DE3590371T - System zur Wohnraumbeheizung und -kühlung sowie Energieverwaltungssystem - Google Patents
System zur Wohnraumbeheizung und -kühlung sowie EnergieverwaltungssystemInfo
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Description
2j Hamburg, den 17. März 1986
Priorität: PCT/US/01420 27. Juli 1985 U.S.A.
Anmelder:
UHR Corporation 3590371
4562 Eisenhower Avenue
Alexandria, Virginia 22304
Alexandria, Virginia 22304
U.S.A.
System zur Wohnraumbeheizung und -kühlung sowie Energieverwaltungssystem
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Wohnraumbeheizung, der Belüftung und Klimatisierung (HVAC) und insbesondere
auf ein häusliches HVAC-System, das mit einer Energieverbrauchssteuerung für das Haus integriert ist.
Das Anwachsen der Energiekosten ist nicht ein zeitliches oder zyklisches Phänomen, sondern ein ständiges. Obwohl
von Zeit zu Zeit Veränderungen auftreten, ist es Tatsache, daß sich nicht erneuerbare Energiequellen im
zunehmendem Maße erschöpfen. Mit dem Verschwinden billiger Energiequellen und dem Hinzukommen teurerer Quellen bleibt
der Kostenzuwachs für den Verbraucher und für die Energielieferanten, d. h. der öffentlichen Einrichtungen. Es ist
daher nicht mehr länger logisch, bisher gebräuchliche Tarifstrukturen zu verwenden, in denen der Verbraucher
für einen höheren Energieverbrauch "belohnt" wurde. Wenn z. B. bei der Betrachtung elektrischer Energie große
Fluktuationen des Energieverbrauches auftreten, muß die Versorgungseinrichtung entweder ausreichend Energieerzeugungskapazität
aufbauen, um den Spitzenverbrauch an Kilowatt zu befriedigen oder muß Energie von anderen Einrichtungen
kaufen. Da derartige Bedarfsspitzen häufig zur gleichen Zeit in benachbarten Versorgungsnetzwerken auftreten,
ist es nicht immer möglich, zu kaufen und sofern diese vorhanden ist, ist es immer kostspieliger.
Da der Durchschnittswert des Energieverbrauches ansteigt, steigen die Spitzen im allgemeinen stärker an, so daß die
öffentlichen Einrichtungen dazu genötigt sind, große Kapitalinvestitionen für Erzeugungseinrichtungen einzusetzen.
Da es höchst wünschenswert ist, dieses zu vermeiden, folgt daraus, daß Schritte zu unternehmen sind,
Spitzen und Täler des Bedarfs auszugleichen, insbesondere den Energieverbrauch während Spitzenintervallen herabzusetzen.
Es ist natürlich außerdem bedeutsam, die Effektivität jedes Heizungs- und Kühlungssyste'ms im Netz zu
maximieren.
Die häusliche elektrische Energieverwendung hat am Spitzenbedarf in vielen Bereichen einen größeren Anteil. Wenn
ein Wohnraum allein betrachtet wird, hat dieser zwar keinen bedeutenden Anteil an den Spitzenbedarfskurven der
Energie, es ist jedoch erwiesen, daß Energieverwender in Wohnungen bestimmten Mustern folgen, die statistisch sehr
signifikant sind und daß diese Muster in einem gegebenen Bereich einen größeren Effekt auf den Spitzenenergiebedarf
in diesem Bereich haben. Beim Versuch diese Kenntnisse zu
nutzen, haben die Versorgungsunternehmen in vielen Bereichen Tarifstrukturen entwickelt, die auf den maximalen
Energieverbrauch einer Wohnung während Teilintervallen zwischen Spitzenbedarfszeiten abgestellt sind. Eine übliche
Technik besteht darin, den Verbrauch für halbstündige Intervalle zwischen jeder Stunde und jeder halben
Stunde (z. B. 10.00 Uhr und 10.30 Uhr) während der Spitzenverbrauchszeit von z. B. 9-00 Uhr und 21.00 Uhr zu
überwachen. Obwohl dies ein Schritt in die richtige Richtung ist, ist es für die meisten Hausbesitzer schwierig,
effektiven Gebrauch von derartigen Tarifstrukturen zu machen, da für sie kein praktischer Weg besteht zu erkennen,
wann die Energie von automatisch betriebenen Einrichtungen in ihren Wohnungen oder in welcher Höhe gebraucht
wird.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein häusliches HVAC-System anzugeben, das äußerst effektiv arbeitet.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein häusliches Heizungs-HVAC-Pumpensystem
anzugeben, das ein Steuersystem zur Überwachung des gesaraten Energieverbrauches des Gebäudes zur Überwachung des Laufes der Heizungs- und Kühlungseinrichtung
aufweist,so daß der maximale KVA-Verbrauch während Spitzenbedarfszeiten verringert werden kann.
Ein weiterer Zweck ist,es, eine Computersteuerung für ein
HVAC-Heizungspumpensystem anzugeben, das Software zur Steuerung zur Heizungs- und Kühlungsfunktionen aufweist,
um sowohl Komfort als auch Energieverbrauchskriterien zu erfüllen.
Um die Art und Weise, in der die vorstehenden und weitere
Aufgaben und Zwecke der Erfindung gemäß der Erfindung erreicht werden, im Detail zu verstehen, wird nachfolgend
ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Hinblick auf die Zeichnungen näher erläutert,
die einen Teil der Beschreibung bilden und in denen
Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise in Blockform, eines Systems gemäß der Erfindung ist,
Fig. 2 eine Vorderansicht des Steuerpultes einer Hausbesitzer-Console ist, verwendbar in dem
System von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer, mit dem System
nach Fig. 1 verwendbaren Steuereinrichtung ist,
Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung von Verschiebe(Offset)-Funktionen
des Systems ist und
Fig. 5 ein schematisches elektrisches Diagramm des Leistungs-Überwachungsschaltkreises eines
Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Kurz ausgedrückt beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zur
Steuerung eines Raumklimatisierungssystems zur Beeinflussung der Temperatur des Raumes innerhalb einer Struktur,
die mit elektrischer Energie in Intervallen von Spitzenverbrauch und Nichtspitzenverbrauch an elektrischer Energie
versorgt wird, und wobei das System eine thermische Speichermasse aufweist zur selektiven Übertragung von
Hitze zwischen der Speichermasse und der umgebenden Atmosphäre, Mittel zur selektiven Übertragung von
Hitze zwischen der Speichermasse und dem Raum und Mittel zur Überwachung der elektrischen Energie, die der
Struktur zugeführt wird. Das Verfahren beinhaltet die Schritte, eine Solltemperatur festzulegen, auf der der Raum
gehalten werden soll, einen Temperaturbereich anzugeben, innerhalb dessen die Speichermasse gehalten werden soll,
um durch Verwendung der Speichermasse den Raum klimatisieren zu können, Beeinflussung der Speichermasse während
Perioden des Nichtspitzenverbrauches durch Übertragung von Hitzeenergie zwischen der Speichermasse und
der umgebenden Atmoshäre, Ermittlung der Temperatur des Raumes und Beeinflussung des Raumes durch Übertragung von
Wärmeenergie zwischen der Speichermasse und dem Raum, wenn die Temperatur des Raumes von dem voreingestellten
Punkt durch einen gewählten Wert abweicht, ohne Rücksicht darauf, ob die Raumklimatisierungszeit während des
Spitzenbedarfs oder des Nichtspitzenbedarfsintervalls stattfindet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die Erfindung ein System zur Veränderung der Temperatur des
Inneren eines Gebäudes, das ein Verteilungskanalsystem zur Verteilung von Luft von einem Wärmeaustauscher auf
verschiedene Flächen des Gebäudes und ein Luftrückleitungskanalsystem
aufweist, das einen Wasserspeichertank enthält, d. h. einen Wasser-zu Luftaustauscher an der
Wärmeaustauschstelle.
Eine Pumpe läßt Wasser von dem Tank durch die Wärmeaustauscher zirkulieren und ein Lüfter führt Luft von
dem Luftzurückführungskanalsystem durch den Austauscher in die Verteilungskanäle. Eine Wärmepumpeneinrichtung
verändert die Temperatur des Wassers im Rank. Eine Steuereinrichtung steuert den Betrieb des Lüfters und der Wärmepumpe.
Die Steuereinrichtung gibt einen Temperatursollpunkt für den Raum vor. Die Temperatur der Rückkehrluft
wird beim Eintritt in die Wärmeeaustauscher von verschiedenen Bereichen des Gebäudes erfaßt. Die Steuereinrichtung
steuert die Energiezufuhr zum Lüfter und betätigt selektiv die Wasserpumpe, um Wasser durch die Wärmeaustauscher
zirkulieren zu lassen, während die Luft durch die Austauscher strömt, um den Raum zu klimatisieren,
wenn die erfaßte Temperatur der rückkehrenden Luft von einem vorbestimmten Wert in fallender Richtung vom Sollpunkt
abweicht.
Das System ist in Fig. 1 gezeigt mit einem Umkehrventil, das in einer Stellung zum Kühlen eines Innenraumes steht
und zunächst in dieser Stellung beschrieben wird. Das System, das als Luft-Wasser-Luftsystem angesehen werden
kann, enthält eine im Freien angeordnete Luftschlange 10, die einen Ventilator 11 zum Hindurchleiten von Außenluft
durch die Schlangen aufweist. Die Schlage 10 ist ein üblicher Kühlschlangenluftwärmeaustauscher einer Art, die
von verschiedenen Firmen im HVAC-Bereich angeboten wird. Im vorliegenden System ist diese physikalisch
und thermodynamisch in einer Weise aufgestellt, wie sie durch dieses Element normalerweise eingenommen wird. Die
Sturktur, die durch das System aufzuheizen und zu kühlen ist, ist durch die unterbrochene Linie 12 dargestellt,
die schematisch als Grenzen eines Wohnraumes betrachtet werden kann. Ein Ende der Schlange 10 ist mit einer
Leitung 13 verbunden, die in die Struktur führt und in ein Modul, das als Generatormodul 14 bezeichnet ist, deren
sämtliche Komponenten physikalisch innerhalb dieses Moduls innerhalb eines einzigen Gehäuses im vorliegenden
System angeordnet sind, im Gegensatz zur früheren Praxis. Die Leitung 13 ist mit einem thermostatischen Expansionsventil
16 verbunden. In Reihe damit auf das Expansionsventil folgend sind ein Trockenfilter 17f ein Sammler
18 und ein Ende der Kühlseite eines Kühler-Wasserwärmeaustauschers
HX-1 angeordnet. Das andere Ende des Kühlteils des Austauschers HX-1 ist über eine Leitung
mit einem üblichen Zweistellungen-Vierwegerückkehrventil verbunden, das allgemein mit 20 bezeichnet ist. Das Ventil
20 ist vorzugsweise durch einen Hubmagnet betätigt, dessen Steuerung später erörtert wird.
Das Ventil 20 ist in einer Position dargestellt, in der es im Kühlbetrieb arbeitet, in der die Leitung 19 über
das Ventil mit einer Leitung 21 verbunden ist, die zu einem Sammler 22 führt, und von der anderen Seite des
Akkumulators zur Saugseite eines üblichen Kompressors führt.
Der Kompressor 24 befindet sich in einer Stellung im Kühlsystem, die vom thermodynamischen Standpunkt als normal
betrachtet werden kann. Die physikalische Anordnung ist jedoch ungewöhnlich, in der Weise, daß der Kompressor innerhalb
des Behälters 14 in dem klimatisierten Raum 12 selbst angeordnet ist. Der Kompressor ist mit der üblichen
Kurbelkastenheizung 26 versehen. Die Druckseite des Kompressors 24 ist über eine Leitung 27 mit der Kühlseite
eines Kühler-Wasserwärmeaustauschers HX-2 verbunden, dessen andere Seite über die Leitung 29 zum Umkehrventil führt,
Im Kühlbetrieb ist wiederum die Leitung 29 mit einer
Leitung 30 verbunden, die zur anderen Seite der sich außen befindlichen Luftschlange führt.
Wie aus der schematischen Darstellung des Ventils 20 leicht erkannt werden kann, ist die Leitung 29 im Aufheizbetrieb mit der Leitung 19 und die Leitung 21 mit
der Leitung 30 verbunden.
Der Wasserkreislauf, der mit der Wasserseite des Austauschers HX-1 verbunden ist, enthält eine Pumpe P1,
eine im Innenraum befindliche Schlange, die mit 32 bezeichnet ist, und in Reihe dazu einen Heiz/Kühlwasser-Speicher
S1. Die Innenraumschlange 32 ist mit einem Lüfter oder Gebläse 3^ versehen, durch die Rückkehrluft
hindurchgezogen und über die Schlangen des Austauschers 32 für einen geeigneten Wasser-zu Luft-Wäwmeaustauech
geführt wird.
Die Wasserseite des Austauschers HX-2 enthält eine Pumpe P2, die angeschlossen ist, um Wasser durch die Wasserseite
des Austauschers HX-2 zu ziehen und Wasser zum untersten Teil eines häuslichen Heißwasserspeicherbehälters S2 zu
führen. Die andere Seite der Wasserschlange des Austauschers HX-2 ist mit einer Grundwasserversorgung und
einer Leitung 36 verbunden, die zum Boden des Containers S2 führt. Am oberen Ende des Containers S2 ist ein Heißwasserauslaß
37 angeordnet, der über ein Ablaßventil mit der Heißwasserversorgungsleitung 39 verbunden ist.
Die Leitung 36 ist außerdem mit dem Auslaßventil verbunden, so daß das Ventil eine geeignete Mischung von heißem
und Grundwasser bereitstellen kann, um Heißwasser einer gewünschten Temperatur zu erreichen. Die Container S 1
und S2 sind außerdem mit Widerstandsheizelementen 40 und 42 versehen, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, so
daß in bestimmten Umständen zusätzliche Energie zu dem System hinzugeführt werden kann, um das Wasser in einem
oder beiden Containern aufzuheizen. Das Element 40 besteht vorzugsweise aus zwei parallelgeschalteten Elementen,
wie dargestellt.
Es ist zu erkennen, daß der Austauscher HX-2 an der Ausgangs- oder Druckseite des Kompressors 24 angeordnet ist,
so daß der Austauscher immer mit Kühlmittel erhöhter Temperatur versorgt werden kann, die die Energie ergibt zur
Aufheizung des Wassers im Container S2 entweder im Aufheiz- oder im Kühlbetrieb, oder wenn gewünscht, wenn das
System nicht zum Heizen oder Kühlen verwendet wird. Jeder der Container S1 und S2 ist vorzugsweise ein 450-1-Heißwassertank,
wobei der Container S1 mit zwei 4,5 kW Heizelementen und der Container S2 mit einem 4,5 kW Heizelement
versehen ist.
Beim vorliegenden System, das sich von bekannten Systemen durch die Anordnung der Komponenten zueinander und der
nachfolgend beschriebenen Steuerungselemente unterscheidet, erlaubt das System, die Größe des Austauschers HX-2 so
zu vergrößern, daß er gleich der des Austauschers HX-1 ist. Dies ermöglicht es, daß das Kühlmittel in HX-2
vollständig kondensiert, ohne zu außergewöhnlichen Effektivitätsverlusten zu führen. Dieses Merkmal ermöglicht
die Erzeugung von häuslichem Heißwasser im Container S2 mit einer Mindesttemperatur von etwa 49° und etwa 55°
über das Jahr, wobei die äußere Umgebungsluft oder das
Wasser, das im Container S1 gespeichert ist, als Quelle
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der Energie für den Verdampfer dient. Es ist daher möglich, Heißwasser zur Verfügung zu stellen, auch wenn der
Raum innerhalb der Anordnung 12 nicht zum Heizen oder Kühlen verwendet wird, und das Heißwasser kann durch das
System mit einem augenblicklichen Wirkungsgrad von größer als 1 zur Verfügung gestellt wird.
Wie bereits vorgeschlagen, dient der Container S1 als
Speicher für Kaltwasser im Kühlbetrieb und als Speicher für Heißwasser im Heizungsbetrieb. Das Wasser in diesem
Behälter kann nur durch das Wärmepumpensystem gekühlt werden, es kann jedoch entweder durch die Wärmepumpe
oder durch eine übliche Widerstandsheizung aufgeheizt werden. Wie dargestellt wird, werden die Widerstandselemente
durch das System, wenn erforderlich mit voller Leistung außerhalb der Spitzenbedarfszeiten und während
Spitzenzeiten in einem geringen Maße verwendet, nur um eine minimale Raumklimatisierung zu erhalten.
Auf der anderen Seite sind der Container S 2 und seine zugehörigen Kreisläufe der Teil des Systems, der häusliches
Trinkwasser enthält, das entweder durch die Wärmepumpe oder die Widerstandselemente aufgeheizt werden
kann, jedoch in keiner Weise durch mechanische Mittel abgekühlt werden kann.
Es ist ebenfalls zu bemerken, daß die Luftschlange 32 und der zugehörige Lüfter 31* als einziger Austauscher dargestellt
sind, die Wärme an den zu steuernden Raum abgeben oder daraus entziehen. In dem beschriebenen System können
jedoch zusätzliche Luftkühlschlangen in paralleler Anordnung mit der Schlange 32 angeordnet werden, wobei jede
ein eigenes Gebläse aufweist. Dies ist ein besonderer Vor-
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teil der vorliegenden Erfindung, da das Abgrenzen von Bereichen in einem 1-Familienhaus mit verschiedenen
Lüfterschlangen bei bekannten Systemen eine Vielzahl
von Kühlkreisläufen für jede Zone erfordert.
Das System enthält außerdem eine Vielzahl von Sensoren, die an verschiedene analoge Eingänge des Steuersystems
angeschlossen sind, wobei diese Sensoren und deren ungefähre Orte durch mit Kreis versehene Großbuchstaben
neben den verschiedenen Orten in dem schematischeh Diagramm von Fig. 1 angedeutet sind.
Der Sensor A gibt ein Signal ab, das der Temperatur des flüssigen Kühlmittels nahe dem Wassereinlaß des Wärmeaustauschers
HX-1 entspricht, wobei diese Temperatur durch das Zeichen THX-1 angegeben ist. Diese Temperatur zeigt
die Temperatur der ablaufenden Flüssigkeit im Aufheizmodus und der Verdampfungstemperatur im Abkühlbetrieb an.
Der Sensor B gibt ein analoges Eingangssignal ab, das die Temperatur der Flüssigkeit außen (TLIQ) darstellt,
die durch Messung der Temperatur des flüssigen Kühlmittels am Flüssigkeitsverteiler der Außenschlange ermittelt
wird. Diese repräsentiert die Verdampfungstemperatur im Aufheizbetrieb und der ablaufenden Flüssigkeitstemperatur
im Kühlbetrieb.
Der Sensor C ermittelt die Kompressorentladetemperatur
(TDIS) und mißt die Temperatur des unter Hochdruck stehenden Kühlmittelgases, wie es den Kompressor verläßt, während der
Zeiten, während der Kompressor in Betrieb ist.
Der Sensor D mißt die Speicherwassertemperatur (TSTO) durch Messung der Temperatur des Wassers, das in den
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Austauscher HX-1 eintritt. Daraus ergibt sich die Temperatur
des Speicherwassers oben im Tank S1.
Der Sensor F mißt ein häusliches Heißwassertemperatursignal (TDHW), wobei dieser Sensor die Temperatur des
Wassers mißt, das in die Wasserseite von HX-2 eintritt.
Der Sensor G mißt die Temperatur der umgebenden Luft (TAMB) durch Ermittlung der Temperatur an der Einlaßseite
des Austauschers 10.
Der Sensor H ermittelt ein Maß für die Temperatur des überwachten Raumes durch Messung der Unlufttemperatur
(TRETA), wobei diese Temperatur die mittlere Lufttemperatur im Raum während des Lüfterbetriebes angibt und die
zu dieser Zeit für thermostatische Zwecke verwendet werden kann. Da der Sensor H auf der Eintrittsseite des Austauschers
34 angeordnet ist, kann die durch den Sensor H ermittelte Temperatur nur dann als gültige verwendbare
Temperatur angesehen werden, wenn der Lüfter 34 in Betrieb
ist und eine Zeitlang gelaufen ist. Zu anderen Zeiten kann die Temperatur des Sensors H sich über einen weiten Bereich
ändern und wird unberücksichtigt gelassen. Durch Anordnung des Sensors H an dieser Stelle wird ein besonderer Vorteil
erreicht, da die Umluft zu dem Sensor von verschiedenen Teilen der Anordnung 12 zugeführt wird und vermischt ist,
so daß der Sensor H einer Temperatur ausgesetzt ist, die der Temperatur der gesamten Anordnung wesentlich besser
entspricht als sie durch einen einzelnen Thermostat ermittelt werden kann, wobei es nicht darauf ankommt, wie
genau man die Stelle des Thermostaten bestimmt. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, daß die Steuereinheit für das
vorliegende System in jedem Bereich des Hauses angeordnet werden kann, wobei dies unter ästhetischen Gesichtspunkten,
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Bequemlichkeit oder anderen Faktoren gewählt werden kann und nicht mehr auf Orte beschränkt ist, die für das Temperaturerfassungselement
geeignet sind.
Ergänzend zur Darstellung in Fig. 1 enthält das System der vorliegenden Erfindung Eingänge für Strom und Spannungssensoren,
die mit der Stromversorgung für den Raum verbunden sind. Natürlich sind die gemessenen Ströme und
Spannungen in dieser Verbindung nicht nur die Spannungen und Ströme des Luftklimatisierungssystems selbst, sondern
die gesamten Strom- und Spannungsmengen, die zum gesamten Haus geführt werden. Durch Messung dieser Mengen und geeigneter
Anwendung in Verbindung mit dem Betrieb des Wechselspannungssystems, kann der effektivste Energieverwaltungsbetrieb
erreicht werden.
Andere Eingangswerte zum System werden später beschrieben.
Der Betrieb des Kompressors, der Pumpen und Lüfter wird durch ein Steuergerät kontrolliert, das physikalisch in
einem Produktsteuergerät 45 eingebunden ist, das zusammen mit dem Bedienungspult (HOC) 44 des Hausbesitzers zusammenwirkt,
das innerhalb der Wohnung 12 dargestellt ist. Das Steuergerät 45 ist in dem Modul 14 angeordnet und durch
eine geeignete Kabelverbindung mit den genannten Systemsensoren und den zu betätigenden Komponenten verbunden, wobei
diese Kabelverbindungen aus Vereinfachungsgründen in Fig. ausgelassen sind.
Das Pult 44 kann verschiedene Formen aufweisen, es enthält jedoch vorzugsweise verschiedene Steuerglieder, die durch
den Hausbesitzer eingestellt werden können, um Betriebsarten, Zeiten und Temperaturen zu wählen, die in der Wohnung
eingehalten werden sollen und Anzeigen, die ihm oder ihr
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«51 *r_
den Zustand in dem System anzeigen. Dies bildet die Kommunikationsart
zwischen dem Systemsteuergerät und dem Hausbesitzer.
Bevor näher auf das Steuergerät und seine Programmierung
eingegangen wird, werden einige grundsätzliche Konzepte der Systembedienung besprochen. Das erste Konzept ist
der "Schwungrad"-Effekt, der durch ein Speichertanksystem
in der Anordnung nach Fig. 1 erreicht werden kann. Es ist zu beachten, daß sowohl der häusliche Heißwasserspeichertank
S2 (DHW) und der Speichertank S1 auf der Belastungsseite des Kompressors liegen, welches eine ungewöhnliche
Anordnung ist. Normalerweise liegt nur ein Wärmeaustauscher, wie HX-1 oder Austauscher 32 (abhängig vom Systemtyp) auf
der Belastungsseite des Kompressors und einige Speichermittel, sofern sie existieren, wurden auf der Quellenseite
liegen. Das Vorsehen des Speichers S1 auf der Belastungsseite zusammen mit S2 ermöglicht es, daß der Kompressor
das Wasser im Tank S2 erwärmt, sowohl im Heizungs- als auch KUhlbetrieb, und das Wasser im Tank S1 nach Bedarf
aufzuheizen oder abzukühlen.
Ein zweites Konzept beinhaltet den Schwungrad-Effekt,
hängt jedoch auch von der Überwachung der dem Haus zugeführten Energie ab. Wie bereits ausgeführt, gibt es verschiedene
Stunden des Tages, die Spitzenbedarfsstunden für die Versorgungsunternehmen zur Zuführung elektrischer Energie
sind, und jedes Versorgungsunternehmen muß Erzeugerkapazität aufbauen und alternative Energiequellen aufgrund dieser
Spitzen planen. Zur Zeit sind viele Versorgungstarife während Spitzenstunden höher als während der Nichtspitzenstunden
und es ist klar, daß solche Tarifstrukturen in naher Zukunft in allen Metropolen vorhanden sind. Die Tarifstrukturen
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sind derart ausgebildet, daß der Leistungsverbrauch jedes Haushalts wiederholt über festgesetzte Zeitintervalle
gemessen wird, z. B. über eine halbstündliche Periode, und die maximale Verbrauchsleistungsmessung als Grundlage
zur Ermittlung des zu zahlenden Tarifs für den Haushalt verwendet wird, d. h. sowohl Verbrauch als auch Bedarf
werden berücksichtigt.
Es ist für die Bewohner eines Haushalts natürlich notwendig, verschiedene elektrische Verbraucher in dem Haushalt
(außer dem Heizungs- und Kühlungssystem) zu bestimmten Stunden während der Spitzenperioden zum Kochen, Lesen,
Kühlen, Reinigen oder zur Ausführung anderer Aufgaben zu verwenden. Ökonomisch wäre es wünschenswert, wenn die Heizungs-
und Kühlungsbelastung auf Zeiten gelegt werden könnte, in denen der Leistungsverbrauch anderer Anwendungen ein
Minimum ist, oder auf Nichtspitzenstunden, oder beides. Dies würde nicht nur die Kosten der Elektrizität für den Hausbesitzer
verringern, sondern würde auch den Versorgungsunternehmen zugute kommen, da dadurch ein verringerter Bedarf
an aufzubauender zusätzlicher Erzeugungskapazität erreicht werden könnte.
Normalerweise ist eine solche Anordnung nicht möglich ohne einschneidende Änderungen des Lebensstils der Hausbesitzer.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, den Energieverbrauch eines gesamten Haushalts zu überwachen, und
das Heizungs- und Kühlungssystem zu betätigen (und insbesondere den Kompressor und/oder die Widerstandsheizungen)
für Zeiten, in denen die sonstige Hausleistung am geringsten ist, Dies ist außerdem möglich, weil das Einbringen oder das Herausziehen
von Energie in/oder aus den Tanks S1 und S2 im wesentlichen unabhängig von dem augenblicklichen Raumklimatisierungsbedarf
des Haushalts und dem Betrieb des Lüfters 3^
- 16 -
ist. Wenn daher sogar die Widerstandselemente 40, 42 wegen extrem kalter Bedingungen verwendet werden müssen,
können diese Elemente zu den vorteilhaftesten Zeiten aus der Sicht der Energieverteilung heraus betrieben werden.
Das Bedienungspult 44 ist außerdem mit einem Indikatorlicht für "Spitze" und einem hörbaren Signal versehen,
das dem Besitzer erlaubt, durch Vermeidung des Spitzenzeiten-Verbrauchs von starken Stromverwendern, wenn
möglich, sparsam zu sein.
Aufgrund der etwas vereinfachten Darstellung im vorhergehenden wird dessen Basis und die Systemanwendung aus
folgendem klarer.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bedienungspults 44 ist in Fig. 2 dargestellt und enthält die folgenden
Einsteller und Anzeigen:
a) einen Betriebsartschalter 48, der zur Einstellung und Anzeige eines Heizungsbetriebes, eines Kühlbetriebes
oder "Aus" verstellbar ist,
b) einen Schalter 49, um "nur Lüfter" während des "Aus" Betriebes einzustellen und anzuzeigen,
c) Schalter 50 und 51, um Tag- und Nachtverschiebungen einzustellen
und anzuzeigen (d. h. Ein oder Aus),
d) ein Wählrad 53, das mit einem Potentiometer verbunden ist, das dem Hausbesitzer ermöglicht, eine gewünschte
Temperatur einzustellen, auf die das Wohnungsinnere aufgewärmt oder gekühlt werden soll,
e) ein Wählrad 55, das mit einem Potentiometer verbunden ist, das dem Hausbesitzer/Inhaber ermöglicht, eine Verschiebung
einzustellen, d. h. eine Gradzahl, durch die
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die eingestellte Temperatur während gewählter Intervalle
entweder im Aufwärm- oder im Kühlbetrieb verändert wird,
f) Wählräder 57 und 58 (ebenfalls mit Potentiometern verbunden), um die Zeiten einzustellen und anzuzeigen, zu denen
das System eine Verschiebung vornimmt (d. h. Anheben oder Absenken) bei Nacht und während des Tages,
g) Wähler 60 und 61 mit Potentiometern, um die Zeiten einzustellen,
zu denen das Verschieben beendet wird,
h) ein "Bestätigungs"-Licht 63, um dem Verwender zu informieren,
daß neue Bedienungseinstellungen durch das System akzeptiert wurden,
i) Leuchten 64 bis 69 zur entsprechenden Anzeige, daß das
System betätigt wird, daß Service benötigt wird, daß es für elektrische Energie in einem Zeitraum des Spitzentarifs
arbeitet, der Betriebsbereitschaft, um anzuzeigen,
daß das System sich im Verschiebebetrieb befindet, und um Komfortbereitschaft anzuzeigen, wie noch beschrieben
wird,
j) einen Tageslicht/Normalzeitschalter 70,
k) einen Spitzenvermeidungsschalter 72, der die Auswahl entweder der ökonomischten Methode des Betriebes (HI)
oder des größten Komfortbetriebes (LO) ermöglicht,
1) einen Audio-Ein-/Aus-Schalter 73,
m) einen Lautstärkeschalter 7^,
n) einen Betriebswechselschalter 76, der zur Änderung der
Verschiebebedingung verwendet werden kann und
o) ein Heißwasser-Ersparniswählrad 78.
Selbstverständlich können verschiedene dieser Steuerungen kombiniert oder anders angeordnet sein, die grundsätzlichen
Funktionen sollten jedoch beibehalten bleiben.
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Fig. 3 zeigt in sehr vereinfachter Blockform die Datenflußverbindungen
zwischen den Komponenten. Das Hausbesitzer-Bedienungspult 44, das nicht nur die Anzeigetafel
enthält, die in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben ist, sondern auch einen Grad an Datenverarbeitungskapazität,
ist mit dem Steuergerät 45 durch eine bi-direktionale serielle Leitung 80 verbunden, das sich vorzugsweise innerhalb
oder auch außerhalb des Generators 14 befindet. Das Produktsteuergerät liefert Ausgangssignale, um die HVAC-Komponenten
zu betätigen, die in Fig. 3 zusammen als Block 82 gruppiert sind. Die Eingangssignale des Prodüktsteuergerätes
45 schließen diejenigen ein, die von der Hausbesitzer-Konsole 44 auf der Leitung 80 empfangen werden und
ebenfalls die Eingangssignale von 11 Sensoren, die zusammen
als Block 84 gruppiert sind. Zum Zweck des Services und der Wartung einiger Eichfunktionen kann eine Monitoreinheit
86 mit dem Steuergerät verbunden sein.
Das Hausbesitzer-Bedienungspult enthält Software, um die Stellungen der verschiedenen Schalter und Wähler zu überprüfen
und diese Information zum Produktsteuergerät auf der Leitung 80 zu übertragen, und enthält ebenfalls die notwendige
Software, um Meldungen von dem Produktsteuergerät zu empfangen und Meldungen zur Übertragung zu dem Produktsteuergerät
vorzubereiten. Die Produktsteuergerät-Software arbeitet, wie weiter beschrieben wird, auf der Basis von
Zeitabschnitten (Epochen), die etwa 4 Sekunden lang sind und während denen verschiedene Schritte ausgeführt werden.
Während jedes Zeitabschnittes wird durch die Software des Produktsteuergerätes eine Bedienungsabfrage-Meldung erstellt
und auf das HOC übertragen, wo die Meldung dazu benutzt wird, den Status der Indikatorlampen und des Audioalarms neu
einzustellen. Als Antwort auf den Empfang einer Meldung von PCON erstellt HOC eine Meldung und gibt sie an PCON zurück, die
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eine Information über neue Wähler- oder Schaltereinstellungen enthält, die getätigt wurden. Diese Meldung wird
dann von PCON in der Epoche verwendet, die derjenigen folgt, in der sie empfangen wurde. Die Meldung von HOC nach PCON
enthält den Status von 7 der Schalter (alle außer dem Audioschalter 73) und verwendet 8 Bit für diesen Zweck. Der Betriebsartschalter
48 und der Lüfterschalter 49 verwenden zusammen 3 Bit, weil der Betriebsartenschalter ein 3-Positionsschalter
ist und der Lüfterschalter durch seine "Aus"-Position
bestimmt ist. Jeder der anderen Schalter verwendet 1 Bit.
Der HOC-Softwarecode ist in einem ROM-Speicher (read only
memory) gespeichert und das gleiche Programm wird zyklisch wiederholt.
Die Software übernimmt die Funktionen des Lesens der Wähler und Schalter, die durch den Besitzer gesetzt sind, und das
Schreiben dieser Werte zum PCON in der vorstehend beschriebenen Meldung. Die Software ermöglicht außerdem ein schnelles
feadback zum Hausbesitzer durch Aufleuchten der Bestätigungslampe 63, wenn eine Wähler- oder Schalterstellung verändert
wurde. Diese Rückkopplung wird erreicht, wenn der Wechselschalter 76 gedrückt wird, indem die Verschiebe-Lampe
68 für eine vorbestimmte Zeit blinkt. Die Software überwacht Sicherheitsbedingungen und akzeptiert LED- und
Audiosteuerwerte von der PCON. Auf der Basis der von der PCON empfangenen Werte werden die verschiedenen Leuchten
- 69 gesteuert und die Software ist außerdem in der Lage mit PCON zusammenzuwirken, um verschiedene Eichprozeduren
durchzuführen, obgleich die Software ihre Funktionen auch erfüllt, wenn oder wenn nicht Eichfunktionen ausgeführt
werden. Daraus ist zu entnehmen, daß die HOC-Software als
Interface zum Hausbesitzer dient und Informationen an PCON ermöglicht und damit im wesentlichen ein
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Puffer zwischen PCON und dem Hausbesitzer ist.
Zurückkommend auf das Zeitsegmentkonzept enthält der PCON zwei Taktgeber, von denen einer als Relativzeitgeber
(ER) Zählimpulse mit einer Rate von 12 pro Sekunde von einem Systemtaktoszillator empfängt, der die grundsätzliche
Taktung ergibt, die erforderlich ist, um die verschiedenen Anwendungen zu koordinieren. Der Relativzeittakt
erzeugt ein Rechtecksignal, das Low für eine sechzigstel Sekunde ist und High für vier sechzigstel
Sekunden ist. Die fallende Flanke jedes Rechtecksignals wird gezählt und 48 solcher Rechteckwellen werden verwendet,
um eine Zeitperiode zu definieren, die daher 4 Sekunden dauert. Das System enthält auch einen relativen Starttakt
(SR), der zu Beginn jedes Zeitsegments neu gesetzt wird, der jedoch einen Takt aufweist, der ein Vielfaches von 4
ist. Der Relativstarttaktgeber wird niemals zurückgesetzt.
Die ersten zwölf Impulse des relativen Zeittaktes werden verwendet, um ein Intervall zu definieren, während dem eine
Information vom HOC empfangen wird und während dem ein größerer Teil der Informationsverarbeitung durch die Produktanwendungs-Software
(PAS) aufgeführt wird. Die Kommunikation innerhalb des Systems folgt der PAS-Verarbeitung. Das
verbleibende Intervall wird auch zur Kommunikation innerhalb des Systems und für andere Funktionen verwendet.
Es ist notwendig, das Verschiebekonzept anzuführen, um die Funktion des Schaltknopfes am HOC 44 zu erklären. In Fig.
ist eine Zeitskala dargestellt mit 12.00 Uhr Mitternacht, 12.00 Uhr mittags und 12.00 Uhr Mitternacht eines dargestellten
Tages. Zwei Verschiebeintervalle sind über der Zeitlinie dargestellt, wobei die Verschiebung 1 vom frühen
Morgen bis gerade nach Mittag läuft und die Verschiebung
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2 sich vom späten Nachmittag bis gerade vor Mitternacht erstreckt. Es gibt keinen Grund, warum diese Intervalle
nicht entweder langer oder kurzer sein können und keinen Grund, warum diese sich nicht überlappen können. Zum
Zwecke der Illustration ist jedoch die dargestellte Anordnung geeignet. Diese Intervalle werden durch Setzen der Anfangsund
Endzeiten der Verschiebewähler 57, 58, 60 und 61 für die Perioden 1 und 2 und Schalten der Schalter 51 und 52
in ihre Ein-Stellungen erzeugt. Während dieser Perioden liegt eine Verschiebung vor, deren Wert durch Einstellen des Wählers
55 bestimmt ist, der eine Zahl von höheren oder tieferen Geraden entweder im Kühl- oder Heizbetrieb zeigt als die
Grundtemperatureinstellung, die durch die Stellung des Wählers 53 eingestellt ist. Wenn das System in einer der
Verschiebeperioden arbeitet, ist die Verschiebelampe 68 beleuchtet.
Wenn aus irgendeinem Grund der Hausbesitzer entscheidet, daß die Verschiebung nicht länger in Betrieb sein soll öder
wenn eine Verschiebung nicht in Betrieb ist und der Hausbesitzer entscheidet, daß diese sein sollte, dann wird der
Änderungsknopf gedrückt. Das System folgt dem Protokoll zur Erkennung lediglich des Beginns einer Verschiebung, die als
erstes eingegeben ist. Wenn angenommen ist, daß der Änderungsknopf zur Zeit A in Fig. 1 betätigt wird, wird die
vordere Kante der Verschiebung 1 auf Position A gesetzt, wobei das System in die Verschiebung gesetzt wird und darin
belassen wird, bis das Ende der Verschiebung 1 erreicht ist. An diesem Punkt verläßt das System die Verschiebung
und verbleibt außerhalb der Verschiebung bis zum Beginn des Verschiebeintervalls 2. In der nächsten 2U-Stunden-Periode
wird jedoch die Zeit A nicht wiedererkannt; die Verschiebung 1 beginnt zu der Zeit, die durch den Wähler 57 eingestellt
ist.
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Wenn der Ä'nderungsschalter zur Zeit B betätigt wird, verläßt
das System die Verschiebung 1 und verbleibt außerhalb der Verschiebung bis zum Beginn des Verschiebeintervalls
In jedem Fall blinkt die Verschiebelampe, wenn der Knderungsschalter
heruntergedrückt wird, für eine vorbestimmte Zahl von Sekunden, um anzuzeigen, daß die Änderung gemacht
wurde.
Die HOC-Software überwacht, wie bereits genannt, auch die Sicherheitsverhältnisse. Wie bereits angedeutet, ist PCON
programmiert, um eine Meldung zum HOC in jeder Epoche zu übertragen. Wenn keine Meldung vom PCON in einem vorbestimmten
Intervall von z. B. 12 Sekunden empfangen wird, erlöscht die Betriebsleuchte 64 und die Serviceleuchte 65
wird beleuchtet, wodurch dem Hausbesitzer angezeigt wird, daß etwas nicht richtig arbeitet und das -System Wartung
erfordert. Alle anderen Lampen sind gelöscht.
Wie aus dem Vorhandensein eines Audioschalters und eines
Lautstärkestellers erkennbar ist, wird ein Audiosignal als Antwort zu einer Nachricht vom PCON von der Hausbesitzerkonsole
erzeugt, daß Bereichsgrenzen überschritten sind, welches dem Hausbesitzer die Möglichkeit gibt, die
Betriebsart des Systems zu ändern, um unnötige Kosten zu vermeiden.
Eine Beschreibung der Software-Organisation und deren Einsatz
ist in Beschreibungsform vorgesehen, in der Erwägung, daß die spezifischen Programmschritte, die zur Ausführung
der Details verwendet werden, aus diesem Bericht in jeder geeigneten Sprache abgeleitet werden können, mit
denen ein erfahrener Programmierer vertraut ist. Die gewählte Programmiertechnik für das Steuergerät ist modular
und enthält eine Software-Interrupt-Technik.
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Der Betrieb der Software-Module wird nicht sequentiell
ausgeführt, sondern normalerweise gleichzeitig und generell unabhängig voneinander.
In einem "Prüfung, Initialisierung"-Modul werden die
grundsätzlichen Zeitfunktionen für den Software-Betrieb festgelegt und überprüft. Wie bereits angedeutet, verwendet
die Software ein Intervall, das Epoche genannt wird, das Segmente enthält, während denen bestimmte
Vorgänge durchgeführt werden oder können. Der Betrieb wird mit einer Startepoche begonnen, die 4 Sekunden
läuft und eine Initialisierungsperiode, die 134 Epochen
aufweist. Diese unterscheiden sich von allen anderen Epochen dadurch, daß einem Zweig eines bedingten tibertragungsstatements
gefolgt wird, wenn die Anlage das erste Mal in Betrieb gesetzt wird, während in folgenden Epochen
dem anderen Zweig gefolgt wird. Während der ersten Epoche werden Anfangsbedingungen für verschiedene Werte gesetzt
und Anfangs-Lesungen ausgeführt. Danach ist die normale Epochenlänge 4 Sekunden, wie bereits beschrieben, von der
etwa 1 Sekunde zur Ausführung verschiedener Teile der Software benötigt wird und in der ein Wort gebildet ist, das
die gewünschten Handlungen identifiziert. Das Wort wirkt nach einer besonderen Prioritätsart in einem getrennten
Software-Modul. Die verbleibenden 3 Sekunden werden verwendet für die Kommunikation. In diesem Zusammenhang beinhaltet
Kommunikation die Übertragung der Werte zu und von HOC 44 und das Aktivieren oder Deaktivieren der Komponenten
des Systems. Während der ersten Sekunde jeder Initialisierungsepoche durchläuft das System die Module der Software,
um diese nach Flags abzusuchen, die eine besondere Handlung erfordern.
- 24 -
In diesem System werden normierte Werte anstelle von absoluten Werten verwendet. In einem Modul, das "normiere
AD gewandelte Zähltakte11 genannt wird, werden alle analogen Sensormessungen in eine digitale Form durch Verwendung
eines Spannungsfrequenzwandlers umgewandelt und die rohen Zähltakte, die aus dieser Umwandlung resultieren, werden
während eines 4/60-Sekunden-Leseintervalls empfangen. Diese
Zähltakte werden dann normiert oder auf einer Basis skaliert von z. B. O - 4.000 Zähltakte entsprechend 0 bis
5 Volt. Der Umwandlungsprozeß ergibt ein hohes Maß von Rauschimmunität für das System, ein bedeutender Punkt in
einem Wohnraum, der eine elektrisch stark rauschende Umgebung ist.
Ein bedeutender Teil des vorliegenden Systems ist die Überwachung von Strom und Spannung, d. h. der Leistung, die der
Wohnung oder dem anderen Raum, in dem das System installiert ist, zugeführt wird. Die Leistungsüberwachung wird, wie
oben genannt, verwendet, um zu entscheiden, wann es ökonomisch am sinnvollsten ist, Komponenten des HVAC-Systems
zu betätigen und diese Komponenten zur sinnvollsten Zeit zu betätigen, wobei Komfortkriterien berücksichtigt werden.
Die Leistungsüberwachung wird ebenfalls verwendet, um zu sehen, wann eine Komponente des Systems nach Abgabe eines
"Starf'-Kommandos betätigt wird, und einen geeigneten Betrieb
zu entwickeln, z. B. durch Prüfen des Stromes, der durch einen Lüftermotor nach seiner Betätigung gezogen wird.
Zusätzlich wird das Anwendungslicht 67 am HOC 44 betätigt,
um den Hausbesitzer darüber zu informieren, daß der Raum über ein vorgewähltes Niveau des elektrischen Verbrauches
betrieben wird und daß die Kosten der verwendeten Energie durch Ausschalten oder Nichtverwenden von Anwendungen zu
- 25 -
2t
dieser Zeit, z. B. durch Auslassen des Betriebes eines Geschirrspülters reduziert werden können.
Um den Strom zu überwachen, ist ein Ringkerntransformator mit jedem Zweig der Kraftleitungen verbunden, die die
Wohnung gemäß Schematisierung in Fig. 5 versorgen. Dabei enthält die Leitung L. einen damit gekoppelten Transformator
88 und ein ähnlicher Transformator 89 ist mit der Leitung L2 gekoppelt. Ein geeigneter Transformator hat
ein Stromübersetzungsverhältnis von etwa 200 : 5. Die Ausgänge der Transformatoren 88 und 89 sind mit Stromspannungskonvertern
90 und 91 verbunden. Diese Konverter sind identisch, wobei jeder Konverter ein Eingangswider--Standsnetzwerk
R„ aufweist, um eine Eingangsimpedanz gemäß den Spezifikationen des Herstellers vorzusehen, um die Ausgangsströme
des Transformators innerhalb der Konstruktionscharakteristiken zu halten. Die Spannung über RM wird an
den Eingang eines Verstärkers 92 angeschlossen, der eine Verstärkung von etwa 12,5 aufweist, wobei der Ausgang des
Verstärkers über einen Strombegrenzungs-Reihenwiderstand 94 auf einen Gleichrichter 96 geleitet ist. Die gleichgerichtete
Spannung wird in einem Kondensator 98 gespeichert, der zwischen dem Diodenausgang und der Masse geschaltet ist,
wobei der Kondensator einen Ableitwiderstand 99 aufweist, der damit parallel geschaltet ist.
Die Spannungsausgänge der Schaltungen 90 und 91 sind über einen Multiplexschaltkreis (MUX) 100 mit dem Eingang
eines Analog/Digitalwandlers 101 verbunden, der den Spannungsfrequenzwandler
darstellt, und der ein Ausgangssignal erzeugt, das aus einer Zahl von Pulsen besteht, die
proportional der Amplitude der gemessenen Spannung sind. Die Werte des Kondensators und der Ableitwiderstände 98,
sind derart gewählt, daß der Spannungswert lange genug gehalten wird, um ihn zu lesen und durch MUX und ADC 100,
auszulesen und umzuwandeln, jedoch so, daß der Wert am
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Kondensator 98 sich ändert, wenn der Stromeingang plötzlich abfällt.
Fig. 5 zeigt schematisch ebenfalls die Spannungsmeßtechnik,
die in der Praxis etwas einfacher ist. Die Untersetzungstransformatoren,
die generell mit 103, 104 bezeichnet sind,
verbinden die Spannungen, die proportional zu den Leitungsspannungen V1 und Vp sind, mit Spannungsteilern, die die
Widerstände IO6, 107, IO8 und 109 aufweisen. Jedes Paar
Widerstände I06, 107 und IO8, 109 liegt im Wert um 1 Megaohm
oder mehr. Die Spannung, die an der Verbindung zwischen den Widerständen 106 und 107 erscheint, ist mit dem Vorbereitungsschaltkreis 111 verbunden. Die Schaltungen 110
und 111 sind ebenfalls gleich und enthalten einen Strombegrenzungswiderstand 113, eine Gleichrichterdiode 114 und
einen parallelen Schaltkreis mit einem Kondensator 116 und einem Ableitungswiderstand 117· Wiederum speichert jede
Kapazitäts-Widerstandschaltung eine Spannung, die über den MUX 100 mit dem ADC 101 zur Umwandlung verbunden ist.
Daher empfängt ADC 101 eine Spannung E1 proportional zu
V1, und in einem anderen Zeitspalt eine Spannung Ep von
der Schaltung 111, die proportional zur Spannung V„ ist. Im normalen Betrieb sollten die Spannungen, die gegen Masse
gemessen sind auf den Schienen L1 und L~ im wesentlichen
gleich sein und die PCON Software ermittelt dies, um zu bestimmen, ob die Lesesignale, die vom Konverter 101 empfangen
werden, als gültige Werte anzusehen sind. Wenn dies so ist, können diese Werte durch Festlegen eines Korrekturfaktors in einer Tabelle geeicht werden, so daß es nicht notwendig ist, irgendwelche Werte im Schaltkreis physikalisch
einzustellen.
Die Eichung der Spannungslesesignale E1 und Ep wird durch
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Aufstellen der Beziehung festgelegt, daß, wenn V1 = I38 V
effektiv ist, E1 = 5 Volt ist, und wenn V1 = 0 ist, E1 =
ist. Der Wert von E1 bei jedem V1 kann dann durch Verwendung
folgender Gleichung gefunden werden:
V1 = E1 . 138 . M
1 1 —
1 1 —
wobei M ein Korrekturfaktor in der Nähe von 1 ist. Die Software führt diese Veränderung während des Eichvorganges
aus und vergleicht das Ergebnis mit einem durch die Bedienungskraft gemessenen Wert. Wenn ein Unterschied besteht,
wird ein neuer Wert M erzeugt und zur nachfolgenden Verwendung abgespeichert.
Die Stromsensoren werden durch die Kenntnis über die Widerstandswerte
der häuslichen Heißwasser- und Speicherwiderstandsheizelemente 40 und 42 geeicht. Die Eichung erfolgt
während der Initialisierungsperiode und kann außerdem zu einer Zeit erfolgen, wenn es unwahrscheinlich ist, das andere
Anwendungen im Haus verwendet werden, z. B. am Sonntagmorgen um 3.00 Uhr. Das Verfahren, die gesamte HVAC-Einrichtung
abzuschalten, betätigt das DHW-Element 52 und ermittelt den Strom in jeder Schiene, wobei dieser gemessene
Strom als "Aus"-Wert identifiziert wird. Das Widerstandselement 40 im Speicherbehälter S1 wird dann eingeschaltet und
die differentielle Stromstärke in jeder Schiene wird zusammen mit dem absoluten "Ein"-Amperewert gespeichert. Das Widerstandselement
wird wieder ausgeschaltet und die Differenz zwischen den Strömen in den zwei Schienen wiederum aufgezeichnet
zusammen mit dem neuen "Aus"-Ampere-Wert. Wenn die "Ein-/Aus"-und "Aus-/Ein"-Differentialwerte in jeder
Schiene innerhalb von 0,2 Ampere zueinander liegen, dann wird angenommen, daß der einzige Stromwert, der während dieses
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Vorganges gelesen wird, aus der Betätigung des Einschaltens des Heizelementes 1JO resultiert und der Eichungsprozeß kann fortgeführt werden. Wenn eine größere Differenz
auftritt, dann wird das Eichverfahren nicht weiter durchgeführt.
Wenn die kleine Differenz erhalten wird, kann die tatsächliche Ampere-Zahl, die das Heizelement ziehen sollte, bei
Kenntnis des Spannungsabfalls über das Element und den bekannten Widerstand berechnet werden. Die Spannung wird durch
Addieren der L1 und L~-Spannungen erhalten und der "tatsächliche
Ampere-Wert" wird durch Teilung dieses Wertes durch den bekannten Widerstand errechnet, der für zwei
k,5 kW-Elemente parallel etwa 6,1J Ohm beträgt. Es können
dann zwei Einstellfaktoren durch Teilung der "tatsächlichen Ampere-Zahl" durch die durchschnittlichen "Ein-/Aus" und
"Aus-/Ein"-Differentialwerte für jede Schiene erzeugt werden.
Diese Faktoren werden von Routinen verwendet, die die Leistungssensorwerte in jeder nachfolgenden Epoche umwandeln.
Der totale Systemleistungsverbrauch kann bestimmt werden durch Addition der Leistungswerte, die für jede Schiene
berechnet sind. Zu beachten ist, daß die schließliche Leistung tatsächlich ein VA-Wert ist, weil angenommen ist,
daß alle Belastungen tatsächlich Widerstandsbelastungen sind. Der Algorhythmus zur Ausführung dieser Berechnung ist wie
folgt:
L.-Wattzahl = L^-Spannung . L^-Ampere,
Lp-Wattzahl = Lp-Spannung . Lp-Ampere
SYS-KVA-INST = (L^Wattzahl + Lg-Wattzahl) ,
wobei SYS-KVA-INST die augenblickliche Systemleistung in VA ist, eine Ziffer, die für die meisten Wohnungen ausreichend
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nahe der Kilowattenergie kommt, die gewöhnlich als Wattzahl-Ziffer verwendet wird.
Die Übersichtsorganisation der Software für das System ist in Fig. 6 dargestellt, in der die Blöcke 123 und
aus einem Software-Urlader bestehen, der während der ersten
Epoche aktiv ist, während der Anfangswerte für Variablen festgelegt werden und die Ein-Ausgangskonfiguration festgelegt
wird. Der Block 125 gibt eine Verbindung zu Interruptfolgen an, einschließlich eines Interrupt-Interfaces
(CIPIF) 126, einem Taktinterruptprozessor, der den auf die Epoche bezogenen Takt, wie bereits dargestellt,
auffrischt und einen auf Start bezogenen Takt enthält und Analog/Digitalumwandlungsfolgen (PAD) 128. Die Software
weist auch eine Systemtaktänderungsprozedur 129 auf (up date), die Hauptproduktanwendungs-Software 130 und
Kommunikation PCOMS 131. Die oben angegebenen Routinen zum Prüfen der Initialisierung, der Normierung des Zähltaktes
und der Berechnung der Leistung sind tatsächlich ein Teil der Produktanwendungssoftware. Andere Teile dieser
Software werden nun beschrieben.
Eine Prozedur wird zum Umwandeln der Temperaturmessung und zum Erhalten eines verwendbaren Wertes benötigt. Die
Temperatursensoren selbst sind Widerstände mit negativer Temperaturcharakteristik, die als Thermistoren bekannt sind.
Der tatsächliche Meßwert ist daher ein Widerstandswert und der Widerstandswert wird anfänglich durch einen Spannungsfrequenzwandler
zu einem Zählwert umgewandelt.
Aus den Herstellerdaten wird eine ROM-Tabelle erzeugt für einen idealen Thermistor, in der die Temperaturwerte und
die entsprechenden Widerstandswerte gespeichert sind. Wenn ein tatsächlicher Meßwert erzeugt wird, wird ein Widerstandswert
als Spannung gelesen, die in einen Zählwert umgewandelt wird. Da der Wert des Widerstandes zu einer gegebenen
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Temperatur für einen speziellen realen Thermistor nicht notwendigerweise der gleiche ist wie für einen theoretisch
idealen Thermistor, wird ein Korrekturfaktor für jeden Thermistor während seiner Eichung erzeugt, der dem
Zählwert hinzugefügt wird, und es wird ein Widerstandswert R errechnet. Dieser Wert wird dann verwendet, um den Wert
T aus der Tabelle zu entnehmen. Der Sensorschaltkreis selbst ist ganz üblich und enthält eine Reihenschaltung eines
festen Vorwiderstandes RBIAS und des Thermistors R (T), die zwischen eine positive Gleichspannung VO, wie z. B. 5 Volt
und Masse, geschaltet sind. Das Signal VIN (T) wird von der Verbindung zwischen diesen Widerstandselementen abgenommen.
Der Vorwiderstand RBIAS dient als Strombegrenzer, um das Weglaufen des Thermistors zu vermeiden, und bildet weiter
den Teiler, der es ermöglicht, die Spannung VIN (T) an der Verbindung zu einer vernünftigen linearen Funktion des
Widerstandes innerhalb des bestimmten Bereiches zu bilden. Der Algorhythmus zur Umwandlung zu einer Zahl von Zählwerten
ist wie folgt:
VIN (T) = VO . (R (T) / (R(T)) + RBIAS)) Zählwerte (T) = VIN (T) . VCOK,
wobei VCOK ein Faktor für die Größe zur Amplitudeumwandlung
für den Spannungsfrequenzwandler, in diesem Fall 400,
darstellt. Daher ist
Zählwerte (T) = 400 . VO . (R(T) / (R(T) + RBIAS))
Grundsätzlich gesprochen unterscheiden sich die Charakteristiken eines realen Thermistors von der eines idealen
Thermistors durch einen Faktor, der Beta genannt wird, der eine Winkeldrehung der charakteristischen Steilheit eines
realen zu einem idealen bei einer bekannten Temperatur von
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ζ. B. 250C darstellt. Daher ist Beta = O bei 250C und
kann + oder - bei irgendeiner anderen Temperatur sein, d. h. die Drehung um den 25°-Punkt kann im Uhrzeigeroder
gegen den Uhrzeigersinn für irgendeinen gegebenen Thermistor sein. Zusätzlich kann die Steilheit der Charakteristik
seitlich verschoben sein, wodurch eine konstante Differenz von dem Idealen erzeugt wird, die zum Betafaktor
hinzuaddiert wird. Es würde natürlich möglich sein, einen einstellbaren Widerstand als RBIAS zu verwenden, jedoch
hat dies eine Reihe von Nachteilen einschließlich der Notwendigkeit, präzise Eicheinheiten zu haben, die an der
Installationsanlage zur Verfügung stehen müssen und außerdem die größeren Kosten eines einstellbaren Elementes gleichartiger
Qualität. In diesem System werden generell Temperaturdifferenzen
verwendet anstelle absoluter Temperaturmessungen außer für den Rückkehrluftsensor H. Eine Eichung
ist in jedem Fall notwendig, derart, daß das System, wenn zwei Sensoren auf die gleiche Temperatur ansprechen, eine
Information erhält, die diese Tatsache berücksichtigt.
Die oben angegebene Gleichung für die Zählwerte (T) kann umgestellt werden, um diese für entweder R (T) oder RBIAS
zu lösen. Die Eichung kann ohne teure Einrichtungen durch Betrieb bei O0C erfolgen. Der zu kalibrierende Thermistor
kann leicht auf diese Temperatur gebracht werden, indem er einfach in ein Eiswasserbad eingetaucht wird. Die Spannung
des Thermistors wird ermittelt und in Zählwerte gewandelt. Angenommen, daß beispielsweise ein perfekter RBIAS einen
Wert von 7.320 Ohm hat und ein "perfekter" Thermistor bei
O0C eine Spannung erzeugt, die 1.633 Zählwerten entspricht.
Es ist weiter angenommen, daß ein zu kalibrierender Thermistor Y bei O0C eine Spannung produziert, die zu 1.594
Zählwerten umgewandelt wird. Mit dieser Information nimmt die Software dann an, daß der Thermistor Y perfekt ist,
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jedoch der Vorwiderstand fehlerhaft ist. Die Gleichung wird dann für RBIAS berechnet.
RBIAS = R(T) . (VO . 400 - Zählwerte) / Zählwerte
RBIAS = 32.650 . (5 χ 400 - 1.594) / 1.594 RBIAS = 8.316 Ohm.
Dieser Wert für RBIAS wird zu einer Stelle im Speicher als richtiger Wert übergeben und wird nachfolgend für
spätere Ermittlungen von Einheitenumwandlungen der Zählwerte verwendet, die von diesem speziellen Thermistor empfangen
wurden. Es ist zu beachten, daß der RBIAS-Wert (der tatsächliche Wert des RBIAS-Widerstandes) tatsächlich
7.320 0hm beträgt, jedoch der berechnete Wert wird verwendet, wodurch der Thermistorfehler kompensiert wird.
Als Beispiel für diese Umwandlung sei angenommen, daß zwei Thermostoren C und Y genau 7.320 0hm RBIAS-Widerstände
sind und daß Thermistor Y derjenige ist, für den oben vorgenommene Kalibrierung vorgenommen wurde. Es sei
weiter angenommen, daß beide Thermistoren sich bei -100C
befinden. Bei dieser Temperatur wurden die folgenden Zustände für einen perfekten Thermistor und für die Thermistoren
X und Y bestehen wenn alle perfekte RBIAS-Widerstände aufweisen.
perfekt 1.765 55.330 0hm
X 1.788 61.740 0hm
Y 1.737 48.350 0hm
Die unkalibrierte Auswertung der obengenannten Werte würde bei der Konversion zu Werten von -12,10C für den
Thermistor X und -7,70C für den Thermistor Y führen.
Diese Werte zeigen tatsächliche Beispiele von extremen
- 33 -
Abweichungen und liegen an den Grenzen, in beiden Richtungen, die üblicherweise durch den Hersteller noch akzeptiert
sind. Diese Abweichung ist nicht akzeptabel, wenn beide bei -1O0C sind. Die technische Umwandlung wird wie
folgt vorgenommen.
Wenn die Software annimmt, daß der Thermistor X richtig ist und ein Vorwiderstand = 7-320 Ohm vorliegt, berechnet
sie R (T) durch Verwendung der Gleichung, so daß die obengenannte Antwort 61.740 ist. Es wird dann zwischen den
Werten von R (T) im ROM interpoliert, um zu einer Thermistortemperatur von -12,10C zu gelangen.
Die Software verwendet dieselbe Gleichung zur Berechnung des Widerstandes des Thermistors Y. Die Zählwerte sind
diejenigen, die für Y aufgezeichnet sind, und der Wert von RBIAS ist 8.316 Ohm, wobei der kalibrierte Wert in
den Speicher übertragen wird. Das resultierende Ergebnis ist 54,924 Ohm und die Software interpoliert wiederum,
um zu bestimmen, daß dies einer Temperatur von -9,840C entspricht. Die Differenz ist nun 0,160C, die innerhalb
eines akzeptablen Rahmens liegt. Eine ähnliche Kalibrierung wird dann für den Thermistor X vorgenommen.
Das Ergebnis wird im Pufferspeicher zur Verwendung durch
andere Routinen gespeichert. Dieses Verfahren wird natürlich für jeden der Temperatursensoren wiederholt durchgeführt.
Ob der Wert der erhaltenen Temperatur gültig ist oder verwendbar ist, hängt von anderen Faktoren ab.
Es erfolgt eine Routine zur Erhaltung der Haustemperatur. Wie bereits angedeutet, wird die Temperaturmessung (die etwa
gleich der Messung ist, die von einem Temperatursensor in
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einem Thermostaten in einem konventionelleren System gemessen ist) beim vorliegenden System an der Stelle des
Luftrücklaufs vorgenommen. Dies ist die Stelle nahe und vor dem Austauscher 32 an der Stelle H (Fig. 1) an der die
Luft aus allen der Rückkehrkanäle zusammentrifft. Daher
ist die an diesem Punkt gemessene Temperatur die Temperatur einer Mischung von Luft, die aus verschiedenen Teilen des
kontrollierten Gebäudes strömt. Es ist jedoch außerordentlich wichtig, daß der Hauslüfter 31I läuft, bevor eine durch
den Sensor an der Stelle H gemessene Temperatur für irgendeinen Zweck verwendet wird. Wenn der Lüfter 3^ nicht für
einige Zeit gelaufen ist, könnte der Sensor eine Temperatur messen, die einfach die Temperatur des Erdgeschosses oder
eine anderen Stelle für den Wärmeaustauscher selbst ist. Die Temperatur könnte künstlich hoch oder künstlich niedrig
sein, aber ist normalerweise bedeutungslos. Daher beginnt die Routine damit, zu prüfen, ob der Lüfter läuft. Falls
nicht, werden keine weiteren Schritte unternommen.
Nach einem 3-Minuten-Intervall des Lüfterbetriebes wird
die Rückkehrlufttemperatur TRETA als gültiger Wert betrachtet und das Übrige der Routine kann ablaufen. Ein Langzeitdurchschnittswert
(LTA) von TRETA wird berechnet und der Verlauf der Werte von LTA für die letzten 15 Epochen wird
berechnet. Die Routine prüft den Verlauf auf der Grundlage der Solltemperatur und setzt ein positives Flag, wenn die
Temperatur niedriger und ein negatives Flag, wenn die Lufttemperatur sich erhöht.
Der Zweck der Routine "Halten der Speichertemperatur" ist es, die Temperatur des Speichertanks S1 auf dem gewünschten
Niveau zu halten, entweder heiß oder kalt, abhängig von der Wahl eines Heiz- oder Kühlbetriebes. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist die Temperaturkonstanz durch den 120-Gallonen-
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Tank signifikant. Daher wird die Temperatur an der Stelle D (TSTO) so wie sie gerade nach letztem Abschalten der
Pumpe gemessen wird, als die Temperatur des Tanks S1
angesehen und als gültig betrachtet, unabhängig davon, ob die Pumpe P1 läuft oder gerade gelaufen ist, bis P1
für über zwei Stunden ausgeschaltet ist. Wenn daher keine andere Routine P1 für z. B. zwei Stunden zum Laufen gebracht
hat, betätigt diese Routine P1, empfängt eine neue Temperaturmessung vom Sensor D (TSTO) und speichert diese
Messung als Ersatz für den früheren Wert. Ein Flag wird dann gesetzt, das anzeigt, daß diese Temperatur entweder
innerhalb oder außerhalb eines gültigen Bereiches liegt.
Die Aufrechterhaltung der Temperatur des Tanks S2 (TDHW) ergibt ein etwas anderes Problem, weil die Temperatur
dieses Tanks, die an der Stelle F gemessen ist, nur als gültig erkannt wird, wenn die Pumpe P2 gelaufen ist. Es
gibt verschiedene Faktoren, die zu Veränderungen der Wassertemperatur des Tanks S2 führen, einschließlich der
Temperatur des Grundwassers, der Verwendung von heißem Wasser in unvorhersehbarer Weise und der Tatsache, daß
Wasser durch die Pumpe P2 fließen kann, auch wenn die Pumpe nicht betätigt ist. Wenn daher die Pumpe P2 läuft,
fließt Wasser hinter den Sensor F (TDHW) durch die Wasserseite des Austauschers HX-2, durch die Pumpe, zum Boden
des Tanks, durch die Leitung 36 und zurück zu HX-2. Wenn daher die Pumpe für eine vorbestimmte Zeit, z. B. 2 Minuten
gelaufen ist, wird ein Flag gesetzt, das anzeigt, daß die gemessene Temperatur als gültiger Meßwert der Temperatur
des Bodens des Tanks S2 gilt.
Für bestimmte Berechnungen ist es notwendig, die Grund-
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wassertemperatur zu kennen und diese Temperatur wird wie folgt ermittelt. Die Grundwassertemperatur ändert sich
normalerweise nicht in starker oder plötzlicher Weise, jedoch ändert sie sich. Wegen bestimmter Schwierigkeiten der
direkten Messung, die als zuverlässig angesehen werden kann, wurde eine Technik, genannt "Rückwärtssuche" entwickelt.
Ein "beliebiger" Temperaturwert wird gewählt und an einem ersten Ort im Speicher abgespeichert, wobei dieser Wert
höher gewählt wird, als ein erwarteter Wert der Grundwassertemperatur (GWT). Wenn in irgendeiner Epoche der Wert
der Temperatur, die durch den Sensor F gemessen ist, als niedriger gefunden wird, als der gespeicherte beliebige
Wert, wird der gemessene Wert für den beliebigen Wert gesetzt. In der Annahme, daß der beliebige Wert oberhalb
des tatsächlichen GWT beginnt, nähert sich der beliebige Wert asymptotisch dem wahren GWT.
Bei jedem übergang innerhalb/außerhalb Spitze wird der
letzte (untere) beliebige Wert als der beste GWT in einer zweiten Speicherstelle gespeichert und der beliebige Wert
an der ersten Stelle wird zurückgesetzt auf seinen höheren Wert, z. B. 270C. Wenn zusätzlich die durch den Sensor F
gemessene Temperatur als niedriger als der gespeicherte GWT-Wert gefunden wird, wird der gemessene Wert für den
gespeicherten GWT-Wert zusammen mit dem beliebigen Wert ersetzt. Wenn der gemessene Wert bei F geringer als der gespeicherte
GWT +270C ist, wird ein Flag gesetzt, das "Grundwasser
fließt" bedeutet. Das Programm ermöglicht es daher, den gespeicherten GWT-Wert in einer Zeitperiode einer
Saison zu erhöhen, wenn der tatsächliche GWT-Wert erhöht ist.
Um einen Wert für die Energie (KVA) zu erhalten, die durch das Gebäude verbraucht wird, werden die Spannungs- und
Stromwerte V1, V2, 11 und 12 an den Eingangsleistungs-
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ZS
leitungen gemessen. Der KVA-Wert wird dann durch Multiplikation
der Spannungen und Ströme errechnet, wobei die Werte addiert und durch 1.000 geteilt werden, um die
gesamte KVA-Zahl zu erreichen. Durch Subtrahierung eines als "Anwendung KVA" genannten Wertes von der gesamten KVA
wird dann ein Wert ermittelt für die durchschnittliche KVA, die durch die HVAC-Systemkomponenten verbraucht werden,
die dauernd laufen. Eine Einstellung an der Konsole des Hausbesitzers setzt einen Wert für KVA fest, der nicht
überschritten werden sollte, um die Einsparungen zu maximieren. Wenn der "Anwendung KVA"-Wert den Wert überschreitet,
der von HOC 44 gelesen wird, wird ein Flag gesetzt.
Die Kalibrierung der Temperatursensoren ist einfach ein Vorgang der Normalisierung der umgebenden Temperatur an die
Kompressorflüssigkeitstemperatur zu einer Zeit und unter Bedingungen, die derart sind, daß von der Flüssigkeitstemperatur angenommen werden kann, daß sie etwa der umgebenden
entspricht. Dies wird zu Mitternacht erreicht, wenn der Kompressor für einige Minuten nicht mehr betätigt wurde.
Der gespeicherte Wert der umgebenden Temperatur wird geändert, bis er mit der gemessenen an der Stelle B übereinstimmt.
Zu dieser Zeit wird ein neuer Vorwiderstandswert (RBIAS) berechnet und mit dem früheren RBIAS-Wert verglichen,
der in einem nichtflüchtigen Speicher abgespeichert ist. Dies kann zur Prüfung der Funktion des Sensors B verwendet
werden; wenn die Werte sehr stark voneinander abweichen, wird ein schlechter Temperatursensor angezeigt und
ein Service-Flag wird gesetzt.
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Ein ähnlicher Vorgang wird zur Eichung der Temperatur des Speichertanks S1 vorgenommen. Wenn der Kompressor oder
die Pumpe P1 für einige Minuten nicht gelaufen sind, kann angenommen werden, daß die S1-Temperatur die Temperatur
an den Stellen D und A ist und es ist daher möglich, die Speichertanktemperatur TSTO auf die Austauschertemperatur
THX-1 zu normieren.
Dieser Vorgang wird auch vorgenommen, um die Temperatur der Wasserleitung, die in HX-2 eintritt, wie sie bei F
gemessen wird, auf die Temperatur der Wasserleitung, die in HX-1 eintritt, wie sie bei D gemessen wird, zu normieren,
wenn der Kompressor und die Pumpe P2 far eine Reihe von
Minuten gelaufen sind und außerdem das Grundwasser einige Zeit nicht gelaufen ist.
In ähnlicher Weise kann die Abgabetemperatur des Kompressors auf die Temperatur des Wärmeaustauschers HX-1 normiert
werden, solange wie der Kompressor und die Pumpe P1 nicht betätigt wurden.
Es wurde bereits ausgeführt, daß die Produktsteuerungs-Software eine Meldung an HOC 44 zu Beginn jeder Epoche abgibt.
In Antwort zu dieser Meldung schreibt HOC 44 eine Meldung zum Produktsteuergerät, einschließlich der Daten
über Schaltstellungen usw. Die Meldung enthält drei Bits, die die Stellungen des Betriebsartenschalters 48 und des
Lüfterschalters 49 anzeigen. Vier Möglichkeiten dieser Bits werden erkannt für die Angabe des Heizbetriebes, des Kühlbetriebes,
des Aus-Betriebes ohne Lüfter und des Aus-Betriebes mit konstantem Lüfter. Wenn zusätzlich erkannt wird,
daß die Meldung einen Betriebswechsel von der vorhergehenden Epoche anzeigt, wird die Ä'nderungszeit für diagnostische
Zwecke aufgezeichnet.
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Verschiebungen können definiert werden als Steuerabweichungen von einer vorgewählten Solltemperatur. Normalerweise
werden diese vorübergehende Abweichungen betrachtet und sie können verwendet werden, um Intervalle eines Tages
anzugeben, während der ein geringerer Bedarf an das HVAC-System gestellt wird. Als Beispiel könnte der Hausbesitzer
im Heizbetrieb mit einem Sollpunkt von 210C, eingestellt
durch den Wähler 53, ein Verschiebeintervall festlegen, das um 8.00 Uhr morgens beginnt und um 4.30 Uhr nachmittags
endet, während der eine Verschiebung von 50C vorliegt, wodurch
ein Sollpunkt von 160C während des Intervalls eingestellt
wird, wenn der Raum nicht besetzt ist. Dieselbe Verschiebung könnte zwischen 22.00 Uhr und 6.00 Uhr morgens
verwendet werden, während die Besitzer schlafen.
Um dies einzurichten, ist das generelle Vorgehen so, daß eine Tabelle von Zeit-sortierten "Verschiebungen" aufgebaut
wird, die eine 3-Tage-Periode enthält, die gestern, heute und morgen beinhaltet. Eine Verschiebung ist definiert als
Beginn oder Ende einer Verschiebeperiode. Deren Zeiten werden zu den PCONS vom HOC 44 als Sekunden nach Mitternacht
übertragen und in der Tabelle als Sekunden nach dem Systemstart in gleicher Weise wie die relative PCONS-Startzeit
gespeichert. Der Hausbesitzer kann die Wähler 57, 58, 60 und 61 wählen, um über einen weiten Bereich veränderbare
Kombinationen von Zeiten für Verschiebungen einzustellen. Um Schwierigkeiten der Handhabung damit zu vermeiden, wird
folgenden Regeln in der Routine gefolgt.
Zu jedem Zeitpunkt wird nur eine Verschiebung als vorherrschend angesehen. Die vorherrschende Verschiebung ist diejenige,
die als letzte einen Übergang in den Verschiebemodus
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aufweist. Dies wurde bereits in Verbindung mit Fig. 4
erläutert. Die vorherrschende Verschiebung ist diejenige von zwei überlappenden Verschiebungen, die durch Drücken
des finderungsknopfes beeinflußt würde.
Wenn die Start- und Endzeiten für die gleiche Verschiebung, bestimmt durch Einstellen der Wähler 47 und 60 oder 58 und
61, weniger als 15 Minuten auseinanderliegen, betrachtet das System dies als innerhalb eines dauernden Off-Sets.
Die kürzeste Verschiebeperiode ist daher 15 Minuten. Die längste begrenzte Verschiebeperiode ist 23 Stunden und
45 Minuten. Die Verschiebeperioden werden als überlappend
betrachtet, wenn die Startzeit eine Verschiebung zwischen der Start- und Endzeit einer anderen Verschiebung liegt.
Wenn die Startzeit für eine Verschiebung weniger als 30 Minuten später als die Endzeit für die andere Verschiebung
liegt, werden die beiden Zeiten als gleich betrachtet und daher überlappen sich die beiden Verschiebungen. In einem
solchen Fall wird die Endzeit der früheren Verschiebung auf die Startzeit der späteren Verschiebung (Off-Set) gesetzt.
Das Drücken des Änderungsknopfes 76 beeinflußt den Vorgang
von der Zeit, zu der dieser gedrückt wird, bis zum nächsten übergang in eine oder aus einer vorherrschenden Verschiebung.
Eine Änderung vorherrschender Verschiebungen ist gleich einem solchen Übergang.
Die Ausgänge dieses Codes sind ein Flag, das anzeigt, ob sich oder ob sich das System nicht in einer Verschiebung
befindet und wenn es ist, die Zeit, zu der erwartet wird, daß die Verschiebung endet. Diese Information wird in anderen
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Routinen verwendet, um das System für das nächste Nichtverschiebeintervall
vorzubereiten.
Um die Rückkehr aus einer Verschiebung einzurichten, ist es zunächst notwendig, den tatsächlichen Sollwert des
Lebensraumes, wie er von dem HOC-Input bestimmt ist, zusammen mit vorgenommenen Änderungen zu bestimmen. Angenommen,
daß der Knderungsknopf 76 nicht gedrückt worden ist,
ist die Gradzahl der Verschiebung, die durch das Wählrad 55 eingestellt ist, die Verschiebeperiode, die als nächstes
zu einem Zeitpunkt erreicht wird. Es ist dann notwendig, die Anlaufzeit zur Wiedereinstellung des Wohnraumes und
des Speichertanks S1 zu errechnen. Das Konzept der Anlaufzeit zur Wiederherstellung beinhaltet die Ermittlung der
Differenz der Temperatur zwischen der derzeitigen Temperatur des Lebensraums, wie durch die letzte Rückkehrluftmessung
ermittelt ist, und der Temperatur des nächsten Nichtverschiebeintervalls,
wodurch ein Anstiegswert gebildet wird, der begründet ist auf vorbestimmte Charakteristiken des Raumes
als Funktion der Außentemperatur und der derzeitigen Temperatur des Wassers im Speichertank 51, und Ermittlung, welche
Zeit benötigt wird, um den Lebensraum von der derzeitigen Temperatur auf die gewünschte Temperatur zu ändern. Dies
ist die Vorlaufzeit zur Wiederherstellung.
Es ist dann notwendig, die tatsächliche Zeit mit der Verschiebezeit
- der Vorlaufzeit zu vergleichen, in anderen Worten, ein Intervall festzulegen, in dem die Umstellung
beginnen muß, um die nächste benötigte Temperatur zur richtigen Zeit zu erreichen. Wenn daher die Verschiebezeit _
der Vorlaufzeit gleich der Realzeit ist, wird ein Flag gesetzt, das anzeigt, daß etwas getan werden muß, um den
Raum zu konditionieren. Es ist leicht verständlich, daß das Wasser im Tank S1 innerhalb eines gewünschten Bereiches der
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te
Temperatur liegen muß, um die notwendige Raumklimatisierung
zu erreichen.
Eine Routine zur Ermittlung von Änderungen wird verwendet, in der die Flags gesetzt werden im Falle einer Änderung im
Sollpunkt oder einer Änderung in der Position des Betriebsartenschalters 48, wie von der HOC-Meldung bestimmt ist.
Das Setzen dieser Flags ist gegenüber allen anderen Dingen für die Betätigung der Wiederherstellung von der Verschiebung
vorrangig, da eine Änderung in dem Sollwert eine Berechnung eines neuen effektiven Sollwertes, der Verschiebezeit
und der Vorlaufzeit erfordert. Die Einstellung eines Betriebsartwechselflags ist vorrangig Tür verschiedene
Routinen einschließlich der Erstellung einer Rücksetzroutine
und der Erhaltung der Speichertemperatur von S1. Ε,ά,η Änderungsintervall wird als beendet betrachtet, wenn
der R,aum den Anforderungen genügt und eine vorbestimmte*
Ze.it abgelaufen ist.
Eine Thermalparameterroutine für den Lebensraum wird verwendet,
um eine Differentialziffer (ein Delta) zu entwickeln, die durch andere Routinen verwendet werden kann, um zu entscheiden,
ob und wie der Lebensraum zu klimatisieren ist.
Vom HOC 44 wird eine Sollpunkttemperatur empfangen, wie sie durch den Wähler 53 eingestellt ist. In das System ist
ein bekannter Hysteresefaktor eingebaut, der ein konstanter Wertebereich von 0,150C um den Sollpunkt herum ist.
Ein genügender Punkt wird als eine absolute Zahl durch algebraische Kombination des Sollwertes und der Hysteresekonstante gebildet. Dieser genügende Punkt wird dann von der
bekannten gültigen Raumtemperatur abgezogen. Die resultierende
Deltaziffer wird in einen Pufferspeicher als Ausgang dieser
Routine gespeichert und wird als Degradatation bezeichnet.
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Wenn ζ. B. der Sollwert 220C im Kühlbetrieb' ist, ist der
ausreichende Wert 22° - 0,15° = 21,850C. Wenn TRETA =
230C ist, ist Delta + 1,150C, welches die Degradation ist
und durch andere Routinen derart erkennbar ist, daß der Raum Klimatisierung erfordert. Die Degradation kann positiv
oder negativ sein. Eine Grenze'der Degradation kann festgelegt
sein.
Das System der vorliegenden Erfindung erlaubt es, die Speicherung herabzusetzen, wenn der Raum sich in einem
Zustand befindet, der als "über erfüllt" für einige Starts des Lüfters 3^ betrachtet werden kann. Wie bereits angedeutet,
wird, da kein Thermostat im üblichen Sinne vorhanden ist, der Lüfter 3^ von Zeit zu Zeit betätigt und eine Rückkehrluftmessung
ausgeführt. Wenn das System Wärme fordert und der Sollpunkt des Wählers 53 210C ist ohne Verschiebung,
und wenn verschiedene aufeinander folgende Rückkehrluftmessungen eine Temperatur von 240C bei jeder dieser Messungen
ergaben, ist es offensichtlich, daß zusätzliche Wärmeeingabe vom System völlig unnötig ist und dies
wird für einige Zeit vermutlich so sein. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, die Reservespeicherabweichungsgrenze
auf eine Temperatur zu setzen, die beträchtlich von derjenigen abweicht, die verwendet wird, wenn zusätzliche
Wärme für jeden Lüfterstart benötigt wird. Zusätzlich existiert eine Wärmereserve in dem Lebensraum selbst, die
errechnet werden kann. Es ist möglich, zu bestimmen, wieviel Reservewärme bei der maximal erlaubten Herabsetzung
im Speicherbehälter verfügbar ist, wobei berücksichtigt wird, wieviel Reserve in Zukunft notwendig ist. Auf Basis
dieser Information kann ein ausreichender Speicherwert errechnet werden und es ist dann möglich, zu errechnen, wieviel
der Speichertank vom ausreichenden Wert abgewichen ist. Der ausreichende Wert würde normalerweise eine Temperatur
von ζ. B. 90C für Kühlzwecke und 340C für Heizzwecke
sein. In der Annahme, daß der Hausbesitzer dem System keine besondere Beachtung während der Übergangssaison
schenkt und den Betriebsartenschalter in der Heizposition im spaten Frühlung beläßt, wenn die Außentemperatur ein
mildes Niveau von z. B. 210C erreicht hat, schützt die ansteigende erlaubte Abweichung das System davor/ unnötiger
Weise die Temperatur des Tanks S1 auf einem hohen Niveau zu halten. Dies kann auch die mögliche Änderung des Betriebsartenschalters
von Heizen auf Kühlen vorhersehen, wodurch die Notwendigkeit des Aufheizens des Speichertanks
und nachfolgendes Abkühlen des Tanks in relativ kurzen Zeitintervallen vermieden wird.
Wie bereits angedeutet, enthält HOC 44 ein in Fig. 2 nicht
sichtbares Potentiometer, das nicht mit einem vom Hausbesitzer zu betätigenden Wähler verbunden ist, durch das ein
Anwendungsbedarfsniveau oder ein Verbrauchsniveau eingestellt
werden kann. Eine Routine erhält Kurz- oder Langzeit-Durchschnittswerte
der verbrauchten Haushaltsenergie, liest die Anwendungs-kWE-Grenze, die in HOC 44 eingestellt ist,
vergleicht den Kurzzeitdurchschnitt mit der Grenze und setzt ein Flag, wenn der Kurzzeitdurchschnitt größer als
die Grenze für fünf aufeinander folgende Epochen ist. Es ' sollte beachtet werden, daß es möglich ist, zwei Grenzen zu
setzen, eine für höchstmöglichen Komfort und die andere für "normale" oder größte Einsparungen und der Hausbesitzer kann
diese durch Bewegen des Schalters 72 einstellen. Es ist der Kurzzeit-Durchschnittsverbrauch kWE, der mit dem vorgewählten der Werte verglichen wird. Setzen des Flags am Ende
dieser Routine führt in der nächsten Meldung zum HOC 44 zum Einfügen einer Anweisung, die "Anwendungs"-Leuchte 67 zu
beleuchten.
Die erlaubte Laufdauergrenze des Kompressors wird durch
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Auswahl verschiedener Grenzen auf der Grundlage berechnet, ob die Zeit während oder außerhalb der Spitzenzeit liegt. Es
sollte erwähnt werden, daß der Kompressor immer eine minimale Laufzeit von z. B. 10 Minuten hat, die eingestellt ist, um
Schäden am Kompressor durch zyklisches Ein- und Ausschalten zu vermeiden. Die maximale Zeit wird während des Intervalls
außerhalb der Spitzenzeit durch Verwendung der summierten Periode erreicht. Während der Spitzenzeit wird die Grenze
festgelegt durch das Maximum der Grenze auf der Grundlage der Minimierung des Bedarfs, der Maximierung des Komforts
oder der Speicherreserve, wobei deren Wahl durch die Position des Schalters 72 bestimmt ist.
Um Bedingungen einzustellen, unter denen das Widerstandselement, als "I2R" bezeichnet, nicht betätigt werden soll,
wird eine Routine verwendet. Ein Flag wird gesetzt, das anzeigt, daß das Widerstandselement 40 im Speichertank S1
nicht betätigt werden soll, wenn das System sich im Kühlbetrieb befindet, wenn der Lüfter 34 ausgeschaltet ist oder sich für weniger als 10 Minuten im ausgeschalteten Zustand befindet oder wenn die Raumtemperatur sich zur ausreichenden Klimatisierung hin verändert und das System sich nicht in einem Rückschlag befindet.
nicht betätigt werden soll, wenn das System sich im Kühlbetrieb befindet, wenn der Lüfter 34 ausgeschaltet ist oder sich für weniger als 10 Minuten im ausgeschalteten Zustand befindet oder wenn die Raumtemperatur sich zur ausreichenden Klimatisierung hin verändert und das System sich nicht in einem Rückschlag befindet.
Um Temperatursollwerte einzustellen, die als ausreichend für den häuslichen Heißwasserspeichertank S2 angesehen
werden können, wird das grundsätzliche Einstellen als
Funktion der Grundwassertemperatur und der Einstellung des Wählers 78 am HOC 44 bestimmt. Der meiste Heißwasserverbrauch erfolgt durch Mischung von etwas heißem Wasser aus dem Speichertank mit dem Grundwasser. Je geringer die
Temperatur des Grundwassers ist, desto mehr heißes Wasser aus dem Speichertank muß verwendet werden, um eine gewünschte gemischte Wassertemperatur zu erreichen.
werden können, wird das grundsätzliche Einstellen als
Funktion der Grundwassertemperatur und der Einstellung des Wählers 78 am HOC 44 bestimmt. Der meiste Heißwasserverbrauch erfolgt durch Mischung von etwas heißem Wasser aus dem Speichertank mit dem Grundwasser. Je geringer die
Temperatur des Grundwassers ist, desto mehr heißes Wasser aus dem Speichertank muß verwendet werden, um eine gewünschte gemischte Wassertemperatur zu erreichen.
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Wenn daher die Grundwassertemperatur hoch ist, braucht das häusliche Heißwasser nicht über einen bestimmten Wert erhöht
werden und es kann Energie gespart werden. Der Bereich der DHW-Solltemperaturen liegt vorzugsweise zwischen
43° und 660C.
Wenn die Außentemperatur derart ist, daß der Kompressor nicht läuft, um die Wohnung zu heizen oder zu kühlen, wobei
das häusliche Heißwasser nicht erwärmt wird, kann eine separate Routine verwendet werden, um das Wasser durch ein Widerstandselement
42 zu erhitzen.
Bestimmte Bedingungen werden verwendet, um die Länge der Zeit zu bestimmen, in der der Lüfter 34 ausgeschaltet
sein kann. Wie bereits angedeutet, muß der Lüfter 34 laufen,
um eine gültige Temperatur für das System zu erhalten, die für den zu steuernden Raum steht. Daher ist es notwendig,
den Lüfter von Zeit zu Zeit einzuschalten, um die Raumbedingungen nachzuprüfen. Wenn aber die Außentemperatur 210C
ist, die Solltemperatur 210C ist und keine anderen ungewöhnlichen Bedingungen herrschen, braucht der Raum ersichtlich
weder aufgeheizt oder gekühlt werden und es würde energiemäßig uneffizient, den Lüfter alle paar Minuten einzuschalten,
nur um zu sehen, welche Temperatur vorliegt. Es ist daher ein Zweck dieser Routine, die Umstände zu ermitteln und
den Lüfter in längeren Intervallen zu betätigen, je mehr die Raumbedingungen erfüllt sind, sowie die Lüfterbetätigung
in Abhängigkeit von anderen Bedingungen zu steuern.
Daher bleibt der Lüfter während der Initialisierung ausgeschaltet,
um dem System zu ermöglichen, durch verschiedene Initialisierungs- und Stabilisierungsprozesse ohne Störungen
zu gehen. Zusätzlich bleibt der Lüfter für 5 Minuten nach
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dem ersten Klimatisieren des Lebensraumes ausgeschaltet, wenn dies benötigt wurde, im Anschluß an eine Änderung
der Position des Betriebsartenschalters 48.
Wenn eine beträchtliche Veränderung der Lebensraumtemperatur
von der Sollwerttemperatur während der laufenden Betätigung des Lüfters 34 auftritt und außerdem eine beträchtliche
Veränderung während der vorhergehenden Betätigung erfolgte, wird das Lüfter-Aus-Intervall auf 10 Minuten
gesetzt. Während dieser Routine wird eine minimale Ausschaltzeit von 3 Minuten verwendet. Wenn jedoch die laufende
Betätigung anzeigt, daß die Temperatur des Raumes leicht zu einer beträchtlichen Abweichung in dieser Zeit
heruntergeht, daß jedoch im vorangegangenen Zeitraum der Raum überklimatisiert war, wird die Ausschaltzeit auf
10 Minuten gesetzt. Wenn die Erniedrigung in dieser Zeit beträchtlich ist, jedoch nur gering in der vorhergehenden
Zeit war, werden 10 Minuten gesetzt. Wenn ein leichter Abfall in zwei aufeinanderfolgenden Einschaltperioden auftritt,
wird ein Intervall von 3 bis 30 Minuten gesetzt, und wenn der Raum in zwei aufeinanderfolgenden Betätigungsperioden überklimatisiert war, wird ein Intervall zwischen
30 und 120 Minuten gesetzt. Die Wahl einer Zeit innerhalb dieser Intervalle ist im wesentliche eine lineare Funktion
der Lüfterausschaltzeit der letzten Zeit und des Wertes der aufgetretenen Erniedrigung. Es ist zu beachten, daß
wenn das System nicht ausgeschaltet ist, der Lüfter wenigstens alle 120 Minuten läuft. Das wird als notwendig angesehen,
um an plötzliche Wetteränderungen anzupassen^und o^u
Änderungen, die sich im Laufe des Tages in der Außentemperatur auswirken, aber auch um einen minimalen Grad von
Luftzirkulation zu erreichen.
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Eine ähnliche Routine enthält die Art, mit der die Temperatur des Lebensraumes ermittelt wird. Unter Bezug
auf Fig. 1 ist erkennbar, daß der Lüfter 34 entweder mit
oder ohne Raumklimatisierung betätigt werden kann, d. h. entweder mit oder ohne Betätigung der Pumpe P1. Die Ermittlung
wird mit Klimatisierung durchgeführt, wenn eine Änderung in der Position des Betriebsartenschalters 48 entweder vom
Heiz- zum Kühlbetrieb oder vom Kühl- zum Heizbetrieb aufgetreten ist und wenn die Lebensraumtemperatur geringer
wurde, jedoch die Speichertemperatur nicht beträchtlich abgesunken ist. Es ist zu beachten, daß dieses Setzen der Bedingungen
besonders bedeutend ist, wenn das System z. B. im Heizbetrieb bisher eine beträchtliche Zeit betätigt wurde
und die Temperatur im Tank S1 relativ hoch ist, um den Raum aufzuheizen und dann der Schalter auf den Kühlbetrieb
umgeschaltet wird. Ersichtlich kann der Tank S1 nicht bei einer geeigneten Kühltemperatur sein, um eine Klimatisierung
des Raumes im Kühlbetrieb zu ermöglichen. Daher würde die Ermittlung unter diesen Umständen mit Klimatisierung ausgeführt.
Wenn die Betriebsartänderung von Aus auf entweder Heiz- oder Kühlbetrieb erfolgte und der Speicher nicht beträchtlich
abgesunken ist, wird die Ermittlung mit Klimatisierung ausgeführt. In ähnlicher Weise, wenn eine Sollpunktänderung
erfolgte und erwartet wird, daß der Lebensraum aufgrund der letzten gespeicherten Temperatur (TRETA) abweicht, wird die
Ermittlung mit Klimatisierung durchgeführt. Wenn schließlich der Lüfter für 30 Minuten oder mehr abgeschaltet war, jedoch
weniger als 120 Minuten, wird die Ermittlung mit Klimatisierung durchgeführt.
Die Ermittlung wird ohne Klimatisierung ausgeführt, wenn
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eine Klima-zu-Klima-A'nderung durchgeführt wurde und der
Speicher nicht beträchtlich abgesunken ist oder wenn die Betriebsartänderung von Aus auf eine Klimatisierungsposition
erfolgte und der Speicher abgesunken ist. Wenn eine Sollpunktänderung erfolgte, aber nicht erwartet wird, daß der
Lebensbaum abweicht auf Grundlage der letzten TRETA-Aufzeichnung, dann wird die Ermittlung ohne Klimatisierung
durchgeführt. Wenn schließlich der Lüfter 34 auf Aus für eine minimale berechnete Zeit von 30 Minuten oder mehr jedoch
weniger als 120 Minuten stand, wird eine Klimatisierung nicht verwendet. Es ist ersichtlich, daß zur Speicherung von Energie
eine Klimatisierung nicht durchgeführt wird, außer wenn es notwendig ist.
Eine separate Routine bestimmt die grundsätzlichen Umstände, unter denen der Raum klimatisiert wird oder nicht. Der Raum
wird nicht klimatisiert, wenn der Betriebsartenschalter in Aus-Stellung steht und keine Klimatisierung erfolgt, wenn
die Lebensraumtemperatur nicht bekannt ist oder zwar bekannt aber nicht vom Sollpunkt abgewichen ist. Wenn keine
dieser negativen Bedingungen existiert und wenn die Temperatur des Speichertanks S1 nicht beträchtlich abgewichen
ist, werden die Pumpe P1 und der Lüfter 34 betätigt, bis
die Lebensraumtemperatur erfüllt ist. Wie angedeutet ist, ist "erfüllt" definiert durch Solltemperatur + oder 0,150C.
Daher ist im Heizbetrieb eine erfüllte Bedingung für einen Sollpunkt von 210C, 21,50C und im Kühlbetrieb
für den gleichen Sollwert eine erfüllte Bedingung 20,850C
Es wird eine Routine verwendet, um den Lüfter nur zu betätigen als Reaktion darauf, daß der Schalter 49 in EinPosition
gestellt wird. Wenn das System in einer normalen Epoche läuft und die Meldung vom HOC 44 zum Steuergerät nur
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die Lüfterkomponente enthält, wird der Lüfter betätigt. Wenn jedoch die Außentemperatur weniger als O0C beträgt
und das System versucht, den Speicher S1 zu klimatisieren, wird der Lüfter gestoppt. Wie bei den anderen Modulen wird
ein positives Flag durch diese Routine gesetzt, wenn die Bedingungen zur Lüfterbetätigung erfüllt sind.
Diese Routine bezieht sich auf Umstände, unter denen der Speichertank S1 durch den Kompressor konditioniert wird.
Ein fundamentaler Zustand ist der, daß, wenn der Speicher abgewichen ist, der Speichermodus der gleiche ist wie der
Lebensraummodus. Der Speichermodus wird nicht gesetzt, d. h., wenn er keine Zustandsverbesserung erfordert, bis die
Temperatur des Wassers in dem Tank von dem Speichertank-Sollwert um mehr als 2,50C abgewichen ist.
Wenn der Speichertank zum Kühlen des Lebensraums klimatisiert wird, ist es notwendig, auf Einfrierbedingungen im
Wärmeaustauscher zu achten. Wenn das System sich daher im Kühlbetrieb befindet und der Kompressor läuft, wird der
Kompressor angehalten, wenn die Außentemperatur weniger als 180C beträgt, wenn nicht der Kompressor für weniger als
10 Minuten eingeschaltet ist, in welchem Fall er dieses 10-Minuten-Intervall beenden kann. Der Kompressor wird nicht
gestartet, wenn die Außentemperatur weniger als 200C beträgt,
wenn sich das System im Kühlbetrieb befindet.
Wenn zusätzlich die Zeit während des Spitzenintervalls liegt, läuft der Kompressor nur bis zur Grenze, wie durch
die vorhergend erörterte Kompressorbedarfsparameterroutine bestimmt ist, aber er wird auf Ein belassen, solange als die
- 51 - '
erlaubte Laufzeit größer ist als die kumulierte Zeit in dieser Summierungsperiode. Weiterhin startet der Kompressor
nur, wenn die in der Summierungsperiode verbleibende Zeit, die zur eventuellen Laufzeit hinzugerechnet wird, die bereits
in dieser Summierungsperiode erfolgte, weniger als oder gleich der Laufgrenze ist. Die Summierungsperiode
ist das 0,5-Stunden-Intervall, das verwendet wird zur Bestimmung
des Spitzenbedarfs, wie er unter der Tarifstruktur des Bedarfs nach dem Integrationstyp auftritt.
Die erlaubte Laufzeit wird ständig neu berechnet als Funktion der elektrischen Belastung, die in dem Haushalt ein- und ausgeschaltet
wird, außer den HVAC-Komponenten. Es ist wünschenswert,
die Startzahlen des Kompressors zu minimieren und ebenfalls die Anfänge und Enden der Summierungsperioden
mit betätigtem Kompressor zu strecken. Diese Betrachtungen zusammengenommen ermöglichen den Zustand, daß der Kompressor
erneut betätigt werden kann, wenn während der Spitzenzeit die berechnete erlaubte Laufzeit größer als die Summe
der vorhergehenden kumulierten Laufzeit in dieser Summierungsperiode + der verbleibenden Zeit in dieser Summierungsperiode
ist. Noch einmal, der Kompressor kann immer für ein Minimum von 10 Minuten laufen, wenn er gestartet wurde oder er
läuft für 10 Minuten nicht, unabhängig von anderen Erfordernissen, die durch Klimatisierungsanforderungen des
Systems gesetzt sind.
Rs ist notwendig, Kriterien zu setzen zur Bestimmung des
Auftretens von Frost auf den äußeren Luftspulen, und die Länge der Zeit aufzuzeichnen, in der dieser Frost bestand.
Die Zahl aufeinanderfolgender Epochen, während der Frost-
- 52 -
bedingungen existierten, wird gezählt und der Zählwert wird für spätere Verwendung gehalten. Es wird angenommen,
daß Frost existiert, wenn die Flüssigkeitstemperatur in der Spule 10 geringer als O0C ist und wenn die Außen-Lufttemperatur
viel größer als die Flüssigkeitstemperatur ist. Für diesen Modul bedeutet der Ausdruck "viel größer"
6,50C bei 40C äußere Lufttemperatur oder 30C bei 6,50C
äußere Lufttemperatur. Eine Kurve der Differenz (OA-TLIQ) der äußeren durchschnittlichen Temperatur gegen
die Differenz ist eine parabelförmige Kurve. Dies kann jedoch durch eine lineare Funktion approximiert werden,
die durch obige zwei Punkte geht. Wenn die Existenz von Frost bestimmt ist, ist es notwendig, diesen zu entfernen.
Das Defrosten wird begonnen, wenn die Frostprüfroutine bestimmt hat, daß Frost für mehr als 5 Minuten
bestand und wenn eine Summierungsperiode gerade begonnen hat. Das Defrosten wird nicht begonnen, wenn
der Kompressor nicht läuft. Um zu defrosten wird der Kompressor mit Umkehrung des Ventils 20 in der Kühlposition
betrieben und das Defrosten wird beendet, wenn die Flüssigkeitstemperatur über 100C geht oder wenn das
Defrosten für mehr als 10 Minuten erfolgte oder wenn der Kompressor durch einen anderen Algorhythmus im System
ausgeschaltet ist. Ein komplettes Defrosten wird gespeichert, wenn das Defrosten 10 Minuten gelaufen ist
oder wenn die Flüssigkeitstemperatur 100C erreicht. Die
Wärme wird dann von der Spule zurückgewonnen mit Umkehrung des Ventils 20 in die Heizposition und der Außenlüfter
11 wird ausgeschaltet, bis die Flüssigkeitstemperatur geringer als die Umgebungstemperatur ist oder
bis der Kompressor ausgeschaltet wird durch irgendeinen anderen Algorhythmus. Wenn TLIQ geringer wird als
die Außentemperatur bei laufendem Kompressor, wird der Lüfter 11 wieder eingeschaltet.
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Es ist theoretisch möglich, daß der Speichertank SI friert, wenn das System während des Winters ausgeschaltet
ist und wenn das Gebäude für eine längere Zeit unbenutzt ist und die Außentemperatur abfällt. Dies muß
vermieden werden wegen der Schaden, die durch Platzen des Wassertanks mit 120 Gallonen Wasser entstehen wurden.
Der Algorhythmus dafür prüft die Temperatur von S1 um 1.00 Uhr wenn das System ausgeschaltet ist und die Außenlufttemperatur
geringer als O0C ist. Wenn die S1-Temperatur
geringer als 100C ist, wird ein Flag gesetzt, um den Kompressor
zu betätigen, um S1 auf 210C aufzuheizen. Im
Fall daß der Kompressor aus irgendeinem Grund nicht betätigbar ist, werden die Widerstandsheizelemente für den
gleichen Zweck verwendet.
Die Speichertemperatur-Information muß von Anfang an verfügbar sein, um verschiedene andere Algorhythmen in
richtiger Weise zu betätigen. Wenn das System zuerst gestartet wird oder nach einer abgeschalteten Zeit erneut
gestartet wird, ist es notwendig, diese Speichertemperatur zu bestimmen. Entsprechend enthält dieser Algorhythmus
das Laufen der Pumpe P1 für ein Intervall von 5 Minuten während der Initialisierungsepoche und zu einer Zeit, in
der die Stromeichung nicht durchgeführt wird, dessen Zweck darin besteht, Störungen mit dem Ein-Aus-Zyklus zu vermeiden,
der während des Eichungsprozesses auftritt. Nach 5 minütiger Betätigung der Pumpe kann die Temperatur als
geeignet zum Lesen durch den Sensor D betrachtet werden. Der Wert der Speichertemperatur wird auch ungültig nach
2 Stunden Nichtbetrieb der Pumpe PI, wenn der Betriebsartenschalter
auf Heizen oder Kühlen steht. An diesem Punkt wird die Pumpe P1 betätigt, um eine gültige Temperatur
zu erhalten.
- 54 -
Die folgenden Kriterien sind diejenigen, die zur Steuerung der Betätigung der Widerstandsheizung des Speichers (I2R)
verwendet werden. Ein Betätigungsflag wird vermieden, wenn das System in der Aus- oder Kühlstellung steht, wenn dem
Kompressor nicht erlaubt ist, 100 % der Zeit zu laufen, oder wenn der Kompressor für weniger als 1 Stunde gelaufen
ist. Wenn es betätigt ist, wird das Widerstandsheizelement für wenigstens 1 Minute eingeschaltet, und wenn es ausgeschaltet
ist, bleibt es für wenigstens 1 Minute ausgeschaltet. Es wird darauf hingewiesen, daß die Elemente in dieser
Routine die Elemente 40 im Speichertank 51 sind.
Aus obengenannten Gründen in Verbindung mit dem Speicherbehälter S1 ist es notwendig, die häusliche Heißwassertemperatur
zu kennen, d. h. des Wassers im Tank S2. Für diesen Zweck wird die Pumpe P2 betätigt und Wasser
zirkuliert durch P2, S2, Leitung 36 und die Wasserseite des Austauschers HS-2. Die Pumpe P2 wird nicht während
Spitzenintervallen zum Zwecke des Erhaltene einer DHW-Temperatur gestartet, sie wird jedoch gestartet, wenn das
System gerade daraus austritt, oder wenn das Widerstandsheizelement 42 eingeschaltet ist und die Temperatur für
die letzten 15 Minuten nicht geprüft ist, oder wenn Grundwasser fließt, oder wenn es ein Wochentagmorgen ist,
d. h. ein Intervall, an dem ein großer Heißwasserbedarf erwartet werden kann. Für die Zwecke dieser Routine ist
damit 3 Stunden vor dem Übergang auf die Spitze gemeint. Die Pumpe P2 wird ausgeschaltet, sobald eine geeignete
DHW-Temperaturmessung erreicht wurde.
Das häusliche Heißwasserheizelement 42 wird nur betätigt,
wenn es absolut notwendig ist, um die Temperatur des häuslichen Heißwassers zu erhöhen, um den Bedarf, des Hausbesitzers
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zu befriedigen. Dessen Verwendung wird vermieden, wenn es eben möglich ist, da es ein hohes Niveau von Strom
zieht und die Betriebskosten des Systems erhöht. Entsprechend wird das Flag gesetzt, um die I2R-Einheit zu
starten, wenn die häusliche Heißwassertemperatur bekannt ist und tiefer als ein effektiver Sollpunkt liegt, d. h.
geringer als eine Temperatur, die als notwendig zur häuslichen Bedarfsdeckung bestimmt ist. Das Heizelement wird
jedoch nicht während der Initialisierungsperiode eingeschaltet oder während Spitzenzeiten und ist auch nicht
eingeschaltet, wenn der Kompressor betätigt wird, außer wenn sowohl der Kompressor als auch das Widerstandsheizelement
als notwendig erscheinen, um die häusliche Heißwassertemperatur auf ein gewünschtes Niveau in der Zeit zu halten,
bevor das Spitzenbedarfsintervall beginnt. Das Element wird ausgeschaltet, wenn die Temperatur bekannt ist und
gleich oder größer als der effektive Sollwert ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Temperatur nicht bekannt sein
kann zur Zeit, wenn diese durch den Sollpunkt tritt wegen der 15 minütigen Verzögerung, die in der Routine vorhanden
ist, um die DHW Temperatur zu bestimmen.
Die Betätigung des Kompressors zum Zwecke der Aufheizung des häuslichen Heißwassers ist im wesentlichen unabhängig
von der Widerstandsheizung. Die Pumpe P2 läuft, um die Überhitze durch HX-2 vom Kompressor abzuziehen, die Pumpe
wird jedoch nur betätigt, wenn der Kompressor läuft. Aufgrund der relativen Wirtschaftlichkeit der Aufheizung von
häuslichem Heißwasser mit einem Kompressor im Vergleich zu Widerstandselementen, ist es wünschenswert, daß der Kompressor
läuft, bis die DHW Temperatur auf einem höheren Pegel ist, als die obere Grenze, die mit Widerstandselementen
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verwendet wird.
Einer der anfälligsten Teile des Systems, vom mechanischen Standpunkt aus gesehen, ist immer der Kompressor. Entsprechend
ist es wünschenswert, den Kompressor zu überprüfen, um sicher zu sein, daß er richtig läuft, und Zuverlässigkeitsabweichungen zu erkennen, bevor ein katastrophaler
Fehler auftritt. Wenn der Kompressor richtig läuft, sollte die Abgabetemperatur des Kompressors signifikant
ansteigen, d. h. um etwa 80C in etwa 36 Sekunden, nachdem
der Kompressor gestartet ist, und sollte signifikant über 36 Sekunden abfallen, nachdem der Kompressor anhält. Weiter
sollte die Temperatur nicht abfallen, während der Kompressor läuft. Diese Routine enthält eine Aufzeichnung der
Kompressorabgabetemperatur für die letzten 15 Epochen und vergleicht die letzte Messung mit einer 9 Epoche
früheren, um zu sehen, ob eine Änderung zwischen diesen Epochen auftritt, und, wenn dies so ist, um sicher zu sein,
daß diese Temperaturänderungen in der richtigen Richtung erfolgen. Wenn dieses gewünschte Muster nicht erreicht
wird, wird ein Kompressor-Sicherheitsflag gesetzt, das dazu führt, daß der Kompressor unwirksam gemacht wird.
Zusätzlich führt das Flag zur Beleuchtung der Serviceleuchte 65 am HOC 44.
Es ist auch notwendig sicher zu sein, daß der Außenlüfter läuft. Die Temperatur der Flüssigkeit an dem Ort D wird
geprüft und außerdem die Außentemperatur an der Stelle G. Wenn die Flüssigkeitstemperatur sehr viel größer ist als
die Außenlufttemperatur während des Kühlens, ist es ersichtlich, daß der Lüfter 11 nicht geeignet läuft. Wenn
der Lüfter 11 in zwei aufeinanderfolgenden Epochen nicht
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läuft, wird ein Außenluftsicherheitsflag gesetzt. Dies führt schließlich zur Beleuchtung der Servicelampe 65
am HOC 44.
Die richtige Betätigung des Umkehrventils 20 kann überwacht werden durch Prüfen der Flüssigkeitstemperatur und
der Umgebungslufttemperatur und vergleicht diesen Wert. Die Kriterien zur Prüfung der Funktion des Ventils sind
wie folgt. Wenn während des Kühlbetriebs die Umgebungstemperatur größer als die Temperatur der Flüssigkeit für
ein relativ langes Zeitintervall ist wie z. B. 8 Minuten, kann angenommen werden, daß das Umkehrventil nicht richtig
funktioniert und es wird ein Umkehrventil-Sicherheitsflag gesetzt. Wenn in ähnlicher Weise während des Heizbetriebes
die Flüssigkeitstemperatur größer als die Umgebungstemperatur für etwa 8 Minuten ist, wird ein Umkehrventil-Sicherheitsflag
gesetzt.
Diese Routine wird während des Defrostens außer Betrieb gesetzt. Ein Flag "Defrosten in, Betrieb" wird durch die
Defrostroutine gesetzt, welches für diesen Zweck erkannt
Eine separate Routine überwacht die Spannung kontinuierlich und setzt das System außer Betrieb, wenn es eine hohe oder
niedrige Spannung jeweils für eine Minute feststellt. Das System wird nicht reaktiviert, wenn die Spannung nicht innerhalb
eines akzeptablen Bereiches für 10 Minuten bleibt.
Unter bestimmten Bedingungen ist es möglich, daß der Austauscher HS-1 friert, welches eine geeignete Funktion des
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System ausschließt. Deshalb wird die Temperatur am Sensor D ermittelt. Wenn im Kühlbetrieb die Temperatur
am Sensor D weniger als z. B. -40C für 30 Sekunden ist,
wird ein HX-1 Frostflag gesetzt. Auch wenn im Heizbetrieb während des Defrostens die S1-Temperatur geringer als
100C für eine Epoche ist, wird das HX-1-Frostflag gesetzt.
Die Abgabetemperatur des Kompressors wird überwacht, um das Entstehen von außergewöhnlich hoher Temperatur zu erkennen.
Wenn eine hohe Temperatur ermittelt wird, wird der Kompressor stillgesetzt zusammen mit den zugehörigen Einrichtungen
bis die Temperatur am Sensor C auf z. B. 820C abgefallen ist, und zu dieser Zeit wird der Kompressor
wieder in Betrieb gesetzt. Eine Marke wird für jedes derartiges Außerbetriebsetzen während einer 24-Stunden-Periode
gesetzt. Das System erlaubt dem Kompressor in dieser Periode sieben Mal außer Betrieb gesetzt zu werden.
Wenn aber die Temperatur ein achtes Mal zu hoch wird, wird eine starke Sicherheit gesetzt und der Kompressor kann
nicht erneut betätigt werden.
Eine "Reduzier"-Routine erzeugt ein Wort im digitalen Code,
das im wesentlichen eine Zusammenfassung der verschiedenen Anforderungen und Bedingungen ist, die aus gesetzten oder
nicht gesetzten Flags durch die betrachteten Routinen ist. Zur Erzeugung dieses Wortes wirkt die Routine als Raster,
um Anforderungen zum In-Betrieb oder Außer-Betrieb-Setzen oder Flags auszusortieren, die zueinander im Widerspruch
stehen, und erzeugt eine unzweifelhafte Beziehung, die
durch das System erfüllt werden kann und die den Umständen angemessen ist.
Ein erster Schritt in der Routine ist es, nach irgendwelchen "Sicherheiten" zu suchen, die angefordert wurden, und zu
bestimmen, welche anderen Geräte von einer Einrichtung abhängig sind, für die eine Sicherheit angefordert ist.
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Lo
Für diesen Zweck ist eine Tabelle von Abhängigkeiten in
einem nichtflüchtigen Speicher abgespeichert. Diese Tabelle gibt einfach an, welche Geräte von welchem anderen Gerät, für die eine Sicherheit gesetzt werden kann, abhängig sind. Z. B. sind von der Pumpe P1 abhängige Geräte der Kompressor, der Außenlüfter und das Umkehrventil, weil keines
dieser Geräte betätigt werden darf, wenn P1 nicht in
Betrieb ist. Sicherheiten sind auf allen Geräten gesetzt, die abhängig sind von einem Gerät, auf welches eine Sicherheit gesetzt ist.
einem nichtflüchtigen Speicher abgespeichert. Diese Tabelle gibt einfach an, welche Geräte von welchem anderen Gerät, für die eine Sicherheit gesetzt werden kann, abhängig sind. Z. B. sind von der Pumpe P1 abhängige Geräte der Kompressor, der Außenlüfter und das Umkehrventil, weil keines
dieser Geräte betätigt werden darf, wenn P1 nicht in
Betrieb ist. Sicherheiten sind auf allen Geräten gesetzt, die abhängig sind von einem Gerät, auf welches eine Sicherheit gesetzt ist.
Daraus folgt, daß Anforderungen zum In-Betrieb-Setzen für
Geräte mit gesetzten Sicherheiten nicht ausgeführt werden sollen. Solche Anforderungen werden in Anforderungen zum
Außer-Betrieb-Setzen umgewandelt. Eine Geräteanforderung
wird dann geprüft und es wird geschlossen, daß die Betätigung eines Gerätes veranlaßt wird, wenn keine Sicherheit
an diesem Gerät besteht und kein Außer-Betrieb-Setzen veranlaßt ist, und wenn dafür ein Inbetriebnahmebefehl vorliegt. Es ist zu beächten, daß dies eine Prioritätsfolge ist zusätzlich zu den notwendigen Bedingungen.
Außer-Betrieb-Setzen umgewandelt. Eine Geräteanforderung
wird dann geprüft und es wird geschlossen, daß die Betätigung eines Gerätes veranlaßt wird, wenn keine Sicherheit
an diesem Gerät besteht und kein Außer-Betrieb-Setzen veranlaßt ist, und wenn dafür ein Inbetriebnahmebefehl vorliegt. Es ist zu beächten, daß dies eine Prioritätsfolge ist zusätzlich zu den notwendigen Bedingungen.
Diese Routine bewirkt weiterhin eine Leuchtanzeige, wenn die Flags existieren, die diese Bedingungen anfordern. Es ist
in Verbindung mit den Sicherheiten und Außer-Betrieb-Setz-Befehlen,
die oben diskutiert sindj zu beachten, daß eine Sicherheit auf einem Gerät bedeutet, daß das Gerät nicht
erneut gestartet werden kann, ohne daß das System abgeschaltet und wieder in Betrieb genommen wird. Ein Außerbetriebsetzbefehl
ist einfach eine Anforderung abzuschalten.
Für Vorgänge auf der Basis des oben angegebenen Prüfens
wird der Kompressor zuerst abgeschaltet, wenn ein Befehl,
wird der Kompressor zuerst abgeschaltet, wenn ein Befehl,
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dieses zu tun, empfangen ist, dann werden andere "Geräte-Aus"-Befehle
befolgt. Danach werden die Geräte in einer spezifischen Reihenfolge in Betrieb gesetzt, nachdem angeforderte
Lampen in Betrieb gesetzt sind und, wenn geeignet, das Ventil 20 umgeschaltet ist. "Ein"-Befehle werden zusammengefügt,
um das digitale Ausgangswort zu ändern. Schließlich wird die Zeit, zu der Einrichtungen an- oder
abgeschaltet werden, in bezug zur relativen Startzeit abgespeichert.
Es wird angenommen, daß der Betrieb des Systems aus dem Obengenannten klar ist, jedoch wird nachfolgend eine Zusammenfassung
des Gesamtschemas gegeben. Wenn das System zunächst eingeschaltet wird, werden die Werte, die ursprünglich
benötigt werden, gespeichert und wie beschrieben in Verbindung mit der Initialisierungsroutine berechnet.
Der Hausbesitzer wählt eine Solltemperatur und die Verschiebezeiten und Temperaturen unter Verwendung der Steuerungen
am HOC 44. Wenn eine Meldung formuliert ist und vom PCON 44 zum HOC 44 gesendet ist, antwortet die Konsole mit
einer Meldung schließlich der Information über die Sollwerte und der Information, die die Positionen der anderen
Stellungen zusammenfaßt.
Inzwischen werden alle Temperaturmessungen kontinuierlich ausgeführt und Spannung und Strom, die zur Wohnung geliefert
werden, werden gemessen. Von Zeit zu Zeit, wie durch die beschriebenen Bedingungen bestimmt ist, wird die Lebensraumtemperatur ermittelt, mit oder ohne Klimatisierung.
Die Speichertemperatur S 1 wird geprüft und außerhalb der Spitzenzeiten eingestellt, so daß dieser zur Abgabe von
Wärme oder zur Aufnahme von Wärme aus dem Raum während der Spitzenzeiten mit minimaler Verwendung des Kompressors und
der Widerstandselemente vorbereitet ist.
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Aufgrund der Tatsache, daß die meisten der Routinen gleichzeitig ausgeführt werden, gibt es keine logische
Art und Weise, in der ein Gesamtfortschritt von Vorgängen beschrieben werden kann. Es ist jedoch zu beachten, daß
die meisten der Routinen entweder einen Wert angeben oder verändern, der das Ergebnis einer Messung und Berechnung
oder eines Flags ist und daß diese Werte und Flags geprüft, verwendet und in einigen Fällen für andere Routinen für
den letztendlichen Zweck der Erzeugung eines digitalen Wortes dienen, das in vorbestimmter Folge den Start, das Anhalten
oder den kontinuierlichen Betrieb oder Nichtbetrieb aller der Motoren und anderen Komponenten des Systemes steuert.
Weiterhin werden diese Betätigungen in einem realen Zeitraum durchgeführt, der durch 4-Sekunden-Epochen innerhalb
des Systems definiert ist.
Das System kann angesehen werden als daß es eine Raumklimatisierungsfunktion
erfüllt in einer Weise, die nicht nur den Raum aufheizt oder kühlt, um ein gewünschtes Komfortniveau
in effizienter Weise zu erhalten, sondern auch Bedarfsbegrenzungsfunktionen erfüllt. Dies ist von besonderer Bedeutung
für die Versorgungsunternehmen, da,wenn eine entsprechende Zahl von Häusern in einem Versorgungsgebiet den individuellen
Leistungsbedarf auf ein gewähltes Niveau begrenzt, die Spitzenkapazität der erzeugenden Anlagen des Versorgungsunternehmens reduziert oder wenigstens begrenzt werden
kann. Ein Maß dafür ist der Belastungsfaktor, der definiert ist als die mittlere Belastung geteilt durch die Spitzenbelastung,
bestimmt über ein ausgewähltes Zeitintervall, z. B. eine Stunde, einen Monat oder ein Jahr. Die Berechnung
des Belastungsfaktors für ein Jahr z. B. würde die Integrierung
- 62 -
der über das Jahr erzeugten Kilowatt, d. h. der totale'n
Kilowattstunden für dieses Jahr und Teilung dieser durch die Spitzenkilowatt ,erzeugt über ein Zeitintervall wie
eine Stunde,multipliziert mal 8.760, der Zahl der Stunden
im Jahr beinhalten. Dies ist ein Faktor, der üblicherweise von Versorgungsunternehmen für verschiedene Zwecke
verwendet wird.
Der Belastungsfaktor für ein konventionelles HVAC Heizpumpensystem
ist häufig in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3, wodurch angedeutet ist, daß der Spitzenbedarf des
Systems, der auf Grundlage einer Winterspitze berechnet ist, sehr hoch ist im Vergleich zur Durchschnittsbelastung.
Weiterhin tendieren die Spitzen dazu,wttterabhängig zu
sein und für Gruppen von Wohneinheiten zusammen zu erscheinen. Daher muß das Versorgungsunternehmen, das eine
solche Region bedient, eine Anlagenkapazität aufweisen, um diese Spitzen zu, decken oder andere Maßnahmen zu treffen.
■
Mit dem System der vorliegenden Erfindung werden die Spitzen im wesentlichen auf Zeiten verlegt, wenn der Bedarf
gering ist. Weiterhin ist der Bedarf eines individuellen Systems geringer wahrscheinlich mit dem Bedarf einer
signifikanten Zahl von anderen Systemen synchronisiert, da die wesentliche Einstellung des Speichertanks S1 zu
jeder Zeit außerhalb der Spitzenstunden erfolgen kann. Daher sinkt der Belastungsfaktor für solch eine Wohneinheit
beträchtlich. In idealer Weise sollte der Belastungsfaktor sich 1,0 annähern. In praktischen Systemen gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Belastungsfaktor zwischen 0,7 und 0,8 sein, eine sehr bedeutsame Verbesserung über
frühere Systeme.
- 63 -
Die von den Versorgungsunternehmen aufgestellten Tarifstrukturen können von einem Ort zum anderen stark variieren
und können innerhalb eines Bereiches von Zeit zu Zeit sich ändern. Z. B. kann ein lokales Unternehmen sein Spitzenintervall
zum Zwecke der Tarifstrukturerstellung von 9.00 bis 21.00 Uhr aufstellen und dann später dies auf zwei
Spitzenintervalle von 7.00 - 11.00 Uhr und von 16.00 21.00
Uhr ändern. Für die vorliegende Erfindung bedeutet dies kein Problem, da es Intervalle außerhalb der Spitzenzeiten
vorteilhaft verwenden kann, wenn immer diese erscheinen. Der Beginn und das Ende dieser Intervalle werden durch
Signale angezeigt, die über Leitungen zu Meßgeräten geschickt werden, die durch die Versorgungsunternehmen installiertsind.
Das Steuergerät kann unter Verwendung von spezieller Hardware
aufgebaut sein, am einfachsten ist jedoch die Implementierung eines 8088 Mikroprozessors.
Obgleich eine vorteilhafte Ausführungsform zur Darstellung
der Erfindung gewählt wurde, ist jedoch von den Fachleuten erkennbar, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen
darin gemacht werden können, ohne daß von der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen enthalten ,abgewichen wird.
Claims (1)
- Ansprüche:1. Ein System zur Veränderung der Temperatur des Innenraumes eines Gebäudes derart, bei dem ein Verteilungskanalsystem zur Verteilung von Luft von einem Wärmeaustauscherort zu Bereichen des Gebäudes und ein Luftrückkehrkanalsystem zur Ableitung der Luft von den Bereichen des Gebäudes zu einem Wärmeaustauscherort vorgesehen sind, das enthält:einen Wasserspeichertank, einen Wasser-zu-Luft-Wärmeaustauscher an der Wärmeaustauscherstelle, Mittel einschließlich einer Pumpe zur Zirkulation von Wasser aus dem Tanl' durch den Wärmeaustauscher, Lüfter zum Durchtreiben von rückkehrender Luft aus dem Luftrückkehrkanalsystem durch den Wärmeaustauscher in das Luftverteilungskanalsystem, eine Wärmepumpeneinrichtung zur Veränderung der Temperatur des Wassers im Tank, und Steuermittel zur Steuerung des Betriebes der Lüftermittel und der Wärmepumpeneinrichtung, wobei diese Steuermittel enthalten: Mittel zur Einstellung einer Solltemperatur, die eine gewünschte Temperatur für den Raum darstellt, Mittel zur Erfassung der Temperatur der rückkehrenden Luft, die von verschiedenen Bereichen des Gebäudes in den Wärmeaustauscher eintritt, Mittel zur Energieversorgung der Lüftermittel, Mittel zur selektiven Energieversorgung der Wasserpumpe, um Wasser aus dem Tank durch den Wärmeaustauscher zu zirkulieren, während Luft durch den Wärmeaustauscher tritt, um den Raum zu klimatisieren, wenn die gemessene Temperatur der Rückkehrluft um einen- 65 -vorbestimmten Wert in fallender Richtung vom Sollpunkt abweicht.2. System nach Anspruch 1, bei dem die Steuermittel enthalten: Taktmittel zur Erzeugung charakteristischer Kennzeichen, wenn das System während Intervallen von hohem Leistungstarif und niedrigem Leistungstarif betrieben wird.3- System nach Anspruch 2, bei dem das Wärmepumpensystem einen außenliegehden Wärmeaustauscher aufweist, ein Umkehrventil, einen Kompressor und Wärmeaustauschermittel, die mit dem Tank verbunden sind, um selektiv das Wasser im Tank aufzuheizen oder zu kühlen, und die Steuermittel Mittel zur Erfassung der Temperatur des Tankwassers enthalten, und Mittel zur Betätigung des Kompressors,wenn das Tankwasser von einer vorbestimmten Temperatur in fallender Richtung abweicht, aufweisen und das System während eines Intervalls eines niedrigen Leistungstarifes läuft.4. System nach Anspruch 2, bei dem die Steuermittel Mittel aufweisen zur Anzeige der zum Gebäude geführten elektrischen Leistung und Mittel zur Betätigung eines Alarms, wenn die zugeführte Leistung ein vorgewähltes Nievau überschreitet.5. System nach Anspruch 3, bei dem die Steuermittel Mittel enthalten zur Speicherung der durch dieses Mittel erfolgten Temperaturmessung der Rückkehrluft zur Erfassung jeder Zeit,zu der der Lüfter augenblicklich in Betätigung gesetzt wird, und- 66 -LIMitteli die auf die Differenzen zwischen den
Temperaturmessungen der Rückkehrluft und dem Sollwert bei zwei aufeinanderfolgenden Lüfterbetätigungen ansprechen, um ein Zeitintervall auszuwählen, während dessen die Mittel zur Betätigung der Lüftermittel es ermöglichen, daß die Lüftermittel unbetätigt bleiben.System nach Anspruch 5, bei dem die Mittel, die auf
die Differenz zwischen der Temperatur der Rückkehrluft und dem Sollwert ansprechen, ein Intervall auswählen das eine erste Dauer aufweist, wenn die
Temperatur der Rückkehrluft in Relation zum Sollwert in zwei aufeinanderfolgenden Messungen beträchtlich abfällt, eine zweite längere Dauer, wenn der
Abfall in zwei aufeinanderfolgenden Messungen gering ist und eine dritte Dauer, die langer als die zweite Dauer ist, wenn die Messung anzeigt, daß der Raum in zwei aufeinanderfolgenden Messungen überklimatisiert ist.System nach Anspruch 1, bei dem die Steuermittel
Mittel zur Speicherung einer Temperaturmessung der
Rückkehrluft aufweisen, die durch diese Mittel zur
Erfassung jederzeit durchgeführt werden, zu der der
Lüfter anfänglich betätigt wird, und Mittel,die auf
die Differenzen zwischen den Temperaturmessungen der Rückkehrluft und dem Sollwert in zwei aufeinanderfolgenden Lüfterbetätigungen zur Auswahl eines Zeitintervalls, während dessen die Mittel zur Betätigung der Lüftermittel es ermöglichen, daß die Lüftermittel unbetätigt bleiben, ansprechen.- 67 -8. System nach Anspruch 1, bei dem die Wärmepumpeneinrichtung einen Kompressor enthält, der1 zur Änderung der Wassertanktemperatur auf ein Niveau betätigbar ist, das eine Klimatisierung des Raumes ermöglicht.9. System nach Anspruch 8, bei dem die Anordnungmit elektrischer Energie versorgt wird entsprechend einer Tarifstruktur, die Spitzenbedarfstarifintervalle und Außerspitzenbedarfstarifintervalle aufweist, und die Steuermittel Mittel zur Betätigung des Kompressors während Spitzenintervallen für begrenzte Zeiten aufweisen, die als Funktion der Spitzentarifstruktur und des geforderten Komforts des Gebäudebesitzers bestimmt sind.10. Verfahren zur Steuerung eines Raumklimatisierungssystems zur Veränderung der Temperatur eines Raumes innerhalb eines Gebäudes, das mit elektrischer Energie während Intervallen des elektrischen Spitzen- und Nichtspitzenverbrauches versorgt wird, wobei das System eine thermische Speichermasse aufweist, Mittel zur selektiven übertragung von Wärme zwischen der Speichermasse und der umgebenden Atmosphäre, Mittel zur selektiven übertragung von Wärme zwischen der Speichermasse und dem Raum, und Mittel zur Überwachung der elektrischen Energie, die zum Gebäude geführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist der Festlegung einer Sollwerttemperatur, auf die der Raum zu halten ist, das Festlegen eines Temperaturbereiches, innerhalb dessen die thermische Speichermasse zu halten ist, um die Klimatisierung des Raumes unter Verwendung der thermischen Speichermasse zu ermöglichen, Nachregelung der thermischen- 68 -UhSpeichermasse während Perioden des Verbrauchs außerhalb des Spitzenbedarfs, um deren Temperatur auf den festgelegten Bereich wieder herzustellen durch übertragung von Wärme zwischen der thermischen Masse und der umgebenen Atmosphäre, wenn immer die Temperatur der Masse unter den festgelegten Bereich abfällt, und während Perioden des Spitzenverbrauches zur Begrenzung der Zeiten, wobei der Belastungsfaktor der Wohnung nahe zu 1 gebracht wird, Bestimmung der Temperatur des Raumes und Klimatisierung des Raumes durch Übertragung von Wärme zwischen der thermischen Speichermasse und dem Raum, wenn die Temperatur des Raumes von dem SoIlwert um einen gewählten Wert abweicht, ohne Rücksicht darauf, ob die Raumklimatisierungszeit innerhalb oder außerhalb der Spitzenbedarfsintervalle liegt.11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Temperatur des Raumes durch Ermittlung der Temperatur zu bestimmten Zeiten erfolgt.12. Verfahren nach Anspruch 10, welches beinhaltet, daß, wenn die Raumtemperatur innerhalb eines gewählten Differenzbandes vom Sollpunkt liegt, der Lüfter wieder nach einem nichtbetätigten Intervall betrieben wird und eine neue Messung der Raumtemperatur zum Vergleich mit dem Sollpunkt erhalten wird.13. Verfahren nach Anspruch 12 und weiter beinhaltend eine Messung der Spannung und des Stromes, die zur Wohnung geführt werden und Berechnung der augenblicklichen zur Wohnung geführten Leistung, Auswählen eines für den ge-- 69 -wünschten Verbrauch höchsten Leistungspegels und Aktivierung eines Alarms, wenn der errechnete Leistungsverbrauch das vorgewählte Niveau überschreitet .
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