SE500088C2 - Förfarande för inställning av medelvärdet för frammatningstemperaturen hos ett uppvärmningsmedium och anordning härför - Google Patents

Description

_20 LD C) (f) CJ Fran DE-OS 33 45 949 är en anordning för styrning av ett centraluppvärmningssystem känd, som försöker fastställa denna ideella frammatningstemperatur genom att mäta ändringen av värmemotstàndet med hjälp av temperatur- och genomströmnings- mängdmätare. Denna lösning kräver dock pa grund av de manga mätkänselorganen relativt stora investeringskostnader. Ändamålet med föreliggande uppfinning är nu att angiva ett automatiskt arbetande reglerförfarande för att inställa frammat- ningstemperaturens medelvärde pà ett sådant värde, att en optimal total genomströmningsgrad för värmemediet uppnås. Ändamål uppnås nu därigenom, att vid uppvärmningen av anläggningen fran det avkylda tillståndet, ur frammatnings- temperaturens tidsmässiga temperaturförlopp parametrar för en för hel öppning av strypställena gällande startfunktion fast- ställes, att genom förändring av minst en av dessa parametrar beräknas en börfunktion, som gäller vid ett förminskat genom- flöde för värmebäraren, att börfunktionen lägges till grund såsom önskad böruppvärmningsfunktion och att frammatnings- temperaturbörvärdet förändras till dess förloppet för upp- värmningen i varje uppvärmningsfas anpassats till börfunktionen.

Enligt uppfinningen kommer således värmesystemets belastning i "egensvängningstillstand" genom förändringsgraden av frammat- ningstemperaturen. Kommer därvid mycket värmemedium att vara nödvändigt, stiger således frammatningstemperaturen endast långsamt, varvid radiatorventilerna är sa mycket öppnade, att de inte befinner sig i det optimala regleringsomradet. Därför måste sedan också frammatningstemperaturens medelvärde höjas. Vid start av ett uppvärmningssystem kan man i princip utgå ifran att de termostatiska ventilerna är fullständigt öppna. Belastningen för pannan uppgår följaktligen till 100%., emedan maximalt möjliga mängd av värmemedium strömmar genom systemet. I ett sàdant belastningsfall kommer frammatningstemperaturen enbart da en stor mängd värmemedium maste uppvärmas I detta driftstillstand faststäl- att långsamt stiga, genom en konstant värmeeffekt. les startfunktionen. Efter en viss tid är rummen uppvärmda och _; termostatventilerna börjar att strypas. När en sådan normaldrift har uppnåtts, kommer förloppet för frammatningstemperaturen vid varje start av uppvärmningsanordningen att vara brantare än vid den ursprungliga maximala belastningssituationen. Uppvärmningens förlopp av frammatningstemperaturen är i detta normalfall i förhållande till den ursprungliga fastställda maximalbelast- ningskurvan ett uttryck för, med vilken genomströmningsgrad anläggningen arbetar och om frammatningstemperaturen är riktigt inställd. Genom utvärderingen av en börfunktion, som motsvarar ett optimalt uppvärmningsförlopp och därmed den optimala genom- strömningsgraden, och genom approximeringen av det verkliga matningstemperaturförloppet till denna börfunktion erhålles en optimal genomströmningsgrad och det riktiga frammatningstempe- raturmedelvärdet.

Fördelaktigt är därvid att inga ytterligare mätorgan behöves, emedan i regel det förefinnes en temperaturavkännare för mätning av frammatningstemperaturen och en för returtemperaturen. På grund av det automatiskt arbetande förfarandet är en oftare nyinställning av kurvan möjlig. Uppvärmningssystemet kan därför anpassas till av årstiden betingade svängningar. Returtempera- turen kan fastställas också utan egen returtemperaturavkännare när före varje start av uppvärmningsanordningen ett pumpförlopp sker. När pumpförloppet pågått tillräckligt länge, kommer nämli- gen värmemediet med returtemperatur att inmatas i frammatnings- ledningen. Den där anordnade temperaturavkännaren avger därmed returtemperaturen som matas för ytterligare beräkning av start- resp börfunktionen.

I en föredragen utföringsform av förfarandet kan start- resp börfunktionen, med den sig ändrade frammatningstemperaturen angivas genom följande hjälpfunktion: P -C - t K m E-(1 expc )+T Tv(t) = m k 'as G88 varvid TV(t) är frammatningstemperaturen, PK är värmepannans maximala värmeeffekt, Cm är värmekapaciteten för genomströmmande vatten, t är tiden, L: Ck är pannans värmekapacität och TR är returtemperaturen.

Denna hjälpfunktion ger tillräckligt noga approximation till verkligt önskade förloppet för frammatningstemperaturen. Emedan uppvärmningen i regel utspelar sig i början av e-funktionen, sa kan stigningsgraden och stigningens förhållande mellan start- funktion och börfunktion bra bestämmas. I den angivna hjälpfunk- tionen kan parametrarna lätt bestämmas i synnerhet som det är tillräckligt att bestämma varje parameterkombination FK/Cm och Cm/Ck .

Företrädesvis fastställes parametrarna för startfunktionen genom mätning av frammatningstemperaturen vid minst tre tidpunkter.

Detta ger tillräckligt antal värden för att bestämma hjälpfunk- tionen.

Med fördel fastställes börfunktionen hur startfunktionen genom ändring, särskilt genom minskning av parametern Cm. Denna parameter är normgivande för stigningen för den temperaturför- loppet atergivande kurvan.

Genom minskning av parametern Cm kommer kurvan att bli brantare.

Detta betyder en mindre genomströmningsmängd. Vid en mindre genomströmningsmängd mäste emellertid frammatningstemperaturen förhöjas, för att därigenom transportera en tillräcklig värme- mängd från uppvärmningsanordningen till radiatorerna.

En optimal inställning, vid vilken de termostatiska radiator- ventilerna delvis är strypta, erhålles sedan, när parametern Cm i börfunktionen är ungefär 20% till 40% mindre än parameterns Cm för startfunktionen. Detta betyder, att en motsvarande mindre mängd värmemedium genomströmmar värmesystemet, alltsa enbart 60% -0 till 80% av den maximalt möjliga mängden.

Med fördel fastställes startfunktionen vid varje övergång frán nsttsankningsarirt till asgarift. Därmed är en daglig avinstall- ning av börfunktionen möjlig. Uppvärmningssystemet kan därmed bättre följa till- eller avstängningen av flera radiatorer och/eller av årstiden betingade svängningar i värmebehovet.

Företrädelsevis är mellan fastställningen av startfunktionen och bestämningen av börfunktionen en förbestämd dödtid anordnad.

Denna dödtid uppgår minst till en uppvärmningscykel företrädes- vis flera. Därigenom säkerställes, att uppvärmningen av rummen icke fördröja.

Med fördel bildas ur skillnaden mellan det förändrade frammat- ningstemperaturbörvärdet och Erammatningstemperaturärvärdet en ingàngsstorhet för en integratcr, som via en hysterisiskoppling in- och utkopplar uppvärmningsanordningen. En sådan hysterisis- koppling är känd t ex fran DE-PS 34 26 937. Detta förfarande medgiver en enkel reglering.

Företrädelsevis fastställes ur parametrarna för börfunktionen tröskelvärdet för hysterisiskopplingen. Detta är en fördelaktig ytterligare användning av hjälpfunktionens parameterar. Medel- värdet för frammatningstemperaturen later sig lätt anpassas till önskad utvärdering genom att variera tröskelvärdet för hysteri- siskopplingen.

CJ CJ CU C? CO m Enligt uppfinningen angives vidare en koppling för att genomföra förfarandet, med en utvärdningsanordning, som på grund av yttre pàverkningsfaktorer alstrar en frammatningstemperaturbörvärdes- signal, en integrator, som tillföres skillnaden mellan en modifierad frammatningstemperaturbörvärdessignal och en frammat- ningstemperaturärvärdessignal, en hysterisiskoppling, som alst- rar en pannstyrsignal för omkoppling av uppvärmningsanordningen, när integratorns utgangssignal överskrider ett första bestämt värde respektive underskrider ett andra bestämt värde, en para- meteridentifieringsanordning, som fastställer startfunktionens parametrar, en beräkningsenhet, som beräknar börfunktionen och skillnaden mellan börfunktionen och det uppmätta uppvärmnings- förloppet för värmemediet, en felsignalalstringsenhet, som i beroende av den i beräkningsenheten bildade börfunktionen och den bestämda skillnaden bildar ett fel, och i beroende av detta fel ett framtager en av tre temperatursignalvärden av vilka minst är positivt och ett negativt och en summationsenhet, som tilladderar temperatursignalvärdet vid varje avstängning av pannan, varvid utgången för summationsenneten adderas till utgången av utvärderingsanordningen.

Med fördel motsvarar de tre temperatursignalvärdena en tempera- turändring av -0,2°, 0° och +0,2° C. Ändringsgraden för det ändrade frammatningstemperaturbörvärdet är därmed relativt liten. Uppvärmningssystemet kan lätt följa ändringen.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i en föredragen utföringsform med hänvisning till bifogad ritningsfigur. Denna ritningsfigur visar schematiskt ett uppvärmningssystem.

Uppvärmningssystemet uppvisar till exempelvis tre radiatorer 13, 14, 15, som matas via en frammatningsledning 11 med varmt vatten fran en panna 5. Efter genomströmning av radiatorerna 13, 14, , strömmar vattnet via en returledning 12 tillbaks till pannan . Vattengenomströmningsmängden genom varje radiator 13, 14, 15 500 088 bestämmes av var sin ventil 16, 17, 18. Dessa ventiler 16, 17, 18 är utformade som vanliga termostatventiler, dvs deras öpp- ningsgrad är bestämd av temperaturen för tillhörande rum som radiatorn avser uppvärma. Ligger temperaturen i detta rum under den inställda börtemperaturen öppnar den termostatiska radiator- ventilen, ligger den över stryper ventilen tillströmningen av varmt vatten till radiatorn.

Pannan uppvisar pà vanligt sätt en uppvärmningsanordning, t ex en brännare för olja, gas eller liknande eller en elektrisk uppvärmningsanordning och en förràdsbehállare för vatten.

Frammatningstemperaturen TV och returtemperaturen TR mätes vid frammatningsledningen 11 resp returledningen 12 eller i pannan S, t ex med hjälp av en termometer 25 med ansluten mätvärdesom- formare, som omvandlar temperaturvärdet till en elektrisk signal som via ledningarna 19, 20 resp 23 tillföras en ytterligare bearbetningsanordning. Även om med de tva skilda temperatur- känslekroppar noggrannare mätvärde för bestämning av frammat- nings- och returtemperaturen kan erhållas, är det tillräckligt om enbart en (ej visad) temperaturavkännare föreligger för avkänning av frammatningstemperaturen. För fastställning av returtemperaturen rundpumpas före varje start av värmeanlägg- ningen i pannan uppvärmningsmedist under en viss tidsrymd i cirkulationsförloppet, så att frammatningstemperaturen blir lika med returtemperaturen. Denna frammatningstemperatur matas sedan till bearbetningsanordningen och användes för nästa uppvärm- ningsperiod såsom konstant roturtemperatur.

För styrningen av pannan, dvs för inställningen av matningstem- peraturens TV medelvärde anordnas en utvärderingsanordning 1, i vilken bildas ett frammatningstemperaturbörvärde TS ur flera yttre paverkningsfaktorer såsom yttertemperaturen Tuta och en kurvstigning H. Storleken TS kan t ex bildas enligt den kända formen, vid vilken TS = H (22 - Tute) + 22 + 2/H 500 one Uoo ' 8 H angiver därvid en kurvstigning, varvid vid ett lägre H-värde en förhållandevis lägre madelvärdesmatningstemperatur uppnas, medan vid högre H-värde ett högre frammatningstemperaturmedel- värde uppnås. Detta börvärde förändras i en summationspunkt 2 genom en senare beskriven korrektionsstorhet till ett modifierat börvärde TF. Fran detta modifierade börvärde Tp subtraheras över en signalledning 20 frammatningstemperaturens Tv ärvärde vid en differensbildningspunkt 29. Denna differens tillföres ingången till en integrator 3. Integratorn 3 integrerar denna signal över tiden. Integratorns 3 utgång tillföres en hysterisiskoppling 4, som urkopplar pannans 5 uppvärmningsanordning, när integratorns 3 utgàngsvärde överskrider ett visst första värde och inkopplar pannans uppvärmningsanordning när integratorns utgangsvärde underskrider ett visst andra värde.

I uppvärmningsfasen, dvs när uppvärmningsanordningen uppvärmer vattnet, kan det tidsmässiga förloppet för uppvärmningen av frammatningstemperaturen TV beskrivas med följande hjälpfunk- tion, varvid TV(t) är frammatningstemperaturen, PK är värmepannans maximala värmeeffekt, Cm är genomströmmande vattnets värmekapacitet, t är tiden, Ck är pannans värmekapacitet och l5 500 (588 TR är returtemperaturen.

En parameter-identifikationsanordning 7 fastställer vid flera olika tidpunkter, företrädesvis minst tre, frammatningstempera- turen Tv och bestämmer därur parametrarna PK, Cm och Ck. För att entydigt fastlägga funktionen sa räcker det i regel t o m att enbart bestämma kvoterna PK/Cm och Cm/Ck. Som ingàngsstorheter tillföras parameteridentifikationsanordningen 7 en tidssignal, frammatningstemperaturen TV över en signalledning 26, som star i förbindelse med signalledningen 19, och returtemperaturen TR via en signalledning 24 som star i förbindelse med signalledningen 23. Parameteridentifikationsanordningen 7 arbetar enbart vid den första uppvärmningen av uppvärmningsvätskan, t ex vid övergång fran nattsänkningsdrift till dagdrift. Parametrarna som bestäm- mes i parameteridentifikationsanordningen 7 definierar sedan en startfunktion.

Parametrarna överföres sedan till en beräkningsenhet 6, där de kan modifieras för att bilda en börfunktion. I en senare upp- värmningscykel bildas med hjälp av den modifierade parametern en börfunktion, som angiver det tidsmässiga börförloppet vid upp- värmningen av frammatningstemperaturen TV. Detta beräknade förlopp av TV tillföras över en signalledning 28 till en diffe- rensbildningspunkt 8, som tillföras frammatningstemperaturens TV värde via en signalledning 27, som star i förbindelse med signalledningen 19. Vid differnsbildningspunkten 8 bildas således skillnaden mellan det beräknade värdet TV och det upp- mätta värdet av TV. Denna skillnad tillföras en felsignalalst- ringsenhet 9. Denna felsignalalstringsenhet 9 bestämmer ett fel ur den vid differensialbildningspunkten 8 beräknade skillnaden och det via en signalenhet 30 tillförda värdet av börfunktionen.

Felsignalalstringsenheten 9 avger vid sin utgang i beroende av bestämda fel ett av tre temperatursignalvärden A och därvid enligt följande regel: När felet är mellan -2% och +22, är A == O; när felet uppgår till mer än 2% är storleken pa A = 0,2° C; förtecknet av A rättar sig således efter felets förtecken. 500 USS Felalstringsenhetens 9 utgáng uppadderas i en summationsenhet 10 vid varje stopp av pannans 5 uppvärmningsanordning. Summations- enhetens 10 utgång tilladderas vid summationspunkten 2 till utvärderingsanordningens 1 utgång TS. Vid summationspunkten 2 bildas därvid ett förändrat eller modifierat börvärde TF för frammatningstemperaturen. Under normaldrift användes detta modifierade börvärde Tp för frammatningstemperaturen till att, sàsom ovan beskrivas, tillsammans med frammatningstemperaturens ärvärde TV bilda en differens, som sedan tillföres integratorn 3.

Uppvärmningssystemet arbetar enligt följande: Vid omställning av systemet fran nattnedsänkningsdrift till normal dagdrift kan man utgå därifran, att alla radiatortermostater 16, 17, 18 är fullt öppnade och att maximal vattenmängd strömmar genom radiatorerna 13, 14, 15. Pannan 5 startas. Därefter stiger frammatningstempe- raturen TV och uppmätes. I enlighet med uppmätta kurvan kan i parameteridentifieringsanordningen 7, t ex med hjälp av en mikroprocessor, hjälpfunktionens konstanter PK, Cm, Ck hos uppvärmningssystemet beräknas. Da dessa konstanter beräknas vid uppvärmningssystemets start, erhåller man därmed startfunktion, dvs den ekvation som gäller för värmesystemet vid 100%-igt genomflöde.

Med hjälp av denna startfunktion kan man nu beräkna en förfunk- tion, i det att t ex ett nytt värde för Cm insättas. Det nya värdet kan t ex vara 20% till 40%, särskilt 30%, mindre än i startfunktionen. Ändamålet med den genom integratorn 3, hysterisiskopglingen 4, pannan S, returledningen 20 och differensbildningspunkten 26 bildade regulatorn är nu, att sa inställa ett medelvärde för matningstemperaturen, att matningstemperaturen Tv innehaller det genom den önksade börvärdeskurvan givna modifierade börvârdet T; för frammatningstemperaturen. När frammatningstemperaturen TV 11 - 500 G88 har det önskade förloppet, uppnår man en genomströmning som motsvarar ungefärligen 501 till 80%, företrädesvis 70%, av maximala genomflödet. Vid detta genomflöde befinner sig radia- tortermostatventilernas 18, 17, 18 i ett delvis strypt tillstànd, dvs de kan reagera på temperaturändringen i rummet genom att starkare öppnas eller mer strypas och därmed uppfylla sin regleringsfunktion.

Efter varje stopp hos pannan, dvs efter varje avstängning av uppvärmningsanordningen, kommer det uppmätta temperaturförloppet för frammatningstemperaturen TV att jämföras med den beräknade börfunktionen i flera punkter. I beroende av resultatet från denna jämförelse kommer medelvärdet för frammatningstemperaturen att hållas konstant, att höjas med 0,2° C eller sänkas med -O,2° C. Denna ändring är så liten, att systemet har tillräcklig tid, att inställa sig pa sina nya randbetingelser. Denna an- passning av medelvärdet till belastningen utövas sa länge som dagdriften är inställd.

En ytterligare fördel med systemet består däri, att ur de beräk- nade konstanterna Cm, Ck och PK kan bestämmas ett s k alfavärde, som tillföras hysterisiskopplingen 4 via en signalledning 31.

Detta alfa-värde tjänar till, att bestämma de bada förbestämda börvärden eller att förändra dem, vid vilkas överresp underskri- dande en styrsignal för pannan för omkoppling av uppvärmnings- anordningen alstras. Härigenom elimineras en nagot osäkrare manuell inställning av dessa värden.

Systemets belastning kommer saledes inte bara att skyddas, utan de avger det huvudsakligen förbrukade värmebehovet. Frammat- ningstemperatursn TV styras sa, att radiatortermostaterna vid växlande yttre betingelser trots detta alltid kan förbliva inom regleringsomradet. 500 088 12 Yttertemperaturens Tute och kurvstigningen H, som tillföras utvärderingsanordningen användes under dagdrift vidare för att modifiera börvärdet T5 i beroende av de yttre betingelserna.

Denna ingång för summationspunkten 2 mäste således inte nödvän- digtvis vare konstant under dagen.

Claims (12)

500 058 13 EAIENTKRAV

1. Förfarande för att inställa medelvärdet för frammatnings- temperaturen till ett värmemedium, som uppvärmes av en uppvärm- ningsanordning intermittent i ett värmesystem, som uppvisar minst ett inställbart strypställe för värmemediet, varvid ett frammatningstemperaturbörvärde bestämmes på grund av yttre pàverknignsfaktorer och värmemediet vid full öppning av stryp- ställena uppvärmes till frammatningstemperaturbörvärdet, k ä n - n e t e c k n a t av att vid uppvärmningen av anläggningen fràn det avkylda tillståndet, ur frammatningstemperaturens ETv(t)J tidsmässiga temperaturförlopp parametrar för en för hel öppning av strypställena (16-18) gällande startfunktion fastställes, att genom förändring av minst en av dessa parametrar (Cm) beräknas en börfunktion, som gäller vid ett förminskat genomflöde för värmebäraren, att börfunktionen läggas till grund såsom önskad böruppvärmningsfunktion och att frammatningstemperaturbörvärdet (Ty) förändras till dess förleppet för uppvärmningen i varje uppvärmningsfas anpassats till börfunktionen.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att start- resp börfunktionen, med vilken frammatningstemperaturen (TV) ändras, anpassas till följande hjälpfunktion: -C - t Ck rqän (1-exp rvza) = B varvid Tv(t) är frammatningstemperaturen, PK är värmepannans maximala vârmeeffekt, Cm är genomströmmande vattnets värmekapacitet, t är tiden, LH CD cm CO 14 Ck är pannans värmekapacitet och TR är returtemperaturen.

3. 1 ._ Förfarande enligt k ä n n 2 C 8 C k n a t krav 1 eller 2, av att startfunktionens parameter bestämmes genom mätning av fram- matningstemperaturen (TV) vid minst tre tidpunkter.

4. Förfarande enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att börfunktionen bestämmas ur startfunktionen genom förändring av parametern Cm. av att

5. Pörfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t börfunktionen bestämmas genom minskning av parametern Cm.

6. Förfarande enligt krav S, k ä n n e t e c k n a t av att parametern Cm i börfunktionen är ungefärligen 20% till 40% mindre än parametern Cm i startfunktionen.

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k - n a t av att startfunktionen bestämmas vid varje övergång från nattsänkningsdrift till dagdrift.

8. Förfarande enligt nagot av kraven 1-7, k ä n n e t e c k - n a t av att mellan bestämningen av startfunktionen och fast- ställandet av börfunktionen en viss dödtid anordnas.

9. Förfarande enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e o k - n a t av, att ur skillnaden av den förändrade frammatnings- temperaturbörvärdet (TF) och ârvärdet (TV) för frammatnings- temperaturen en ingàngsstorhet för integrator bildas, vilken över en hysterisiskoppling (4) tillk0PPlåI OCU UIROPPIBI UPP' värmningsanordningen <5). 5130 G88 15

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av, att ur börfunktionens parametrar för funktionen börvârdet för hysterisiskopplingen (4) bestämmas. \

11. Kopplingsanordning för genomförande av förfarandet enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d av en utvärde- ringsanordning (1), som på grund av yttre paverkningsfaktorer A (H,Tu¿a) alstrar en börvärdessignal (TS) för frammatningstempe- raturen, en integrator (3), vilken tillföres differensen mellan en modifierad frammatningstemperaturbörvärdessignal (Tp) och en frammatningstemperaturärvärdessignal (TV), en hysterisiskoppling (4) som alstrar en styrsignal för pannan för omkoppling av uppvärmningsanordningen (5), när integratorns utgàngssignal överskrider ett första bestämt värde respektive underskrider ett andra förutbestämt värde, en parameter-identifikationsanordning (7) som bestämmer startfunktionens parametrar (PK/Cm,Cm/Ck), en beräkningsenhet (6,8), som beräknar börfunktionen och bildar skillnaden mellan börfunktionen och det uppmätta uppvärmnings- förloppet för vârmemediet, en felsignalalstringsenhet (9), som i beroende av den i berâkningsenheten (6,8) bildade börfunktionen och den bestämda skillnaden bildar ett fel och i beroende av detta fel alstrar en av minst tva temperatursignalvärden (A), av vilka åtminstone den ena är positiv och en är negativ, och en summationsenhet (10), som tilladderar temperatursignalvärdet (A) vid varje avstängning av pannan, varvid summationsenhetensv<10) utgång adderas till utgången för utvärderingsanordningen <1). för att modifiera börvärdessignalen (TS) för frammatningstempe- raturen.

12. Kopplingsanordning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av, att de tre temperatursignalvärdena (A) motsvarar en tempera- turändring av -0,2°, 0° och +0,2° C.