SE469808B - Anordning för rumstemperaturreglering - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 469 888 zonantal, kan tillföras tillräcklig värmeeffekt.

Detta ändamål uppnås genom att uppfinningen ges de i patent- kravet 1 angivna kännetecknen.

Vid denna utformning mottager varje styranordning en styr- instruktion som motsvarar sin adress och lagrar denna. Därefter arbetar styranordningen självständigt. Manövreringen av till- hörande styrelement sker därmed oberoende av vilka utgångsdata huvudmikroprocessorn under mellantiden sänder ut. Samtidigt kan värmeeffekt överföras över styrledningarna till varje värmemot- stånd som är inkopplat över ett tillhörande styrelement. Oaktat antal zoner kan maximaleffekten tillföras till vart och ett av alla värmemotstånd fördelat över 100% av föreliggande cykeltid.

Uppvärmningsströmmen och belastningen pà värmemotstånden är motsvarande låg.

De digitala utgàngsdata, alltså adress och styrinstruktion, kan enkelt präglas på försörjningsledningsspänning såväl som på försörjningsledningsström. Dessa enskilda bitar kan mycket snabbt följas av varandra. Därmed låter sig såväl datamässigt som effektmässigt ett mycket stort antal styranordningar ansluta sig till försörjningsledningarna. Lagringen i undermikro- processorn tillåter även ett upprätthållande av driften i varje zon med senast gällande data om huvudmikroprocessorn skulle falla bort. Vid teknikens ståndpunkt däremot leder ett bortfall av huvudmikroprocessorn även till bortfall av värmeimpulser och därmed till bortfall av hela regleranordningen.

Sammantaget resulterar detta i en anordning med större flexibi- litet, vilken är speciellt väl ägnad för praktiskt bruk.

Eftersom utgångsdata, vilka utöver adress och instruktion även kan innehålla annan information, genom huvudmikroprocessorn fortlöpande beräknas och anges, kan nämligen det aktuella bör- värdet för varje termostat ständigt ändras såväl språngartat som 10 15 20 25 30 35 469 ena kontinuerligt. Huvudmikroprocessorn tar i första hand hänsyn till det för varje zon lagrade börvärdesprogrammet. Eftersom dessa program överlagrar ett egenbörvärde för termostaterna, kan användaren genom inställning av dessa egenbörvärden förändra grundlinjen i dessa program efter egna önskemål. De extra arrangemangen i varje zon är förhållandevis små, då styranord- ningen och det därmed förbundna styrelementet kan vara enkelt uppbyggd- Undermikroprocessorerna kan lätt omsätta enskilda instruktioner till motsvarande inkopplingstider och dylikt.

Spänningsmellanrummen låter sig lätt frambringas, exempelvis genom ett kopplingsorgan, och lätt registreras. Eftersom de befinner sig i trakten av nollställena utgör de inte något avbräck på den tillförda elektriska effekten.

Vid vidareutvecklingen enligt krav 2 behöver styranordningen endast styra den förändringsbara urkopplingstidpunkten. Som styranordning lämpar sig en enkel kopplingstransistor.

Tvàledarsystemet enligt krav 3 kräver ytterst ringa lednings- och installationsutgifter.

Vid utföringsformen enligt krav 4 kan huvudmikroprocessorn även koppla in och ur pumpar, fläktar och andra arbetsenheter tids- mässigt korrekt, varvid styrningen följer en likartad datastruk- tur som vid termostaterna.

Med vidareutvecklingen enligt krav 5 kan en kortslutning eller ett avbrott i området av värmemotstàndet fastställas i rätt tid.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare förklaras i föredragna utföringsformer med hjälp av bifogade ritningar. 10 15 20 25 30 35 469 868 Fig 1 visar därvid schematiskt ett blockdiagram av en anordning enligt uppfinningen.

I) Fig 2 visar en ventils termostattillsats och tillhörande styr- anordning.

Fig 3 visar ett diagram av den intermittenta tillförseln av elektrisk effekt.

Fig 4 visar ett tidsdiagram av ändringen av det aktuella bör- värdet i förhållande till dagbörvärden TS vid snabb uppvärmning.

Fig 5 visar i ett tidsdiagram ändringen av det aktuella börvär- det i förhållande till dagbörvärden TS vid en komfortuppvärmning om kvällen.

Fig 6 visar som funktionen av utetemperaturen To ändringen av det aktuella börbärdet i förhållande till dagbörvärden TS för korrektion av proportionalfelen.

Fig 7 visar i ett dagdiagram en kurva för ett börvärdesprogram- förlopp, vid vilket avvikelsen av det aktuella börvärdet frän termostatens egenbörvärde ES är visat.

Fig 8 visar i ett tidsdiagram den elektriska spänningen U1 med inpräglat spänningsmellanrum.

Fig 9 visar en varierad utföringsform av anordningen enligt fig 1.

Fig 1 visar en i en central Z anbringad huvudmikroprocessor 1, som är försedd med ett börvärdesprogramlager 2. Med hjälp av inställningsknapparna 3 kan det för zonerna I, II och III av en varmvattenvärmeanläggning inlagras programlopp, särskilt också tidpunkter, storlekar och lutningsvinklar för ändringarna. 10 15 20 25 30 35 469 808 Vidare är en utomhustemperaturavkännare 4 ansluten till huvud- mikroprooessorn 1. Ingångarna 5 är anbringade för tillförseln av ytterligare värden, t ex innertemperaturen, vindhastigheten, solens läge och liknande. Huvudmikroprocessorn 1 har flera utgångar 6, över vilka det kan styras olika anläggningsdelar, t ex cirkulationspumpar, ett prioritetskretslopp för varmt vatten, en snabbuppvärmning av källaren, nattbelysningen och liknande.

För den reglering som här är intressant är utgången 7 viktig. över denna gives utgångsdata D till kodningsanordningen 8.

Utgångsdata omfattar minst en adress för de enskilda zonerna I, II och III och en instruktion, som kännetecknar storleken av en elektrisk effekt. I regel omfattar utgångsdata emellertid också ytterligare information, t ex synkroniseringssignaler, tempera- turinformationer och liknande. Det rör sig om digitala utgångs- data, som i kodningsanordningen inpräglas en ström I, som ström- mar i de två kablarna 9 och 10 i ett tvåledarsystem 11. Vid en växelspännings U källa är en dubbellikriktare 12 ansluten, så att det i tvàledarsystemet 11 strömmar en likriktad växelström svarande till fig 8. Kodningsanordningen 8 har ett kontaktorgan, som antingen (a) alls icke påverkar nollställena av spännings- halvbågarna eller (b) förser dem med ett brett spänningsmellan- rum eller (c) med ett smalt spänningsmellanrum. Det breda spän- ningsmellanrummet kan t ex svara mot värden 1, och det smala spânningsmellanrummet kan svara mot värdet 0.

Varmvattenvärmeanläggningen har flera termostatventiler 13, som är anbringade i flera zoner I, II och III till ett hus, som skall uppvärmas. I regel är det flera än det visade zontalet, t ex åtta zoner. I utföringsexemplet svarar varje zon till ett rum och innehåller därför enbart en termostatventil. Det kan emellertid också innefattas flera rum, varvid det aktuella börvärdet skall påverkas likartat till en zon med flera termo- statventiler. Termostatventilen 13 har ett hus 14 och en termo- stattillsats 15. Det i denna tillsats inre befintliga arbets- 10 15 20 25 30 35 469 808 elementet är över ett kapillärrör förenat med en temperturavkän- nare 17, som befinner sig i ett hus 18. När avkännaren 17 har en vätskeàngfyllning, verkar det temperaturberoende ángtrycket i tillsatsens arbetselement och ventilen intager ett jämviktsläge, därför att en börvärdesfjäder verkar i motsatt riktning av ' arbetselementet. Tillsatsen har ett vridhandtag 19, med vars hjälp termostatventilens egenbörvärde ES kan ändras, alltså kan t ex börvärdesfjädern inställas. När avkännaren 17 har en vätskefyllning, kan arbetselementets läge i tillsatsen ändras med hjälp av vridgreppet 19.

Vid avkännaren 17 anligger ett elektriskt värmemotstànd 20, som över tvàledarsystemet 11 kan förses med en av halvbàgespänningen U1 i fig 8 beroende ström, när ett styrelement i form av ett kontaktorgan 21, t ex en kontakttransistor styres i det ledande tillståndet. Styrningen sker med hjälp av en styranordning i _form av en undermikroprocessor 22, till vilken är ansluten en avkodningsanordning 23 som också kan utgöra en del av denna mikroprocessor 22. Avkodningsanordningen 23 avkänner halvbàgar- nas U1 nollställen, bildar härav bitarna och lagrar de värden, som är förenade med adresser av tillhörande zonen. Pâ grund av en för detta avsnitt mottagen information bringas kontaktorganet 21 till ledande tillstànd. Urkopplingstidpunkten styres tids- beroende på grund av de lagrade instruktionsdata som är visat i fig 3. Det enskilda blocket svarar till avskilda halvbàgar. lnkopplingstidpunkten är fastlagd av takttiden pà femton sekun- der. Man ser att inkopplingsvaraktigheten avtager i blockrad- följden d, e, f och g så att avkännarens 17 uppvärmning pà detta sätt kan ändras av värmemotstàndet 20.

Huset 18 upptager de nämnda delarna 17, 20, 21, 22 och 23.

Termostatventilens egenbörvärde ES, som inställes, när värmemot- stàndet icke är verksamt, har ett högre värde än som önksas av en användare under normal dagtid. I diagrammet i fig 7 visas, f) 10 15 20 25 30 35 469 808 att egenbörvärdet t ex utgör 23°C, medan dagbörvärdet enbart skall utgöra 21°C. Denna sänkning på 2°C uppnås med hjälp av värmemotståndet 20. Dagbörvärdet TS sättes därför samman av två komponenter, egenbörvärdet ES och det värmemotstånd 20 som tillför elektrisk effekt. Ändrar man den elektriska effekten, ändras sänkningen i förhållande till egenbörvärdet. Ändrar man egenbörvärdet, förskjutes det totala börvärdesprogrammet.

Då det allra redan är nödvändigt att tillföra en värmeeffekt för uppnàende av dagbörvärdet, kan det aktuella börvärdet icke enbart sänkas i förhållande till dagbörvärdet, utan också för- höjas. När en värmeeffekt motsvarande blocket e i fig 3 är nödvändig, t ex för att uppnå dagbörvärdet, kan man med för- minskning av värmeeffekten motsvarande blocken f och g höja det aktuella börvärdet.

En med sådan förhöjning arbetande regleringskarakteristika framgår av fig 4. Det visas där med utgång från dagbörvärdet TS, att det aktuella börvärdet höjes spràngformigt med 1,5°C och senare över en lutande funktion efter hand igen föres tillbaka till dagbörvärdet. Börvärdesförhöjningen sker en halvtimme före tidpunkten för den väntande användningen (timme 0) och förblir oförändrad under ytterligare en timme efter användningen. Då föres börvärdet linjärt tillbaka i loppet av ytterligare en timme. En ankommande användare finner rummet behagligt uppvärmt.

Köldpotentialet från de under natten avkylda väggarna reduceras så snabbt som möjligt. Den gradvisa tillbakaföringen av tempera- turen sker praktiskt taget obemärkt för användaren.

I fig 5 visas en komfortreglering i ett tidsdiagram. På kvällen höjes det aktuella börvärdet gradvis under loppet av tre timmar, alltså här mellan kl 19 och 22, med 1,5°C över dagbörvärdet TS.

Därefter förblir detta förhöjda börvärde oförändrat, t ex till kl 24. Vid stigningen tages det hänsyn till, att en lugnt sittande människa känner en något högre temperatur mer behaglig 10 15 20 25 30 35 469 808 än en människa, som rör sig och arbetar. Denna temperaturhöjning upphäves när användaren drar sig tillbaka för att gå till vila.

I fig 6 visas som funktion av utomhustemperaturen To, att tempe- raturen kan varieras med 1°C. Under en utetemperatur om -Q°C fås korrektionen 0. Över +9°C erhålles korrektionen 1°. Mellan dessa två utomhustemperaturer stiger korrektionstemperaturen jämnt. På detta sätt kompenseras termostatventilernas p-bandfel.

I fig 7 visas en kurva P med programförloppet från kl 0 till 24.

Dagbörvärdet ligger 2°C under termostatens egenbörvärde. Härvid är hänsyn tagen till en grundsänkning på 1,5°C. På natten sker det mellan kl 24 och 4 en nattsänkning på 9°C i förhållande till egenbörvärdet således t ex 15°C. Detta uppnås genom stark upp- värmning av avkännaren 17. Klockan 4 sker en stigning till dagbörvärdet och kl 6.30 en ytterligare stigning på 1,5°C, därför att kl 7 väntas den första användaren av rummet. Kurvans P avsnitt h motsvarar därför fig 4. Från kl 9 till kl 19 är det normala dagbörvärdet TS inställt. Därefter sker en gradvis ökning om 1,5°C för att förhöja komfortkänslan. Kurvans P del g svarar därför till fig 5. Det erhålles därför en köldfas A1, en uppvärmningsfas A2, en varmfas A3 och en avkylningsfas A4.

Uppvärmningsfasens A2 varaktighet beror av, hur mycket ifråga- varande rum i förväg blivit avkylt, och vilka värmeackumulerande egenskaper rummet respektive värmeanläggningen har.

I fig 7 visas en kurvgren P1 streckpunkterad med vilken börvär- det stiger jämnt längs en lutande funktion i uppvärmningsfasen A2.

Alla lutande funktioner är tecknade som raka linjer. De kan emellertid också vara sammansatta av små trappsteg. Hela syste- met drives företrädesvis med nätfrekvens och en sänkt spänning till t ex 24V. Vid en utföringsform arbetade huvudmikroproces- sorn 1 således, att den var tredje sekund överförde nya utgångs- 'vx 10 15 20 25 30 35 469 808 data till de enskilda undermikroprocesserna 22. Dessa data lagras och borttages vid uppträdande av nya data. Det användes emellertid enbart de data, som överfördes som det sista före utloppet av 15-sekunderscykeln.

Huvudmikroprocessorn kan också registrera nätspänningen och i beroende av eventuella nätspänningssvängningar ändra längden av strömblocken de och tillfördes huvudmikroprocessorn 1 över en ingång 5.

I fig 1 är det dessutom schematiskt visat, hurusom en övervak- ningsapparat 24 mäter spänningsfallet över ett med värmemotstàn- det 20 i serie liggande motstånd 25 under strömtillförseln och vid avvikelse fràn mätvärdet från ett förutbestämt område avgi- ver en felsignal för aktivering av en ljussignalgivare 26.

Användaren av rummet kan därför konstatera felen, om värmemot- ståndet skulle vara kortslutet eller det föreligger en ström- brytning.

Pig 9 visar, att icke bara styranordningen 22 för radiatorernas 27 termostatventiler 15 är ansluten till tvàledarsystemet 11, utan också tilläggsstyranordningar 28-34 för ytterligare arbets- enheter, som har en in-ut-funktion. Bara som exempel har dessa tilläggsstyranordningar följande ändamål: Tilläggsstyranordning- en 28 inkopplar en frostsäkring. Tilläggsstyranrodningen 29 inkopplar bränsle- och/eller lufttillförseln för en värmepanna 35. Tilläggsstyranrodningen 30 inkopplar en cirkulationspump 36 för uppvärmning av en bruksvattenvärmare 37. Tilläggsstyranord- ningen 31 verkar över en styrapparat 38 och för en sådan aktive- ring av blandventilen 39, att panntemperaturen snabbt ökar.

Tilläggsstyranordningen 32 inkopplar en cirkulationspump 40 i matningskretsen. Tilläggsstyranordningen 33 kan tjäna för in- kopplingen av belysningen. Tilläggsstyranordningen 34 tjänar till inkoppling av en säkring. Även tilläggsstyranordningarna styres av en adress i utgàngsdatan D och omkopplas av en likale- 10 9 888 10 des i utgàngsdatan innehàllen instruktion. I en konkret värme- anläggning är det enbart nödvändigt att anbringa den härtill nödvändiga tilläggsstyranordningen. Huvudmikroprocessorn 1 i centralen Z har helt säkert möjligheten att styra alla tilläggs- styranordningar förutom styranordningen 22 för termostatventilen 15; dessa möjligheter behöver emellertid icke utnyttjas full- ständigt.

Man skall utàt icke kunna se, att termostaten är inställd på ett högre egenbörvärde än dagbörvärdet. Man behöver enbart ha in- ställda skalan på termostaten svarande till den av uppvärmningen framkallade 2°C-sänkningen. f)

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 11 469 808 PATENTKRAV

1. Anordning för rumstemperaturreglering medelst termostater, särskilt en varmvattenuppvärmningsanläggnings termostatventi- ler (13), vars avkännare (17) var och en är tillordnade ett värmemotstånd (20) och som har ett inställbart egenbörvärde, med ett styrelement (2) som styr tillförseln av elektrisk effekt till värmemotstånden (20), varvid i en central är an- ordnad en med ett börvärdesprogramminne försedd huvudstyr- anordning (1), som avger i beroende av börvärdesprogrammet och eventuella ytterligare ingångsvärden kännetecknande styrorder för tillförsel av elektrisk effekt till termostaterna (17, 20), varvid zoner (I, II, III) med olikt inställbar börtem- peratur är försedda med en termostat eller med flera likartat påverkande termostater, och varje zon är tillordnad en under- styranordning (22) för styrelementmanövreringen, varvid de alla värmemotstånden gemensamma, den elektriska effekten till- förande matningsledningarna förbinder också huvudstyranord- ningen (1) med understyranordningar (22) för överföringen av styrorder, och varvid huvudstyranordningens utgång är försedd med en kodningsanordning (8), som präglar matningslednings- spänningen en följd av digitala utgångsdata, som var och en omfattar adressen till en zon och en styrorder, och varvid understyranordningarna var och en uppvisar en avkodanordning (23) och lagrar en den egna adressen motsvarande styrorder och i beroende härav manövrerar minst ett styrelement (21), k ä n n e t e c k n a d av, att huvudstyranordningen (1) är bildad av en huvudmikroprocessor och understyranordningarna (22) är bildade av undermikroprocessorer, att matningsledning- arna (9, 10) är förbundna över en helvâgslikriktare (12) med en växelspänningskälla (U), att kodanordningen (8) präglar bit för bit den likriktade växelspänningen i området av dess noll- punkter med huvudmikroprocessorns (1) utgångsdata (D) såsom spänningsmellanrum (b, c) med två olika bredder och att avkod- ningsanordningen (23) registrerar spänningsmellanrummen och deras bredd och härav avleder gällande bit. 469 808 10 15 20 25 12 f

2. Anordningen enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att styrelementet (21) är ett kontaktorgan som med styranord- ningar (22) är inkopplingsbart i ledande tillstånd med viss kopplingsfrekvens men med variabel inkopplingsvaraktighet.

3. Anordningen enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av, att matningsledningarna (9, 10) bildar ett tvåle- darsystem.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av, att tilläggsstyranordningar (28-34) för arbetsenheter, som har var och en in- utfunktion över tvåledarsystemet (ll), är förenade med huvudmikroprocessen (1) och likaledes kan aktiveras av dennas en adress och en order innehållande utgångsdata.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k - n a d av ett med värmemotståndet (20) i serie liggande mät- värdesmotstånd (25) och av en övervakningsapparat (24), som mäter spänningsfallet över mätvärdesmotståndet och avger en felsignal, när spänningsfallet sjunker under ett nedre gränsvärde eller stiger över ett övre gränsvärde.