NL1004467C1 - Thermostatische verwarmingsregeling. - Google Patents

Description

Titel: Thermostatische verwarmingsregeling

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmingssyteem volgens de aanhef van conclusie 1, op een verwarmingsketel volgens de aanhef van conclusie 2 en op een besturingswerk-wijze volgens de aanhef van conclusie 3, welke uit de prak-5 tijk bekend zijn.

Voor het regelen van de verwarming van bijvoorbeeld een woning of een klein kantoor wordt in het algemeen een thermostaat gebruikt die beneden een bepaalde temperatuur in een "aan" conditie verkeert, bij het overschrijden van een uit-10 schakeltemperatuur - die in principe boven de ingestelde temperatuur ligt - van de "aan" conditie overgaat in een "uit" conditie, en bij het dalen van de temperatuur onder een in-schakeltemperatuur - die in principe onder de ingestelde temperatuur ligt - weer van de "uit" conditie overgaat in een 15 "aan" conditie.

De besturing van de energie-toevoer die op een dergelijke thermostaat is aangesloten volgt de conditie van de thermostaat en gaat in reactie op de overgangen van de thermostaat van een stand "aan", waarin de warmtebron wordt ge-20 voed met energie over in een stand "uit", waarin geen energie aan de warmtebron wordt toegevoerd, en vice versa.

Het verschil tussen de inschakeltemperatuur en de uitschakel tempera tuur bedraagt typischerwijs circa 1,5 'C. Omdat het weinig comfortabel is indien de temperatuur in een ver-25 trek steeds op en neer gaat tussen de grenzen van een dergelijk temperatuursbereik, zijn dergelijke thermostaten in het algemeen voorzien van een anticipatie-verwarming die ervoor zorgt, dat in de "aan" conditie de thermisch gestuurde bedie-ningsstructuur van de thermostaat wordt verwarmd. Door deze 30 verwarming gaat deze van de "aan" conditie over naar de "uit" conditie voordat de temperatuur in de omgeving de uitschakel-temperatuur daadwerkelijk heeft bereikt. Hierdoor worden temperatuurschommelingen in het verwarmde vertrek beperkt.

1004467 -2-

Een bezwaar van een dergelijke regeling is, dat de temperatuur in het vertrek toch nog aan vrij sterke schommelingen onderhevig is en dat vooral indien de buitentemperatuur niet veel lager is dan de temperatuur in het vertrek, de ver-5 warming telkens relatief korte tijd op vol vermogen werkt, hetgeen ongunstig is voor het rendement van de verwarming en, indien een brander als warmtebron wordt toegepast, leidt tot relatief hoge emissies aan stikstof-oxiden.

Verder leidt de afwisseling tussen vol vermogen en de 10 uitgeschakelde stand van de warmtebron tot een aanzienlijke thermische belasting van de warmtebron en van eventuele warmte-overdragers daarbuiten die hoge eisen stelt aan de constructie en de toegepaste materialen en, bij een gegeven uitvoering, leidt tot een verkorting van de levensduur en, 15 indien van toepassing een vergrote kans op lekkage van het warmteoverdrachtsmedium of rookgassen. Voorts leiden de voortdurende temperatuurswisselingen van het verwarmingssy-teem veelvuldig tot geluidsemissies veroorzaakt door "stick-slip" effecten tussen oppervlakken die ten gevolge van krimp 20 of uitzetting langs elkaar bewegen.

Er zijn verder uit de praktijk andere verwarmingssysternen bekend, waarbij de warmtebron, behalve in een stand waarin deze uit is en in een stand waarin deze op vol vermogen werkt, tevens in een of meerdere tussenstanden kan opere-25 ren of zelfs continu regelbaar is tussen de uiterste standen. Een voorbeeld van een dergelijk verwarmingssysteem is een verwarmingssysteem met een modulerende regeling. Bij dergelijke systemen wordt het continu vermogen van de warmtebron geregeld in afhankelijkheid van het verschil tussen de inge-30 stelde temperatuur en de gemeten temperatuur.

Een bezwaar van dergelijke systemen is, dat deze betrekkelijk kostbaar zijn.

De uitvinding heeft als doel een verwarmingssysteem, een verwarmingsketel en een werkwijze voor het regelen van 35 een verwarming met een trapsgewijze of continue regeling van het continu vermogen te verschaffen, waarbij de geschetste bezwaren zijn ondervangen, maar dat tegen lagere kosten kan 1004467 -3- worden toegepast dan de genoemde systemen met een regelbaar continu vermogen.

Een eerste belichaming van de onderhavige uitvinding voorziet in het bereiken van dit doel door een verwarmings-5 systeem volgens de aanhef uit te voeren overeenkomstig de kenmerkende maatregelen van conclusie 1. Een tweede belichaming van de onderhavige uitvinding voorziet in het bereiken van dit doel door een verwarmingsketel volgens de aanhef uit te voeren overeenkomstig de kenmerkende maatregelen van con-10 clusie 2. Een derde belichaming van de onderhavige uitvinding voorziet in het bereiken van dit doel door een werkwijze volgens de aanhef uit te voeren overeenkomstig de kenmerkende maatregelen van conclusie 3.

Doordat bij toepassing van de onderhavige uitvinding de 15 lengtes van de tijdsintervallen gedurende welke de thermostaat in de "aan" en/of de "uit" conditie verkeert worden gemeten, kan met een eenvoudige - bij vervanging van een verwarmingsketel veelal reeds aanwezige - kamerthermostaat met alleen "aan"-"uit" signalering een indicatie van het verschil 20 tussen de ingestelde temperatuur en de werkelijke temperatuur worden verkregen, op basis waarvan het continue vermogen van de warmtebron geregeld kan worden. Het is derhalve niet nodig daarvoor een speciale, relatief kostbare thermostaat toe te passen en in geval van gedeeltelijke vervanging van een be-25 staand verwarmingssysteem vervalt ook in het algemeen de noodzaak de oude thermostaat te verwijderen en een nieuwe thermostaat te installeren.

Binnen een bepaald temperatuursbereik, dat in de praktijk veelal een breedte van ongeveer 1,5 'C heeft, gaat een 30 thermostaat met anticipatie-verwarming, bij een constante temperatuur, regelmatig over van de "aan" conditie naar de "uit" conditie. Bij een gegeven ingestelde temperatuur duren de "aan" fases langer en de "uit" fases korter naarmate de werkelijke temperatuur lager is. Aldus kan de aan/uit ther-35 mostaat met anticipatie-verwarming gebruikt worden als quasi-continu werkende sensor voor het bepalen van het verschil tussen de ingestelde temperatuur en de werkelijke temperatuur 1004467 -4- en kan met een dergelijke, eenvoudige thermostaat een regeling van het continu vermogen van een verwarming· in meerdere stappen of zelfs continu worden bereikt.

Navolgend wordt de uitvinding nader geïllustreerd en 5 toegelicht aan de hand van enkele schema's, waarbij: fig. 1 een schematische weergave van een verwarmings-systeem volgens de uitvinding met een verwarmingsketel volgens de uitvinding is, fig. 2 een blokschema van een regelsysteem van een 10 voorbeeld van een verwarming volgens de uitvinding is, fig. 3 een voorbeeld van een besturingsalgoritme voor een besturingseenheid van een verwarmingssysteem of van een verwarmingsketel volgens de uitvinding is, fig. 4 een diagram van een voorbeeld van een gedrag van 15 een voorbeeld van verwarmingssysteem volgens de uitvinding is, waarop ook de figuren 1 en 2 betrekking hebben, fig. 5 een diagram van een voorbeeld van een gedrag van een tweede voorbeeld van verwarmingssysteem volgens de uitvinding is, en 20 fig. 6 een diagram van een voorbeeld van een gedrag van een derde voorbeeld van verwarmingssysteem volgens de uitvinding is.

De uitvinding wordt allereerst toegelicht aan de hand van het voorkeursuitvoeringsvoorbeeld waarop de figuren 1-4 25 betrekking hebben. Vervolgens komen een aantal alternatieve mogelijkheden binnen het kader van de uitvinding aan de orde.

Het in fig. 1 getoonde verwarmingssysteem voor het verwarmen van een vertrek 1 is samengesteld uit een verwarmingsketel 2 buiten het vertrek 1, een radiator 3 in het vertrek 30 1, leidingen 4, 5 en een pomp (niet getoond) voor het circu leren van een warmteoverdrachtsmedium zoals water tussen de ketel 2 en de radiator 3, en een via leidingen 6, 7 met de verwarmingsketel 2 verbonden thermostaat 8 in het vertrek 1.

De ketel 2 is uitgerust met een vuurhaard 9 met daarin 35 een warmtebron in de vorm van een brander 10 en een warmtewisselaar 11. Op de vuurhaard 9 sluit een rookgas-afvoer 12 aan. Op de brander 10 sluiten een brandstof-toevoerleiding 13 1004467 -5- en een (niet getoonde) doorlaat voor het toelaten van omgevingslucht aan. De verwarmingsketel 2 is verder voorzien van een in de brandstof-toevoerleiding 13 opgenomen afsluit-een-heid 14 die is ingericht voor het regelen van de brandstof-5 toevoer via de leiding 13, waarbij de afsluit-eenheid 14 een gesloten stand, een geopende stand en veertien tussenstanden (d.w.z. in totaal zestien standen) in kan nemen voor het doseren van de brandstof-toevoer naar de brander 10. Opgemerkt wordt, dat het ook mogelijk is een traploos verstelbare af-10 sluit-eenheid toe te passen.

De afsluiteenheid 14 is gekoppeld met een besturingseenheid 15 voor het besturen van de afsluiteenheid. De besturingseenheid 15 heeft een aansluitpoort 16, waarop de leidingen 6, 7 die naar de thermostaat 8 leiden zijn aangesloten.

15 De thermostaat 8 is, zoals op zich bekend is, uitgerust met een thermisch gevoelig bedieningselement 17 in de vorm van een spiraalvormig bimetaal. Het vrije uiteinde van het bimetaal draagt een schakelaar 18, die in afhankelijkheid van zijn helling gesloten is, en daardoor de leidingen 6 en 7 met 20 elkaar verbindt, of geopend is. In de leiding 7 is een verwarmingselement 19 in de vorm van een anticipatie-weerstand opgenomen, die het bedieningselement 17 in geringe mate verwarmt wanneer de schakelaar 18 gesloten is. De gesloten toestand van de schakelaar 18 vormt functioneel gezien de "aan" 25 conditie van het circuit waarin die schakelaar 18 van de thermostaat 8 volgens het onderhavige voorbeeld is opgenomen en de open toestand vormt de "uit" conditie van dat circuit. De thermostaat 8 is aldus ingericht voor het door middel van "aan" en "uit" signalen aan de besturingseenheid 15 signale-30 ren van de temperatuur in het vertrek 1.

In de besturingseenheid 15 is een klok 20 voor het genereren van tijdssignalen geïntegreerd. De besturingseenheid 15 is ingericht voor het besturen van de afsluiteenheid 14 in reactie op de conditie van het circuit waarin de schakelaar 35 18 van de thermostaat 8 is opgenomen, met andere woorden, in reactie op "aan" en "uit" signalen van de thermostaat 8. De besturingseenheid 15 is verder zo geprogrammeerd dat de duur 1004467 -6- van de "aan" en "uit" fases gedurende welke de "aan" resp. "uit" condities van het circuit zich voordoen bepaalt in welke van de mogelijke standen de afsluit-eenheid 14 wordt gebracht.

5 In zijn algemeenheid wordt de werking van het in fig. 1 getoonde en hiervoor beschreven systeem toegelicht aan de hand van het in fig. 2 getoonde blokschema. Uitgangspunt van elke regelcyclus is telkens dat er al dan niet een wezenlijk verschil is tussen de ingestelde temperatuur en de werkelijke 10 temperatuur in het vertrek 1, zoals is aangeduid met het blok 21.

Dit verschil heeft consequenties voor de relatie tussen de tijdsduur, van de "aan" en de "uit" fasen van de thermostaat 8, zoals is aangeduid door blok 22. Meer is het bijzon-15 der zal de thermostaat 8, indien de werkelijke temperatuur in het vertrek 1 veel (doorgaans minstens 0,75 tot 1 ”C) lager is dan de ingestelde temperatuur, ondanks de opwarmende werking van het verwarmingselement 19, voortdurend in de "aan" conditie verkeren. Indien de werkelijke temperatuur in het 20 vertrek 1 veel (doorgaans eveneens 0,75 tot 1 °C) hoger is dan de ingestelde temperatuur, zal de thermostaat 8 voortdurend in de "aan" conditie verkeren. Opgemerkt wordt, dat de insteltemperatuur van de thermostaat gecompenseerd is voor het in de "aan" conditie optredende opwarmende effect van de 25 anticipatie-verwarming. Als het verschil tussen de ingestelde temperatuur en de werkelijke temperatuur in het vertrek 1 kleiner is dan de genoemde marges, zal de thermostaat onder invloed van de anticipatie-verwarming in de "aan" conditie afwisselend in de "aan" en de "uit" conditie verkeren. Als de 30 werkelijke temperatuur in het vertrek onderin het bedoelde bereik rondom de ingestelde temperatuur ligt, duren de "aan" fases relatief lang en duren de "uit" fases relatief kort. Omgekeerd duren, als de werkelijke temperatuur in het vertrek onderin het bedoelde bereik rondom de ingestelde temperatuur 35 ligt, de "aan" fases relatief kort en de "uit" fases relatief lang.

1004467 -7-

Op basis van de relatie tussen de duur van de "aan" fases en de duur van de "uit" fases wordt door de besturingseenheid 15 een stuursignaal gegenereerd, als is weergegeven door blok 23. Dit stuursignaal 23 wordt ten opzichte van een 5 eerder stuursignaal verhoogd indien de "aan" fases relatief lang zijn en de "uit" fases relatief kort zijn - n omgekeerd. Aldus wordt een stuursignaal 23 gegenereerd, da;, bij de besturingseenheid 15 volgens het onderhavige voorbeeld zestien waarden van "0" tot en met "15" kan hebben, waarbij de stand 10 "0" volledige afsluiting van de brandstof-toevoerleiding 13 inhoudt en de stand "15" volledige opening van de brandstof-toevoerleiding 13 inhoudt. De overige standen vormen successieve tussenstanden. Het spreekt voor zich, dat ook andere aantallen standen alsook een continue regeling kunnen worden 15 toegepast.

Doordat de afsluit-eenheid 14 in overeenstemming met het stuursignaal 23 wordt bestuurd, correspondeert het door de brander 10 in warmte omgezette vermogen (blok 24) met het desbetreffende stuursignaal 23. Dit heeft op zijn beurt een 20 uitwerking op de temperatuur van het warmteoverdrachtsmedium (blok 25) die hoger wordt naarmate het actuele brander-vermogen 24 groter is.

Uiteindelijk beïnvloedt de temperatuur 25 van het warmteoverdrachtsmedium de werkelijke temperatuur in de kamer 21, 25 waarmee de regelkring rond is.

De bij de regeling volgens de uitvinding toegepaste kamerthermostaat levert informatie omtrent de duur van de "aan" en "uit" fases slechts met een lage frequentie, die correspondeert met de duur van die fases, waardoor een veran-30 dering in de kamertemperatuur in ongunstige gevallen pas vele minuten na die verandering in de informatie betreffende de lengtes van de "aan" en "uit" fases tot uiting komt. Het is derhalve van bijzonder belang het stuursignaal 23 zo te laten reageren op de lengtes van de "aan" en "uit" fases, dat ener-35 zijds een rustig en stabiel gedrag wordt verkregen, met langzame aanpassing van het brander-vermogen, teneinde "overshoot" te voorkomen, maar dat het gedrag van de regeling an- 1004467 -8- derzijds voldoende snel reageert om voldoende snel te reageren op plotselinge wijzigingen in de ingestelde temperatuur alsook op plotselinge wijzigingen in omgevingsinvloeden, zoals het openen van een deur of raam, het aansteken van een 5 houtkachel, of het invallen van zonnestraling.

Aan deze eisen kan bijvoorbeeld worden voldaan met een algoritme voor het uitgaande van "aan" en "uit" signalen van de thermostaat 8 genereren van besturingssignalen als weergegeven in fig. 3. Het gedrag van dit algoritme in een voor-10 beeld-situatie is weergegeven in fig. 4.

Als begin van het algoritme worden een aantal variabelen geïnitialiseerd als is aangegeven met stap 26. Meer in het bijzonder worden de actuele duur van lopende "aan" en "uit" fases tact/aan en tact(Uit, referentie-waarden xi en X2 15 voor de duur taan en tuit van fictieve eerdere "aan" en "uit" fases, een teller n, het vermogen pn, en de verhouding rn tussen de lengtes van "aan" en "uit" fases geïnitialiseerd als is aangegeven door stap 26.

De startwaarde van het vermogen pn kan bijvoorbeeld 20 door de persoon die de instalatie bedient worden ingesteld in afhankelijkheid van het verwachte continue vermogen. Een schatting van het verwachte, benodigde continue vermogen kan bijvoorbeeld worden verkregen aan de hand van de waarnemingen door de bedienende persoon van de heersende buitentempera-25 tuur. Er kan dan snel naar het juiste vermogen wordt geregeld en eventuele energieverspilling door tijdelijke onnodige verwarming kan worden voorkomen.

De ref erentie-waarden xi en X2 en de lengtes van de "aan" en "uit" fases bij de toegepaste thermostaat 8 worden 30 bij voorkeur op elkaar afgestemd.

De volgende, met stap 27 aangegeven stap bestaat uit het wachten van de bemonsteringstijd. Deze duurt bij voorkeur zeer kort in verhouding tot de gemiddelde duur van de "aan" en de "uit" fasen, bijvoorbeeld ongeveer 1 seconde.

35 Vervolgens worden de timers van de actuele duur van de lopende fase gelezen (stap 28). Gedurende de "aan" fases staat de timer waaruit tact>uit wordt gelezen stil en omge- 1004467 -9- keerd, d.w.z. dat als met een "aan" fase wordt begonnen de variabele tact/Uit eerst de waarde nul houdt.

Direct daarna wordt de conditie van de thermostaat 8 bemonsterd (stap 29). Indien over de aansluitpoort waarop de 5 naar de schakelaar 18 voerende leidingen 6, 7 zijn aangesloten een lopende stroom, en derhalve een gesloten schakelaar 18 waarneemt, wordt een "aan" conditie geregistreerd.

Hierop volgt de eerste beslissing in het algoritme (stap 30). Indien de thermostaat ten opzichte van de vorige 10 geregistreerde toestand van conditie is gewijzigd (uitkomst "ja"), wordt een fijnregelcyclus voor de stationaire toestand doorlopen. Indien de uitkomst "nee" is, dan wordt in de stappen 31 en 32 gecontroleerd of de actuele looptijd van een "uit" fase resp. van een "aan" fase meer afwijkt ten opzichte 15 van de geregistreerde duur van de corresponderende meest recent voltooide fase (in het begin de referentie-waarden xi resp. X2) dan een vooraf bepaalde relatieve marge m2 resp. nu.

Indien een "uit" fase langer duurt dan de geldende waarde tuit voor de duur van een "uit" fase plus een door de 20 variabele m2 uitgedrukt percentage (uitkomst van stap 31 is "ja"), wordt een cyclus voor zo snel mogelijke temperatuurs-verlaging doorlopen. In de praktijk zal dit bijvoorbeeld gebeuren bij het intreden van de zogenaamde nachtverlaging of bij lager zetten van de ingestelde temperatuur om welke an-25 dere reden dan ook. Indien een "aan" fase te lang duurt (uitkomst van stap 32 is "ja") wordt een cyclus voor zo snel mogelijke temperatuursverhoging doorlopen. Dit zal in de praktijk vooral optreden bij verhoging van de ingestelde temperatuur, bijvoorbeeld bij afloop van de nachtverlaging. In 30 de meeste gevallen zal de duur van de lopende fase echter binnen het geaccepteerde bereik liggen en wordt weer overgegaan tot het opnieuw wachten van de bemonsteringstijd (stap 27) .

De fijnregelcyclus, die telkens wordt doorlopen nadat 35 de thermostaat 8 is omgeschakeld, begint met een beslissingsstap 33, waarvan de uitkomst afhankelijk is van de conditie waarin de thermostaat 8 volgens de uitkomst van de laatste 1004467 -10- bemonstering verkeert. Indien de thermostaat 8 in de "aan" conditie verkeert, was de afgelopen fase een "uit" fase en geeft de gelezen waarde van tact,uit de duur van die afgelopen "uit" fase, althans bij benadering, aan. Dienovereenkomstig 5 wordt dan de waarde tact,uit tot nieuwe waarde tuit van de duur van de laatst voltooide "uit" fase verklaard (stap 34). Vervolgens wordt de actuele waarde tact,uit weer op nul gesteld, zodat daarmee de duur van de volgende "uit" fase gevolgd kan worden. Indien de thermostaat 8 in de "uit" condi-10 tie verkeert, was de afgelopen fase een "aan" fase en worden in essentie dezelfde stappen voor de variabelen tact,aan en taan doorlopen (stappen 36 en 37).

Na het bepalen van de waarden voor de variabelen taan en tuit wordt bij het algoritme volgens het onderhavige voorbeeld 15 de waarde van de variabele rn bepaald die de relatie tussen de duur van de meest recente "aan" en "uit" fases karakteriseert (stap 38).

Tenslotte wordt het nieuwe stuursignaal pn, dat het vermogen bepaalt dat de brander vervolgens afgeeft, berekend 20 als functie van de huidige relatie rn, ten minste een vorig, ingesteld vermogen pn-i (bij voorkeur een historie van vorige ingestelde vermogens), en de referentie-waarden χχ en X2, die de lengtes van de "aan" en de "uit" fases bij overeenstemming tussen ingestelde en werkelijke temperatuur (stap 39) bepa-25 len. Het verloop van de functie die in deze stap 39 wordt gehanteerd kan worden gekozen in afhankelijkheid van onder meer de traagheid van de thermostaat 8, de warmtecapaciteit van verwarmingssysteem, het maximum vermogen van de brander, de warmtecapaciteit van het vertrek 1 en de overweging of een 30 snelle aanpassing met eventuele overshoot dan wel een langzame aanpassing met geen of zeer weinig overshoot geprefereerd wordt.

Tenslotte wordt de teller n opgehoogd (stap 40) en wordt teruggekeerd naar de stap 27 van het afwachten van de 35 bemonsteringstijd. Uiteraard kan erin worden voorzien, dat teller n na het bereiken van een bepaalde waarde weer teruggesteld wordt, bijvoorbeeld elke 24 uur, waardoor het regi- 1004467 -11- streren van gedrag van het regelsysteem gedurende bepaalde delen van de dag wordt vereenvoudigd.

Indien bijvoorbeeld uit de bemonsteringsstap 29 blijkt, dat de thermostaat 8 in de "aan" conditie verkeert, en indien 5 de thermostaat 8 tussen die bemonstering (stap 29) en de voorafgaande bemonstering niet is omgeschakeld van de ene conditie naar de andere conditie, zodat de uitkomst van beslissingsstap 30 dienovereenkomstig "nee" is, is vervolgens ook de uitkomst van de beslissingsstap 31 "nee", want de ac-10 tuele waarde voor de duur van een "uit" fase is dan "0", bijvoorbeeld ten gevolge van de initialisatie-stap 26, de nul-stellingsstap 35 of de hierna nog te bespreken partiële heri-nitialisatie na een versnelde temperatuursaanpassing.

Indien bovendien de duur van een lopende "aan" fase, 15 als weergegeven door de waarde tactiaan, de geldende waarde voor de duur van een "aan" fase taan met een percentage groter dan de waarde mi overschrijdt, is de uitkomst van de volgende stap 32, die bestaat uit het vergelijken van de actuele duur van de lopende "aan" fase tact,aan niet de geldende waarde voor 20 de duur van een "aan" fase taan, "ja". Dit zal bijvoorbeeld typischerwijs het geval zijn wanneer de ingestelde temperatuur aan het eind van de nachtverlaging plotseling wordt verhoogd. Teneinde in een dergelijke situatie de temperatuur in het vertrek zo snel mogelijk naar de ingestelde temperatuur 25 te verhogen wordt vervolgens een stuursignaal gegenereerd,, dat correspondeert met het op 100% brengen van het vermogen van de brander 10 (stap 41).

In geval een vergelijkbare situatie zich voordoet tijdens een "uit" fase, hetgeen typischerwijs het geval is aan 30 het begin van de nachtverlaging, is de uitkomst van de beslissingsstap 31 "ja". Hierdoor wordt niet toegekomen aan de beslissingsstap 32 voor het bewaken van een lopende "aan" fase en wordt overgegaan tot het genereren van een stuursignaal in reactie waarop de afsluit-eenheid 14 de brandstof-35 toevoer afsluit en het vermogen van de brander tot nul wordt gereduceerd (stap 42). Er wordt dan geen brandstof verbruikt 1004467 -12- als de temperatuur van het vertrek 1 kan dalen van de huidige temperatuur tot de ingestelde temperatuur.

Zowel na het volledig openen van de afsluit-eenheid 14 (stap 41) als na het volledig sluiten van de afsluit-eenheid 5 (stap 42), volgt een bewakingscyclus die tot doel heeft te controleren of de werkelijke temperatuur de ingestelde temperatuur heeft gepasseerd. Deze bewakingscyclus wordt gevormd door het bemonsteren van de thermostaat 8 (stap 43), het wachten van een bemonsteringstijd (stap 44), bijvoorbeeld net 10 zo lang als tijdens stap 27, en het nagaan of de thermostaat al is omgeschakeld van de ene conditie in de andere conditie (stap 45). Zolang de thermostaat nog niet is omgeschakeld en de uitkomst van de beslissingsstap 45 dienovereenkomstig "nee" is, wordt deze bewakingscyclus herhaald.

15 In reactie op het omschakelen van de thermostaat 8, wordt overgegaan tot de hiervoor reeds genoemde partiële her-initialisatie-stap 46. Deze dient ertoe, zo snel mogelijk een gelijkmatige temperatuur in het vertrek 1 overeenkomstig de ingestelde temperatuur te verkrijgen. Hiertoe worden de vol-20 gens het onderhavige voorbeeld de variabelen rn, tact,uit-tact.aan- tuit en taan geïnitialiseerd als in stap 26 waarmee het algoritme begint. Het stuursignaal voor de afsluit-eenheid 14, dat het vermogen pn van de brander 10 bepaalt, wordt echter gebracht op een waarde die een functie is van het ver-25 mogen pn-i voorafgaand aan de verlengde "aan" of "uit" fase en de duur taan of tuit van de verlengde "aan" resp. uit" fase. Naarmate de verlengde "aan" of "uit" fase langer heeft geduurd wordt het vermogen pn ten opzichte van het voorafgaande vermogen pn-i sterker afwijkend (naar boven resp. naar bene-30 den) ingesteld.

Het is echter ook mogelijk het vermogen pn in dergelijke situaties, aanvullend of als alternatief, op een andere wijze te bepalen, bijvoorbeeld door vergelijking met het gedrag van het verwarmingssysteem tijdens een voorgaande verho-35 ging of verlaging ongeveer 24 uur geleden. Indien bijvoorbeeld na een voorgaande verlengde "aan" of "uit" fase een "overshoot" is waargenomen in de vorm van vervolgens relatief 1 0 04 4 & * -13- lange "uit" resp. "aan" fases, kan het algoritme als het ware "zelflerend", direct volgend op een verlengde "aan" of "uit" fase, een tijdelijke correctie op het vermogen pn aanbrengen. Het is ook mogelijk, op basis van eerder geregistreerde waar-5 den van taan en tuit volgend op verlengde "aan" of "uit" fases de duur van volgende verlengde "aan" of "uit" fases "zelflerend" te verkorten onafhankelijk van de uitkomst van stap 45. Indien in een uitzonderlijk geval de temperatuur dan nog niet voldoende verhoogd of verlaagd is, kan wederom een verlengde 10 "aan" resp. "uit" fase volgen. Indien de besturingseenheid wordt geprogrammeerd op basis van een zelflerend algoritme, wordt dit bij voorkeur zodanig uitgevoerd, dat het zelflerend sprong-gedrag wordt gebaseerd op het gedrag na sprongen in één of meer tijdsintervallen van plus-minus 4 a 8 uur en bij 15 voorkeur 5 tot 6 uur rondom één resp. meerdere tijdstippen één en/of meer keer 24 uur geleden.

Na afloop van de partiële herinitialisatie-stap 46 wordt de teller n verhoogd (stap 40) net als aan het eind van een regelcyclus in de min of meer stationaire toestand.

20 Aan de hand van het in fig. 4 getoonde verloop van het vermogen van de brander 10 en van de conditie waarin de thermostaat 8 verkeert, wordt de bovenomschreven regelwerkwijze en het hierboven beschreven algoritme nader geïllustreerd. Conform stap 26 wordt in dit geval op T0 gestart met een ver-25 mogen pn van 50%, d.w.z. stand "7" van de afsluit-eenheid 14. Op een tijdstip Tl juist voorbij X2*(l+mi) blijkt bij het uitvoeren van stap 32, dat het vermogen 50% bij de heersende situatie niet voldoende is om de temperatuur binnen de ingestelde maximum duur van een "aan" fase in de stationaire toe-30 stand zo hoog op te doen lopen, dat de thermostaat 8 overgaat in de "uit" conditie. Hierop wordt conform stap 41 het vermogen verhoogd naar 100%. Vervolgens is op een tijdstip T2 de uitkomst van stap 45 voor het eerst "ja" en wordt het vermogen van de brander conform stap 46 naar een waarde gebracht 35 die een functie is van de waarde van pn in het tijdvak T0 - Tl en de duur van de verlengde "aan" fase (TO - T2). In het onderhavige voorbeeld is die waarde bijvoorbeeld ruim 1004467 -14- 70%, hetgeen correspondeert met stand "11" van de afsluit-eenheid 14. In reactie op de duur van deze "uit" fase van T2 tot T3 en de initiële waarde X2 voor taan wordt het vermogen vervolgens teruggebracht door de afsluit-eenheid naar stand 5 "9" te verstellen. In reactie op de duur van deze "aan" fase van T3 tot T4 en de duur van de daaraan voorafgaande "uit" fase wordt het vermogen vervolgens weer iets verhoogd door de afsluit-eenheid naar stand "8" te verstellen. Uit de lengte van de nu volgende "uit" fase van T4 tot T5 blijkt vervol-10 gens, dat deze stand in de gegeven situatie, althans nagenoeg, overeen komt met het voor het handhaven van de ingestelde temperatuur benodigde vermogen. Op grond van de verhouding tussen de lengtes van de "uit" fase van T4 tot T5 en de "aan: fase van T3 tot T4 wordt de stand "8" van de af-15 sluit-eenheid 14 van T5 tot T6 gehandhaafd.

Indien een traploze afsluit-eenheid wordt toegepast kan het besturen bijvoorbeeld worden uitgevoerd door rechtstreeks een met de beoogde stand van de afsluit-eenheid corresponderend stuursignaal naar de afsluit-eenheid te sturen of door 20 stuursignalen naar de afsluit-eenheid te versturen die alleen aangeven in welke mate de afsluit-eenheid verder moet worden geopend of gesloten.

Indien een stabieler gedrag van de regeling volgens de uitvinding wordt gewenst dan bij een regeling volgens het 25 hiervoor beschreven voorbeeld wordt verkregen, kan het vermogen van de brander 10 worden bestuurd in afhankelijkheid van een gemiddelde van de relatie tussen de geregistreerde lengtes van de "aan" en "uit" fases over een voortschrijdend tijdsvenster, waarin in de stationaire toestand meerdere 30 "aan" en "uit" fases passen.

Het is ook mogelijk, het vermogen van de brander 10 te regelen in afhankelijkheid van de duur van een "aan" en/of een "uit" fase in relatie tot een referentie-waarde voor de duur van de desbetreffende fase bij een met de ingestelde 35 temperatuur overeenkomende werkelijke temperatuur in het vertrek 1. Indien het brander-vermogen telkens wordt geregeld in afhankelijkheid van de duur van de meest recent afgelopen 1004467 -15- "aan" of "uit" fase ten opzichte van de referentie-duur voor een "aan" resp. "uit" fase wordt een bijzonder snel reagerende regeling van het brander-vermogen verkregen.

Fig. 5 toont het gedrag in eenzelfde uitgangssituatie 5 als in fig. 4 van een zeer eenvoudige regeling volgens de uitvinding, waarbij gedurende een "aan" fase het brander-ver-mogen wordt vergroot naarmate die "aan" fase langer voortduurt en gedurende een "uit" fase het brander-vermogen wordt verkleind naarmate die "uit" fase langer voortduurt. Ook met 10 een dergelijke zeer eenvoudige regeling is het mogelijk een geleidelijke regeling van het continue vermogen van een brander te besturen in afhankelijkheid van signalen ontvangen van een kamerthermostaat die slechts twee standen kent.

Fig. 6 toont het gedrag van nog een andere uitvoering 15 van een verwarmingssysteem volgens de uitvinding, wederom uitgaande van dezelfde uitgangssituatie als in de figuren 4 en 5. Bij deze regeling wordt, evenals bij de door fig. 5 geïllustreerde regeling het vermogen tijdens een "aan" fase trapsgewijs vergroot en tijdens een "uit" fase trapsgewijs 20 verkleind. De beginwaarde van elke fase is echter telkens afhankelijk van het gewogen gemiddelde gedurende de laatste vijf fasen en de snelheid waarmee het vermogen trapsgewijs wordt gewijzigd is positief gerelateerd aan het verschil tussen de laatste waarde gedurende de vorige fase en de eerste 25 waarde van de lopende fase.

Het zal de deskundige duidelijk zijn, dat binnen het kader van de uitvinding nog vele andere varianten mogelijk zijn dan de hiervoor beschreven varianten. De regeling van de brandstof-toevoer kan bijvoorbeeld ook indirect geschieden 30 door het regelen van de toevoer van omgevingslucht en het proportioneel daarmee toevoeren van de brandstof. In plaats van of in aanvulling op een brander kan bijvoorbeeld ook een elektrische warmtebron of de toevoer van warmte afkomstig van een zonnepaneel of van een warmte-opslag worden geregeld.

35 Het voordeel dat geen speciale kostbare thermostaat no dig is die het verschil tussen de ingestelde temperatuur en de gemeten temperatuur aangeeft is van bijzonder belang in 1004467 -16- situaties waarin een verwarmingssysteem met een regelbaar continu vermogen kan worden toegepast als vervanging van een bestaand systeem van de eerder beschreven soort. Dan zou immers, bij toepassing van de bekende verwarmingssystemen met 5 regelbaar continu vermogen tevens de bestaande thermostaat moeten worden vervangen en de nieuwe thermostaat, die typi-scherwijs op een aanzienlijke afstand van de warmtebron alsmede de bijbehorende bedrading moeten worden geïnstalleerd. Dit brengt zodanige meerkosten met zich mee, dat het in veel 10 gevallen onaantrekkelijk wordt geacht op een verwarming met regelbaar continu vermogen over te stappen. Bij toepassing van de onderhavige uitvinding kan daarentegen de bestaande twee standen thermostaat gehandhaafd worden.

1004467

Claims (12)

1. Verwarmingssysteem voor het verwarmen van ten minste een vertrek, omvattende: een thermostaat (8) met een circuit voorzien van een thermisch gestuurde bedieningsstructuur (17, 18) voor het 5 temperatuursafhankelijk schakelen van het circuit tussen een "aan" conditie en een "uit” conditie en een anticipatie-een-heid (19) voor het in de "aan" conditie anticiperend verwarmen van de thermisch gestuurde bedieningsstructuur (17, 18), een warmtebron (10), 10 een op de warmtebron (10) aansluitende energie-toevoer- leiding (13) voor het toevoeren van energie naar de warmtebron (10) , een afsluitstructuur (14) in de energie-toevoerleiding (13) voor het, in zijn open stand, doorlaten van energie en 15 het, in zijn gesloten stand, blokkeren van de energie-toe-voerleiding (13), een besturingseenheid (15) gekoppeld met genoemde thermostaat (8) en met genoemde afsluitstructuur (14) voor het · openen en sluiten van de afsluitstructuur (14) in reactie op 20 genoemde condities van genoemd circuit, gekenmerkt door een met genoemde besturingseenheid (15) gekoppelde of geïntegreerde klok (20) voor het genereren van tijdssignalen, waarbij de afsluitstructuur (14) bovendien is ingericht 25 voor het in ten minste een tussenstand tussen genoemde open stand en genoemde gesloten stand, doorlaten van een ten opzichte van genoemde open stand gereduceerde energiestroom, en waarbij de besturingseenheid (15) is ingericht voor het verwerken van genoemde tijdssignalen en het registreren van 30 de duur van ten minste "aan" of "uit" fases gedurende welke genoemde "aan" resp. "uit" condities van genoemd circuit zich voordoen en is ingericht voor het besturen van genoemde af-sluitstructuur (14) tussen ten minste de open stand, de gesloten stand en de tussenstand in reactie op de geregi-35 streerde duur van ten minste genoemde "aan" of "uit" fases. 1 0 04 4 l -18-

2. Verwarmingsketel omvattende: een warmtebron (10) voor het verwarmen van een warmte-overdrachtsmedium, een op de warmtebron (10) aansluitend energie-toevoer-5 kanaal (13) voor het toevoeren van energie naar de warmtebron (10) , een afsluitstructuur (14) in het energie-toevoerkanaal (13) voor het, in een open stand, doorlaten van energie en het, in een gesloten stand, blokkeren van het energie-toe-10 voerkanaal (13), een besturingseenheid (15) met een aansluitpoort (16) voor een thermostaat (8) en gekoppeld met genoemde afsluitstructuur (14) voor het openen en sluiten van de afsluitstructuur (14) in reactie op "aan" en "uit" signalen ontvan-15 gen via genoemde thermostaat-aansluitpoort (16), gekenmerkt door een met genoemde besturingsstructuur (15) gekoppelde of geïntegreerde klok (20) voor het genereren van tijdssignalen, waarbij de afsluitstructuur (14) bovendien is ingericht 20 voor het, in ten minste een tussenstand tussen genoemde open stand en genoemde gesloten stand, doorlaten van een ten opzichte van genoemde open stand gereduceerde energiestroom, en waarbij de besturingsstructuur (15) is ingericht voor het verwerken van genoemde tijdssignalen en voor het regi-25 streren van de duur van ten minste "aan" of "uit" fases van of tussen genoemde "aan" en "uit" signalen en voor het besturen van genoemde afsluitstructuur (14) tussen ten minste de open stand, de gesloten stand en de tussenstand in reactie op de geregistreerde duur van ten minste genoemde "aan" of "uit" 30 fases.

3. Werkwijze voor het besturen van een verwarming, omvattende het aftasten van de temperatuur, het in afhankelijkheid van de afgetaste temperatuur tussen een "aan" conditie en een "uit" conditie schakelen van een circuit, waarbij in 35 de "aan" conditie de afgetaste temperatuur anticiperend wordt verhoogd, en het, in reactie op genoemde "aan" en "uit" condities, bedienen van een warmtebron (10) tussen een ingescha- 1004467 -19- kelde stand en een uitgeschakelde stand, gekenmerkt door, het registreren van de duur van ten minste "aan" of "uit" fases gedurende welke genoemde "aan" resp. "uit" condities zich voordoen en het besturen van het vermogen van genoemde warm-5 tebron (10) in reactie op de geregistreerde duur van genoemde "aan" resp. "uit" fases tussen genoemde standen en ten minste een tussenstand tussen genoemde standen.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij het vermogen van genoemde warmtebron (10) wordt bestuurd in afhankelijk- 10 heid van de relatie tussen de geregistreerde lengtes van genoemde "aan" en "uit" fases.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij het vermogen van genoemde warmtebron (10) wordt bestuurd in afhankelijkheid van een gemiddelde over een voortschrijdend tijdsvenster 15 van de relatie tussen de geregistreerde lengtes van genoemde "aan" en "uit" fases.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 3-5, waarbij het vermogen van genoemde warmtebron (10) wordt bestuurd in afhankelijkheid van het vermogen gedurende ten minste een 20 voorafgaande van genoemde fases.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 3-6, waarbij het vermogen van genoemde warmtebron (10) gedurende een "aan" fase wordt vergroot naarmate die "aan" fase langer voortduurt .

8. Werkwijze volgens een der conclusies 3-7, waarbij het vermogen van genoemde warmtebron (10) gedurende een "uit" fase wordt verkleind naarmate die "uit" fase langer voortduurt .

9. Werkwijze volgens een der conclusies 3-8, waarbij 30 het vermogen van de warmtebron (10) tijdens een "aan" fase tot een bepaald maximum wordt verhoogd in reactie op het overschrijden van een bepaalde maximum duur van die "aan" fase.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 3-8, waarbij 35 het vermogen van de warmtebron (10) tijdens een "uit" fase tot nul wordt gereduceerd in reactie op het overschrijden van een bepaalde maximum duur van die "uit" fase. 10044 67 -20-

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, waarbij na afloop van een laatste fase gedurende welke een maximum duur voor de desbetreffende fase is overschreden, het vermogen van de warmtebron (10) wordt bestuurd in afhankelijkheid van ten 5 minste één vermogensinstelling die direct volgde op ten minste één voorafgaande fase gedurende welke genoemde maximum duur is overschreden en die is geregistreerd in een tijdvak van plus-minus 4 a 8 uur en bij voorkeur 5 a 6 uur rondom één resp. meerdere tijdstippen één en/of meer keer 24 uur voor de 10 afloop van genoemde laatste fase gedurende welke genoemde maximum duur is overschreden.

12. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, waarbij na afloop van een "aan" of "uit" fase gedurende welke genoemde maximum duur is overschreden het vermogen van de warmtebron 15 (10) wordt bestuurd in afhankelijkheid van een vermogen of gemiddeld vermogen geregistreerd voor het begin van de desbetreffende "aan" of "uit" fase en de duur van die "aan" of "uit" fase. 1004467