DE3407591A1 - Heizkoerperventil mit einer regeleinrichtung zur regelung der raumtemperatur - Google Patents
Heizkoerperventil mit einer regeleinrichtung zur regelung der raumtemperaturInfo
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- DE3407591A1 DE3407591A1 DE19843407591 DE3407591A DE3407591A1 DE 3407591 A1 DE3407591 A1 DE 3407591A1 DE 19843407591 DE19843407591 DE 19843407591 DE 3407591 A DE3407591 A DE 3407591A DE 3407591 A1 DE3407591 A1 DE 3407591A1
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Description
: : FATtrvTAHWALTE >-_:_;_
Beim Euvopäleci-ivi Patentamt ii-ffelasae.ic Vertreter
European Patent Attorneys
MANS LANGOSCH Dipl.-Ing. (1963-1961)
UWE OREISS Or jur, DIpI.-Ing., M. Sc.
HEINZ HOSENTHIEN Or -Ing-. Oipl.-Ing.
JÖRN FUHLENDORF Dipl.-big.
Γ" ' Ί
DREISS, HOSENTHIEN & FUHLENDORF, D-7000 STUTTGART 1
Anmelder: Firma Schrack Elektronik' AG · ' Pottendorferstr. 25-27
A-1120 Wien (Österreich)
D-7000 STUTTGART GEROKSTRASSE 6 TF (0711) 24 57 34/44 TG IDEAPAT
TX 7-22 247 Idea d
tür Boüuehui
Arrrtl, Akt. Z. Off. S*r. No.
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1619 019
Datum
Date
Date
29.02.1984 F/m
Titel:
Heizkörperventil mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Raumtemperatur
Priorität: Österreich A 971/83 vom 18. März 1984
Poetecheckkonto Stuttgart 507 71-705 (BLZ 600100 70) Dresdner Bank Stuttgart 1919 854 (BLZ 600 800 00)
JHe Erfindung bezieht sich auf ein Heizkörperventil mit einer - =.
Regeleinrichtung zur Regelühg~der"Raumtemperatur, bei der wenigstens -;.-.
ein Sollwertgeber für die Raumtemperatur, und wenigstens ein Temperatur-,
fühler vorgesehen sind, die einen Regler, der mit einem Stellglied
i?i Verbindung steht, beeinflussen, und b.ei der ein Zeitgeber und ' '3
eine von diesem gesteuerte Stelleinrichtung'· zur Änderung des SoIl-
s. Wertes auf einen weiteren vorgegebenen Wert·vorgesehen ist.
In Wohn- und Arbeitsräumen, in denen sich Menschen aufhalten, besteht
das Bestreben, eine einmal >.der jeweiligen Tätigkeit ange- ..·/
paßte- eingestellte Temperatur möglichst konstant zu halten. Dies ,V
1st auch im Hinblick auf möglichst geringe -Energievergeudung sinnvoll.
Bei den weitverbreiteten.Warmwasserheizungen wird dies i. a. durch
sogenannte Thermostatventile, eventuell im Zusammenwirken mit einer ■'■■"
aussentemperaturgeführten Vor lauf temperaturregelung» bewerkstelligt- ■ \ ■■■
Sei diesen Thermostatventilen dient i.a. ein· sich bei Erwärmung. ■'-.''.V-ausdehnendes
Material gleichzeitig.als Temperaturfühler, Proportional-
• ' *■ -1.
regler und als Stellglied, welches über einen VentilstÖssel die ,.{·..
• - ,-W
Durchflussmenge im Heizkörper und damit- die Raumtemperatur regelt.' -.^-
Zur Sollwertvorgabe ist auch ein -eine Zufuhr der Raumluft zum ...'£
Temperaturfühler steuernder Schieber bekannt, dessen Steuerteil . " C:
meist als Handrad ausgebildet ist, wobei sich aufgrund von Er- V f"^;
fahrungswerten einer jeden Stellung' des e."mtemperatür. zuordnen JLäöt.
Handrades eine bestimmte
.--τ -COPY? ν-;':"
BAD .ORIGINAL : ' '-
Bei solchen Thermostatventilen ist, z.B. durch die DE-OS
3 018 237,vorgeschlagen worden, in der Nähe des sich unter
Wärmeeinwirkung ausdehnenden Materials eine elektrische Heizeinrichtung anzuordnen ,~dTenti&er" einen von einer Schaltuhr
gesteuerten Kontakt mit einer gegebenenfalls steuerbaren Spannung versorgt wird und eine .erhöhte Raumtemperatur vortäuscht
und so zu einer Verminderung des Durchflusses des Heizmediums durch den Heizkörper führt.
Derartige Regeleinrichtungen weisen erhebliche Nachteile auf.
So zeigen sie ein rein proportionales; Regelverhalten, wobei · aus Gründen der Stabilität die.Regelkurve night beliebig
steil sein darf. Dies führt aber dazu, daß sich bei vermehrter Fremdenergiezufuhr, z.B. durch Einschälten-.von Beleuchtungskörpern
oder einer vermehrten:Persohenanzahl im Raum, sich
die Betriebskennlinie des Raumes ändert und sicih daher aufgrund
der Regelkurve des Thermostätventiles auch die Raumtemperatur
erhöht. Das bedeutet, daß die Fremdenergie nicht voll zur Einsparung von Primärenergie genutzt werden kann,
vielmehr wird ein Teil von ihr zur - unerwünschten - Raumtemperaturerhöhung
verwendet. ■ ·
Ähnlich wirkt die Änderung der Aussentemperatur, da
z.B. eine Erhöhung der Aussentemperatur zusätzlicher Fremdenergiezufuhr im Raum entspricht. · Wiederum bedeutet dies eine
Temperaturerhöhung im Raum. Hier.; kann insoferne Abhilfe geschaffen
werden, als die Vorlauf temperatur, von der Aussentemperatur
abhängig gemacht wird·. . AEer'd'irigs besteht dann äTäs
Problem, die verschiedenen Regelkennlinien aufeinander abzustimmen, was nur in seltenen Fällen optimal möglich ist.
': .:··■·'.' BAD'ORIGINAL ·
Durch reibungsbedingte Hysterese in herkömmlichen Thermostatventilen
zerfällt die Thermostatventilkennlin^Le in je eine Schließ- und eine öffnmgskennlinie;·Auch' dies mindert die Möglichkeit
der Ausnutzung der Fr.emdenergiezufuhr zur Einsparung der Primärenergie wesentlich. ^.--— · '
Ein weiteres Problem tritt auf","'wenn ;größere. Unterschiede
zwischen Temperatursoll- und -istwert .'in einer Anlage mit vielen
Thermostatventilen gleichzeitig auftreten. Dies ist. z.B. dann
der Fall, wenn eine solche Anlage .in Betrieb genommen wird, oder wenn bei mit Absenkung ausgestatteten1 Ventilen der Sollwert erhöht
wird. '. · "
In diesem Fall werden nämlich die der Pumpe am nächsten gelegenen
Ventile bevorzugt mit dem Wärmeträger· versorgt, während die strömungstechnisch ungünstiger angebrachten Heizkörper erst '.
dann voll mit dem Wärmeträger .versorgt werden>
wenn die erstgenannten Ventile bereits gedrosselt haben- Diese' Probleme treten
besonders bei den einfachen Eimtohrheizungen :auf .·■
Dies bedeutet, daß die Heizkörper' unterschiedlich rasch warm
werden; die neue Solltemperatur wird in .einem Extremfall sehr rasch - mit beträchtlichem über schwingen,-,' im anderen Extremfall
nur sehr langsam erreicht, wobei die. Differenz zwischen den beiden Fällen in ungünstigen Fällen mehrere Stunden betragen kann.
Ziel der Erfindung .ist. es ..ein..Heizkör.perventil mit .einer Regeleinrichtung
zur Regelung der Raumtemperatur zu schaffen, bei
BAD ORIGINAL
welchem die Nachteile der umseitigen. Regeleinrichtungen vermieden
sind,.- Auch soll eine entsprechende Einsparung an Primärenergie
bei Fremdenergiezufuhr gewährleistet sein und eine weitgehende Konstanthaltung der Raumtemperatur auf einen gewünschten Wert
ermöglicht werden. ■__ , -
Erfindungsgemäß wird dies bei—einem Heizkörperventil der eingangs
genannten Art dadurch erreicht., daß die Regeleinrichtung einen* Mikrocomputer aufweist, der eingangsseitig an eine Bedientastatur
über welche u.a. die Sollwertvorgabe erfolgt', angeschlossen ist, an den wenigstens ein Temperaturfühler geführt ist und der über
einen seiner Ausgänge das Stellglied.entsprechend einem Soll- ;
Istwertvergleich steuert und bei einer Erhöhung des Sollwertes eine Übergangskurve für den Sollwert·errechnet· und den Soll-Istwertvergleich
nach dieser Kurve durchführt und über weitere Ausgänge die Anzeigeeinheit steuert, welche vorzusgweise hinsichtlich
der Anzeige von der Bedientastatur yoreinstellbar ist. Durch diese
Maßnahme ist es möglich von der bisher üblichen Proportionalregelung
abzugehen und komplexe Regeialgorithmen im Sinne' einer
optimalen Energieeinsparung zu verwirklichen. Insbesondere dadurch,
. · ■ ist
daß .das Stellglied entsprechend einem Soll-.Istwertyergleich gesteuert/
und bei einer Erhöhung des Sollwertes.eine Übergangskurve für
den Sollwert errechnet und der Spll-Istwertvergleich nach dieser
Kurve durchgeführt wird, wird erreicht, daß unabhängig von den thermischen Gegebenheiten des Aufstellungsraumes, wie z.B. dem
Verhältnis von Heizkörperfläche zu Raumgröße, der Vorlauftemperatur
des Wärmeträgers, der·Wärmedämmung des Raumes,
ORIGINAL . copy
-3-
dem Fremdenergieeinfluß, wie Sonneneinstrahlung usw., mit.
geringstem Energieaufwand ein Maximum an Behaglichst· erreicht
v;erden kann. Weiters wird verhindert/ daß es bei einer sprung haften Erhöhung der Solltemperatur, z.B..nach dem Ende einer
Nachtabsenkung,zu einem vollständigen öffnen"des Ventils kommt bis die Raumtemperatur den neuen·-Sollwert erreicht hat, wobei
ein Uberschwingen der Raumtemperatur, und damit eine Energiever geudung nicht zu vermeiden wäre;'·
v;erden kann. Weiters wird verhindert/ daß es bei einer sprung haften Erhöhung der Solltemperatur, z.B..nach dem Ende einer
Nachtabsenkung,zu einem vollständigen öffnen"des Ventils kommt bis die Raumtemperatur den neuen·-Sollwert erreicht hat, wobei
ein Uberschwingen der Raumtemperatur, und damit eine Energiever geudung nicht zu vermeiden wäre;'·
In Weiterbildung der Erfindung Jiann So vorgegangen werden, daß
.der Mikrocomputer eine Rechen- .und Steuereinheit umfaßt, die
bei Erhöhung des Sollwertes.der Raumtemperatur yon T soll-alt " auf T soll-neu unter Berücksichtigung.einer gegebenenfalls einstellbaren Zeitdauer t für den übergang der Raumtemperatur auf den neuen Sollwert eine ideale'Ubergangskurve der Raumtemperatur im wesentlichen nach.der Beziehung
bei Erhöhung des Sollwertes.der Raumtemperatur yon T soll-alt " auf T soll-neu unter Berücksichtigung.einer gegebenenfalls einstellbaren Zeitdauer t für den übergang der Raumtemperatur auf den neuen Sollwert eine ideale'Ubergangskurve der Raumtemperatur im wesentlichen nach.der Beziehung
" ' ' ' - n.tau
T ist - ideal = T soll-alt + T soll-neu (1-e t )
errechnet, wobei tau einen1 Abtästintervall und η die Folge der natürlichen Zahlen bedeutet, und der in Übereinstimmung hiemit den Temperatursollwert aktualisiert. ■
errechnet, wobei tau einen1 Abtästintervall und η die Folge der natürlichen Zahlen bedeutet, und der in Übereinstimmung hiemit den Temperatursollwert aktualisiert. ■
Durch.-tfiLese Maßnahme wird eine Anpassung .der Raumtemperatur
an den neuen Sollwert innerhalb einer bestimmten .3eit erreicht, wobei der übergang allmählich erfolgt undi ein überschwingen
vermieden ist. ' · · · · ·
an den neuen Sollwert innerhalb einer bestimmten .3eit erreicht, wobei der übergang allmählich erfolgt undi ein überschwingen
vermieden ist. ' · · · · ·
BAD ORIGINAL
Ferner kann in Weiterbildung der Erfindung.vorgesehen sein,
daß der Mikrocomputer_eine_n ^Differenzverstärker, der mit dem
Sollwertgeber und dem Temperaturfühler; verbunden ist, und dem
ein oder mehrere Regelglieder mit unterschiedlichem Regelverhalten,
z.B. proportionalem, integralem, differentiellem, Deadbeat, oder anderem—Regelverhalten, nachgeschaltet sind, mxt
dem Ausgang eines jeden dieser Regelglieder verbundene variable" Abschwächer oder Verstärker und eine mit deren Ausgängen verbundene
Summierstufe sowie einen\setzbaren-.·Speicher und gegebenenfalls
einen mit dem. Stellglied verbundenen .Umschalter umfaßt. . : · '. ,
Durch diese Maßnahme wird!eine sehr günstige Regelcharakteristik
erreicht, die es ermöglicht die'·Raumtemperatur auch bei Fremdenergiezufuhr
konstant zu halten und dadurch Heizenergie zu sparen, wobei durch die in Reihe zu den Regelgliedern mit unterschiedlichem
Regelverhalten geschalteten.variablen Abschwächern oder Verstärkern eine Änderung der Aufteilung der Einflüsse dieser
Regelglieder auf die Größe des. von der Summierstufe; gelieferten Stellsignals zur Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse zur
Optimierung des Regelverhaltens möglich ist.
Ferner kann nach einem weiterem Merkmal der Erfindung vorgesehen
sein, daß bei einer Sollwerterhöhung der Differenzverstärker
Punkte der errechneten idealen Ubergangskurve mit den tatsächlichen
Istwerten vergleicht'"und' die Rechen- und Steuereinheit
: ; BAD ORIGINAL
des Mikrocomputers entsprechend den Abweichungen die Verstärkung
bzw. Abschwächung der. Verstärker bzw. Abschwächer verändert, um eine Anpassung des Regelverhaltens an die
ideale Übergangskurve zu erreichen. Damit.ist es möglich ein
adaptives Regelverhalten ~zu er zielen;, wobei die von der Steuereinheit bestimmten Verstärkungs- bzw.· Abschwächungsfaktoren der
den Regelgliedern nachgeschalteten Abschwächer oder Verstärker
nach der erfolgten Anpassung des Rege!verhaltene an die .errechnete
Ubergangskurve bis zur nächsten Sollwerterhöhung konstant gehalten werden können. ; · ' .
Wird ein besonders hohes MaB an Energj.eeinsparung· angestrebt, so
kann gemäß der Erfindung weiters ·vorgesehen sein, daß der Mikro
computer weiters ein .taktgesteuertes·Schieberegister, das die
Temperatur-Istwerte im Takt übernimmt, eine dem Schieberegister
nachgeschaltete Differenzstufe/.die die Differenz zweier zeitlich
aufeinander folgender Istwerte bildet, zwei der Differenzstufe parallel nachgeschaltete Schwellwertschalter-, ein dem einen auf
überschreiten eines die normalen Regelbedingungen überschreitenden
negativen Temperaturgradienten .ansprechenden Schwellwertschalter
nachgeschaltetes Zeitglied, -einen· mit seinem Setzeihgang diesem
Schwellwertschalter nachgeschaiteten-Speicher, der über das Zeitglied
und/oder den zweiten auf einen·Temperaturgradienten £Ό ansprechendem
Schwellwertschalter .rücksetzbar ist.,. aufweist, wobei
der Speicher in seinem gesetzten Zustand einen Umschalter in
einem Schaltzustand hält, in dem dieser'das Stellglied im Sinne
::■'·.'· · · BAD ORIGINAL.
des Schließens des Ventils beaufschlagt. Dadurch ist es möglich
das Ventil während des Lüftens des Raumes, bei· dem immer ein
großer negativer Temperaturgradient auftritt, automatisch zu schließen und so eine Energievergeudung zu vermeiden. Dabei ist
es zweckmäßig, wenn der Ausgang des Speichers über ein weiteres Zeitglied mit einem akustischen^ Signalgeber verbunden ist, wo-"
durch eine Signalabgabe nach einer vorgegebenen,für ein sinnvolles Lüften
eines Raumes ausreichenden Zeit; sichergestellt wird.
Die Erfindung wird nun an Hand .der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt Fig. 1 ein Regeldiagramm eines herkömmlichen Thermostatventils, Fig. 2 ein Diagramm eine.s herkömmlichen. TherniEtatventils
unter Berücksichtigung der' Hysterese,, Fig. 3 ein Blockschaltbild
der Elektronik eines erfindungsgemäßen Heizkörperventils, Fig. 4
ein Diagramm der Signale der Ablaufsteuerung-nach Fig. 3, Fig. 5
Diagramme des Überganges auf eirte höhere,Solltemperatur bei herkömmlichen
Ventilen und einer· erf indungsgemäßen ,Regelung und
Fig. 6 ein Detail .des Blockschaltbildes gemäß Fig. 3.
Fig, 1 zeigt deutlich den Nachteil, der herkömmlichen Thermostatventilen
anhaftet. So steigt aufgrund der Neigung der Regelkennlinie 1 der herkömmlichen Thermostatventile bei höher werdendem
Fremdenergieeinfluß die Raumtemperatur an, obwohl, das Öffnungsverhältnis des Ventils absinkt. Berücksichtigt man· dabei noch die
unvermeidliche Hysterese' der herkömmlichen Ventile-, so wird die
unvermeidliche Abweichung der Raumtemperatur,vom-eingestellten
·. . BAD ORIGINAL
Sollwert'noch größer, wie dies.aus Fig. 2 ersichtlich ist. Erhöht
sich die Raumtemperatur auf Grund eines Fremdenergieeinflusses vom Wert T auf den Wert T| so ändert, sich das Ven.tilöf fnungsverhältnis
aufgrund der durch "Reibung u. s.w. bedingten Hysterese
bei herkömmlichen Ventilen, z.B.. gemäß der DE-OS 30 18 237, zunächst
nicht. Der Arbeitspunkt verschiebt .sich vom Punkt 2 zum'
Punkt 3. Erst bei einer weiteren-Erhöhung sinkt das Ventil- "'■"
Öffnungsverhältnis gemäß der Schließkennlinie -1 ".bis der Schnittpunkt
4 mit der Betriebskennlinie 6 erreicht·ist.·Sinkt der Fremdenergieeirfluß
und damit die Raumtemperatur so ändert sich das Ventilöffnungsverhältnis nicht bis der Punkt 5 auf der Öffnungskennlinie 1' erreicht ist. Erst .bei weiterem Absinken der Raumtemperatur
öffnet das Ventil gemäß der Öffnungskennlinie 1'
wieder. Bei einem FremdenergifceelnflüßÄypn z.B. 20%, der leicht
eintreten kann, wenn sich'mehrere! Personen in einem Raum aufhalten
oder mehrere Beleuchtungskörper eingeschaltet werden, kommt es aufgrund der Neigung ,der Regelkennlinie . 1 und deren Hysterese
zu Abweichungen der Raumtemperatur vom eingestellten Sollwert von ca. 1 bis 30C, wodurch aber · trotz· der Regelung die durch den
Fremdenergieeinfluß mögliche Einsparung an Heizenergie nur zu einem unbefriedigenden Teil erreicht werden kann..
Diese Nachteile werden durch die als Mikrocomputer 100 ausgebildete,
in Fig. 3 gezeigte· Regeleinrichtung, vermieden. Gemäß
Fig. 3 umfaßt der Mikrocomputer. 100 die mit vollen Linien umrandeten Schaltungsblöcke. Eingangsseitig ist an den Mikrocomputer
100 eine Bedientastatur 11 und !-wenigstens ein Temperaturfühler
J9, dem ein A/D Konverter zugeordnet ist, angeschlossen.
Der Mikrocomputer 100 weist einen·von;der Bedientastatur 11
setzbaren Speicher 13 für eine Betriebsart auf, wie Regeln auf einen Sollwert, wie z.B. jenen der automatischen' Nachtabsenkung.
Die Bedientastatur 11 dient—auch· zum Setzen eines EchtZeitgebers
16 - dies allerdings nur bei einer ersten Inbetriebnahme-, eines Speichers 14 für den Beginn und das Ende von Zeitabschnitten
während der ein bestimmter Sollwert gehalten"werden soll, wobei die
Sollwerte in den Speicher 15 einschreibbar sind. Die Bedientastatur wird"von einer Ablaufsteuerung26, die ±m wesentlichen von einem
Oszillator gebildet ist und wie aus Fig. 4 ersichtlich an seinen verschiedenen Ausgängen zu verschiedenen Zeiten in regelmäßigen
Abständen Impulse abg,i,bt'/>. abgefragt und .anfällige Änderungen
in die entsprechenden Speicher".'13/ 14, 15 eingeschrieben.
Weiters steuert die Bedientastatur 11.auch noch die ausgangsseitig
an den Mikrocomputer 100 .angeschlossene Anzeige 12, von der wahlweise die einzelnen in·den Speichern 13 bis 15 eingeschriebenen
Werte zur Anzeige·bringbar sind. .
Weiters umfaßt der Mikrocomputer^ eine Zeitbereich.sbewertung 17,
die vom Speicher 13 aktivierbar A-st, wenn dieser auf automatische
Nachtabsenkung oder eine andere Betriebsart gesetzt ist, bei der zu bestimmten vorwählbaren Zeiten' der Sollwert der Raumtemperatur
geändert werden soll. Im aktivierten Zustand vergleicht die Zeitbereichsbewer'tung'17 im Rhythmus, der' Ans'teuerimpulse der
BAD ORIGINAL
Ablaufsteuerung 26, die Echtzeit mit dem Speicherinhalt des Speichers 14 und gibt, .bei Übereinstimmung einen Steuerbefehl
zum Auslesen des für den beginnenden Zeitabschnitt vorgegebenen Sollwert vom Speicher ,15 in. ein,e Regelschaltung 24
an-diese ab. Die Schaltung 18 gibt bei Eintreffen-eines einem
positiven Sprung des Sollwertes entsprechenden Signals von ..·"'""'
der Regelschaltung 24 an diese.für eine bestimmte, der gewünschten·
Dauer des Überganges von dem niedrigeren auf ;den höheren Sollwert entsprechenden Zeit ein Signal an die Regelschaltung 24
ab, wobei die Schaltung 18 z.B.. einfach durch einen durch ein Signal der Regelschaltung 24 aktivierbaren Zähler gebildet sein
kann,der die Signale der Ablaufsteuerung'zählt und bei Erreichen
eines bestimmten Zählerstandes sein Ausgangssignal ändert und stehen bleibt. · ■ .
Dem externen Temperaturfühler 19./ der. mit einem "Analog-Digital-Wandler
verbunden ist, ist· an eine;n von der Ablaufsteuerung
gesteuerten Speicher 20 geführt. .Dabei übernimmt der Soeicher
bei jedem AnSteuersignal der Ablaufsteuerung·den momentanen Wert
und löscht den ältesten gespeicherten Wert, wobei immer mindestens zwei aufeinanderfolgende Werte.gespeichert sind .und der zuletzt
übernommene Wert der. Regelschaltung' 2.4 zugeführt wird. Im Rhythmus der Ansteuerimpulse der Ablaufsteuerung werden die im Speicher
gespeicherten Werte auch in einen Differenzierer 21 ausgelesen der aus diesen Werten den Temperaturgradienten bestimmt und
BAD ORiGIISlAL
der Regelschaltung 24 zuleitet, die ein Stellglied 2if des
Ventils {nicht dargestellt) steuert,.wobei das Stellglied 25 vorzugsweise durch einen auf den Ventilkörper des den Durchfluß
durch einen Heizkörper steuernden Ventils einwirkenden Stellmotor
' ,Jt-*— ■
gebildet ist. -'·'..■
Weites ist noch eine Zeitverzögerung 22 vorgesehen, die bei eiftera
von der Regelschaltung 24 kommenden, binem großen negativen Temperaturgradienten, wie er beim Lüf.ten auftritt, entsprechenden
Signal nach Ablauf einer Zeit von z.B·; 3 bis 5 .Minuten einen akustischen Signalgeber 23 auslöst. '■ : .
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Ablaufsteuerung in einem
gleichmäßigen Rhythmus, j edoch' zu.verschiedenen Zeiten, Ansteuerimpulse
auf die Leitungen 32, 33, 34 und 35 abgibt.
In Fig. 6 ist der in Fig. 3 mit strichpunktierten Linien
umrandete, die Regelschaltung -24 umfassende Teil des Mikrocomputers
im Detail gezeigt. , ' . ' .
Die Regelschaltung 24 umfaßt im wesentlichen einen mit dem Speicher 15 für die Sollwerte der Temperatur und über den als
Schieberegister ausgebildeten Speicher 20 mit dem Temperaturfühler
19 verbundenen Differenzverstärker 40, dessen Ausgang
mit Regelgliedern 41, 42,-43 verbunden ist, denen je ein variabler
Verstärker oder Abschwächer 44., :'45 , 46 , die von einer Rechen-
. BAD ORIGINAL
und Steuereinheit 47 gesteuert sind, welchen Verstärkern oder
Abschwächern eine Summierstufe. 48- und· dieser ein Speicher 4 9
nachgeschaltet sind. Weiters weist die Regelschaltung 24 noch zwei vom Differenzierer 21 versorgte Schwellwertschalter 50, 51,
von denen der Schwellwertschalter 50 auf einen einen bestimmten Wert übersteigenden negativen Temperaturgradienten und der Schwell-,
wertschalter 51 auf einen Temperaturgradienten>
0 anspricht, sowie ein dem Schwellwertschalter 50 riachgeschaltetes Zeitglied 52,
ein dessen und den Ausgang des Schwellwertschalter 51 verknüpfendes
ODER-Gatter 53 und einen weiteren Speicher 54 sowie einen Umschalter 55 auf, der mit dem; Stellglied 25 verbunden ist.
Der Differenzverstärker 4 0 vergleicht den zuletzt in den. Speicher
20 übernommenen Temperaturwert.mit dem vorgegebenen Sollwert,
wobei sein Ausgangssignal gleichzeitig von mehreren Regelgliedern,
z.B. einem Proportional-Regelglied 41, einem Integral-Regelglied 4 2 und einem nach einem weiteren' Algorithmus arbeitendem Regel
glied 43, das z.B. ein Deadbeat-Regelglied sein kann, verarbeitet. Wie strichliert angedeutet ist,· kann eine beliebige Anzahl von
Regelgliedern vorgesehen werden« So kann z.B. auch ein Differential-Regelglied
vorgesehen werden.' ·
Die Ausgangssignale der Regelglieder 41 bis 4 3 werden durch die
jedem Regelglied nachgeschalteten' variablen Verstärker oder Abschwächer
44, 45, 46, dessen Verstärkungs- oder Abschwächungsi-oktor
von der Rechen- und Steuereinheit 47 gesteuert wird,
RAD ORIGINAL -. i ■ Copy
verändert, um ein adaptives Rege.l verhalten zu erzielen.
Die Rechen- und Steuereinheit 4 7: wird1 mit den Tempera tür soliwerten
versorgt und errechnet bei einem positiven Sollwertsprung eine ideale Ubergangskurve und gibt;dil&se Werte, während der Übergangszeit der Raumtemperatur vom ersten auf den zweiten Sollwert
an den Differenzverstärker 40 ab, der sie mit dem ermittelten
Ist-Wert vergleicht. . .
Ergibt sich beim übergang der Raumtemperatur von einem niedrigen
auf einen höheren Sollwert nach einem Abtastintervall tau eine Abweichung von der errechneten idealen .Übergangskurve 72 (Fig.5),
so ändert die Rechen-.und.Steuereinheit -47 den Verstärkungs- bzw.
Abschwächungsfaktor der Verstärker und/oder Abschwächer 44, 45, im Sinne einer Annäherung..an die ideale kurve 72,. wie dies aus
den Knicken in den Kurven 73 Und 74, die Beispiele für den
möglichen Verlauf der Raumtemperatur bei einer Erhöhung des Sollwertes bei Verwendung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
darstellen. . ; ■
Die" Kurve 71 zeigt den Verlauf der Raumtemperatur bei Verwendung
eines herkömmlichen Thermostatventils, bei dem die Ä'nderungsgeschwindigkeit
saLnes Öffnungsverhältnisses durch entsprechende Maßnahmen begrenzt ist.· Dabei'wird zwar ein überschwingen der
Temperatur vermieden, doch muß eine extrem lange Aufheizzeit in Kauf genommen werden,-die außerdem-von-verschiedenen- baulichen
BAD ORIGINAL
Parametern abhängt. Die Kurve 7:0 zeigt den Verlauf der Raumtemperatur
bei einer sprunghaften Erhöhung des Sollwertes gleichfalls bei einem bekannten Heizkörper.ventil, wobei z.B.
wegen einer Uberdimensionierung-:des Heizkörpers für den Aufstellungsraum
oder einer plötzlichen Freradenergiezufuhr durch z.B. Sonneneinstrahlung ein Uberschwingen des erhöhten Sollwertes nicht zu vermeiden ist. - : .*""
Die Ausgangssignale der Verstärker und/oder Abschwächer 44,45,46 werden in der Summierstufe 48 zusammengefaßt und dem Speicher 49
zugeführt, wobei dessen Speicherwerte über den Umschalter 55 dem Stellglied 25 zugeführt werden, wobei vorausgesetzt ist,
daß,wie noch erläutert werden wird, kein-negativer Temperaturgradient
auftritt. ·''.""..'
Die vom Temperaturfühler 19 mit;angeschlossenen Analog-Digitalwandler
kommenden Signale werden im Takt.der Ablaufsteuerung 26
in den Speicher 20 eingeschrieben, und der am längsten gespeicherte
Wert wird gelöscht. Gleichzeitig wird der neu eingeschriebene Wert dem Differenzverstärker 40 und dem Differenzierer 21 zugeführt,
wobei letzterem auch der vorher gespeichert· Wert zugeführt wird und der Differenzierer 21 im Takt der Ablaufsteuerung
26 den Temperaturgradient ermittelt.'Dieser gelangt zu den beiden
Schwellwertschaltern 50, 51. Dabei spricht der Schwellwertschalter 50 auf einen, einen bestimmten Wert übersteigenden regativen
BAD ORIGINAL COPY
Temperaturgradient, wie er z.B. beim Lüften entsteht, an und setzt den Speicher 54.. Gleichzeitig wird auch das. Zeitglied 52
gestartet. Der Schwellwertschalter 51 spricht dagegen auf einen Temperaturgradienten >
O an und stellt' übe.r das ODER-Gatter 53,
das auch mit dem Zeitglied 52 verbunden ist, .den Speicher 54
zurück. Gleiches erfolgt auch nach dem Ablauf: des·· Zeitgliedes
Der Speicher 54 gibt, während er. · gesetzt '. ist, ein Signal an den"
Umschalter 55 ab, das diesen zum Umschalten bringt und in der umgeschalteten Stellung hält, in'der das Stellglied mit einer
festen Signalquelle 56 verbunden, ist, deren Signale das Stellglied
im Sinne des Schließens des Ventils beaufschlagen.
Gleichzeitig wird das dem gesetzten Speicher 54 entsprechende,
Ausgangssignal desselben dem Zeitglied 22 zugeführt, das es nach einer Verzögerungsze,i,t von z.B. 3 bis; 5 Minuten an den akustischen
Signalgeber 23 weitergibt und diesen aktiviert.
Nach Ablauf des Zeitgliedes 52 .oder Auftreten eines durch. Schließen
des Fensters bedingten positiven Temperaturgradienten und damit Ansprechen des Schwellwertschalters 51 wird <fler" Speicher 54 rückgestellt
und der Umschalter 55 .nimmt seinen :Ruhe~Schaltzustand
ein und der allenfalls aktivierte Signalgeber 23. wird deaktiviert.
BAD
- Leerseite -
Claims (6)
1.J Heizkörperventil mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der
Rcn-utemperatur, bei der wenigstens ein Sollwertgeber für die
Raumtemperatur und wenigstens ein.temperaturfühler vorgesehen
sind, die einen Regler,~der mit einem Stellglied In Verbindung __
steht, beeinflussen und bei der ein' Zeitgeber.und eine von diesem
gesteuerte Stelleinrichtung zur Änderung des Sollwertes auf. einen weiteren vorgegebenen Wert vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung einen Mikrocomputer aufweist, der eingangsseitig
an eine Bedientastatur (11), über welche u.a. die Sollwertvorgabe
erfolgt, angeschlossen ist,.an den wenigstens ein Temperaturfühler geführt ist und der über einen seiner Ausgänge «
das Stellglied" entsprechend einem •SollJ-istwertverglelch steuert... ' *
und bei einer Erhöhung des Sollwertes .eine Ubergarigskurve für den
Sollwert errechnet und den"Soll-Istwertvergleich riach dieser Kurve durchführt
und über weitere Ausgänge die Anzeigeeinheit steuert., welche vorzugsweise hinsichtlich, \\ der·.Anzeige von.der Bedientastatur
yoreinstellbaf "istv .···■·".-·· · · ■ ..';'-.
2. .Heizkörperventil·, nach Anspruch V,. dadurch gekennzeichnet, daß ;
der Mikrocomputer eine Rechen- und Steuereinheit (47) umfaßt, die :
bei Erhöhung des Sollwertes ;der Raumtemperatur :von T soll-alt auf ·"
T soll-neu unter Berücksichtigung einer gegebenenfalls einstellbaren
Zeitdauer t für den Übergang "der Raumtemperatur .auf den
neuen S.ollwer.t..eine._jLäea.le_üb.erjg.angs.kurye.idex.Raumtemperatur
im wesentlichen nach der Beziehung · '
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'.·.'■ · . -η ♦ tau T ist - ideal « 1P spll-alt + T soll-neu (1-e E )
errechnet j wobei tau einen;; Abstastintervall und η die Folge der
natürlichen Zahlen bedeutet, und der in Übereinstimmung hiemit den
Temperatursollwert aktualisiert. ··.'.;.
3. Heizkörperventil nach Anspruch. 1 oder. 2:, dadurch gekennzeichnet*
daß der Mikrocomputer .(VOÖ)?;/einen .bifferenzyerstärker (40)/der mit
dem Sollwertgeber (15) und dem Temperaturfühler (19) verbunden ist,
und dem ein oder mehrere Regelglieder (41, 42, 43)-mit unterschiedlichem Regelverhalten, z.B. proportionalen, integralem,
differentiellem, Deadbeat oder anderem .Regelverhalten, nachgeschaltet
sind, mit dem Ausgang eines.jeden dieser Regelglieder verbundene variable Abschwächer öder Verstärker (44, 45, 46)
und eine mit deren Ausgängen verbundene Summierstufe (48) sowie
einen setzbaren Speicher ..(49) und ^gegebenenfalls einen mit dem Stellglied verbundenen Umschalter (55) umfaßt.
4. Heizkörperventil nach einem.der Ansprüche 1 bis'3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer.Sollwerterhöhung der Differenzver- '
stärker (40) Punkte der errechneten idealen Ubergangskurve mit den tatsächlichen Istwerten vergleicht und die Rechen- und Steuer- ι
einheit (4 7) des Mikrocomputers entsprechend den Abweichungen die
Verstärkung bzw. Abschwächung der Verstärker bzw, Abschwächer (44, 45, 46)" verändert, um eine Anpassung ides Regelverhaltens an
die ideale Ubergangskurve zu erreichen. ··. . '
■ ' ' '■ . '■ ■ '';'■'■
5. He izkörperventil,--nach, einem der Ansprüche Ibis 4, dadurch . j . 3·
gekennzeichnet, daß derlMikrocomputer welters' ein .taktgesteuertes ':*·;"■
Schieberegister' (20), das die Temperatur-Istwerte im·Takt über- ; ^
.nimmt, eine dem Schieberegister (20) nachgeschaltete Differenzstufe
(21), die die Differenz zweier" zeitlich aufeinander folgender
Istwerte bildet, zwei der~Differenzstufe (21) parallel riachge- -"".: .
schaltete Schwellwertschalter (50, 51) ; .ein dem einen auf über-,.·;·- ; schreiten eines die normalen Regelbedingungen überschreitenden - ■-;.-': negativen Temperaturgradienten ansprechenden Schwellwertschalter '-:■ (50) nachgeschaltetes Zeitglied (52);, einen mit. seinem Setzeingang
diesem Schwellwertschalter (50) nachgeschalte.teh Speicher (54) , der über das Zeitglied (52) und/oder den'zweiten auf einen . .
Temperaturgradienten> 0 ansprechendem Schwellwertschalter (51) *; rücksetzbar ist, aufweist, wobei <3er Speicher ί5*4) in seinem ge- V setzten Zustand einen Umschalter 05)· in einem Schaltzustand hält, ! in dem dieser das Stellglied im Sinne des Schließens des Ventils' ; I beaufschlagt. ·'*■■ . ·' . ·· ' · ·-' · ί
Istwerte bildet, zwei der~Differenzstufe (21) parallel riachge- -"".: .
schaltete Schwellwertschalter (50, 51) ; .ein dem einen auf über-,.·;·- ; schreiten eines die normalen Regelbedingungen überschreitenden - ■-;.-': negativen Temperaturgradienten ansprechenden Schwellwertschalter '-:■ (50) nachgeschaltetes Zeitglied (52);, einen mit. seinem Setzeingang
diesem Schwellwertschalter (50) nachgeschalte.teh Speicher (54) , der über das Zeitglied (52) und/oder den'zweiten auf einen . .
Temperaturgradienten> 0 ansprechendem Schwellwertschalter (51) *; rücksetzbar ist, aufweist, wobei <3er Speicher ί5*4) in seinem ge- V setzten Zustand einen Umschalter 05)· in einem Schaltzustand hält, ! in dem dieser das Stellglied im Sinne des Schließens des Ventils' ; I beaufschlagt. ·'*■■ . ·' . ·· ' · ·-' · ί
6. Heizkörperventil· nach Anspruöh 5, dadurch gekennzeichnet, daß ' ::t^
der Ausgang des Speichers (54) über ein.weiteres Zeitglied (22) .·;■..4·:
mit änem akustischen Signalgeber .(23) verbunden ist. .
BAD ORIGINAL ί;·-!.·
Applications Claiming Priority (1)
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