FI110823B - Menetelmä ja laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjärjestelmässä - Google Patents

Description

Menetelmä ja laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjärjes- telmässä A A P n r} v I ΐυύ/ίό

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä 5 sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjärjestelmässä.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 7 johdanto-osan mukainen laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjärjestelmässä.

Ennestään tunnetaan laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjär-jestelmässä, jossa lämmitettävän tilan, kuten omakotitalon, ulkopuolelle asetetaan 10 lämpötila-anturi, jonka avulla mitataan ympäristön ulkolämpötilaa ja tämän lämpötila-arvon perusteella säätöyksikön avulla säädetään vesikeskuslämmitysjärjestelmän kiertoveden lähtölämpötilaa. On myös laitteistoja, jossa lämmitettävään sisätilaan on järjestetty lämpötila-anturi sisälämpötilan mittaamiseksi ja asetusyksikkö halutun sisälämpötilan asettamiseksi. Kuviossa 1 on esitetty eräs tällainen tekniikan tason 15 mukainen laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi. Kuviossa 2 on esitetty säätöyksik-köön tallennettu säätökäyrästö. Vesikeskuslämmitysjärjestelmään kuuluu lämmitettävään tilaan 1 järjestetty lämmityselementtiverkko 2, jossa on joukko lämmityspat-tereita 2a, 2b, 2c tai vastaavia lämmönluovuttajia ja niitä yhdistävä suljettu kierto-vesipiiri eli kiertovesijohtoverkko 3. Kiertovesijohtoverkkoon 3 on jäljestetty kier-20 tovesipumppu 4 pattereita lämmittävän kiertoveden siirtämiseksi kiertovesijohdois-sa. Edelleen lämmitysjärjestelmään kuuluu varsinainen lämmönlähde 6, kuten öljy-polttimella varustettu kattila, puukattila sekä mahdollinen vesivaraaja tai vastaava lämmönlähde, sekä sekoitusventtiili 5, jonka kautta lämmityslähde 6 on yhdistetty ·. suljettuun kiertovesijohtoverkkoon 3. Säätöjärjestelmään kuuluu säätöyksikkö 7, ul- . ; 25 kolämpötila-anturi 8, huoneyksikkö 9, menoveden lämpötila-anturi 10 ja toimimoot- ; tori, kuten sähkömoottori sekoitusventtiilin 5 säätämiseksi. Kiertoveden lämpötila- anturi 10 on sovitettu kierto vesijohto verkon yhteyteen heti sekoitusventtiilin 5 jäl-•' * keen veden kiertosuunnassa (osoitettu nuolin kuviossa 1). Säätöyksikkö 7 sisältää analogisista komponenteista kootun elektronisen säätäjän tai mikrokontrollerin lii-:.v 30 täntäyksiköineen ja muistipiireineen. Sisälämpötilan säätö toteutetaan säätöyksikös- : : : sä noudattaen oheista kaavaa: • ♦ :: (1) Tmv+K! x ΔΤ = K2 x TU|ko, ’ . jossa kaavassa: » * * * ♦ 2 I I u o l ό

Tmv = menoveden eli sekoitusventtiililtä lähtevän kiertoveden lämpötila (°C),

Tsisä= sisä- eli huonelämpötila (°C),

Tasetus= sisä- eli huonelämpötilan asetusarvo (°C), ΔΤ = Tsisä - Tasetus eh huonelämpötilan TsiSä poikkeama huonelämpötilan asetusarvos-5 ta Tasetus (°C),

Tulko - ulkolämpötila (°C),

Kj = sisätilan eli huoneyksikön vaikutuskerroin, K2 = ulkolämpötilan vaikutuskerroin.

Ulkolämpötilan vaikutuskerroin K2 esitetään yleensä epälineaarisena funktiona ulko-10 lämpötilan Tuiko ja menoveden lämpötilan Tmv välillä. Valittavana säätöyksikössä on yleensä joukko tällaisia lähes portaattomasti säädettäviä/valittavia funktioita a, b, c, d, kuten kuviossa 2 on havainnollisesti esitetty.

Edellä esitetty laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjäqestel-mässä toimii seuraavasti. Ulkolämpötilaa Tuiko mitataan ulkolämpötila-anturilla 8 ja 15 sisälämpötila T^ määritetään asetusarvon Tasetus perusteella säätöyksikössä 7. Sää-töyksikköön 7 on tallennettu ulkolämpötilan TuUco ja menovedenlämpötilan Tmv riippuvuutta kuvaava säätökäyrästöstä, kuvio 2. Ulkolämpötilan Tuiko perusteella määritetään ennalta säätökäyrästöstä valitun säätökäyrän, kuten käyrä b kuvio 2, toimin-. ; tapiste P. Huoneyksiköllä 9 on asetettu haluttu sisälämpötila eli huonelämpötilan ‘ .' 20 asetusarvo Tasetus· Huoneyksikön 9 asetusarvon perusteella tehdään säätökäyrän, : kuten käyrän b, suuntaissiirto menoveden lämpötila-akselin Tmv suunnassa, kuten nuolilla on osoitettu kuviossa 2. Säätöyksikössä 7 antaa menoveden lämpötilasta Tmv . i riippuen säätöpulsseja sekoitusventtiiliä 5 ohjaavalle toimimoottorille 11 riippuen .v menoveden lämpötilasta. Jos esim. menoveden lämpötila Tmv on korkeampi kuin : 25 säätökäyrän esittämä lämpötila pisteessä P, säätöyksiköstä 7 annetaan sekoitus- venttiilin 5 toimimoottorille 11 säätöpulsseja siten, että sekoitusventtiiliä 5 suljetaan eli menoveden lämpötilaa Tmv lasketaan. Kun menoveden lämpötila Tmv vastaa sää-• ·. tökäyrän mukaista menoveden lämpötilaa, edellä esitetty ehto on täytetty ja sekoi- tusventtiilin 5 asento pidetään vakiona. Asukas tai huoltomies kokeilee ja etsii sopi-; 30 van lähes portaattomasti säädettävän/valittavan säätökäyrän, kuten esim. käyrän a, b, c, d, joka vastaa toivottua lämpötilavaatimusta koko ajateltavissa olevalla ulkoläm-• I pötilan vaihtelualueella.

- *1 ί f'; r ή 7

^ I i ϋ u O

Ongelmana edellä esitetyssä tunnetussa sisälämpötilan säätöjärjestelyssä on se, että sopivan säätökäyrän löytäminen kokeilemalla on aikaavievää työ, joka useimmiten ei maallikolta onnistu. Tämän työn tekemiseen tarvitaan säätöjärjestelmää tunteva henkilö, josta johtuen asennustyö tulee usein kalliiksi.

5 Edelleen tunnetun säätöjärjestelmän heikkoutena on se, että siinä tarvitaan erillinen lämmitettävän tilan ulkopuolelle järjestetty ulkolämpötila-anturi. Tällainen anturi on kallis, koska sen on kestettävä Suomessa ja yleensä Pohjoismaissa vallitsevat vaikeat sääolosuhteet. Lisäksi ulkoanturi on liitetty varsinaiseen säätöyksikköön usein pitkällä johdolla, joka itsessään saattaa olla jo häiriölähde ja estää näin luotettavan ul-10 kolämpötilan mittaamisen. Ongelmana on lisäksi reiän järjestäminen rakennukseen ulkoanturin johdolle ja sen tiivistäminen asennustyön jälkeen niin, ettei kosteutta pääse rakenteisiin.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitettyyn tunnettuun sisälämpötilan säätöjärjestelmään liittyvät epäkohdat. Keksinnön tarkoituksena on myös saada ai-15 kaan uusi menetelmä ja laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitys-järjestelmässä.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmi-tysjärjestelmässä on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Vastaavasti keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty 20 patenttivaatimuksessa 7. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia sovellusmuotoja.

Keksinnön etuna on, että lämmitettävän tilan ulkopuolista lämpötilaa eli ulkoläm- • * .·. pötilaa ei tarvitse ollenkaan mitata. Tällöin ei myöskään keksinnön mukaisessa lait teistossa tarvita erillistä ulkolämpötila-anturia. Keksinnön perusidean mukaisesti ul-. . 25 koinen lämpötila-anturi korvataan muiden parametrien avulla matemaattisesti muo- ; dostetulla virtuaalianturilla.

: : Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteiston etuna on, että se hakee automaatti sesti uuden toimintapisteen sisälämpötilan säätämiseksi, kun ulkopuoliset olosuhteet . tai muut tekijät muuttuvat. Tällöin ei asennusvaiheessa tarvitse etsiä sopivaa säätö- . 30 käyrää ja asukas itse voi asentaa koko säätöjärjestelmän ilman asiantuntijan apua.

.: Keksinnön etuina voidaan lisäksi mainita, että se on säätöominaisuuksiltaan stabiili • ja varmatoiminen. Sen avulla on mahdollista kompensoida auringonsäteily vaikutus sisälämpötilaan samoin kuin muidenkin sisäisten lämmönlähteiden, muiden kuin lämmityspattereiden tai vastaavien, vaikutukset sisälämpötilaan.

1·^ f ' i': '/

i U 0 Z O

Keksinnön etuna on myös laitteiston yksinkertainen ja kompakti rakenne. Keksinnön mukaisen laitteiston säätöyksikkö on mahdollista sovittaa hyvin pieneen huone-yksikköön.

Keksinnön etuna on myös laitteiston edulliset valmistuskustannukset perinteisiin si-5 sälämpötilan säätöjärjestelmiin nähden.

Keksinnön etuna on myös, että menetelmän ja laitteiston avulla saavutetaan haluttu sisälämpötila ja samalla termisen viihtyvyyden optimi yksinkertaisella ja tehokkaalla tavalla. Säätöyksikköön kuuluu periaatteessa vain yksi säätönuppi, jonka avulla asetetaan haluttu sisälämpötilan arvo. Tämän jälkeen säätötapahtuma hoidetaan 10 keksinnön mukaisesti täysin automaattisesti.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaista laitteistoa sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjäijestelmässä; 15 kuvio 2 esittää havainnollisesti tekniikan tason mukaisessa lämmitysjäijestelmäs-sä ja erityisesti sen säätöyksikössä käytettyjä ulkolämpötilan vaikutusker-toimeen liittyviä lähes portaattomasti valittavia säätökäyriä; kuvio 3 esittää keksinnön mukaista laitteistoa sisälämpötilan säätämiseksi vesi-keskuslämmitysjärjestelmässä; ja •.: 20 kuvio 4 esittää lohkokaaviota kuvion 3 laitteiston säätöyksiköstä; ja : * kuviot 5 ja 6 esittävät vuokaaviona erästä keksinnön mukaista menetelmää.

·.: Tekniikan tasoa kuvaava laitteisto on esitetty edellä selityksen johdanto-osassa ja :"; siinä yhteydessä on viitattu kuvioihin 1 ja 2.

Eräs keksinnön mukainen laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitys-25 järjestelmässä on esitetty kuviossa 3. Tässä laitteistossa on käytetty samoista osista .·.· kuvion 1 laitteiston kanssa samoja viitenumerolta. Keksinnön mukainen laitteisto : : poikkeaa kuvion 1 esittämästä tekniikan tason mukaisesta laitteistosta ensinnäkin . : sen suhteen, että mitään lämmitettävän tilan 1 ulkopuolelle sijoitettua lämpötila- .: anturia ulkoilman tai ympäristön lämpötilan mittaamiseksi ei tarvita ja toiseksi, että 30 säätöyksikkö 12 on toteutettu toisella tavalla. Säätöyksikkö 12 itsessään sisältää : edullisesti mikrokontrollerin tai vastaavan tietojenkäsittely-yksikön liitäntäpiirei- 5 110823 neen ja muistipiireilleen. Säätöyksikön 12 sisäinen rakenne on kuitenkin määritelty uudella tavalla edullisimmin ohjelmallisesti toteutetuin yksiköin. Alan ammattimiehelle on kuitenkin selvää, että ohjelmalliset yksiköt on mahdollista toteuttaa myös piiriteknisinä ratkaisuina fyysisin elektroniikkakomponentein ja/tai mikropiirein.

5 Keksinnön mukainen menetelmä perustuu ideaan, jonka mukaan ulkolämpötilan vaihtelut vaikuttavat menoveden lämpötilaan, jolloin menoveden lämpötilasta on mahdollista määrittää ulkoilman lämpötilaa ja sen vaihtelua kuvaava apusuure eli virtuaalinen ulkolämpötilafunktio. Tämä esitetään havainnollisuuden vuoksi matemaattisesti seuraavalla kaavalla: 10 (2) Tmv + K1xAT = f(Tvu).

Lähtökohtana on edellä selityksen johdanto-osassa esitetty kaava 1, jonka yhteydessä menoveden lämpötila Tmv ja sisälämpötilan poikkeama asetusarvosta ΔΤ on jo määritelty samoin kuin huoneyksikön vaikutuskerroin Ki. Funktio f(Tvu) on virtuaalinen ulkolämpötilafunktio. Kuten voidaan nähdä, kaavassa 1 esitetty ulkolämpötila-15 funktio K2 x Tuik0 on korvattu nyt virtuaalisella ulkolämpötilafimktiolla f(Tvu)· Kaava 2 kirjoitetaan muotoon: (3) Tmv - f(Tvu) + Kt x ΔΤ = 0 Merkitään (4) Amv = Tmv - f(Tvu), •, · 20 jota voidaan kutsua menoveden lämpötilan erotusfunktioksi eli mv-erotusfunktioksi.

. ·. Tämä sijoitetaan kaavaan 3, jolloin saadaan seuraava yksinkertainen kaava: (5) Amv + Ki x ΔΤ = 0 .'. Kaavojen 4 ja 5 perusteella toteutetaan keksinnön mukainen sisälämpötilan säätö vesikeskuslämmitysjärjestelmässä seuraavalla tavalla. Ensimmäinen säätöpiiri 13, 25 kuvio 4, järjestetään toteuttamaan kaavaa 5 ja toinen säätöpiiri 14 jäljestetään toteuttamaan kaavaa 4.

: ·* Ensimmäiseen säätöpiiriin 13 kuuluu summain 15, integraation 16 ja vertailija 17.

’ : Ensimmäinen säätöpiiri 13 on siis muodostettu ΡΙ-säätäjäksi. Summaimeen 15 syö-

tetään huoneyksikön vaikutuskertoimella Ki kertoimessa 18 kerrottu sisälämpötilan 30 poikkeama-arvo ΔΤ ja toiselta säätöpiiriltä 14 saatu lähtösignaali eli mv-erotusfunktion Amv arvo. Integraattorissa 16 lasketaan funktion S = Amv + K(xAT

110823 6 integraali ajan suhteen ES ja sitä verrataan vertailijassa 17 ennalta asetettuihin raja-arvoihin Rail ja Ral2, joista raja-arvoista toinen Ral2 on suurempi kuin ensimmäinen Rail. Jos laskettu integraali ZS on pienempi kuin ensimmäinen raja-arvo Rail, säädetään menoveden lämpötilaa Tmv korkeammaksi kuin aikaisemmin, ja jos 5 taas ES on pienempi kuin ensimmäinen raja-arvo Rail, säädetään menoveden lämpötilaa Tmv alemmaksi kuin aikaisemmin. Mikäli integraalin ZS arvo on raja-arvojen välillä, ei mitään säätötoimenpiteitä suoriteta. On huomattava, että menoveden lämpötilaa muutetaan varovaisesti. Vertailuvaiheen jälkeen palautetaan integraattori 16 alkutilaan ja luetaan aikaviiveen jälkeen uudet sisälämpötilan poikkeama-arvo ΔΤ ja 10 toiselta säätöpiiriltä 14 saatu lähtösignaali eli mv-erotusfunktion Ämv arvo kertojan 18 ja summaimen 15 kautta integraattoriin 16, jolloin laskentavaihe alkaa uudelleen. Ensimmäisen säätöpiiriin 13 lähtösignaalilla vaikutetaan toimimoottoriin 11 ja edelleen sen kautta sekoitusventtiiliin 5. Näin vaikutetaan kiertovesijohtoverkon se-koitusventtiililtä 5 saatavan menoveden lämpötilaan Tmv. Takaisinkytkentä toteuttuu 15 menoveden lämpötilan Tmv ja toisen säätöpiirin 14 kautta. Ensimmäinen säätöpiiri 13 on suhteellisen nopea säätöpiiri.

Toinen säätöpiiri 14 on suljettu säätöluuppi, joka on edullisesti toteutettu myös PI-säätäjän avulla. Toisessa säätöpiirissä 14 minimoidaan mv-erotusfunktion Amv arvoa ja määritetään uusi virtuaalinen ulkolämpötila f(Tvu)n) i (n = positiivinen koko-20 naisluku) mitatun menoveden lämpötilan Tmv ja aikaisemman asetetun/säädetyn virtuaalisen ulkolämpötilan f(Tvu)n erotuksen perusteella. Toiseen säätöpiiriin 14 kuuluu summain 19 mainitun erotuksen muodostamiseksi, ensimmäinen integraattori 20 erotusarvon Tmv - f(Tvu)n integroimiseksi ajan suhteen, vertailija 21 integ-. . rointituloksen arvioimiseksi, skaalausyksikkö 22 vertailijan lähtösignaalin suhteut- ' 25 tamiseksi ja toinen integraattori 23 suhteutetun tuloksen integroimiseksi. Toisen in- : tegraattorin 23 lähtösignaali edustaa virtuaalisen ulkolämpötilafunktion f(Tvu) uutta “ arvoa f(Tvu)n+i, joka syötetään summanneen 19 toiseen tuloon 19b invertoituna ne- gatiiviseksi arvoksi. Summaimen 19 ensimmäiseen tuloon 19a vuorostaan syötetään ,:: menoveden lämpötila-anturilta 10 saatava menoveden lämpötila-arvo Tmv.

30 Säätöprosessia käynnistettäessä, kuten esim. asennuksen tai sähkökatkoksen jälkeen, virtuaalisen ulkolämpötilan f(Tw) alkuarvoksi asetetaan menoveden mitatusta läm-; ’; ’ pötila-arvosta Tmv riippuva arvo. Edullisimmin virtuaalisen ulkolämpötilan f(Tvu) al kuarvoksi asetetaan menoveden mitattu lämpötila-arvo Tmv, kun mitatun sisäläm-•. i pötilan ja asetetun sisälämpötilan poikkeama ΔΤ ei ylitä ennaltamäärättyä negatiivis- • · 35 ta kynnysarvoa eli sisälämpötila ei ole vielä tässä vaiheessa merkittävästi laskenut.

Asetettuun sisälämpötilan arvoon nähden todellinen sisälämpötila on tällöin laske- 7 .,. ,-. ...., ,., *i -u nut korkeintaan muutaman asteen (°C), esim. 2 °C. Mikäli kuitenkin sisälämpötila on merkittävästi laskenut asetettuun sisälämpötila arvoon nähden eli sisälämpötilan poikkeama ΔΤ ylittää ennaltamäärätyn negatiivisen kynnysarvon, virtuaalisen ulko-lämpötilan f(Tvu) alkuarvoksi asetetaan menoveden mitattuun lämpötila-arvoon Tmv 5 nähden ennaltamäärätty korotettu lämpötila-arvo. Tämä korotettu lämpötila-arvo on edullisimmin muutamaa astetta korkeampi kuin mitattu menoveden lämpötila. Tällöin säätöyksikköön 12, erityisesti toiseen säätöpiiriin 14, kuuluu välineet virtuaalisen ulkolämpötilan (f(Tvu)) alkuarvon asettamiseksi siten, että se on riippuvainen menoveden mitatusta lämpötila-arvosta (Tmv) edellä esitetyllä tavalla.

10 Toisen säätöpiirin 14 ensimmäistä integraattoria 20 seuraava vertailija 21 vertaa in-tegrointitulosta asetettuihin kolmanteen ja neljänteen raja-arvoon Ra21 ja Ra22, joista neljäs raja-arvo Ra22 on suurempi kuin kolmas Ra21. Kun integrointitulos osuu raja-arvojen välin Ra22, Ra21 ulkopuolelle eli se on suurempi kuin raja-arvot tai niitä pienempi tai jompaan kumpaan raja-arvoon, sopiva lähtösignaali, edullisesti 15 jännitepulssi tai vastaava annetaan skaalausyksikölle 22 ja samalla asetetaan integ-raattori 20 alkutilaan.

Ensimmäiseltä integraattorilta 20 saatava lähtösignaali tallennetaan skaalausyksik-köön 22 kuuluvaan seurantarekisteriin 22a ja kerrotaan kertojassa 22b ennalta asetetulla vakiokertoimella Ks. Vakiokerroin Ks on tapauskohtaisesti valittavissa ja asetet-20 tavissa sopivaksi. Skaalausyksiköltä 22 saatava lähtösignaali määrittelee seuranta-nopeuden z eli nopeuden, jolla toinen säätöpiiri 14 toimii ja tuottaa uuden virtuaalisen ulkolämpötila-arvon. Toinen säätöpiiri 14 on ensimmäiseen säätöpiiriin 13 verrattuna huomattavasti hitaampi säätöpiiri ja lisäksi sen nopeutta voidaan skaalaus-”· yksiköllä säätää.

25 Toisella integraattorilla 23 integroidaan skaalausyksiköltä 22 saatavaa seurantano-. : peusarvoa z ajan suhteen. Integraattorilta 23 saatava lähtösignaali vastaa muokattua virtuaalista ulkolämpötila-arvoa f(Tvu)n+i, joka syötetään summannen 19 negatiivi- • * '; i seen eli invertoivaan tuloon 19b.

Mv-erotusfunktion Amv integraalia ajan suhteen lasketaan koko ajan ensimmäisessä : : 30 integraattorissa 20. Kun integraali on saavuttanut jomman kumman ennalta määrä- tyn raja-arvon Ra21 tai Ra22, integraattori palautetaan alkutilaan ja samanaikaisesti . lähetetään vertailijalta 21 pulssi eteenpäin. Pulssi on positiivinen, kun pienempi ra ja-arvo Ra21 saavutetaan tai alitetaan, ja vastaavasti negatiivinen, kun suurempi raja-arvo Ra22 saavutetaan tai ylitetään. Tämä vertailijalta 21 saatava pulssijono suh-35 teutetaan skaalausyksiköllä 22 ja skaalauskertoimena on ennalta asetettu vakio Ks.

„ ΊΙΟυίΟ

O

Skaalausyksikössä 22 muodostetaan tällöin uusi funktio eli seurantanopeus z = Κ/Γ, jossa T on ensimmäiseltä integraattorilta saatavan pulssijonon pulssien aikaväli. Seurantanopeuden z arvo voi tällöin olla positiivinen tai negatiivinen riippuen saavutetun raja-arvon Ra2 etumerkistä. Seurantanopeuden z tahdissa lisätään tai vähen-5 netään toisen integraattorin 23 avulla tähän liittyvän muistiyksikön sisältöä ennalta määrätyin suuruisin yksiköin. Muistin sisältö on toisen integraattorin 23 arvo eli seurantanopeuden z aikaintegraali.

Summaimessa 19 saadaan toisen säätöpiirin 14 yhden säätökierroksen jälkeen uusi mv-erotusfimkio Amv, jota käytetään toisen säätöpiirin seuraavassa säätökierrokses-10 sa ja joka lähetetään ensimmäiseen säätöpiiriin 13 ja tässä tapauksessa summaimen 15 toiseen tuloon.

Ensimmäisen ja toisen säätöpiirin 13, 14 toiminnan tuloksena mv-erotusfunktio Amv vaikuttaa edellä esitetyllä tavalla siten, että virtuaalinen ulkolämpötilafunktio f(Tvu) lähestyy asymptoottisesti menoveden lämpötilaa Tmv. Kun Tmv = f(Tvu) on seuranta-15 nopeus z = 0 ja säätöjärjestelmä on toteuttanut tehtävänsä ja on tällöin stabiilissa tilassa.

Kim kaava 5 kirjoitetaan uuteen muotoon: (6) Δ T = -Amv/Ki, näemme, että samalla kuin säätöjärjestelmä säätää mv-erotusfunktion Amv nollaan 20 myös huonelämpötilapoikkeama AT = 0. Tämä tarkoittaa sitä, että vallitseva sisä-. lämpötila eli huonelämpötila on likimain asetusarvon mukainen ja että menoveden lämpötila vastaa koko ajan vallitsevaa ulkolämpötilaa ja lämmön tarvetta. Tämän : : tyyppisen säätöjärjestelmän askelvaste on tunnetulla tavalla eksponentiaalinen.

•. · Keksinnön mukaisen menetelmän toimenpidevaiheet on esitetty kaaviomaisesti vuo- .1. 25 kaavioissa kuviossa 5 ja 6. Edellä säätöjärjestelmän rakenteen yhteydessä on jo vii- : , tattu myös menetelmävaiheisiin, joten tässä yhteydessä käydään vuokaavio lyhyesti läpi. Tarkastellaan ensin ensimmäisen säätöpiirin 13 toimintaa. Ensimmäisessä vaiheessa 51 asetetaan vakiokertoimet Ki, Ks. Nämä voidaan määritellä asennettaessa 1 » järjestelmää. Samassa yhteydessä asetetaan virtuaalisen ulkolämpötilafimktion I · 30 f(Tvu) = D, jossa D = alkuarvo, kuten sopiva vakioarvo tai edullisimmin menoveden ·.: lämpötilasta riippuva arvo, kuten edellä on selostettu. Toisessa vaiheessa 52 huone- : ·; yksiköltä 9 luetaan huoneen lämpötilan poikkeama asetusarvosta AT ja menoveden ‘ . lämpötila-anturilta 10 menoveden lämpötila Tmv. Seuraavassa vaiheessa 53 lasketaan mv-erotusfunktio Amv kaavan 4 mukaisesti. Tämän jälkeen vaiheessa 54 lasketaan 9 110823

Si = Amv + Κι x ΔΤ. Seuraavassa vaiheessa 55 suoritetaan integrointi integraattoril-la 16 eli summataan tähän mennessä lasketut arvot Σ Si (, jossa i = 1, 2, 3, ...), tallennetaan muistiin.

Seuraavassa vaiheessa 57 tarkistetaan, onko integraalin Σ Si arvo pienempi tai yhtä-5 suuri kuin ensimmäinen asetettu raja-arvo Rail. Mikäli raja-arvo Rail on saavutettu ja/tai alitettu, sekoitusventtiiliä 5 säädetään (esim. suuntaan +, kuvio 3) toimi-moottorilla 11 pieni askel siten, että kiertoveden lämpötila (eli menoveden lämpötila Tmv) nousee (vaihe 59) vähän. Jos integraalin Σ Si arvo suurempi kuin ensimmäinen asetettu raja-arvo Rail, siirrytään vaiheeseen 58. Tässä vaiheessa 58 tarkistetaan, 10 onko integraalin Σ Si arvo suurempi tai yhtäsuuri kuin toinen asetettu raja-arvo Ral2. Mikäli raja-arvo Ral2 on saavutettu ja/tai ylitetty, sekoitusventtiiliä 5 säädetään (esim. suuntaan -) toimimoottorilla 11 pieni askel siten, että kiertoveden lämpötila (eli menoveden lämpötila Tmv ) laskee (vaihe 60) vähän. Mikäli integraalin Σ Si arvo on asettujen raja-arvojen Rail, Ral2 välillä, siirrytään lyhyen ennalta asete-15 tun viiveen 56 jälkeen uudestaan alkuun eli vaiheeseen 52 ja luetaan uudet mittaus-arvot ΔΤ, Tmv.

Arviointi- ja säätövaiheen 57, 58, 59 ja 60 jälkeen palautetaan vaiheessa 61 integ-raattori 16 alkutilaan eli esim. asetetaan integraalin alkuarvo Σ Si = E, jossa E = vakio, kuten edullisimmin positiivinen kokonaisluku. Tämän jälkeen aloitetaan sää-20 tövaiheet pienen viiveen jälkeen 56 alusta lukemalla mittausarvot ΔΤ ja Tmv vaihees sa 52.

Edellä laskettiin mv-erotusfunktion Amv arvo vaiheessa 53. Tämä vaihe on itse asi-’·· assa osa toista säätöpiiriä 14. Tulos eli mv-erotusfunktion lähtöarvo syötetään myös toisen säätöpiirin 14 ensimmäiseen integraattoriin 20, jossa vaiheessa 62 lasketaan 25 mv-erotusfunktion Amv integraalin arvo eli summataan tähän mennessä lasketut ar-. vot Σ Amv; (, jossa i = 1, 2, 3, ...) ja tallennetaan muistiin. Tulosta verrataan seuraa- vissa vaiheissa 63a, 63b ennalta asetettuihin raja-arvoihin Ra21 ja Ra22; mikäli in-tegraalin arvo Σ Διην; on mainittujen raja-arvojen Ra21, Ra22 välillä palataan pie- I · nen viiveen jälkeen, vaihe 56, alkutilaan ja mitataan vaiheessa 52 jälleen ΔΤ ja Tmv 30 ja aloitetaan laskennat uudestaan. Mikäli mv-erotusfunktion integraalin arvo Σ Διην; • · on pienempi tai yhtäsuuri kuin kolmas raja-arvo Ra21, annetaan positiivinen pulssi tai vastaava viesti eteenpäin. Mikäli mv-erotusfunktion integraalin arvo Σ Διην; on ·,· suurempi tai yhtäsuuri kuin neljäs raja-arvo Ra22, annetaan negatiivinen pulssi tai vastaava viesti eteenpäin. Seurantanopeus z = Ks/T lasketaan vaiheessa 64 vastaan-• , 35 otettujen pulssien tai viestien perusteella. Seuraavassa vaiheessa 65 toisessa integ- raattorissa 23 lasketaan seurantanopeuden z integraali eli summataan tähän mennes sä lasketut arvot Σ z; (, jossa i = 1, 2, 3,...) ja tallennetaan muistiin.

Λ Ί Π ν X

J0 I juo

Riippuen siitä kumpi kolmas Ra21vai neljäs Ra22 raja-arvo on saavutettu, seurantanopeuden z arvo kasvaa tai vähenee. Seurantanopeuden z integraali edustaa virtu-5 aalista ulkolämpötilafimktiota f(Tvu), joka tulos otetaan huomioon seuraavassa mv-erotusfunktion Amv laskentavaiheessa 53. Ensimmäinen integraation 20 palautetaan alkutilaan vaiheessa 66 eli integraalin arvo asetetaan edullisimmin sopivaksi positiiviseksi vakioksi F, kun raja-arvo Ra2 on saavutettu ja seurantanopeuden laskemisen ja integroinnin 64, 65 jälkeen palataan vaiheeseen 62 eli aloitetaan mv-10 erotusfunktion ja sen integraalin laskeminen uusin alkuarvoin vaiheissa 53 ja 62.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (10)

11 ViUCzö

1. Menetelmä sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjärjestelmässä, jossa menetelmässä kiertovesipiirin ja lämpölähteen välistä sekoitusventtiiliä säädetään kiertoveden lähtölämpötilan eli menoveden lämpötilan asettamiseksi vastaamaan ha- 5 luttua sisälämpötilaa, tunnettu siitä, että menetelmässä sovelletaan kahta säätöpiiriä, joista ensimmäisessä säätöpiirissä (13) säädetään menoveden lämpötilaa (Tmv) minimoimalla funktion S = Amv + K| x ΔΤ arvoa sopivan säätäjän, kuten PI-säätäjän, avulla, jossa funktiossa vakio K| on ennalta-asetettava arvo ja mittausarvoina ovat 10 sisälämpötilan poikkeama sisälämpötilan asetusarvosta ΔΤ ja menoveden lämpötila Tmv ja jossa mv-erotusfunktion Amv määritellään menoveden lämpötilan (Tmv) ja virtuaalisen ulkolämpötilan (f(Tvu)) erotukseksipa toisessa säätöpiirissä säädetään uusi virtuaalinen ulkolämpötila-arvo (f(Tvu)) minimoimalla mv-erotusfunktion (Amv) arvoa sopivan säätäjän, kuten Pl-säätäjän, 15 avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen säätöpiiri (13) järjestetään toimimaan nopeasti ja toinen säätöpiiri (14) siihen näh- : · · den huomattavasti hitaammin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensim- , 20 mäisessä säätöpiirissä (13) lasketaan funktion S = Amv + KixAT integraali ajan suh teen (ES) ja sitä verrataan ennalta asetettuihin raja-arvoihin (Ral 1, Ra 12), joista ra-ja-arvoista toinen (Ral2) on suurempi kuin ensimmäinen (Rail) ja jos laskettu integraalin (ES) arvo on pienempi kuin ensimmäinen raja-arvo (Ral 1), säädetään menoveden lämpötilaa (Tmv) korkeammaksi kuin aikaisemmin, ja jos taas laskettu in- 25 tegraalin (ES) arvo on pienempi kuin ensimmäinen raja-arvo (Rail), säädetään menoveden lämpötilaa (Tmv) alemmaksi kuin aikaisemmin.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- •: . tä toisessa säätöpiirissä toteutetaan seuraavat vaiheet: ,,,,· a) lasketaan mv-erotusfuntion Amv arvo mitatun menoveden lämpötilan Tmv ja 30 virtuaalisen ulkolämpötilan f(Tvu) erotuksesta; .... b) integroidaan ajan suhteen mv-erotusfunktiota (Amv) eli summataan laskettu mv-erotusfuntion arvo aikaisempaan arvoon; 12 Λ i Π 0' 0 I i U u c. 0 c) verrataan integroinnin tulosta eli summafunktiota ennalta asetettuihin raja-arvoihin (Ra21 ja Ra22), joista toinen raja-arvo (Ra22) on suurempi kuin ensimäi-nen (Ra21), jonka vertailun perusteella; cl) mikäli integraalin arvo (Σ AmVj ) on mainittujen raja-arvojen (Ra21, Ra22) vä-5 Iillä palataan vaiheeseen a eli luetaan uusi lämpötilan menoveden lämpötilan mittausarvo (Tmv); c2) mikäli integraalin arvo (Σ Amv,) on pienempi tai yhtäsuuri kuin ensimmäinen raja-arvo (Ra21), annetaan positiivinen pulssi tai vastaava viesti eteenpäin; c3) mikäli integraalin arvo (Σ Amvj ) on suurempi tai yhtäsuuri kuin toinen raja-10 arvo (Ra22), annetaan negatiivinen pulssi tai vastaava viesti eteenpäin; c4) asetetaan mv-erotusfunktion arvo (Amv) takaisin alkutilaan, kun integraalin arvo (Σ Amy ) on saavuttanut jomman kumman ennalta-asetetun raja-arvon (Ra21, Ra22); d) peräkkäisten viestien perusteella muodostetaan seurantanopeuden arvo (z) 15 skaalaamalla se sopivalla vakiolla Ks; e) seurantanopeutta (z) integroidaan ajan suhteen eli summataan peräkkäiset seurantanopeusarvot; f) integroitu seurantanopeus (z) määritetään virtuaaliseksi ulkolämpötilafunktiok-si f(Tvu) ja integroitu seurantanopeusarvo asetetaan ulkolämpötilafunktion uudeksi 20 virtuaaliseksi ulkolämpötila-arvoksi ( f(Tvu) n+1); ja g) palataan vaiheeseen a.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätöprosessia käynnistettäessä virtuaalisen ulkolämpötilan f(Tvu) alkuarvoksi asetetaan menoveden mitatusta lämpötila-arvosta Tmv riippuva arvo.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtuaalisen ulkolämpötilan f(Tvu) alkuarvoksi asetetaan: menoveden mitattu lämpötila-arvo Tmv, kun mitatun sisälämpötilan ja asetetun sisälämpötilan poikkeama ΔΤ ei ylitä ennaltamäärättyä negatiivista kynnysarvoa; ja menoveden mitattuun lämpötila-arvoon Tmv nähden ennaltamäärätty korotettu lämpötila-arvo, kun mitatun sisälämpötilan ja asetetun sisälämpötilan poikkeama ΔΤ ylittää ennaltamäärättyn negatiivisen kynnysarvon. 13 j i ϋ ο 'ΐ. ό

7. Laitteisto sisälämpötilan säätämiseksi vesikeskuslämmitysjärjestelmässä, jossa 5 laitteistossa kiertovesipiirin ja lämpölähteen välistä sekoitusventtiiliä säädetään sää- töyksikön avulla kiertoveden lähtölämpötilan eli menoveden lämpötilan asettamiseksi vastaamaan haluttua sisälämpötilaa, tunnettu siitä, että säätöyksikköön kuuluu: ensimmäinen säätöpiiri (13), johon kuuluu Pl-säätäjä (15, 16, 17) menoveden 10 lämpötilan (Tmv) säätämiseksi säätöpiiriin syötettyjen huonelämpötilan poikkeaman (ΔΤ), menoveden lämpötilan (Tn,v) ja virtuaalisen ulkolämpötilan (f(Tv„)) arvon avulla; ja toinen säätöpiiri (14), jossa määritetään uusi virtuaalinen ulkolämpötila-arvo (f(Tvu)n+l) menoveden lämpötilan (Tmv) ja aikaisemman asetun/säädetyn virtuaali-15 sen ulkolämpötilan arvon (f(Tvu)n) erotuksen perusteella, johon säätöpiiriin kuuluu summain (19) mainitun erotuksen muodostamiseksi, ensimmäinen integraattori (20) erotusarvon integroimiseksi, skaalausyksikkö (22) ensimmäisen integraattorin (20) , . lähtösignaalin suhteuttamiseksi ja toinen integraattori (23) suhteutetun tuloksen in tegroimiseksi, jonka integraattorin (23) lähtösignaali edustaa uutta virtuaalista ulko-20 lämpötila-arvoa, joka syötetään summaimeen (19), ja jonka summaimen lähtösignaali syötetään myös ensimmäisen säätöpiiriin (13).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että toiseen säätöpiiriin (14) kuuluu välineet virtuaalisen ulkolämpötilan (f(Tvu)) alkuarvon asettamiseksi siten, että se on riippuvainen menoveden mitatusta lämpötila-arvosta (Tmv).

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että toisen sää töpiirin (14) ensimmäiseen integraattori in (20) kuuluu vertailija (21) integrointitu-loksen vertaamiseksi kahteen asetettuun raja-arvoon (Ra21. Ra22), jonka vertailijan (21) avulla annetaan sopiva lähtösignaali, edullisesti jännitepulssi tai vastaava, kun , · · jompi kumpi raja-arvo saavutetaan ja kummatkin ylitetään tai vastaavasti alitetaan ja 30 integraattori (20) asetetaan alkutilaan.

/ 10. Patenttivaatimuksen 7, 8 tai 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että skaa- lausyksikköön (22) kuuluu kertoja (22b), jossa ennalta-asetetulla vakiokertoimella (Ks) kerrotaan ensimmäiseltä integraattorilta (20) saatava lähtösignaali seurantano- 14 11GG23 peuden (z) arvon ja sen integraalin eli uuden virtuaalisen ulkolämpötila-arvon määrittämiseksi.