DE4225622A1 - Control method for building heating and cooling systems with inertia - estimating average external temp. against time from measured values over previous 24 hour period taking account of day-night fluctuations and trends - Google Patents
Control method for building heating and cooling systems with inertia - estimating average external temp. against time from measured values over previous 24 hour period taking account of day-night fluctuations and trendsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Steuerung solcher Einrichtungen zum Heizen und Kühlen von Gebäuden, die entweder selbst oder in Verbindung mit bestimmten Bauweisen langsam reagieren, d. h. träge sind. Dies sind z. B. solche mit mit massereichen Heizflächen, wie z. B. mit Fußboden-Heizestrichen oder mit Stahlbeton-Geschoßdecken als Heiz- und Kühlflächen (z. B. P 40 27 833) betrieben werden. Diese Trägheit verstärkt sich weiter, wenn in schwerer Bauweise konstruierte Gebäude (Mauerwerk und Stahlbeton-Geschoßdecken) - wie dies immer häufiger der Fall ist - mit guten Wärmedämmungen versehen sind. Je nach Trägheit vergehen dann viele Stunden bis ein Ein- oder Ausschalten der Heizung oder Kühlung sich im Gebäude auswirkt. Die Steuerung von trägen Heiz- und Kühl systemen bereitet deshalb große Schwierigkeiten.The invention relates to the control of such devices for heating and cooling buildings, either themselves or react slowly in connection with certain construction methods, d. H. are sluggish. These are e.g. B. those with massive Heating surfaces, such as B. with floor heating screed or with Reinforced concrete floors as heating and cooling surfaces (e.g. P 40 27 833) can be operated. This sluggishness intensifies continue when buildings constructed in heavy construction (Masonry and reinforced concrete floors) - as always more often the case is - provided with good thermal insulation are. Depending on the sluggishness, many hours pass by Switching the heating or cooling on or off in the Building affects. The control of slow heating and cooling systems is therefore very difficult.
Verfahren zur Steuerung träger Heizsysteme - insbesondere von Fußboden-Speicherheizungen - sind zwar bekannt. Im Heizfall schalten solche Steuerungen die Wärmeerzeugung und -vertei lung ein, wennProcess for controlling slow heating systems - especially of Underfloor storage heaters - are known. When heating such controls switch the heat generation and distribution on if
THist < THsoll T Hist <T Hsoll
Dabei istIt is
THist = gemessene Heizflächen-Temperatur
THsoll = erforderliche Heizflächen-TemperaturT Hist = measured heating surface temperature
T Hsoll = required heating surface temperature
THSoll hängt von den Außen-Temperaturen und von baulich und klimatisch bedingten Faktoren ab. Diese Abhängigkeit wird in einer Heizkurve dargestellt, wie z. B. in Fig. 1 dargestellt. Bei sehr großen Heizflächen - wie sie z. B. in dem in P 40 27 833 beschriebenen, trägen und ähnlichen Systemen gegeben sind - sind die Heizkurven sehr flach und mit einer Geraden gemäß folgender Formel ausreichend definiert:T HSoll depends on the outside temperatures and on structural and climatic factors. This dependency is shown in a heating curve, such as. B. shown in Fig. 1. With very large heating surfaces - as z. B. are given in the slow and similar systems described in P 40 27 833 - the heating curves are very flat and sufficiently defined with a straight line according to the following formula:
THsoll = TA · a + bT Hsoll = T A · a + b
Dabei ist
TA: gemessene Außen-Temperatur
a: wählbare Steilheit der Heizkurve
(steilere Kurve bei schlechterer Wärmedämmung
oder/und kleineren Heizflächen)
b: wählbarer Wert der Parallelverschiebung
(größerer Wert bei kleineren internen
und solaren Wärmegewinnen)It is
T A : measured outside temperature
a: selectable slope of the heating curve (steeper curve with poorer thermal insulation and / or smaller heating surfaces)
b: selectable value of the parallel shift (larger value with smaller internal and solar heat gains)
Die Heizung schaltet also ein, wennSo the heating turns on when
THist < TA · a + bT Hist <T A · a + b
TA = +8°C
a = -0,25 (d. h. z. B. bei einem Absinken
der Außen-Temperatur um 32 K müßte die
Heizflächen-Temperatur um 0,25×32 K
= 8 K angehoben werden)
b = +26 K (ist nur bei großen Heizflächen und guten Wärmedämmungen
ungefähr so zutreffend).T A = + 8 ° C
a = -0.25 (e.g. if the outside temperature drops by 32 K, the heating surface temperature would have to be increased by 0.25 × 32 K = 8 K)
b = +26 K (is only about as applicable for large heating surfaces and good thermal insulation).
Tist < +8°C × (-0,25) + 26 K
THist < +24°CT is <+ 8 ° C × (-0.25) + 26 K.
T Hist <+ 24 ° C
Solche Steuerungen können aber nur bedingt vermeiden, daß z. B. unter Umständen in einer kühlen Nacht geheizt wird und tags darauf - wenn die Sonne scheint - es im Gebäude zu warm ist. Für die z. Zt. üblichen, im allgemeinen weniger trägen Heiz- und Kühlsysteme mögen diese Steuerungen ausreichen. Aber die immer wichtiger werdende Energieeinsparung erfordert immer bessere Wärmedämmungen, und diese führen in Verbindung mit schweren Bauweisen im Heizfall zu immer längeren Auskühl- und im Kühlfall zu immer längeren Aufheizzeiten, d. h. zu immer träger wirkenden Heiz- und Kühlsystemen. Und dann wirkt sich ein Steuerungsvorgang nach dem oben beschriebenen, be kannten und ziemlich einfachen Prinzip erst nach einem be stimmten, von der Trägheit des Systems abhängigen längeren Zeitraum aus.Such controls can only partially avoid that e.g. B. may be heated on a cool night and the next day - when the sun is shining - the building is too warm is. For the z. Currently usual, generally less sluggish Heating and cooling systems may suffice for these controls. But the ever more important energy saving requires ever better thermal insulation, and this leads to connection with heavy construction in the case of heating to longer and longer cooling and in the case of cooling to longer and longer heating times, d. H. to increasingly sluggish heating and cooling systems. And then it works a control process according to the above, be known and fairly simple principle only after a be agreed, longer depending on the inertia of the system Period.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung träger Heiz- und Kühlsysteme liegt folgende Aufgabenstellung zugrundeThe inventive method for controlling slow heating and cooling systems is based on the following task
- - Es muß bewirken, daß nicht nachts geheizt wird und die Wärme erst tags ankommt, wenn sie nicht mehr gebraucht wird und sie müssen bewirken, daß in kühlen Nächten nicht gekühlt wird und es tags darauf, wenn es warm geworden ist, dafür wegen der Trägheit zu spät ist; d. h. sie müssen die Tag/Nacht- Schwankungen unberücksichtigt lassen können.- It must ensure that there is no heating at night and that Heat only arrives during the day when it is no longer needed and they have to make sure that on cool nights not chilled and the next day when it has warmed up, for that is too late because of laziness; d. H. they need the day / night Can ignore fluctuations.
- - Es muß ferner bewirken, daß Heizungen und Kühlungen betrie ben werden aufgrund vorausschauend ermittelter Außentempera turen, die erst nach Ablauf eines bestimmten von der Trägheit abhängigen Zeitraums künftig zu erwarten sind; d. h. daß Trends zu allgemein wärmerem oder kälterem Wetter vorausschauend er kannt und berücksichtigt werden.- It must also cause heating and cooling to operate ben are based on anticipated outside temperatures doors that only after a certain period of inertia dependent period are expected in the future; d. H. that trends looking ahead to generally warmer or colder weather known and taken into account.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst:According to the invention, this object is achieved as follows:
Beibehalten wird das Ein- und Ausschalten, wenn z. B. die Heizflächen-Temperatur für eine bestimmte Außentemperatur zu kalt bzw. zu warm ist. Beibehalten wird auch die oben be schriebene, bekannte Heizkurve, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt.Switching on and off is maintained when e.g. B. the heating surface temperature is too cold or too warm for a certain outside temperature. The known heating curve described above will also be retained, as shown by way of example in FIG. 1.
Das hier beschriebene Verfahren ist jedoch dadurch gekenn zeichnet, daß - anstelle der Messung momentaner Außentempera turen - die der Steuerung zugrundezulegenden Werte wie folgt ermittelt werden (siehe Fig. 2):However, the method described here is characterized in that - instead of measuring instantaneous outside temperatures - the values on which the control system is based are determined as follows (see FIG. 2):
Die Außentemperaturen werden laufend gemessen. In regelmä ßigen Abständen (c) - z. B. alle 2 Stunden - werden die mit bekannten Computer-gesteuerten Rechnern die Außentemperatur- Mittelwerte für die jeweils zurückliegenden 24 Stunden ( z. B. TAM1 und TAM2) gemessen und errechnet. Die Zugrundelegung solcher 24-Stunden-Mittelwerte für die Außentemperaturen gewährleistet, daß nicht mehr aufgrund von momentanen, zwi schen Tag und Nacht relativ stark schwankenden Außentempera turen ein- und ausgeschaltet wird und die Wärme bzw. Kälte trotzdem nicht rechtzeitig im Gebäude zur Wirkung kommt, sondern daß die Steuerungsfunktionen aufgrund allgemeiner, vom Tag/Nacht-Rhythmus unabhängigen Außentemperaturen erfol gen.The outside temperatures are continuously measured. At regular intervals (c) - z. B. every 2 hours - the mean temperature values for the past 24 hours (e.g. T AM1 and T AM2 ) are measured and calculated with known computer-controlled computers. The basis of such 24-hour averages for the outside temperatures ensures that no more temperatures are switched on and off due to the momentary outside temperatures that fluctuate relatively strongly between day and night and that the heat or cold does not come into effect in the building in good time, but that the control functions are based on general outside temperatures that are independent of the day / night rhythm.
Außerdem ermittelt das hier beschriebene Verfahren künftige in bestimmten, wählbaren zeitlichen Abständen (d) zu erwar tende Außentemperaturen (TAM) wie folgt: Der jeweils voraus gegangene Außentemperatur-Mittelwert (TAM1) wird bis zur Er mittlung des nächsten Außentemperatur-Mittelwerts (TAM2) ge speichert. Aus dem Vergleich beider Werte wird durch - in der Regel lineare - Hochrechnung die nach Ablauf eines wählbaren zeitlichen Abstands (d) zu erwartende Außentemperatur (TAM) gemäß folgender Formel errechnet:In addition, the method described here determines future outside temperatures (T AM ) to be expected at certain, selectable time intervals (d) as follows: The previous average outside temperature (T AM1 ) is calculated until the next outside temperature average (T AM2 ). The comparison of the two values is used to calculate the outside temperature (T AM ) to be expected after a selectable time interval (d) has elapsed - generally linear - using the following formula:
TAM = TAM2 + (TAM2 - TAM1) × d/cT AM = T AM2 + (T AM2 - T AM1 ) × d / c
Darin ist
TAM: Die nach einem bestimmten Zeitraum zu
erwartende, der Steuerung zugrundezulegende
Außentemperatur
TAM1: mit Hilfe laufender Messungen der Außentemperatur
zu errechnender Mittelwert
der Außentemperatur für die dem
Zeitpunkt t₁ vorangegangenen 24 Stunden.
TAM2: mit Hilfe laufender Messungen der Außentemperatur
zu errechnender Mittelwert
der Außentemperatur für die dem
Zeitpunkt t₂ vorangegangenen 24 Stunden.
c: wählbarer Zeitraum zwischen t₁ und t₂
d: wählbarer Zeitraum zwischen t₂ und dem
Zeitpunkt t, für den die zu erwartende
Außentemperatur errechnet werden soll.In it
T AM : The outside temperature to be expected for the control system after a certain period of time
T AM1 : with the help of ongoing measurements of the outside temperature, the mean value of the outside temperature to be calculated for the 24 hours preceding the time t 1 .
T AM2 : mean value of the outside temperature to be calculated with the help of ongoing measurements of the outside temperature for the 24 hours preceding the point in time t 2.
c: selectable period between t₁ and t₂
d: selectable period between t₂ and the time t for which the expected outside temperature is to be calculated.
Setzt man diese zu erwartende Außentemperatur (TAM) anstelle von TA in die o. g. FormelIf you put this expected outside temperature (T AM ) instead of T A in the above formula
"THsoll = TA × a + b""T Hsoll = T A × a + b"
ein, schaltet die Heizung ein, wennon, the heater turns on when
THist < {TAM2 + (TAM2 - TAM1) × d/c} · a + bT Hist <{T AM2 + (T AM2 - T AM1 ) × d / c} · a + b
TAM1 = +7°C
TAM2 = +8°C
c = 2 Stunden
d = 18 Stunden
a = -0,25
b = +26 KT AM1 = + 7 ° C
T AM2 = + 8 ° C
c = 2 hours
d = 18 hours
a = -0.25
b = +26 K
THist < {+8°C + (+8°C - 7°C) · 18 h/2 h} · (-0,25) + 26 K
THist < +21,75°C.T Hist <{+ 8 ° C + (+ 8 ° C - 7 ° C) 18 h / 2 h} · (-0.25) + 26 K
T Hist <+ 21.75 ° C.
Das beschriebene Verfahren wird in handelsübliche Computer- gesteuerte Regeleinrichtungen einprogrammiert. Anhand der Meßdaten und aufgrund des beschriebenen Verfahrens entschei det dann die Regeleinrichtung vorausschauend über den Heiz- und Kühlbetrieb.The described method is implemented in commercially available computer controlled control devices programmed. Based on Decide measurement data and based on the described method the control device then looks ahead via the heating and cooling operation.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind:The advantages achieved with the invention are:
- - Die täglich zwischen Tag und Nacht um ca. 8 K schwankenden Außentemperaturen können nicht mehr nachts zur Wärmeerzeu gung und bei einem darauf folgenden warmen Tag zu Übererwär mungen führen. Bei den überaus langen Auskühl- und Aufheiz zeiten schwerer, gut speichernder und gut gedämmter Bauwei sen sind "flinke" Anpassungen an die zwischen Tag und Nacht schwankenden Außentemperaturen weder nötig noch möglich.- The daily fluctuations of around 8 K between day and night Outside temperatures can no longer generate heat at night and overheating on a warm day that follows lead. With the extremely long cooling and heating times of heavy, well-storing and well-insulated construction sen are "quick" adjustments to those between day and night fluctuating outside temperatures are neither necessary nor possible.
- - Die Steuerung erkennt schon anhand der Veränderung zwischen zwei, z. B. nur 2 Stunden auseinanderliegenden 24-Stunden- Außentemperatur-Mittelwerten, ob sich eine allgemeine Erwär mung oder Abkühlung der Witterung abzeichnet, und die Steuer ung kann diese Trends berücksichtigen: Die Heizung oder Küh lung wird schon dann ein- bzw. ausgeschaltet, wenn dies zwar aufgrund der momentanen Außentemperatur und der Temperatur in der Heiz- oder Kühleinrichtung noch nicht erforderlich ist, aber im Hinblick auf Tendenzen zur allgemeinen Erwärmung oder Abkühlung der Witterung in einigen, z. B. 18 Stunden wahr scheinlich erforderlich sein wird. Mit Hilfe dieser voraus schauenden Messung der Außentemperatur wird vermieden, daß bei trägen Systemen die Wirkung der Heizung bzw. Kühlung dem Bedarf hinterherhinkt.- The control recognizes the change between two, e.g. B. only 2 hours apart 24 hours Outside temperature averages, whether there is a general heating or cooling the weather is emerging, and the tax can take these trends into account: heating or cooling is already switched on or off if it is due to the current outside temperature and the temperature in the heating or cooling device is not yet required, but with regard to general warming tendencies or Cooling of the weather in some, e.g. B. 18 hours true apparently will be required. With the help of this ahead looking measurement of the outside temperature is avoided that in sluggish systems the effect of heating or cooling Lags behind.
- - Durch einen relativ geringen Abstand der Messungen und Er rechnungen der 24-Stunden-Mittelwerte für die Außentemperatu ren, wird in diesen Abständen kontrolliert, ob ein Heiz- oder Kühlbetrieb beibehalten oder abgebrochen werden muß. - By a relatively small distance between the measurements and Er calculations of the 24-hour averages for the outside temperature is checked at these intervals whether a heating or Cooling operation must be maintained or canceled.
- - Dieses Verfahren zur Steuerung von Heizungen und Kühlungen ist notwendig für in schwerer Bauweise konstruierte Gebäude mit guten Wärmedämmungen, und es ist unabdingbar für zwar träge aber hinsichtlich der Substitution fossiler Brenn stoffe vorteilhafte Heiz- und Kühlsysteme, wie z. B. in P 40 27 833 beschrieben. Es ermöglicht erst, solche umweltfreund lichen Systeme problemlos zu betreiben.- This method of controlling heating and cooling is necessary for buildings constructed in heavy construction with good thermal insulation, and it's essential for though sluggish with regard to the substitution of fossil fuel advantageous heating and cooling systems, such as B. in P 40 27 833. It enables such environmentally friendly systems to operate without problems.
Claims (3)
- - dadurch gekennzeichnet, daß diese ermittelt werden, indem sie aus der Veränderung von in zeitlichen Abständen aufgrund laufender Messungen errechneten Mittelwerten für die Außentemperaturen während der jeweils zurück liegenden 24 Stunden auf die in bestimmten zeitlichen Abständen künftig zu erwartenden Mittelwerte für die Außentemperaturen hochgerechnet werden.
- - characterized in that these are determined by extrapolating from the change in mean values for the outside temperatures calculated in time intervals on the basis of ongoing measurements during the previous 24 hours in each case to the mean values for the outside temperatures to be expected in future at certain time intervals.
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