DE3919136A1 - Verfahren zur regelung eines stetigen stellgliedes in einer zentralheizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Verfahren dieser Art ist etwa der DE 31 10 730 A1 zu entnehmen. Danach wird ein Stellglied, vorzugsweise ein Ventil oder ein Mischer, über einen Führungsregler in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Istwert und dem eingestellten Sollwert der Raumtemperatur betätigt. Durch ein mehr oder weniger starkes öffnen des Strömungsquerschnittes verändert sich die Vorlauftemperatur des Heizmittels, was im Raum unterschiedliche Aufheizgeschwindigkeiten zur Folge hat. Dabei ist eine Optimierung durch eine Optimierungsschaltung möglich. So kann beispielsweise durch die Optimierungsschaltung die Steigung oder das Niveau der Heizkurve verändert werden. Eine stärkere Steigung oder ein höheres Niveau hat eine höhere Vorlauftemperatur und damit einen stärkeren Anstieg der Raumtemperatur zu Folge.

Weil die Raumtemperatur in einem recht großen Bereich schwankt, stellen alle bekannten Regelverfahren einen Kompromiß dar. Die Bedürfnisse sind etwa morgens nach der Nachtabsenkung mit einer großen Differenz zwischen der Soll- und der Isttemperatur völlig anders als während des Tages, wenn sich beide Temperaturen einander genähert haben. Auch Fremdeinflüsse, wie eine starke Sonneneinstrahlung oder Kaltlufteinfall, wirken sich auf das Regelverhalten aus. Es wurden deshalb schon viele Überlegungen angestellt, alle diese Faktoren miteinander in Einklang zu bringen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine optimierte Regelung mittels stetigem Stellglied zu schaffen, bei der in jeder Phase das Stellglied so eingestellt ist, daß auf günstigste Weise eine Annäherung der Isttemperatur an die Solltemperatur erzielt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale.

Im Gegensatz zu den bisherigen Regelverfahren wird nicht der Versuch unternommen, eine geeignete Regelcharakteristik zu finden, die über den gesamten Temperaturbereich gilt und deshalb notgedrungen einen Kompromiß darstellt. Der gesamte Temperaturbereich wird vielmehr in unterschiedliche Temperaturzonen aufgeteilt und dabei jeder Temperaturzone ein unterschiedliches Regelverhalten zugeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem einzigen Einstellknopf für den Sollwert und einem Meßwertfühler für den Istwert ein optimales Regelverhalten in Bezug auf Aufheizgeschwindigkeit, Regelabweichung, Schwingungsneigung und Sprungverhalten zu erreichen.

Empfehlenswert ist die Einteilung des Temperaturbereiches in drei Zonen, nämlich in eine unter dem Sollwertbereich liegende Aufheizzone, eine im Sollwertbereich liegende Komfortregelzone und eine über dem Sollwertbereich liegende Überhitzungszone, wobei dann das stetige Stellglied in jeder dieser drei Zonen ein unterschiedliches Regelverhalten aufweist. In der Aufheizzone liegen nämlich ganz andere Bedürfnisse vor als in der Komfortregelzone mit einer Annäherung des Istwertes an den Sollwert oder gar in der Überhitzungszone. Durch das bereichsweise unterschiedliche Regelverhalten ist diesen Bedürfnissen entsprochen, wobei keinerlei Kompromisse erforderlich sind.

In der Aufheizzone ist eine schnelle Aufheizung erwünscht, um auf die eingestellte Solltemperatur zu kommen. Deshalb wird in dieser Temperaturzone das Stellglied voll geöffnet. Dem Raum wird die volle Heizleistung zugeführt.

Sobald die Komfortregelzone erreicht ist, muß die Energiezufuhr zum Raum deutlich gedrosselt werden, um die Annäherung des Istwertes an den eingestellten Sollwert zu erreichen. Somit wird jetzt das stetige Stellglied zeitdiskret, d. h. über eine periodische Temperaturabfrage, um einen bestimmten Betrag geschlossen, bis schließlich die Isttemperatur nicht mehr ansteigt. Sobald die Isttemperatur wieder innerhalb der Komfortregelzone abfällt, wird das stetige Stellglied ebenso zeitdiskret wieder etwas mehr geöffnet.

Es ist denkbar, daß während einer Aufheizphase die Isttemperatur über die Komfortregelzone hinaus bis in die Überhitzungszone ansteigt, ohne daß der Temperaturanstieg den Wert "null" erreicht hat. In diesem Fall wird dann automatisch der untere Grenzwert der Komfortregelzone um den überschwingenden Betrag herabgesetzt. Somit wird während der nächsten Aufheizphase ein übersteigen der Komfortregelzone vermieden.

Sollte hingegen während einer Aufheizphase der Sollwert nicht mindestens erreicht werden, wird automatisch der untere Grenzwert der Komfortregelzone um den Differenzbetrag zwischen dem maximalen Istwert und dem Sollwert angehoben. Somit wird während der nächsten Aufheizphase der Sollwert erreicht. Durch das Absenken oder Anheben des unteren Grenzwertes der Komfortregelzone ist eine kontinuierliche Korrektur möglich, um die Isttemperatur in dem gewünschten Bereich zu halten.

Eine weitere Möglichkeit in das Regelverhalten einzugreifen, besteht darin, in bestimmten Situationen die Abfrageintervalle für die Isttemperatur gegenüber den Normalintervallen zu verkürzen und/oder die Taktimpulse für das Stellglied zu vergrößern. Auf diese Weise erfolgt eine beschleunigte Einwirkung auf das Stellglied bis wieder der normale Rhytmus einsetzt. Das ist beispielsweise dann erforderlich, wenn die Isttemperatur die Überhitzungszone erreicht hat und der Wert schnell heruntergefahren werden soll. Aber auch in anderen Temperaturzonen ist diese Maßnahme anwendbar.

Die beigefügte Zeichnung stellt zur Erläuterung der Erfindung in einer einzigen Figur ein Temperatur-Zeit-Diagramm dar.

Auf der Ordinaten ist die Raumtemperatur aufgetragen und auf der Abszisse die Aufheizzeit. Der gesamte Temperaturbereich ist in drei Zonen aufgeteilt, eine untere Aufheizzone A, eine um den Sollwert S liegende Komfortregelzone B von beispielsweise 0,5-1,5 K und eine obere Überhitzungszone C.

Für ein schnelles Aufheizen wird das Stellglied ganz geöffnet. Die Raumtemperatur steigt relativ schnell an. Sobald die Grenzlinie a zur Komfortregelzone B überschritten wird, beginnt ein anderes Regelverhalten. Das Stellglied wird zeitdiskret gedrosselt, wobei die Abfrageintervalle verlängert werden können, beispielsweise von 30 sec. auf 5 min.. Bei ordnungsgemäßer Einstellung wird die Isttemperaturkurve I den Sollwert gerade überschreiten. Bei einem Abfallen dieser Kurve I wird das Stellglied ebenso zeitdiskret wieder geöffnet, um einen Wert auf der Höhe des Sollwertes S zu halten. Dabei können auch die Taktimpulse für das Stellglied bzw. für die Heizkreispumpe verändert werden.

Bei einem überschwingen der Isttemperaturkurve I1 über die obere Grenzlinie b der Komfortregelzone B hinaus wird automatisch die untere Grenzlinie a um den überschwingenden Betrag x herabgesetzt. Somit wird bei der nächsten Aufheizphase bereits früher mit dem Drosseln des Stellgliedes begonnen. Bei Nichterreichen des Sollwertes S durch die Isttemperaturkurve I2 wird die untere Grenzlinie a um den Differenzbetrag y angehoben.

Das erfindungsgemäße Regelverfahren sorgt nicht nur für ein schnelles Aufheizen und ein genaues Einstellen der Raumtemperatur. Auch auf Fremdeinflüsse, wie starke Sonneneinstrahlung oder Kaltlufteinfall wird schnell reagiert, weil das über- bzw. Unterschreiten der Komfortregelzone B zu einer sofortigen Änderung am Stellglied führt. Ferner ist auch eine Optimierungsschaltung durch ein Aufspeichern und Vergleichen der eingegebenen Daten möglich.

Claims (6)

1. Verfahren zur Regelung eines stetigen Stellgliedes in einer Zentralheizungsanlage in Abhängigkeit vom Verhältnis des Ist- zum Sollwert der Raumtemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Raumtemperaturbereich in unterschiedliche Temperaturzonen, vorzugsweise eine unter dem Sollwert S liegende Aufheizzone A, eine im Sollwertbereich liegende Komfortregelzone B und eine über dem Sollwert S liegende überhitzungszone C aufgeteilt ist und daß das stetige Stellglied in den unterschiedlichen Temperaturzonen ein unterschiedliches Regelverhalten aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Stellglied in der Aufheizzone A im Interesse einer schnellen Aufheizung voll geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Stellglied bei Erreichen der Komfortregelzone B aus der Aufheizzone A zur Annäherung des Istwertes I an den eingestellten Sollwert S zeitdiskret gedrosselt und bei einem Abfallen des Istwertes I ebenso zeitdiskret wieder geöffnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Grenzwert a der Komfortregelzone B bei einem Ansteigen des Istwertes I1 bis in die überhitzungszone C hinein um den überschwingenden Betrag x herabgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Grenzwert a der Komfortregelzone B bei Nichterreichen des Sollwertes S durch den Istwert 12 um den Differenzbetrag zwischen beiden Werten angehoben wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur beschleunigten Einwirkung auf das Stellglied in den einzelnen Temperaturzonen die Intervalle zum Abfragen der Isttemperatur verkürzt und/oder die Taktimpulse für das Stellglied vergrößert werden.