DE4337388C2 - Verfahren zur außentemperaturgeführten Steuerung/Regelung eines Heizgerätes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur außentemperaturgeführten Steuerung/Regelung eines Heizgerätes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden einer Führungsgröße w für eine außentemperaturabhängige Steuerung oder Regelung eines Heizgerätes sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bisher wird zur Außentemperaturführung von Heizungsregelungen die jeweils aktuelle Außentemperatur als Parameter zur Bildung einer Heizkurve verwendet, wie beispielsweise in der DE-OS 33 28 187 beschrieben. Nachteilig dabei ist, daß insbesondere bei Heizungsanlagen großer Trägheit und bei Nachtstrom-Heizgeräten keine Berücksichtigung des tendenziellen Verlaufs der Außentemperatur erfolgt. Dadurch kann bei stark fallender oder stark ansteigender Außentemperatur eine zu niedrige oder zu hohe Vorlauftemperatur beziehungsweise Aufladung eines Nachtstromspeichers eingestellt werden.
Aus der DE 42 25 622 A1, die nicht vorveröffentlicht ist, ist ein Verfahren zur Steuerung von Trägersystemen zum Heizen und Kühlen von Gebäuden bekanntgeworden, bei dem die Außentemperaturen fortlaufend gemessen werden. In einem 2-Stunden-Abstand werden die gemessenen Außentemperaturwerte für die jeweils zurückliegenden 24 Stunden gemessen und computergesteuert hieraus Mittelwerte berechnet. Weiterhin ermittelt das dort beschriebene Verfahren künftige zu erwartende Außentemperaturen, indem der jeweils vorausgegangene Außentemperaturmittelwert bis zur Ermittlung des nächsten Außentemperaturmittelwertes gespeichert wird. Aus dem Vergleich beider Werte wird durch lineare Hochrechnung die nach Ablauf des wählbaren, zeitlichen Abstandes zu erwartende Außentemperatur gemäß eines Algorithmus errechnet.
Weiterhin ist es durch Klaus Walter, "Deutsches Elektrohandwerk", 4/89, Seiten 225 ff., bekanntgeworden, daß mittels einer computergestützten Aufladesteuerung der Temperaturgang der jeweils letzten 24 Stunden erfaßt wird. Hierbei werden die höchste Tagestemperatur, die tiefste Nachttemperatur sowie deren absoluter Abstand erfaßt. Die Führungsgröße hängt damit sowohl vom arithmetischen Mittelwert als auch von dieser Differenz ab.
Der Erfindung liegt gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine noch bessere Anpassung der Heizungssteuerung/-regelung an die Witterungsverhältnisse zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrensmäßig durch die Merkmale des ersten unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Eine derartige Tendenzberücksichtigung des Außentemperaturverlaufes ermöglicht eine genauere Vorgabe eines Führungsparameters, der den tatsächlichen Wärmebedarf repräsentiert. Der für die Berechnung einer Regelabweichung oder eines Ausgangssignals wirksame Temperaturwert wird quasi entsprechend korrigiert. Dies ist besonders für Nachtstromspeicher interessant, weil hierbei in einer Ladeperiode die Heizenergie für die folgende Heizperiode gespeichert wird.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine Tendenzerkennung der Außentemperatur, indem zwei 24 Stunden auseinanderliegende Außentemperaturwerte ATt und ATt- 24h miteinander verglichen werden, wobei gilt:
ATt - ATt- 24h < 0: steigende Außentemperatur und
ATt - ATt- 24h < 0: fallende Außentemperatur.
Dabei kann für ATt der jüngste Meßwert AT1 und für ATt- 24h der Meßwert ATx + 1 verwendet werden. Auf diese Weise ergibt sich zumindest dann ein aktuelles Bild des Außentemperaturverlaufes, wenn die Abstände ti zwischen zwei Meßwerten ATn und Atn + 1 relativ gering sind. Eine Verbesserung des Verfahrens wird erreicht, wenn die Korrektur des Mittelwertes mit der Differenz aus dem augenblicklichen Temperaturwert und der linearen Interpolation des genau 24 Stunden zurückliegenden Außentemperaturwertes korrigiert wird. In diesem Fall ist vorgesehen, daß ATt der aktuelle Meßwert ist und ATt- 24h linear interpoliert wird, wobei gilt:
mit t - t1 als Zeitdifferenz zwischen dem aktuellen Meßwert ATt und dem jüngsten Meßwert AT1. Diese verbesserte Variante gestattet auch eine Verlängerung der Speicherintervalle ti.
Zur deutlicheren Herausstellung des Effekts kann die die Tendenz der Außentemperatur charakterisierende Differenz ATt - ATt- 24h mit einem Verstärkungsfaktor k mit k = const. multipliziert werden. Ein derartiger, konstanter Faktor k verfälscht das gemessene beziehungsweise errechnete Ergebnis nicht.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch charakterisiert, daß ein Speicher, ein Außentemperaturfühler, ein Mittelwertbildner und eine Steuer-/Regelungseinrichtung vorgesehen ist, wobei der Speicher x + 1-Speicherplätze für die Außentemperaturen ATn mit n = 1, 2 . . . . x, x + 1 aufweist. Zur Verarbeitung der Speicherwerte wird üblicherweise eine entsprechend aufbereitete Software eines im allgemeinen ohnehin zum Zwecke der Regelung vorhandenen Mikrocomputers benutzt.
Der logistische Aufbau des Speichers kann prinzipiell in 2 Varianten erfolgen.
Erstens kann der Speicher nach Art eines Schieberegisters aufgebaut sein, wobei im Abstand von ti jeweils der älteste mit dem jüngsten Außentemperaturwert überschrieben wird und die Speicherzeitpunkte tn die Adressen der Speicherplätze bilden.
Der zweiten Variante zufolge ist der Speicher nach Art eines Registers fester Adressenzuordnung der Speicherplätze derart aufgebaut, daß im Abstand von ti die Außentemperaturwerte jeweils auf einen einen Adressensprung höheren Speicherplatz abgelegt werden, wobei der älteste Außentemperaturwert des höchsten Speicherplatzes überschrieben und der jüngste Außentemperaturwert auf den ersten Speicherplatz neu eingespeichert wird.
Bei der ersten Variante werden quasi Wertepaare [tn; ATn] abgespeichert, wobei die tn-Werte auch als Adressen dienen und dadurch einen Zugriff auf den jeweils zugeordneten Meßwert für die Außentemperatur ermöglichen. Im Gegensatz dazu erfordert der Speicheraufbau gemäß der zweiten Variante nicht notwendig die Speicherung der Zeitvariablen. Statt dessen ist jedem Speicherplatz für ATn eine konstante Adresse n zugeordnet. Ein solcher Speicher für x + 1 AT- Meßwerte besitzt x + 1 Speicherplätze. Auf den mit der Adresse 1 versehenen Speicherplatz wird immer der jüngste Außentemperaturwert AT1 abgespeichert, während der davor gemessene AT- Wert nunmehr AT2 wird und auf den zweiten Speicherplatz mit der Adresse x = 2 geschoben wird. Auf diese Weise werden auch alle nachfolgenden AT-Werte innerhalb des Speichers auf immer höhere Speicherplätze weitergeschoben. Der jeweils älteste Wert für die Außentemperatur ATx +1 wird bei diesem Prozeß gelöscht, indem dieser Wert mit dem danach gemessenen Außentemperaturwert ATx überschrieben wird, welcher somit nunmehr ATx + 1 heißt. Besonders vorteilhaft für die Anwendung in der Heizungstechnik ist die Ausbildung des Speichers als EEPROM. Bei einem solchen Speicher bleiben die Speicher- und Adreßwerte auch bei Netzspannungsausfällen erhalten.
Die oben beschriebene Berücksichtigung des Tagesmittelwertes der Außentemperatur und der Tendenz der Außentemperatur ist besonders für Nachtstrom-Heizgeräte geeignet. Die wirksame Temperatur für die Berechnung der Aufladung ergibt sich als Summe aus Mittelwert und Korrekturwert. Dadurch ist eine wesentlich genauere Aufladesteuerung als bei Zugrundelegung eines reinen Außentemperaturwertes als Führungsgröße möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet beziehungsweise werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufes und
Fig. 2 und 3 zwei Varianten der Speicherbelegung.
In Fig. 1 ist der Verfahrensablauf am Beispiel einer Auflade­ steuerung für ein Nachtstrom-Heizgerät dargestellt. Ein Außentemperaturfühler 1 setzt die physikalische Größe Temperatur in die elektrische Größe Widerstand um. In bekannter Weise wird das Widerstandssignal einer Signalaufbereitung 2 zugeführt, welche eine Digitalisierung ausführt und einen numerischen Wert als Ausgangsgröße erzeugt. Dieser numerische Wert wird in einem Speicher 3 abgelegt. Der Speicher 3 enthält bereits eine Anzahl x älterer Außentemperaturwerte. In einem nächsten Schritt erfolgt eine Mittelwertbildung 4 der x jüngsten Außentemperatur- Speicherwerte gemäß folgendem Algorithmus:
Parallel dazu wird ein Korrektursignal gebildet, durch welches die Tendenz der Außentemperatur erfaßt wird. Aus dem Mittelwert AT und dem Korrekturwert wird hernach durch Summation 5 die Führungsgröße w gebildet. Dabei gilt:
Die Führungsgröße w dient zusammen mit automatisch oder von Hand vorgewählten Einstellwerten 6 der Berechnung des Steuersignals 7 zur Aufladesteuerung eines Nachtstrom- Heizgerätes 8.
Die Belegung des Speichers 3 ist in zwei Varianten in den Fig. 2 und 3 detaillierter dargestellt. Voraussetzung ist, daß innerhalb eines 24-Stunden-Zeitraumes oder eines ganzzahligen Vielfachen dieses Zeitraumes in konstanten Zeitabständen ti mittels des Fühlers 1 aktuelle Außentemperaturwerte eingespeichert werden. Um die Bildung des Korrekturwertes zu ermöglichen, sind x + 1 Speicherplätze vorgesehen, während für die Mittelwertbildung lediglich x Außentemperaturwerte AT1, AT2 . . . . ATx herangezogen werden. Der älteste Speicherwert ATx + 1 wird für die Mittelwertbildung AT nicht verwendet, da dies eine Verfälschung bedeuten würde und die Vergleichbarkeit der nacheinander gebildeten Mittelwerte AT gefährden würde. Beispielsweise wird jeweils im Abstand von ti = 2 Stunden ein neuer, jüngster AT-Wert eingespeichert. Das bedeutet, daß x = 12 Speicherwerte der Mittelwertbildung AT dienen und ein dreizehnter, ältester Wert ATx + 1 zur Verfügung steht, um einen Temperaturvergleich zwischen diesem Wert und dem jüngsten Wert AT1 zur Tendenzerkennung des Außentemperaturverlaufes durchführen zu können.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen, kann der jeweils älteste Außentemperaturwert im Abstand von ti durch den jüngsten Wert AT1 überschrieben werden. Dadurch ist der Speicherplatz für AT1 sowie alle anderen Speicherwerte nicht konstant; AT1 und die anderen Speicherwerte durchlaufen zyklisch alle belegten Speicherplätze. Günstig ist in diesem Fall eine Adressenzuordnung zwischen ATn und tn mit n = 1, 2 . . . . x, x + 1. Bei x + 1 = 13 lautet die Adreßzuordnung also beispielsweise bei einer Messung um 16.00 Uhr:
t1 = 16.00 Uhr; Meßwert AT1
t2 = 14.00 Uhr; Meßwert AT2
.
.
.
.
t12 = 18.00 Uhr; Meßwert AT12
t13 = 16.00 Uhr; Meßwert AT13.
Zur Tendenzerkennung werden die Außentemperatur-Meßwerte zur gleichen Uhrzeit, das heißt in genau 24 Stunden Abstand miteinander verglichen. Noch genauer wird die Tendenzerkennung, wenn an Zeitpunkten t, die nicht mit einem tn zusammenfallen, eine Interpolation der vor 24 Stunden aufgetretenen Außentemperatur erfolgt. Zu dieser Berechnung muß der Zugriff auf AT1 und - bei dem Beispiel - auf AT13 erfolgen.
Die waagerechten Pfeile in Fig. 2 deuten an, daß zwischen zwei Außentemperaturmessungen die Speicherinhalte der nicht überschriebenen Speicherplätze erhalten bleiben, nicht aber deren Adressen.
Eine andere Variante zeigt Fig. 3. Hier bleiben die Speicher­ platzbezeichnungen, das heißt die Adressen konstant, während die Speicherinhalte den Speicher zyklisch durchlaufen (schräge Pfeile).
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die Realisierung mit diskreten, logischen Baugruppen, sondern läßt sich vorteilhaft auch mit programmierter Logik - vorzugsweise unter Verwendung eines Mikroprozessors - realisieren.

Claims (6)

1. Verfahren zum Bilden einer Führungsgröße (w) für eine außentemperaturabhängige Steuerung oder Regelung eines Heizgerätes, wobei die Führungsgröße (w) aus der Summe aus dem arithmetischen Außentemperaturmittelwert über wenigstens einen 24-Stunden- Zeitraum und der Tendenz der Außentemperatur gebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tendenz der Außentemperatur (ATt) aus dem aktuellen Meßwert und dem 24 Stunden zurückliegenden Meßwertergebnis ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tendenzermittlung dadurch verbessert wird, daß der Mittelwert mit der Differenz aus dem augenblicklichen Außentemperaturwert und einer linearen Interpolation des 24 Stunden zurückliegenden Meßwertes korrigiert wird, und zwar nach der Bedingung:
wobei ATt-24h der vor genau 24 h ermittelte AT-Wert (interpoliert), ATx der älteste AT- Meßwert für die Mittelwertbildung, ATx + 1 ein zusätzlicher Meßwert, der um ti älter ist als ATx, ti das Zeitintervall zwischen zwei Speichervorgängen, t der aktuelle Zeitpunkt und t1 der Zeitpunkt des Ermittelns von ATn bei n = 1 (jüngster Wert im Speicher) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Tendenz der Außentemperatur charakterisierende Differenz ATt - ATt-24h mit einem Verstärkungsfaktor (k) mit k = const. multipliziert.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (3), ein Außentemperaturfühler, ein Mittelwertbildner und eine Steuer- oder Regeleinrichtung vorgesehen ist, wobei der Speicher x + 1 Speicherplätze für die Außentemperaturen (ATn) mit n = 1, 2 . . . x + 1 aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät ein Nachtstromspeicher-Heizgerät ist.
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