰C bis -2,0 ⁰C -2,0 ⁰C bis -3,0 ⁰C -3,0 ⁰C bis -4,0 ⁰C -4,0 ⁰C bis -5,0 ⁰C -5,0 ⁰C und darunter Keine Zustandsvergrößerung, wenn Raumtemp.©.nstieg wenigstens beträgt;

0,25 °C/10 min

0,50 ⁰C/10 min

0,75 °C/1O min

1,00 ⁰C/10 min

1,25 ⁰C/10 min

TABELLE IV
KÜHLBETRIEBSART

Temperaturdifferenz = Raumtemp. - Solltemp_o

1,0 ⁰C bis 2,0 ⁰C 2,0 ⁰C bis 3,0 ⁰C 3,0 ⁰C bis 4,0 ⁰C 4,0 ⁰C bis 5,0 ⁰C 5,0 ⁰C und darüber Keine Zustandsvergrößerung, wenn Raumtemp»verringerung wenigstens beträgtι

0,25 °C/10 min

0,50 °C/10 min

0,75 °C/10 min

1 ,00 "C/10 min

1 ,25 °C/10 min

In Fig. 3 ist ein Beispiel der verschiedenen Heizzustahds-

änderungen der Wärmepumpenanlage auf der Basis der Temperaturdifferenz "A" in bezug auf eine Solltemperatur graphisch dargestellt. Die vertikale Achse 94 ist in Grad Celsius über und unter jeder gewünschten Solltemperatur eingeteilt, wobei letztere durch eine horizontale gestrichelte Linie 96 dargestellt ist. Eine Kurve 98 veranschaulicht Raumtemperaturänderungen gegenüber der Solltemperaturlinie 96 in Abhängigkeit von der Zeit unter dem Einfluß von Umgebung sänderungen, die die Raumtemperatur beeinflussen, und von verschiedenen resultierenden Zustandsänderungen. Es sei angemerkt, daß die Kurve 98 hypothetisch gebildet worden ist, um die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen, die an den Zustandsänderungen beteiligt sind, und nicht notwendigerweise das natürliche Auftreten einer tatsächlichen Temperaturänderung in der gezeigten zusammengedrängten Zeitspanne darstellt. Wenn angenommen wird, daß Umgebungsbedingungen bewirken, daß die Raumtemperatur an einem Punkt 108 unter die Solltemperatur abfällt, dann tritt daher die Anlage von Fig. 1 in den Zustand 1 ein, um den Kompressor mit niedriger Drehzahl einzuschalten. Wenn die Raumtemperatur bis zu einem Punkt 109 ansteigt, der um die Differenzspanne von 0,25 ⁰C innerhalb der einzelnen Zustände über der Solltemperatur liegt, so schaltet die Anlage den Zustand 1 aus, bis die Raumtemperatur an einem Punkt 110 unter die Solltemperatur fällt, woraufhin wieder in den Zustand 1 eingetreten wird. Wenn angenommen wird, daß die Umgebungsbedingungen so sind, daß die Raumtemperatur weiterhin über die Temperaturdifferenzspanne von 0,5 ⁰C zwischen den einzelnen Zuständen abfällt, d.h. bis zu einem Punkt 112 bei einer Istraumtemperatur, die 0/5 ⁹C unter der Solltemperatur liegt, dann tritt die Anlage in den Zustand 2 ein, in welchem der Kompressor auf den Betrieb mit hoher Drehzahl umgeschaltet wird, um den Wärmeaustausch, d.h. die Heizwirkung der Anlage zu beschleunigen. Wenn die Raumtemperatur über die Temperaturdifferenzspanne von 0,25 ⁰C

1*4013:

innerhalb der einzelnen Zustünde bis su einem Punkt.113 ansteigt, kehrt die Anlacje in den Zustand 1 zurück, bis die Raumtemperatur anschließend auf ©inen Punkt 114 abfällt, woraufhin wieder in den Zustand 2 ©ingetreten wird. Ebenso würden ständig fallende Raumtemperaturen Änderungen zwischen den einzelnem Zuständen auf den Zustand 3 an einem Punkt 116 und auf den Zustand 4 an einem Punkt 120 ergeben, um nach Bedarf ein oder zwei zusätzliche Heiselemente zuzuschalten, Änderungen innerhalb der einzelnen Zustände erfolgen auch an Punkten 117 und 119.

Fig. 4 zeigt ein besonderes Beispiel von Kühlzustandsänderungen, wobei eine Kurve 124 zeitlich veränderliche Änderungen der Raumtemperatur oberhalb und unterhalb irgendeines gewünschten Solltemperaturwertes darstellt, der durch eine gestrichelte Linie 126 dargestellt 1st, die bei verschiedenen Kühlzustanclsänderungen über einer Zeitspanne auftreten., Eine anfäncjliche Vergrößerung zwischen den einzelnen Zuständen, und zwar eine Vergrößerung im Kühlzustand von dem Zustand 8 auf den Zustand 9 erfolgt, wenn der Raumtemperaturwert über den Soll tempera turx-jart 126 ansteigt, während eine Vergrößerung zwischen d©n einzelnen Zuständen, d.h. im Kühlzustand von dem Zustand 9 auf den Zustand 10 erfolgt, wenn die Raumtemperatur um einen Wert von 0,5 ⁰C über die Solltemperatur ansteigt. Verringerungen innerhalb der einzelnen Zustände, und zwar im Kühlzustand, sind vom Zustand 10 auf den Zustand 9 und vom Zustand 9 auf den Zustand δ gezeigt,, welch© auftreten, wenn die Raumtemperatur umkehrt und auf 0,25 ⁰C über d©r Solltemperatur bzw. auf 0,25 ⁰C" unter der Solltemperatur fällt.

In Pig. 5 ist ein Betriebsprofil für di® Anlag® gezeigt, welches den Betrieb des Eieltaprtifkriteriums veranschaulicht, ivenn die Anlage das Mittel der Raumtemperaturen

»ν · α

T_n , Τ_, während eines Zeitintervalls von 60 min im An-

Ia. ι D

schluß an einen abrupten Anstieg der Solltemperatur von einem ersten Wert 128 auf einen zweiten Wert 130, der 6 ⁰C höher als der erste Wert 128 ist, erhöht. Eine solche abrupte Änderung resultiert typischerweise auf eine vom Benutzer eingegebene Änderung der Einstellwerttemperatur oder aufgrund des Herauskommens aus einer voreingestellten Temperaturzurückstellperiode. Es sei angenommen, daß die Vergrößerung der Solltemperatur von dem Wert 128 auf den Wert 130 zu der Zeit null erfolgt, wie durch die vertikale Linie 132 angegeben. Es sei ferner als Beipiel angenommen, daß zur Zeit null die Raumtemperatur 0,25 ⁰C über dem ersten Solltemperaturwert 128 ist, so daß unmittelbar vor der Änderung der Solltemperatur zu der" Zeit null das System in dem Heizung-Aus-Zustand O ist, d.h., daß die Raumtemperatur der ersten Solltemperatur entspricht. Beim Umschalten auf den neuen Solltemperaturwert 130 zur Zeit null zeigt es sich, daß die Raumtemperatur plötzlich auf etwa 5,75 ⁰C unter dem neuen Solltemperaturwert 130 ist, woraufhin die Anlage sofort in den Heizzustand 1 umschaltet. Während des ersten Zeitintervalls von 10 min im Anschluß an den Eintritt der Anlage in den Heizzustand 1 sei angenommen, daß die Raumtemperatur, wie durch die Kurve 134 dargestellt, relativ langsam ansteigt. Am Ende des ersten Intervalls von 10 min zeigt die Kurve 134 einen Raumtemperaturanstieg auf -5,25 ⁰C unter der neuen Solltemperatur 130 in dem Punkt 136 an. Es sei aber ganz rechts in Fig. 5 und in Tabelle III beachtet, daß, wenn die Raumtemperatur (Kurve 134) von -5 ⁰C bis -6 ⁰C unter der Solltemperatur 130 ist, was in dem ersten Zeitintervall von 10 min in Fig. 5 der Fall ist, das Deltaprüfkriterium erfordert, daß der Anstieg ΔA in der Raumtemperaturkurve 134 wenigstens 1,25 ⁰C sein muß, um zu verhindern, daß eine Zustandsänderung an dem ersten 10-min-Punkt 136 auftritt. Da ein Temperaturanstieg ΔA von nur 0,5 ⁰C an diesem Punkt in dem Bei-

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spiel von Fig- 5 erfolgt ist, ©rgibt ©ich eine Steigerung im Heizzustand von dem Zustand 1 auf dsn Sustand 2, um den Temperaturanstieg während der nächsten Period® von 10 min zu beschleunigen. Infolgedessen hat die Anwendung des Deltaprüfkriteriums erbracht, daß, wenn der ursprünglichen Temperaturanstiegsgeschwindigkeit fortzubestehen gestattet wird, die neue Solltemperatur 130 innerhalb des gei-rtinschten ZeitIntervalls von 60 min im Anschluß an die Änderung der Solltemperatur von dem Wert 128 auf den Wort 130 nicht erreicht wird, so daß es erforderlich ist, die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit durch Steigern des Heiz zustande der Wärmepumpenanlage zu vergrößern=

Nachdem die Anlage nun in dem Zustand 2 während des zweiten Zeitintervalls von 10 min arbeitet, zeigt die Kurve 134 einen merklichen positiven Anstieg in der Steigung, weil die höhere Heizleistung des Zustands 2 die Raumtemperatur während des zttfeiten Zeitintervalls von 10 min mit einer grösseren Geschwindigkeit erhöht« An dem 20-min-Punkt 138 hat die Anlage ein® erste Betriebszeitspanne von 10 min in dem Zustand 2 beendet _t woraufhin die Anwendung des Deltaprüfkriteriums im Regler 48 ergibt, ob eine zusätzliche Vergrößerung des Haigsustaads erforderlich ist, um die Raumtemperatur in dem gewünschten Intervall von 60 min auf den SolltemperatuTOert 130 au bringen- Es sei beachtet, daß bei dem 20-min~Punkt 138 die Raumtemperatur wöhrand des zweiten Intervalls von 10 min um otwas weniger als 1,0 °C ang©stieg®n ist. Da di® Raumtemperatur an dem 20~min.-Punkt 138 zwischen 4 und 5 ®C unter der Solltemperatur 130 ist, gibt das anwendbare Deltaprüfkriterium, das rechts in dem Diagramm angegeben ist, an, daß eine Raumtemperaturzunähme von wenigstens 1„0 ^eC/10 min erforderlich ist, wenn der Solltemperattarwert 130 in ungefähr 60 min ab der Zeit null erreicht werden soll. Da diese Mindestbedingung an dem 20-min-Punkt 138 nicht erfüllt ist, wird deshalb ein© weitere

3"U0'396

Zustandserhöhung von dem Zustand 2 auf den Zustand 3 freigegeben. Als Ergebnis der Erhöhung von dem Zustand 2 auf den Zustand 3 an dem 20-min-Punkt nimmt die Steigung der Kurve 134 weiter zu, so daß während des dritten Zeitintervalls von 10 min, das an dem Punkt 140 endet, die Raumtemperatur um mehr als 1,0 ⁰C angestiegen ist. Die Raumtemperatur an dem 30-min-Punkt 140 ist etwas mehr als 3 ⁰C unter dem Solltemperaturwert 130 (zwischen 3 oder 4 ⁰C unter der Solltemperaturwert), und die Anwendung des Deltaprüfkriteriums bei dieser Temperaturdifferenz zeigt an, daß nur ein Temperaturanstieg von 0,75 ⁰C während des unmittelbar vorangehenden Zeitintervalls erforderlich ist. Da die Anlage diese erforderliche Mindesttemperaturanstiegsgeschwindigkeit erfüllt hat, ist klar, daß eine anhaltende gleiche Geschwindigkeit des Raumtemperaturanstiegs ausreichen wird, um die Solltemperatur 130 innerhalb des gewünschten Intervalls von 60 min zu erreichen, so daß keine weitere Zustandserhöhung erfolgt. Da außerdem die Isttemperatur noch mehr als 3 ⁰C unter der Solltemperatur ist, wird gemäß den vorgenannten Zustandsänderungskriterien, wie in dem Diagramm von Fig. 3 dargestellt, keine Verringerung im Zustand verlangt, und die Anlage bleibt deshalb im Zustand 3, nachdem sie den 30-min-Punkt 140 erreicht hat. Auf gleiche Weise steigt während des vierten Zeitintervalls zwischen 30 und 40 min von der Zeit null aus die Temperatur mit einer ausreichenden Geschwindigkeit an, um das anwendbare Deltaprüfkriterium zu erfüllen, und es ist keine Zustandsvergrößerung erforderlich. Außerdem ist die Temperatur noch weit genug unter der Solltemperatur, um eine Zustandsverringerung zu verhindern. Die Anlage bleibt deshalb in dem Zustand 3, bis sie den Punkt 144 erreicht, zu welcher Zeit die Temperatur 0,75 ⁰C unter dem Sollwert 130 ist. An diesem Punkt bewirken die vorgenannten Regeln, wie sie in dem Diagramm in Fig. 3 dargestellt sind, daß der Regler 48 die Anlage vom Zustand 3 auf den Zustand 2 herunterschaltet. Das Heruntergehen im Zustand kann zu ir-

- »r- 314039

gendeiner Zeit erfolgen, solange die Mindestzeit in einem Zustand erfüllt ist, wie in den Zustandsänderungsregelkriterien angegeben. Dieser Vorgang verlangsamt die Heizgeschwindigkeit der Anlage,, wenn sich die Raumtemperatur dem neuen Sollwert 130 nähert,- so daß die Tendenz der Anlage, die Raumtemperatur zu veranlassen, über den Solli^ert 130 überzuschwingen, verringert wird. Da die Raumtemperatur nun innerhalb des Regelbereiches des Zustands ist, in welchem sie sich befindet, wird das Deltaprtifkriterium nicht weiter benutzt. An einem Punkt 146, ungefähr 56 min, ist die Raumtemperatur auf innerhalb 0,25 ⁰C des Sollwerts 130 angestiegen,, so daß der Regler 48 die Anlage in der Heizleistung weiter herunterschaltet, und zwar von dem Zustand 2 auf den Zustand 1 (Fig. 3). Das Heizen im Zustand 1 geht anschließend weiter, bis die Raumtemperatur auf 0,25 ⁰C über den Sollwert 130 ansteigt, wobei an diesem Punkt 148 die Anlage in den Heizung-Aus-Zustand O eintritt. In dem Beispiel von Fig. 5 sei beachtet, daß der Solltemperaturwert 130 durch die Kurve 134 in ungefähr SO min von der Solltemperaturänderung 132 aus erreicht wurde.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nun ein Programmflußdiagramm zur Verwirklichung der Gesamtregelung der Snergiehandhabungsmerkmale der Wärmepump© gemäß dar Erfindung erläutert. Am Anfang erfolgt eine Datenübertragung zwischen dem Regler 48 und der Konsole 50, wobei ersterer manuell eingegebene Daten aus letzterer empfängt, nämlich eine Betriebsart- und Einstellwerttemperaturinformation, wie In einem Block 150 angegeben» Danach erfolgt in einem Block 152 eine Abfrage, um festsustellon, ob die Einstellwerttemperatur seit elaer früheren Ausführung dieser Logik geändert worden ist» Wenn JA, veranlaßt ä®s Regler 48 ein lO-min-Rückwärtszählzeitintervall in einer Taktschaltungsanordnung und speichert den Mittelwert der Raumtamperaturmessungen T- , T-, in einem Speicher, wie in einem Block

3Ί 40396

angegeben. Das leitet die Deltaprüfung ein. In jedem Fall fragt der Regler 48 danach in einem Block 158 ab, ob die Konsole 50 in die Gebläse-ständig-Betriebsart gebracht worden ist, was bedeutet, daß die Bedienungsperson beabsichtigt, das Innengebläse 40 (Fig. 1) ständig laufen zu lassen. Wenn JA, bewirkt der Regler 48, daß das Relais 66 erregt wird, Block 160 , wohingegen wenn NEIN, dieser Schritt umgangen wird. In jedem Fall fragt der Regler 48 danach ab, Block 162, ob der Betriebsartbefehl aus der Konsole 50 derselbe ist, der während der früheren Ausführung diese Prozesses vorhanden war. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 nach AUS, Block 164, wobei er die Logik von Fig. 10 ausführt, wie weiter unten erläutert, wohingegen, wenn JA, eine Abfrage in einem Block 166 gemacht wird, ob die Konsole 50 in die Betriebsart "Nur Gebläse" versetzt worden ist. Wenn JA, wird das Relais 66 erregt, um das Innengebläse 40 einzuschalten, Block 168, woraufhin der Regler wieder nach AUS verzweigt, Block 164, wohingegen, wenn NEIN, eine Abfrage gemacht wird, Block 170, ob die Konsole 50 in die AUS-Betriebsart versetzt worden ist. Wenn JA, verzweigt der Regler 48 zu dem AUS-Prozeß, Block 164, wohingegen, wenn NEIN, eine Abfrage gemacht wird, Block 172, ob eine Umschaltsperrzeit abgelaufen ist. Die Umschaltsperrzeit ist eine ausgewählte Mindestzeitspanne, beispielsweise von 6 s, während welcher keine Änderung im Zustand der Belastungen erlaubt wird. Eine solche Sperre ist erwünscht, um ein schnelles periodisches Hin~ und Herschalten zwischen den Zuständen zu eliminieren, das durch schnelles Hin- und Hergehen zwischen verschiedenen ausgewählten Betriebsarten an der Konsole 50 verursacht wird. Eine solche Situation kann sich ergeben, wenn ein Kind spielerisch versucht, zahlreiche willkürliche Änderungen in dem Einstellwert durch aufeinanderfolgendes Drükken verschiedener Tasten auf der Konsole 50 vorzunehmen. Wenn die vorgewählte Umschaltsperrzeit nicht abgelaufen

ist, dann verzweigt der Regler 48 nach WARTEN, Block 174, in Vorbereitung auf das erneute Durchlaufen des ProzeSes, wie in dem Block 150, wohingegen, wenn die Abfrage in dem Block 172 ein JA ergibt, der Regler 48 weitergeht, um in einem Block 176 abzufragen,ob die Konsole 50 in der Heisbetriebsart ist. Wenn JA, verzweigt der Regler 48 zur Ausführung des Heizprogramms von Fig. 7, Block 178 in Fig. 6, wohingegen, wenn NEIN,, der Regler 48 abfragt, ob di® Konsole 50 in der Ktihlbetriebsart ist, Block 180, Mann JA, verzweigt der Regler 48 zn dem Ktihlprogramm von Fig. 8, Block 182 in Fig. β, wohingegen, wenn WEIN, verzweigt der Regler 48 nach BEREITSCHAFT, Block 184.

Nachdem so die Sequenz des Hauptprogramms des Seglers 48 beschrieben worden ist, wird nun das Eeizprogr&mm von Fig. beschrieben. Es sei angenommen, daß der Regler 48 in dem Hauptprogramm von Fig. 6 nach "HEIZEN" verzweigt hat-, Block 178, und daher in den Prozeß von Fig„ 7 eintritt, wie angegebenZuerst wird die Temperaturdiff©rens ¹¹A" berechnet. Block 186, indem die Einstellwerttemperatur T_s bestimmt v/ird_p die an der Konsole 50 eingegeben word<s>n ist, dasu dar Qußentemperaturabhängige Modifikator gemäß Tab. II addisrt vjlrd, um die Solltemperatur zu erhalten, und davon die mittlere Innentemperatur T-, T-, subtrahiert wird. Die sich ergebende Größe "A" ist deshalb, wie obaa erläutert, der durch die Anlage zu korrigierende Fehler wischen der Solltempe*" ratur und der mittleren Innenteraperatur. Danach fragt der Regler 48 ab, Block 188, ob die Anlage in einem Ktihlsustand 8-10 ist, was, wenn JA, zn einer Verzweigung nach AUS führt, Block 164, und, wenn NEIN, su einer Verzweigung zu einem Abfragsblock 190 führt, in welchem der Regler 48 feststellt, ob die Anlage In dem Zustand 5 ist (dem üborgangsaustand, in den aus irgendeinem der vier Heizzustände auf dam Weg zu dem niedrigsten Abtauzustand β gemäß Fig. 2 eingetreten wird)»

Wenn JA, schaltet der Regler 48 nach den erforderlichen Verzögerung von 6 s im Zustand 5, wofür die Umschaltsperre benutzt wird, die Anlage in den Abtauzustand 6 um, Block 192, und verzweigt nach "WARTEN", Block 174, in Vorbereitung auf den Wiedereintritt in das Hauptprogramm von Fig. 6. Wenn die Anlage nicht im Zustand 5 ist, fragt der Regler 48 ab, Block 194, ob die Anlage im Abtauzustand 6 oder 7 ist. Wenn JA, verzweigt der Regler 48 zu einer Ausgangsabtauunterroutine, Block 196, worauf hin eine Abfrage gemacht wird. Block 198, ob Abtauvorgänge abgeschlossen sind. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 nach "WARTEN", Block 174, um wieder in das Hauptprogramm von Fig. 6 einzutreten, wohingegen, wenn JA, der Regler 48 zu einem Block 200 verzweigt, in welchem der Heizzustand, in dem die Anlage unmittelbar vor dem Eintritt in den Abtauzustand 5 war, wiederhergestellt, eine Blockier- oder Sperrzeit von 10 min gesetzt und in die Deltaprüfroutine eingetreten wird, um der Anlage zu gestatten, sich nach dem Abtauen zu stabilisieren. Anschließend wird in einem Block 202 eine neue Zeitspanne von 10 min für die Deltaprüffunktion gesetzt, und die mittlere Raumtemperatur T₇_/ T₇, am Beginn dieser Zeitspanne von 10 min wird in einem Speicher gespeichert und der Regler 48 verzweigt nach "WARTEN", Block 174.

Wenn bei der Abfrage in dem Block 194 die Anlage weder in dem Abtauzustand 6 noch in dem Abtauzustand 7 ist, geht der Regler 48 weiter zu einer Abfrage in einem Block 204, um festzustellen, ob die Anlage in dem Heizung-AUS-Zustand 0 ist, was, wenn JA, eine Verzweigung zu einem Abfrageblock 206 ergibt, in welchem abgefragt wird, ob die Zustandsvergrößerungssperrzelt verstrichen ist. Diese ZustandsvergrÖßerungssperrzeit gewährleistet, daß der Kompressor wenigstens 5 min ausgeschaltet gewesen ist, um dem inneren Druck zu gestatten, sich auszugleichen. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 nach "WARTEN", Block 174, wohingegen, wenn JA, in einem Block 208 festgestellt

wird, ob die Temperaturdiff©rens "A." positiv ist-, d.h. ob die gemittelte Raumtemperatur T<y_a» ^lh ^ηη^-^@χ ^^er Solltemperatur ist. Wenn NEIN, entspricht die Raumtemperatur der Solltemperatur, und es erfolgt ©ine Verzweigung zu dem WARTEN-Block 174, wohingegen, wenn JA, wird die Anlage auf den Anfangsheizzustand Ί umgeschaltet, eine neue Zustandsvergrößerungssperrzeit von 10 min wird gesetzt, und eine Umschaltsperrzeit von einer Minute wird gesetzt, um den Kompressor in der Heizbetriebsart mit niedriger Drehzahl für wenigstens diese Mindestzeitspanne zu halten, was alles in einem Block 210 erfolgt. Der Zweck ist es, die Anlage vom Eintritt in den Abtaubetrieb und vom Umschalten auf die hohe Drehzahl abzuhalten, bis wenigstens ein Betrieb von einer Minute bei niedriger Drehzahl stattgefunden hat, woraufhin der Regler 48 zu dem Block 202 für den weiteren Prozeß, wie oben beschrieben, verzweigt.

Wenn der Regler 48 in dem Abfrageblock 204 feststellt, daß die Anlage nicht in dem Zustand O ist, verzweigt er zu einer "Eintritt in Abtautest"-Unterroutine, Block 212, in welcher gewisse Tests durchgeführt i^erden, um festzustellen, ob das Abtauen der Außenttfärmetauscherschlange 14 erforderlich ist.

Wenn ein Abtaubetrieb erforderlich ist, verzweigt der Regler 48 von einem Block 214 zu einem Block 216, in welchem folgende Aktionen stattfindens Der Heizzustand, in welchem die Anlage unmittelbar vor dem Eintritt in 6&n Abtausustand 5 ("altar Zustand") arbeitst®, wisffi gespeichert _p die Anlage wird in den Zustand 5 gemäß d©n SsforderaisBen der Tabelle I für diesen Zustand umgeschaltet j, ©ine Masimalseit von 10 min für da© Verbleiben im Abtaubetrieb wird gesetzt und ein Rückwärtszählvorgang wird begonnen, eine Schaltsperrzeit von 6 s wird gesetzt, während der die Anlage in dem Zustand 5 verriegelt ist, wie oben erläutert, eine Abtausperrzeit xtfird berechnet und gesetzt,

um den Abtauvorgang zu steuern, und im Anschluß an alle diese Aktionen geht der Regler 48 zu dem WARTEN-Block 174.

Wenn in dem Abfrageblock 214 festgestellt wird, daß ein Abtauen zu dieser Zeit nicht erforderlich ist, verzweigt der Regler in einem mit "B" bezeichneten Kreis zu einem Abfrageblock 218, um festzustellen, ob die Zustandsänderungssperrzeit abgelaufen ist. Diese Zeit beträgt 10 min nach dem Eintritt in einen Kompressor-Ein-Zustand und 5 min nach dem Eintritt in einen Wiederstandsheizzustand oder einen AUS-Zustand. Wenn NEIN, wartet die Anlage, Block 174, wohingegen, wenn JA, fragt der Regler 48 in einem Block 220 ab, ob der Wert A+O,25°C negativ ist, d. h. ob die Differenz- oder Fehlertemperatur (d. h. die Differenz zwischen der Soll- und der Istraumtemperatur) um mehr als 0,25⁰C eine negative Größe ist. Wenn die Antwort JA lautet, bedeutet das, daß die Raumtemperatur mehr als 0,25⁰C über der Solltemperatur ist, womit die Solltemperatur mehr als erfüllt ist, woraufhin der Regler 48 in den Heizung-Aus-Zustand O eintritt, eine Zustandsänderungssperrzeit von 5 min setzt, während der der Wiedereintritt in den Zustand 1 nicht gestattet wird, was alles in einem Block 222 erfolgt, und anschließend zu dem WARTEN-Block 174 geht. Wenn dagegen als Ergebnis der Ermittlung in dem Block 220 die Raumtemperatur um nicht mehr als 0,25⁰C größer als die Solltemperatur ist, verzweigt der Regler 48 zu einem Abfrageblock 224, um zu ermitteln, ob der Fehler "A" größer als der gegenwärtige Anlagezustandswert (einer der Werte 1-4) multipliziert mit 0,5⁰C ist, was in dem Flußdiagranm mit "K" bezeichnet ist. Diese Abfrage wird in Vorbereitung auf die Ermittlung gemacht, ob eine Heizzustandsvergrößerung oder -verringerung gemacht werden sollte. Wenn JA, wird in einem Block 226 abgefragt, ob das System gegenwärtig im Heizzustand 4 ist, wie durch den Zustand der Komponenten von Fig. 1 in Spalte 4 der Tabelle ι angegeben. Wenn JA, dann verzweigt der

Regler zu dem WARTEN-Block 174, weil keine weitere Zustandsvergrößerung über den Zustand 4 hinaus in dem hier beschriebenen Beispiel möglich ist. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 zu der Deltaprüfunterroutine von Fig. 9, Block 228.

Wenn in dem Abfrageblock 224 festgestellt t^ird, daß der Wert A-K nicht positiv ist, d.h., daß A-K nicht größer als null ist, verzweigt der Regler 48 zu einem Äbfrageblock 230 und ermittelt, ob A-K kleiner als 0,75 ⁰C ist. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 zu dem WARTEN-Block 174, wohingegen, wenn JA, verringert der Regler 48 den Heizzustand der Anlage gemäß den Regeln von Tabelle I, setzt eine neue ZustandsvergröBerungssperrzeit von 10 min, speichert die Raumtemperatur, die am Beginn dieser Zeitspanne von 10 min vorhanden ist, im Speicher, was alles in einem Block 232 erfolgt, und geht zu dem WARTEN-Block 174.

Nachdem vorstehend der Heizprozess beschrieben worden ist, der durch den Regler 48 gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 7 ausgeführt wird, wird nun der Reglerkühlprozess von Fig. 8 beschrieben. Es sei angenommen, daß am Anfang das Hauptprogramm von Fig. 6 in dem Ausführungsprozess gewesen ist und daß eine Verzweigung in dem Block 180 erfolgt ist«, was anzeigt, daß die Konsole 50 in der Kuhlbetriebsart 1st. Der Regler 48 verzweigt daraufhin von dem Hauptprogramm von Fig. 6 su dem Kühlprogramm von Fig. 8, und zwar in dem Block 182 in beiden Figuren. Gemäß dem Kühlprogramm von Fig. 8 wird die Fehlertemperatur "A" in einem Block 187 auf dieselbe Weise wie in dem Heizprogramm von Fig. 7 In dem Block 186 berechnet, mit der Ausnahme, daß der Einstellwesrttemperatur-

modifikator, der benutst wird, der in der Tssbelie II für die Kühlbetriebsart statt der für die Heizbstriebsart gngegebane ist.

Danach fragt dar Regler in einem Block 234 ab, ob die Anlage in einem der Zustände 1 bis 7 ist, d.h. in irgendeinem der HeIz- oder Abtauzustände. Wenn JA, verzweigt der Regler 48 zu dem AUS-Programm von Fig. 10 in einem Block 164, wohingegen, wenn NEIN,

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wird in einem Block 236 abgefragt, ob eine Zustandsänderungssperrzeit verstrichen ist, um so eine ZuBtandsvergrößerung zu gestatten. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 zu dem WARTEN-Block 174 in Vorbereitung auf den Wiedereintritt in das Hauptprogramm von Fig. 6, wohingegen, wenn JA, wird in einem Block 238 abgefragt, ob die Anlage entweder in dem Heizung-Aus- oder Kühlung-Aus-Zustand gemäß den Forderungen der Tabelle I ist. Wenn JA, wird in einem Block 240 abgefragt, ob die Raumtemperatur größer als die Solltemperatur ist. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 zu dem WARTEN-Block 174, da die Solltemperatur dann für im wesentlichen erreicht gehalten wird, wohingegen, wenn JA, wird ein Kühlvorgang erforderlich, woraufhin der Regler zu einem Abfrageblock 242 verzweigt, um festzustellen, ob das System gegenwärtig in dem Kühlung-AUS-Zustand 8 ist. Es sei daran erinnert, daß in dem Block 238 bereits ermittelt worden ist, daß die Anlage in einem der beiden AUS-Zustände 0 oder 8 ist. Wenn die Antwort in dem Abfrageblock 242 NEIN ist, versetzt der Regler 48 die Anlage in den Zustand 8 und setzt eine ümschaltsperrzeit von 6 s, um dem Umschaltventil 16 Zeit zum Umschalten zu geben, was alles in einem Block angegeben ist, und geht anschließend zu dem WARTEN-Block 174 in Vorbereitung auf den Wiedereintritt in das Hauptprogramm von Fig. 6. Wenn die Antwort in dem Abfrageblock 242 JA ist, schaltet der Regler 48 die Anlage in den Kühlzustand 9 und setzt eine Zustandsänderungssperrzeit von 10 min, was alles in einem Block 246 erfolgt, setzt dann eine Rückwärtszählzeit von 10 min für die Deltaprüffunktion und speichert die mittlere Raumtemperatur T₇, die am Beginn des RückwärtszählIntervalls von 10 min vorhanden war, was alles in einem Block 248 erfolgt, und geht dann zu dem WARTEN-Block 174 vor dem Wiedereintritt in das Hauptprogramm von Fig. 6.

Wenn die Abfrage in dem Block 238 ergibt, daß die Anlage in keinem der AUS-Zustände 0 und 8 ist, verzweigt der Regler 48 in einem mit "C" bezeichneten Kreis zu einem Abfrageblock 250,

um festzustellen, ob die Fehlertemperatur A-O,25 ⁰C positiv ist, d.h., ob die Raumtemperatur T₇ um mehr als 0,25 ⁰C unter der Solltemperatur ist. Wenn JA, dann schaltet der Regler 48, da die Raumtemperatur im wesentlichen erreicht ist, die Anlage in den Kühlung-AUS-Zustand 8 und setat eine Zustandsvergrößerungssperrzeit von 5 min in einem Block 252 in Vorbereitung auf den Wiedereintritt in das Hauptprogramm von Pig. 6 in dem WARTEN-Block 174. Wenn NEIN,, was bedeutet, daß die Solltemperatur nicht erreicht ist, verzweigt der Regler von dem Block 250 zu einem Abfrageblock 254, um festzustellen, ob die Raumtemperatur um mehr als 0,5 ⁶C größer als die Solltemperatur ist. Wenn JA, verzweigt der Regler 48 zu einem Block 256, um festzustellen, ob die Anlage bereits in dem höchsten Kühlzustand, d.h» in dem Zustand 10 ist, was, wenn JA, ein Verzweigen zurück zu dem Hauptprogramsa von Flg. 6 an dem WARTEN-Block 174 erfordert, da keine Steigerung in der Kühlleistung über den Zustand 10 hinaus in der Anlage gemäß dem hier beschriebenen Beispiel möglich ist. Wenn NEINj₇ verzweigt der Regler 48 von dem Abfrageblock 256 zu der Deltaprüfunterroutine von Fig. 9 in einem Block 228 in den Fig. 8 und 9, um festzustellen, ob eine weitere Kühlzustandsvergrößerung erfolgen sollte.

Wenn in dem Abfrageblock 254 die Antiifort NEIN gelautet hat, was bedeutet, daß die Solltemperatur ausreichend erfüllt ist, so daß die Kühlleistung des Zustands 10 nicht erforderlich ist, verzweigt der Regler 48 zn einem Abfrageblock 258, um festzustellen, ob die Solltemperatur minus der Raumtemperatur plus 0,25 ⁰C eina positiv® Zahl ist, was wenn NEIN, bedeutet, daß die Solltemperatur noch nicht erfüllt ist unfi daß dia Anlage in dam Zustand 10 bleiben muß, woraufhin dar Regler 48 zn dem WARTEN-Block 174 verzweigt. Wenn die Antwort in dem Block 258 JA lautet, dann schaltet der Regler 48 die Anlage in den Kühlzustand 9, Block 26Oj, und geht weiter zu dem Block 248, wie oben erläutert.

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Nachdem somit die Heiz- und Kühlprogramme von Fig. 7 bzw.

8 erläutert worden sind, wird nun unter Bezugnahme auf Fig.

9 die Deltaprüffunktion der Anlage des hier beschriebenen Beispiels erläutert. Am Anfang sei angenommen, daß in die Deltaprüfunterroutine von Fig. 9 in einem mit 228 bezeichneten Kreis entweder aus dem Heiz- oder aus dem Kühlprogramm von Fig. 7 bzw. 8 eingetreten worden ist. Der Regler 48 fragt zuerst in einem Block 262 ab, ob eine Deltaprüfsperrzeit von 10 min seit dem letzten Verlassen des Abtaubetriebes vergangen ist. Wenn NEIN, verzweigt der Regler 48 über eine Leitung 264, um den übrigen Teil des Programms bis zu einem Block 266 zu umgehen, in welchem eine neue Deltaprüfrückwärtszählzeit von 10 min gesetzt und die gemittelte Raumtemperatur T₇ , T-, zu dieser Zeit in einem Speicher abgespeichert wird, um bei dem nächsten Eintritt in die Deltaprüfunterroutine benutzt zu werden, woraufhin der Regler zu dem WARTEN-Block 174 zurückkehrt. Wenn die Abfrage in dem Block 262 die Antwort JA ergibt, dann geht der Regler 48 zu der Abfrage in einem Block 268, um festzustellen, ob eine Zeitspanne von 10 min seit der letzten Deltaprüfung vergangen ist. Wenn NEIN, geht der Regler 48 hinaus zu dem WARTEN-Block 174, wohingegen, wenn JA, der Regler 48 weitergeht, um die Differenz in der Raumtemperatur am Beginn und am Ende der Zeitspanne von 10 min, die gerade abgelaufen ist, in einem Block 270 zu berechnen. Danach wird in einem Block 272 abgefragt, ob die Konsole 50 in der Kühlbetriebsart ist, was, wenn JA, zu einer Änderung im Vorzeichen der Raumtemperaturdifferenz führt, die gerade berechnet worden ist, und was weiter dazu führt, daß die Fehlertemperatur "A" dazu addiert wird, was alles in einem Block 274 erfolgt. Wenn die Abfrage in dem Block 272 die Antwort NEIN ergibt, wird die Funktion in dem Block 274 umgangen. In jedem Fall geht jedoch der Regler 48 danach dazu über, die Mindestraumtemperaturdifferenz zu bestimmen, die für die gegenwärtige Fehlertemperatur "A" gemäß den in Fig. 5 angegebenen Regeln erforderlich ist,

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wie oben erläutert, was alles in einem Block 276 erfolgt. Die üblichen Digitaltabellensuchtechniken können für diesen Zweck benutzt werden= Danach fragt der Regler 48 In einem Block 278 ab, ob die erforderliche Mind@straumtemperaturänderung über den letzten 10 min bei der gegenwärtigen Fehlertemperatur gemäß den Angaben am rechten Rand in Fig. 5 nicht durch die tatsächliche Raumtemperaturfinderung über den letzten 10 min erfüllt worden ist, d.h., ob die als Minimum erforderliche Temperaturänderung für die gegenwärtige Fehlertemperatur "A" größer als die tatsächliche Raumtemperaturänderung über derselben Zeitspanne ist. Wenn JA, verzweigt der Regler 48 zu ©inem Block 280, in welchem der Zustand auf den nächsthöheren Wert vergrößert wird, woraufhin in einem Block 282 abgefragt wird, ob die Anlage in dem Zustand 2 oder 10 ist. Wenn die Antwort auf die Abfrage in dem Block 282 MEIN lautet, wird eine Zustandsänderungssperrseit von 5 min im Speicher gesetzt, Block 284, wohingegen, wenn JA, ©in© Zustandsänderungssperrzeit von 10 min im Speicher gesetzt wird, Block 286. In jedem Fall geht der Regler 48 danach zu dem Block 266 für die weitere Verarbeitung, wie oben erläutert. Wenn die Antwort auf di© Abfrage in dem Block 278 NEIN lautat, was bedeutet, daB dis tatsächliche Raumtemperaturänderung über den letzton 10 min wenigstens gleich der verlangten Mindesttemperatüränderung für die gegenwärtige Fahlertamperatur ist* dann ist keine Zustandsvergrößerung erforderlich, woraufhin der Regler 48 die Blöcke 280 - 286 umgeht und zu dem Block 266 weitergeht, um die Verarbeitung in der Deltaprüfunterroutine zu verlassen, wie oben erläutert.

Unter Bezugnahme auf Fig= 10 wird nun das AUS~Programm des Reglers 48 srliutart. Am Anfang sei angenommen_p daß der Regler 48 zu dem AUS-Block 164 verzweigt hat, und zwar entweder aus dem Hauptprogramm, dem Heizprogramm

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oder dem Kühlprogramm von Fig. 6, 7 bzw. 8. In einem Block 288 wird abgefragt, ob die Anlage in einem der AUS-Zustände 0 oder 8 ist, was, wenn NEIN, bewirkt, daß der Regler 48 in einem Block 290 eine Zustandsänderungseperrzeit von 5 min setzt. Wenn JA, wird der Block 290 umgangen. In jedem Fall schaltet der Regler 48 danach die Anlage in den Zustand O, setzt eine Umschaltsperrzeit von 16 s im Speicher, während welcher das Umschaltventil 16 nicht verstellt werden kann, und setzt eine Abtausperrzeit von 20 min im Speicher, während deren Rückwärtszählung der Eintritt in den Abtauzustand 5 nicht gestattet wird, was alles in einem Block 292 erfolgt, woraufhin der Regler 48 das AUS-Programm in dem WARTEN-Block 174 in Vorbereitung auf den Wiedereintritt in das Hauptprogramm von Fig. 6 verläßt.

Eine geeignete elektronische Schaltung für die bauliche Verwirklichung der Konsole 50, welche für die übertragung der Betriebsart-, der Einstellwerttemperatur- und anderer Information zu dem Regler 48 programmierbar ist, wie oben erläutert, ist in den Fig. 11a und 11b gezeigt. Eine geeignete elektronische Schaltung für die bauliche Verwirklichung des Reglers 48 von Fig. 1, die gemäß den Regeln und der Logik von Fig. 6-10 programmierbar ist, wie oben erläutert, ist in den Fig. 12a und 12b gezeigt. Die Prozessorschaltungsanordnung der Konsole 50, die in Fig. 11a gezeigt ist, ist mit der Prozessorschaltungeanordnung des Reglers 48, die in Fig. 12a gezeigt ist, über Anpaß leitungen A, B, C verbunden, deren Gruppe auch das Kabel oder den Kabelbaum 52 zwischen der Konsole 50 und dem Regler 48 von Fig. 1 bildet. Die Übrigen Anpaßleitungen, die in Fig. 11a mit D-M bezeichnet sind, sind mit den mit entsprechenden Buchstaben markierten Leitungen von Fig. 11b verbunden, die mit ihnen zusammenpassen. In Fig. 12a sind die Anpaßleitungen, die mit N-U bezeichnet sind, mit den entsprechend markierten Leitungen von Fig.. 12b verbunden.

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die mit ihnen zusammepassen.

Gemäß den Pig. .11a, 11b enthält di© Anlagenkonsole 50 eine erste und eine zweite Mikroprozessor schaltung 354 bzx*j. 352, welche so programmierbar sind* «äaß sie die vom Benutzereingegebenen Daten sowie die aus dem Regler 48 empfangenen Daten verarbeiten, wie unten noch näher erläutert. Der Prozessor 354 ist so programmiert, daß er unter anderem eine Reihe von Binärsignalen an Ausgangsklemmen 35 ~ 37 liefert, die durch eine 3/8-Wandlarschaltung 356 umgewandelt werden, so daß an Ausgangsklemmen 1-6 eine sequentielle Reihe von 6 Strobe- oder Tastsignalen abgegeben wird, die dann über Schutzkopplungswiderstände 302 an die Basiseingänge von Stromverstärkungstransistoren 3SO angelegt werden. Die Kollektorausgangssignale der Transistoren 360 werden dann über geaignste Einrichtungen an die Spaltentreiberanschlüsse einer herkömmlichen Leuchtdiodenanzeigematrix (nicht gezeigt) angelegt. Zu geeigneten. Zeiten in dem Programmzyklus werden Leuchtdiodenzeilentreibersignale von den Ausgangsklemmen 8-15 des Prozessors 354 an die Eingänge von Treibertransistoren 348 angelegt, wo sie stromverstärkt und auf geeignete Weise an die Leuchtdiodenanzeigamatrisc angelegt wrdan. Di© besondere Anzeige (z.B. Temperatur, Seit, «sw»), die durch die Leuchtdiodenanzeigematrix erzeugt wird, ist daher eine Funktion der Koinzidenz von AnsteuerStromsignalen, die an die ausgewählte Leuchtdiod® in der Anzeigematrix gemäß den in dem Prozessor 354 erzeugten Befahlen angelegt werden.

Die Tastsignale an den Ausgangsklemmen 1-6 des 3/8-Wandlers 356 werden außerdem auf bekannte Woisa an die Spaltaaanschlüssa eines¹ herkömmlichst Membranschaltesraiatrix (nicht dargestellt) angelegt» In Abhängigkeit davon, welche Schalter in der Matrix durch den Benutzer geschlossen werden, werden geeignete Konditioniersignale dann zu den

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SX

Eingangsklemmen 30-33 des Prozessors 354 zurückge-. schickt, um so dem Prozessor 354 vom Benutzer eingegebene Steuerdaten zu liefern.

Die vom Benutzer eingegebenen Daten werden in dem Prozessor 354 für den ständigen oder vorgewählten Gebrauch während Programmoperationen innerhalb der Konsole 50 gespeichert. Darüber hinaus können die Daten auf einer oder mehreren der Leitungen, die die Klemmen 3-6 und 16-19 der Prozessoren 354 und 352 verbinden, zur Dialogverarbeitung mit Daten und Befehlen, die aus dem Regler 48 an der Eingangsklemme 26 des Prozessors 352 empfangen werden, übertragen werden. In einer tatsächlich gebauten Ausführungsform der Erfindung wurden die beiden Prozessoren 354 und 352 hauptsächlich benutzt, um angemessene Verarbeitungsspeicherkapazität zu schaffen, obgleich klar ist, daß bei anderen Ausführungsformen von Prozessoren, die eine größere Speicherkapazität haben, ein einziger Prozessor in der Konsole 50 benutzt werden kann.

Daten flüchtiger Art, z.B. vom Benutzer eingegebene oder anderweitig veränderbare Daten werden außerdem, wie dargestellt, in einem gesonderten CMOS-Speicher mit wahlfreiem Zugriff gespeichert, der mit der Bezugszahl 350 bezeichnet ist und mit alternativen Stromquellen über Dioden 376 und 374 verbunden ist. Wenn die normale 5-V-Gleichspannungsquelle an der Diode 376 verlorengeht, beispielsweise durch vorübergehenden Stromausfall in dem Haus, in welchem die Anlage installiert ist, wird Reservestrom durch eine geeignete Batterie über die Diode 374 geliefert, um die flüchtigen Daten in dem Speicher 350 gespeichert zu halten. Ein spezielles Datenprüfkernsignal kann in dem Speicher 350 gespeichert werden, um als eine Anzeige über die Gültigkeit oder die Ungültigkeit der gespeicherten Daten zu dienen, nachdem die Stromversorgung

wiederhergestellt ist, um so einen unbeabsichtigten un~ korrekten Betrieb der Wärmepumpenanlage su vermeiden«

Die Konsole 50 ist, wi@ oben erwähnt, normalerweise in dem Gebilde angeordnet, wo der Luftraum su konditionieren ist, während der Regler 48 normalerweise an einem zweckmäßigen Aufstellungsort entfernt von der Konsole 50 angeordnet ist. Es ist deshalb notwendig, für eine Datenübertragung zwischen der Konsole 50 und dem Regler 48 zu sorgen. In dem Fall einer Datenübertragung von der Konsole 50 zu dem Regler 48 erfolgt das durch einen Ausgangskreis, der von der Ausgangsklemme 27 d@s Prozessors 352 über den Verstärkungstransistor 362 und die Leitung B des Kabels 52 zu dem Eingangswiderstand 418 des Reglers 48 führt (Fig. 12a). Umgekehrt werden Datensignale aus dem Regler 48 auf der Leitung C des Kabels 52 empfangen und an die Dateneingangsklemme 26 des Prozessors 352 Über den Verstärkungstransistor 364 angelegt» Di© genaue Steuerung des Taktes und der Synchronisierung der Programmprozesse, die in der Konsole 50 und dem Segler 48 ausgeführt werden, erfolgt mit Hilfe eines SO-Hs-Unterbrechungssignals, das an die Eingangskiemmsn 38 d@r beiden Prozessoren über die Leitung A das Kabsls 52 angelegt wird.

Es wird nun der Anlagenregler 48 betrachtet, der in den Fig. 12a und 12b gezeigt ist. Temperaturdat@n, die durch Thermistoren T₃-T₅J T 7 1 T₇, und T„ abgefühlt werden, werden in den Prozessor 450 folgendermaßen eingelesen. TaktSteuersignale an Ausgangsklemmen 34 - 37 des Mikroprozessors 450 werden über Puffsrverstärker, dia in einer integrierten Schaltung 454 enthalten sind, an Eingangsklemmen 10, 11, 13, 14 ©ines Multiplexers 456 angelegt, wo sie mit Klemmen 4-9, 22 und 23 geeignet multiplexiert werden, um die Thermistoren der Reihe nach mit

der Ausgangsklemme 1 des Multiplexers 456 zu verbinden. Wenn die Ausgangssignale der Thermistoren jeweils eines nach dem anderen an der Multiplexerklemme 1 erscheinen, werden sie mit dem Verbindungspunkt von Widerständen und 396 an der Eingangsklemme 7 einer Oszillatorschaltung 462 angelegt. Die Widerstände 404 und 394 liegen so in einem Stromkreis mit jedem der Thermistoren, daß die ansonsten äußerst nichtlineare Widerstands-Temperaturkennlinie jedes Thermistors linearisiert wird. Die Widerstandsschaltung des ausgewählten Thermistors und der Widerstände 406, 404, 394 und 396 steuert in Kombination mit einem Kondensator 486 die Schwingungsfrequenz des Oszillators 264, damit an der Oszillatorausgangsklemme 3 ein sich wiederholendes Signal abgegeben wird, dessen Frequenz die Temperatur darstellt, die durch den bewußten Thermistor abgefühlt wird. Dieses Wiederholungssignal wird an ein ein Teilungsverhältnis 1:16 aufweisendes Flipflop 464 angelegt, um die Temperatursignalfrequenz auf einen Frequenzbereich zu reduzieren, der für die Verwendung durch den Prozessor 450 geeignet ist. Auf diese Weise kann der Oszillator 462 mit einer relativ höheren Frequenz betrieben werden, was gestattet, dem Kondensator 486 einen angemessen kleinen Wert zu geben.

Das Temperatureignal wird dann über einen Pufferverstärker, der in der integrierten Schaltung 454 enthalten ist, an eine Eingangsklemme 16 des Prozessors 450 angelegt, wo die Periode der Signalfrequenz überwacht und in den entsprechenden Temperaturwert umgewandelt wird. Um das zu erreichen, führt der Prozessor 450 eine vorprogrammierte Unterroutine aus, um die Anzahl von vorher festgesetzten Zeitinkrementen zwischen der vorder- und der Hinterflanke jeder Halbperiode der an dem Ausgang des Flipflops 464 erscheinenden Rechteckschwingung zu zählen. Diese Zahl wird dann durch eine andere Unterroutine in dem Prozessor 450 mit einer Temperaturtabelle in dessen Fest-

wertspeicher (ROM) verglichen„ um die Temperatur zu bestimmen, die durch den bewußten Thermistor abgefühlt wird. Durch geeignetes Einprogrammieren dieser Zahlentabelle in den ROM des Prozessors 450 wird eine weitere Linearisierung des Thermistors erreicht.

Das oben erwähnte öO-Hz-Untarbrechungssignal wird an die Eingangsklemme 38 des Prozessors 450 angelegt und benutzt, um den Betrieb des Hauptprogramms einzuleiten, das in Verbindung mit dem Flußdiagramm von Fig» 6 beschrieben worden istο Die tatsächliche elektrische Steuerung der Wärmepumpenfunktionskomponenten erfolgt von den Ausgangsklemmen 8-15 des Prozessors 450 aus, die mit 24~V=Relaisspulen 520, 527 verbunden sind. Diese Relaisspulen sind in dem Regler 48 enthalten und ihre Kontakte 520a· - 527a sind auf herkömmliche Weise über eine 24-V-Wechselstromquelle 530 mit den Betriebsstromsteuerrelais verbunden, die in Verbindung mit Fig. Ί beschrieben worden sind. Zweckmäßig sind die Kontakte des "Komp= S."-Relais 527 in dem Regler 48 gemeinsam mit der Kompressorstromsufuhrrelaisspule 61 und dem Gebläsestromsufuhrrelais 57 verbunden, da beide im Betrieb der Wärmepumpenanlage gleichzeitig aktiviert werden»

Die folgende Tabelle V gibt die im Handel erhältlichen Bauelemente der Prozessorschaltung der Konsole 50 von Fig. 11a und 11b an, während die folgende Tabelle VI die im Handel erhältlichen Bauelement© der Prozessorschaltungsanordnung des Reglers 48 von Fig. 12a und 12b angibt.

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TABELLE V Prozessorschaltungsanordnung für die Konsole 50

Bauelemente von Fig. 11a und 11b

Beschreibung

Widerstand 294 Widerstand 295 Widerstände Widerstände Widerstände Widerstände Widerstände 304 Widerstände 306 Widerstand 308 Widerstand 310 Widerstand 312 Widerstand 314 Widerstand 316 Widerstand 318 Widerstand 320 Widerstand 322 Widerstand 324 Widerstand 326 Kondensator 328 Kondensator 330 Kondensator 332 Kondensator 334 Kondensator 336 Kondensator 338 Kondensator 340 Kondensator 342 Kondensator 344 Kondensator 346 Transistoren

1 k Ohm, 1/4 Watt

3.6 Ohm, 1/4 Watt

56 Ohm, 1 Watt jeweils 33 k Ohm, 1/4 Watt jeweils 10 k Ohm, 1/4 Watt jeweils 390 Ohm, 1/4 Watt jeweils

2 k Ohm, 1/4 Watt jeweils 2 k Ohm, 1/4 Watt jeweils 10 k Ohm, 1/4 Watt 3,3 k Ohm, 1/4 Watt 68 Ohm, 1/2 Watt

2.7 k Ohm, 1/4 Watt 10 k Ohm, 1/4 Watt

2.7 k Ohm, 1/4 Watt 100 k Ohm, 1/4 Watt 39 k Ohm, 1/4 Watt 1 k Ohm, 1/4 Watt 510 Ohm, 1/2 Watt 0,1 mF 100 V

6.8 mF 35 V
33 mF 10 V
0,1 mF 100 V 0,1 mF 100 V 0,1 mF 100 V 0,1 mF 100 V 0,1 mF 100 V 0,1 mF 100 V 0,1 mF 100 V General Electric D40CIN

TABELLE V (Fortsetzung)

Bauelemente von Fig. 11a und 11b Beschreibung

Integrierte Mikroschaltung 350

Integrierte Mikroschaltungen 352, Integrierte Mikroschaltung 356

Integrierte Mikroschaltung 358

Transistoren Transistor 362 Transistor 364 Spannungsregler Spule 368 Spule 370 Dioden 372 Dioden 374, 376, 378, Motorola

45101L-3P

MOSTEK MK3870N

Texas Instruments SN7445N

Motorola MC14069UBCP Motorola MPS 6562 Motorola MPS 2907 Motorola MPS 2222 Lambda LAS1505 180 mH 5%
180 mH 5%

General Electric Ä15A General Electric DT230H

TABELLE VI Prozessorschaltungsanordnung für den Regler

Bauelemente von Fig. 12a und 12b

Beschreibung

Widerstände 382 Widerstände 386, 388, Widerstand 392 Widerstand 394 Widerstand 396 Widerstände 398, 400, 414, 422, 436, 440 Widerstand 4 02 3,3 k Ohm, 1/4 Watt jeweils 4,7 k Ohm, 1/4 Watt jeweils 1 k Ohm, 1/4 Watt 20 k Ohm, 1/4 Watt 150 Ohm, 1/4 Watt

10 k Ohm, 1/4 Watt jeweils 680 Ohm, 1/2 Watt

TABELLE VI (Fortsetzung) Prozessorschaltungsanordnung für den Regler 48

Bauelemente von Fig. 12a und 12b

Beschreibung

Widerstand 404

Widerstände 406, 443 Widerstand 408

Widerstand 410

Widerstand 412

Widerstände 416 Widerstand 418

Widerstände 420 Widerstände 424, 426, 430 Widerstand 428

Widerstand 438

Transistoren 444 Transistoren 446, 448 Integrierte Mikroschaltung 450 Integrierte Mikroschaltungen 452, 454

Integrierte Mikroschaltung 456 Integrierte Mikroschaltung 458 Integrierte Mikroschaltung 460 Integrierte Mikroschaltung 462 Integrierte Mikroschaltung 464 Spannungsregler 468 Spannungsregler 470 Kondensatoren 476, 487, 492, Kondensatoren 4 78, 482 Kondensatoren 480 Kondensatoren 485 Kondensatoren 486 Kondensatoren 488 3240 Ohm, 1/8 Watt 270 Ohm, 1/4 Watt jeweils 23,2 k Ohm, 1/8 Watt 681 k Ohm, 1/8 Watt 68 Ohm, 1/2 Watt 3,3 k Ohm, 1/4 Watt 1 k Ohm, 1/4 Watt 2,2 k Ohm, 1/4 Watt 1 k Ohm, 1/4 Watt 39 k Ohm, 1/4 Watt 68 Ohm, 1/2 Watt General Electric GES6016 Motorola MPS 2907 Mostek MK3870N-10

RCA CA 3081 RCA CD4067BE Texas Instruments TID 126 N Motorola MC 14069UBCF Signetics SE 555N Motorola MC14024BCP Lambda LAS1505 Lambda LAS1512 0,1 mF, 100 V 6,8 mF, 35 V 33 mF, 10V 3,3 mF, 75 V 0,12 mF, 200 V 0,01 mF, 100 V

TABELLE VI (Fortsetzung) Prozessorschaltungsanordnung für den Regler

Bauelemente von Fig. 12a Beschreibung und 12b

Kondensatoren 490 4,7 mF, 35 V

Dioden 498, 500, 502, 504,

506, 508, 510 DT230H

Quarn 3,579!j45 MIIz

Leerseite

Claims

Patentansprüche :

λ.) Verfahren zum Regeln einer mehrere Betriebszustände aufweisenden Wärmepumpenanlage, um den Energieverbrauch zu minimieren, während die Anlage die Temperatur eines geschlossenen Raums auf einen gewünschten Temporaturwert bringt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Festsetzen eines Solltemperaturwerts, der die gewünschte Temperatur darstellt;

Abfühlen der Isttemperatur des geschlossenen Raums? Einleiten des Betriebes der Wärmepumpenanlage auf eine Differenz zwischen der Ist- und der Solltemperatur hin; Messen der zeitlichen Änderung der Isttemperatur am Ende von vorgewählten Zeitintervallen, während denen eine Steigerung im Betriebszustand der Wärmepumpenanlage auf einen höheren Wert des Energieverbrauchs blockiert wird; und

Steigern der Wärmepumpenanlage nur auf den nächst höheren Betriebszustand am Ende der vorgewählten Zeitinte rvalIe nur dann, wenn die zeitliche Änderung der

Isttemperatur kleiner ist als ein Wert, der erforderlich ist, um die Solltemperatur innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne im wesentlichen zu erreichen.
2. Verfahren zum Regeln einer mehrere Betriebszustände aufweisenden Wärmepumpenanlage, um die Anlage in dem Betriebszustand mit dem größten energetischen Wirkungsgrad zu halten, bei dem sich die gewünschte Temperaturkonditionierung eines geschlossenen Raums erreichen läßt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Festsetzen einer Solltemperatur, die die gewünschte Temperatur des geschlossenen Raums darstellt; Abfühlen der Isttemperatur des geschlossenen Raums und Vergleichen derselben mit der Solltemperatur; Einleiten des Betriebes der Wärmepumpenanlage in dem Betriebszustand mit dem größten energetischen Wirkungsgrad, um die Isttemperatur zu der Solltemperatur hin zu ändern; Blockieren einer Steigerung in den Betriebszuständen während eines vorbestimmten Zeitintervalls im Anschluß an das Einleiten des Betriebes der Wärmepumpenanlage; Messen der zeitlichen Änderung der Isttemperatur während dieses Zustandsänderungssperrzeitintervalls; und Einleiten einer Zustandsänderungssteigerung am Ende des Sperrzeitintervalls nur dann, wenn die zeitliche Änderung der Isttemperatur nicht ausreicht, um einen vorbestimmten Kriteriumwert zu erfüllen, der für die Größe der Differenz zwischen der Ist- und der Solltemperatur wirksam ist, die zur Zeit des Endes des Sperrzeitintervalls vorhanden ist, wobei der Kriteriumwert die Geschwindigkeit der Isttemperaturänderung darstellt, die benötigt wird, um die Solltemperatur innerhalb einer vorgewählten Zeitspanne zu erreichen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zustandsänderungssteigerungssperrzeitintervall jedesmal dann eingeleitet wird, wenn eine Betriebszu-

Standssteigerung auftritt, so daß eine Steigerung des Betriebszustands um mehr als einen Zustand für jedes Sperrzeitintervall verhindert wird.
4. Verfahren zum Regeln einer mehrere Betriebszustände aufweisenden Wärmepumpenanlage, um die Anlage in dem Betriebszustand mit dem größten energetischen Wirkungsgrad zu halten, bei dem die gewünschte Temperaturkonditionierung eines geschlossenen Raums erreicht werden kann, gekennzeichnet durch folgende Schrittes Festsetzen einer Solltemperatur, die die gewünschte Temperatur des geschlossenen Raums darstellt? Abfühlen der Isttemperatur des geschlossenen Raums und Vergleichen derselben mit der Solltemperatur? Bereitstellen einer Betriebszustandsänderungskriterientabelle, die mehrere Werte der Temperaturdifferenz zwischen der Ist- und der Solltemperatur enthält, bei denen Betriebszustandsänderungen der Wärmepumpenanlage erfolgen, wobei die Spanne der Temperaturdifferenzen„ die zu einer Änderung zwischen den einzelnen Zuständen führt, bei der es zu einer Änderung von einem Zustand auf den nächsten benachbarten Betriebszustand kommt, größer ist als die Spanne der Temperaturdifferenz, die zu einer Zustandsänderung innerhalb der einzelnen Zustände führt, wobei es nacheinander zum Ein- und Abschalten eines bestimmten Betriebszustands in jeder Richtung kommt;

Aktivieren der Wärmepumpenanlage auf eine vorbestimmte Differenz zwischen der Ist- und der Solltemperatur hin in dem Betriebszustand mit dem größten energetischen Wirkungsgrad, um die Isttamperatur in Richtung der Solltemperatur zu ändern? und

daran anschließend Regeln des Betriebes der Wärmepumpenanlage gemäß der Sustandsänderungskriteriumtabelle, um die Wärmepumpenanlage periodisch in den Betriebszustand mit dem größten energetischen Wirkungsgrad zu bringen, der benötigt wird, um die Solltemperatur in-

- 4 nurhalb einer vorgewählten Zeitspanne zu erreichen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenzspanne für die Zustandsänderungen zwisdien den einzelnen Zuständen ungefähr doppelt so groß ist wie die Temperaturdifferenzspanne für die Zustandsänderungen innerhalb der einzelnen Zustände.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspanne für die Zustandsänderungen zwischen den einzelnen Zuständen ungefähr 0,5 ⁰C und die Differenzspanne für die Zustandsänderungen innerhalb der einzelnen Zustände ungefähr 0,25 ⁰C beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an eine Steigerung im Betriebszustand eine weitere Steigerung für eine vorbestimmte Zeitspanne gesperrt wird, daß die zeitliche Änderung der Isttemperatur über dieser Sperrzeitspanne ermittelt wird und daß eine Steigerung im Zustand am Ende dieser Sperrzeit nur dann eingeleitet wird, wenn die zeitliche Änderung der Isttemperatur nicht ausreicht, um eine Isttemperatur zu ergeben, die die Solltemperatur innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne erreicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitspanne ungefähr eine Stunde beträgt.
9. Energieverbrauchshandhabungsregelanordnung für eine Wärmepumpenanlage, die mehrere Betriebszustände hat, von denen jeder einen anderen Wert des Energieverbrauchs darstellt, gekennzeichnet durch:

Einrichtungen (T₄, T₅, T_?a, T₇₅₃) zum Abfühlen der Isttemperatur eines geschlossenen Raums (38) , der durch die Wärmepumpenanlage temperaturkonditioniert werden soll;

■ - 5 -

eine vom Benutzer bediente Eingabeeinrichtung (50) zum Pestlegen einer gewünschten Temperatureinstellung für den geschlossenen Raum (38);

eine Einrichtung (450) zum Bereitstellen einer Betriebszustandsänderungskriterientabelle, die mehrere Werte der Temperaturdifferenz zwischen der Isttemperatur und der gewünschten Raumtemperatur enthält, bei der die Betriebszustandsänderungen der Wärmepumpenanlage erfolgen, wobei die Temperaturspanne wesentlich größer als die Spanne der Differenzen ist, die zu Zustandsänderungen innerhalb der einzelnen Zustände führen, wobei Zustandsänderungen zwischen den einzelnen Zuständen diejenigen sind, die erfolgen, wenn eine Bewegung zwischen benachbarten Betriebszuständen in derselben Richtung wie die einer unmittelbar vorangehenden Zustandsänderung erfolgt, und wobei Zustandsänderungen innerhalb der einzelnen Zustände diejenigen sind, die erfolgen, wenn eine Bewegung zwischen benachbarten Betriebszuständen in einer Richtung erfolgt, die zu der der unmittelbar vorangehenden Zustandsänderung entgegengesetzt ist; eine Einrichtung (186? 187) zum Vergleichen der abgefühlten Isttemperatur mit der Einstellung der gewünschten Temperatur, um die Temperaturdifferenz zwischen ihnen zu ermitteln;

eine Einrichtung zum Vergleichen der Temperaturdifferenz mit der Zustandsänderungskriterientabelle, um einen Regeleffekt zu gewinnen, der angibt, ob eine besondere Betriebszustandsänderung erfolgen soll; und eine Einrichtung, die auf den Regeleffekt hin den Betriebszustand der Wärmepumpenanlage in den besonderen Zustand verändert, der benötigt wird, um die Isttemperatur auf die gewünschte Tamperatureinstellung innerhalb einer vorgewählten Zeitspanne zu bringen.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspanne zwischen den einzelnen Zuständen

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ungefähr doppelt so groß ist wie die Differenzspanne innerhalb der einzelnen Zustände.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspanne zwischen den einzelnen Zuständen ungefähr 0,5 ⁰C und die Differenzspanne innerhalb der einzelnen Zustände ungefähr 0,25 ⁰C beträgt.
12. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine: Einrichtung (T„) zum Abfühlen der Temperatur ausserhalb des geschlossenen Raums (38) , durch eine Einrichtung (48) zum Bilden einer Solltemperatureinstellung durch Verstellen der vom Benutzer eingegebenen gewünschten Temperatur nach oben in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der vom Benutzer eingegebenen gewünschten Temperatureinstellung und der Außentemperatur, und durch eine Einrichtung, die beim Bestimmen der Temperaturdiffeienz, die mit der Zustandsänderungskriterientabelle zu vergleichen ist, die vom Benutzer eingegebene Temperatureinstellung durch die Solltemperatur ersetzt.
13. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Sperren einer Zustandsänderung während festgesetzter Zeitspannen im Anschluß an vorbestimmte Änderungen im Betriebszustand der Wärmepumpenanlage, durch eine Einrichtung zum Bestimmen der zeitlichen Änderung der Isttemperatur während des Zußtandsänderungssperrzeitintervalls, und durch eine Einrichtung, die am Ende des Zustandsänderungssperrzeitintervalls eine Zustandsänderung auf einen Zustand höheren Energieverbrauchs nur dann freigibt, wenn die zeitliche Änderung der Isttemperatur kleiner als ein Wert ist, der erforderlich ist, um die gewünschte Temperatureinstellutig innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne im wesentlichen zu erreichen.

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1.4. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsänderungssperreinrichtung im Anschluß an eine Zustandsänderungssteigerung beviirkt, daß wieder eine feste Zeitspanne zum Sperren einer weiteren Zustandsänderung eingeleitet wird, so daß nur eine Zustandsänderungssteigerung für jedes Zustandsänderungssperrzeitintervall gestattet wird.