CH667321A5 - Verfahren und einrichtung zur schrittweisen anpassung einer heizkennlinie einer heizeinrichtung. - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur schrittweisen anpassung einer heizkennlinie einer heizeinrichtung. Download PDF

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CH667321A5
CH667321A5 CH6126/84A CH612684A CH667321A5 CH 667321 A5 CH667321 A5 CH 667321A5 CH 6126/84 A CH6126/84 A CH 6126/84A CH 612684 A CH612684 A CH 612684A CH 667321 A5 CH667321 A5 CH 667321A5
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thg
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Enrico Pagani
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Landis & Gyr Ag
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Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur schrittweisen Anpassung einer Heizkennlinie einer Heizeinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung sind aus der DE 3 300 082 AI bekannt, in der ein Heizkurvenbüschel verwendet wird, deren Sehnen identische Steigungen aufweisen. Sind dabei Sollwert/Istwert-Abweichungen der Raumtemperatur nicht mehr tolerierbar, so wird entweder eine neue Heizkurve des Heizkurvenbüschels oder eine durch Änderung der Sehnensteilheit hervorgegangene neue Heizkurve gewählt und eingestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden und eine Einrichtung zu realisieren, die gestatten, dass die Heizkennlinie einer Heizeinrichtung möglichst einfach der Beheizungskennlinie eines Gebäudes angepasst wird, ohne dass dabei zeitraubende und langwierige umständliche Rechnungen mit komplizierten mathematischen Formeln höherer Ordnung benötigt werden, und zwar einerseits so, dass die Tatsache, dass die Heizeinrichtung im Laufe der Zeit lernfähig ist, berücksichtigt wird, und anderseits so, dass ein Anpassungsparameter entsteht, der zur Steuerung der Sommer/Winter-Umschaltung geeignet ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8 angegebenen Merkmale gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Heizeinrichtung, Fig. 2 eine Heizkennlinie der Heizeinrichtung,
Fig. 3 eine vereinfachte Heizkennlinie der Heizeinrichtung, Fig. 4 zwei unterschiedliche, vereinfachte Heizkennlinien der Heizeinrichtung,
Fig. 5 ein zeitlicher Verlauf des Istwertes TRii einer Raumtemperatur und ein dazugehöriges Nutzungsprogramm Pr(t), Fig. 6 eine Kennlinie eines Zeitabfallfaktors Zi bzw. Z2, Fig. 7 Kennlinien eines Gewichtfàktors Ki und eines Gewichtfaktors K2,
Fig. 8 zwei vereinfachte Heizkennlinien A und B mit unterschiedlichen Steilheiten,
Fig. 9 ein sinusförmiger zeitlicher Verlauf einer Aussentemperatur Ta und eines dazugehörigen gewichteten Mittelwertes Ta.t,
Fig. 10 ein zeitlicher Verlauf einer Sommer/Winter-Um-schaltung und ein zeitlicher Verlauf eines dazugehörigen Steuer-parameters,
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines selbsttätigen Heizkennlinien-Einstellers,
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Messwert-Auf-bereitungsschaltung,
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Heizgrenzenbzw. eines Sehnensteilheit-Rechners und
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Gewichtfaktor-Rechners.
Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile.
Die in der Fig. 1 dargestellte und an sich bekannte Heizeinrichtung besteht aus einem Heizkessel 1, einem Brenner 2,
einem Vorlauf 3, einem Rücklauf 4, einem Bypass 5, einer Umwälzpumpe 6, einem Mischventil 7 mit dazugehörigem Stellglied 8, einem Aussenfühler 9 zur Messung einer Aussentemperatur Ta, einem Raumfühler 10 zur Messung einer Raum-Istwerttem-peratur Trj, einem selbsttätigen Heizkennlinien-Einsteller 11, einem Vorlauffühler 12 zur Messung einer Vorlauf-Istwerttemperatur Tv.i, einem Regelgerät 13, einem Pumpensteuergerät 14, einem Brennsteuergerät 15 sowie mehreren z.B. miteinander parallel verbundenen Heizkörpern oder Heizsträngen Hj bis Hx.
Das im Heizkessel 1 mit Hilfe des Brenners 2 erzeugte warme Heizungswasser durchfliesst in der angegebenen Reihenfolge das Mischventil 7, die Umwälzpumpe 6, den Vorlauf 3, die Heizkörper bzw. die Heizstränge Hi bis Hx und den Rücklauf 4, um dann anschliessend teilweise zum Heizkessel 1 zurückzukehren, um dort wieder aufgewärmt zu werden. Bei einer aus-sentemperaturgeführten Heizeinrichtung ist der Aussenfühler 9 mit einem Eingang des Heizkennlinien-Einstellers 11 verbunden, dem ausserdem noch, falls er eine Heizkennlinie selbsttätig anpasst, über z.B. je einen getrennten weiteren Eingang die vom Raumfühler 10 gemessene Raum-Istwerttemperatur Tr.i, eine Raum-Sollwerttemperatur Tr,s und ein Nutzungsprogramm Pr(t) der Heizeinrichtung zugeleitet werden. Der Heizkennlinien-Einsteller 11 erzeugt mindestens eine Heizkennlinie Tv,s = f(TA), die bekanntlich die Abhängigkeit einer Vorlauf-Sollwerttemperatur Tv,s von der Aussentemperatur Ta darstellt. Derjenige Ausgang des Heizkennlinien-Einstellers 11, an dem die Vorlauf-Sollwerttemperatur Ty,s erscheint, ist mit einem Sollwert-Eingang und der Vorlauffühler 12 mit einem Istwert-Eingang des Regelgerätes 13 verbunden, dessen Ausgang seinerseits auf einen Steuereingang des Stellgliedes 8, z.B. eines Stellmotors, geführt ist. Das Regelgerät 13 erzeugt in Abhängigkeit der Sollwert/Istwert-Abweichung Tv,s - Tv.i der Vorlauftemperatur Tv z.B. einen impulslängenmodulierten Steuerimpuls, der über das Stellglied 8 das Mischventil 7 mehr oder weniger stark öffnet, so dass dementsprechend mehr oder weniger" viel kälteres Rücklaufwasser über den Bypass 5 dem warmen Vorlaufwasser beigemischt wird und so die Vorlauf-Istwerttemperatur Tv.i in der richtigen Richtung dermassen beeinflusst wird, dass die Sollwert/Istwert-Abweichung Tv,s - Tv,i der Vorlauftemperatur Tv verkleinert und im Verlaufe der Regelzeit vernachlässigbar klein wird.
Der Heizkennlinien-Einsteller 11 besitzt noch einen weiteren Ausgang, an dem eine Steuerspannung Uh erscheint und der mit je einem Eingang des Pumpensteuergerätes 14 und des Brennsteuergerätes 15 verbunden ist. Die Steuerspannung Uh schaltet mit Hilfe der beiden Steuergeräte 14 und 15 die Heizeinrichtung von Sommer- auf Winterbetrieb oder umgekehrt von Winter- auf Sommerbetrieb um.
Fremdwärme wird in einem Gebäude z.B. durch Menschen, Geräte und einstrahlende Sonne erzeugt. Wärmeverluste entstehen z.B. durch Abstrahlung, Wärmeleitung oder Lüftung. Um im eingeschwungenen Zustand einer Heizungsregelung, d.h. bei Tv,s = Tv,i, in einem Gebäude eine konstante Raumtemperatur Tr zu erhalten, muss näherungsweise folgende Gleichung erfüllt sein:
c(Tv,s - Tr)1-» + K- ATf = K(Tr - Ta) (1),
mit:
ATf = Tf - Tr, wobei Tf eine mittlere, den Fremdwärmequellen zugeordnete Temperatur darstellt. Der Parameter ATf stellt den Einfluss der Fremdwärme dar, er hat die Dimension einer Temperatur und ist in erster Annäherung unabhängig von der Aussentemperatur Ta.
K und c sind Konstanten.
Die Gleichung (1) drückt nur die Tatsache aus, dass bei konstanter Raumtemperatur Tr die durch die Heizeinrichtung und durch Fremdwärme erzeugte Wärme gleich den Wärmeverlusten sein muss.
Die Auflösung der Gleichung (1) nach Tv,s ergibt:
\1,33/
Tv,s - Tr = Ks Ta.r = Ks'Ta.r (1 - 1,6Ta,r) (2), mit:
5
10
15
20
25
30
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45
50
55
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65
667 321
4
\1,33/
Ks =X/ K/c und
Ta.r = Tr - ATf - TA (3).
Da die Heizeinrichtung keine Klimaanlage ist und demnach auch nicht kühlen kann, kann Ta.r nur positive Werte besitzen, da ansonsten Tv.s < Tr sein würde. Bei Ta.r < 0, gilt daher Tv.s = 0.
Bei Verwendung von Digital-Rechnern, z.B. von Mikrocomputern, werden z.B. alle Temperaturen Tr, ATf, Ta und Ta,r in Viertelgrad ausgedrückt. In diesem Fall nimmt die Gleichung (2) folgende Gestalt an:
Tv.s - Tr = Ks- — (640 - Ta,r) (4).
640
Die Gleichungen (2) und (4) sind Gleichungen zweiter Ordnung in Ta.r. Die Raumtemperatur Tr ist z.B. gleich der Raum-Sollwerttemperatur Tr,s.
Die durch die Gleichung (2) bzw. (4) dargestellte Kennlinie ist in der Fig. 2 graphisch dargestellt und gilt nur, genau wie die Gleichungen (2) und (4), für Ta,r ä 0. Die Ordinate dieser Kennlinie, die die gesuchte Heizkennlinie darstellt, ist für Ta,r < 0 gleich Null. Der durch die Gleichung (3) gegebene Zusammenhang zwischen Ta,r und der gemessenen Aussentemperatur Ta ist in der Fig. 2 entlang der Abszisse graphisch dargestellt. Die Werte oberhalb der Abszisse beziehen sich dabei auf Ta,r und die Werte unterhalb derselben auf (-Ta). Der Wert (-ATf) von Ta,r entspricht dem Wert Tr von (-Ta) und der Wert 0° von Ta,r dem Wert Thg = Tr - ATf von (-Ta). Thg definiert somit für die Aussentemperatur Ta eine von ATf, d.h. von der Fremdwärme, abhängige Heizgrenze, oberhalb derselben die Heizkennlinie immer Null ist, so dass die Heizeinrichtung demnach in diesem Aussentemperatur-Bereich abgeschaltet werden kann. Durch Einführung von Thg in der Gleichung (3) erhält diese die Form:
Ta.r = Thg - TA (5).
Nachfolgend wird angenommen, dass für Ta S Thg die Heizkennlinie eine vorgegebene Nichtlinearität besitzt, die während der Anpassung unverändert beibehalten wird. Dies geschieht z.B., indem dem Aussenfühler 9 (siehe Fig. 1) eine bestimmte vorgegebene nichtlineare Kennlinie zugeordnet wird. Es gilt zusätzlich die Annahme, dass die Anpassung für Ta < Thg mindestens durch eine Rotation einer Sehne der Heizkennlinie um einen auf der Heizkennlinie liegenden Rotationspunkt erfolgt. Als Rotationspunkt wird z.B. derjenige Punkt der Heizkennlinie gewählt, dessen eine Koordinate, nämlich die Abszisse, gleich der Heizgrenze Thg ist. Die Rotation der Sehne ist durch deren Sehnensteilheit definiert, die demnach einen ersten Anpassungsparameter darstellt. Als zweiten Anpassungsparameter kann noch zusätzlich die Heizgrenze Thg verwendet werden. Zum Zweck der Berechnung der beiden Anpassungsparameter Thg und Sehnensteilheit kann die in der Fig. 2 dargestellte Heizkennlinie durch eine in der Fig. 3 dargestellte, vereinfachte Heizkennlinie ersetzt werden. Die Gleichung dieser vereinfachten Heizkennlinie ist für Ta S Thg z.B. durch die Gleichung (2) gegeben, in der der Term zweiter Ordnung weggelassen wird, so dass mit Hilfe der Gleichungen (5) und (3) folgende Gleichungen entstehen:
Tv = Tr + Ks'Ta.r (6a)
= Tr + Ks (Thg - Ta) (6b)
= Tr(1 + Ks) - Ks (ATf + TA) (6c)
Die Sehnensteilheit ist dann gleich Ks.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist die Ordinate der vereinfachten Heizkennlinie für Ta > THg gleich Null. Für Ta s Thg, d.h. für Ta,r > 0, steigt die Kennlinie mit sinkender Aussentemperatur Ta linear mit der Sehnensteilheit Ks an. Der linear ansteigende Kennlinienteil ist dabei eine Sehne der in der Fig. 2 dargestellten Heizkennlinie, die diese unter anderem in ihrem Anfangspunkt Thg;0 schneidet. Diejenige dieser Sehnen, die eine Steilheit Ks = -1 hat, besitzt als zweiten Schnittpunkt z.B. den Punkt 0; Tv.s.o - Tr (siehe Fig. 2) mit Tv.s.o = 40°C und Tr = T hg = 20°C.
In der Fig. 4 sind zwei unterschiedliche, vereinfachte Heizkennlinien A und B dargestellt mit unterschiedlichen Heizgrenzen Thg,a und Thg.b sowie unterschiedlichen Sehnensteilheiten Ks,a und Ks,b, wobei Thg.b > THg,a und Ks,b > Ks,a gilt- Die gestrichelt gezeichnete Kennlinie B ist z.B. am Tag gültig oder stellt z.B. eine noch nicht angepasste, vereinfachte Heizkennlinie dar. Die nicht gestrichelt gezeichnete Kennlinie A ist dagegen z.B. während der Nachtabsenkung gültig oder stellt eine bereits angepasste, vereinfachte Heizkennlinie dar.
Die Heizkennlinie der Heizeinrichtung wird periodisch selbsttätig, z.B. einmal täglich in der Nacht, da dann am wenigsten störend, oder durch Handeinstellung der Beheizungskennlinie des Gebäudes angepasst, so dass eine ursprünglich eingestellte, nicht angepasste Heizkennlinie sich schrittweise nach und nach der angepassten Heizkennlinie nähert, um schlussendlich mit ihr identisch zu werden. Die nicht angepasste, vereinfachte Heizkennlinie B der Fig. 4 nähert sich so schrittweise der angepassten, vereinfachten Heizkennlinie À der Fig. 4.
Die Raumtemperatur Tr wird bei der periodisch selbsttätigen Anpassung im Gegensatz zu einer Raumregelung nicht zu Regelzwecken, sondern ausschliesslich zur Anpassung und Einstellung der Heizkennlinie verwendet. Geregelt wird immer nur die Vorlauftemperatur Tv. Ausgehend von einer, über einen vorbestimmten Zeitraum ermittelten, mittleren Sollwert/Ist-wert-Abweichung ATr.m einer Raumtemperatur Tr des Gebäudes erfolgt die Anpassung der Heizkennlinie dermassen, dass neu geltende Werte Thg.i und Ks,i der Heizgrenze Thg und der Sehnensteilheit Ks jeweils gleich der Summe von alten, bisher geltenden Werten Thg,i-i bzw. Ks,i-i und von zugehörigen Korrekturwerten AThg bzw. AKs der Heizgrenze THg bzw. der Sehnensteilheit Ks sind. Bei der Handeinstellung wird die Raumtemperatur Tr nicht direkt eingegeben, sondern auf irgend eine Art ermittelt, davon ein Wert ATRiM abgeleitet und dieser dann per Handeinstellung dem Heizkennlinien-Einsteller 11 eingegeben.
In beiden Fällen gelten die Gleichungen:
Thg.i = Thg,l-i + AThg (7)
und
Ks.i = Ks,l-i + AKs (8).
Bei der periodischen selbsttätigen Anpassung ist der vorbestimmte Zeitraum zur Ermittlung der mittleren Sollwert/Ist-wert-Abweichung ATr,m z.B. gleich der Summe aller Nutzungsperioden der Heizung innerhalb eines 24 Stunden-Tages. In der Fig. 5 ist ein Nutzungsprogramm Pr(t) mit zwei solchen Nutzungsperioden M und N dargestellt. Während den Nutzungsperioden besitzt das Nutzungsprogramm Pr(t) jeweils einen Logikwert «1», andernfalls einen Logikwert «0».
Die mittlere Sollwert/Istwert-Abweichung ATr,m wird z.B. ermittelt, indem die Sollwert/Istwert-Abweichung Tr,s - Tr,i der Raumtemperatur Tr periodisch mit einer Abtastperiode At abgetastet wird und die so erhaltenen Abtastwerte ATr.i, = Tr.s - Tr,ith dazu benutzt werden, die mittlere Sollwert/Istwert-Abweichung ATr,m gemäss der Gleichung
5
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ATr,m = atr.h = ^ (Tr,s ■ h = 1 h = 1
TR,,,h)
(9)
zu berechnen, wobei der Index h einen h-ten Abtastwert kennzeichnet und n die Anzahl Abtastungen pro 24 Stunden während aller Nutzungsperioden darstellt. Zur Ermittlung von ATr,m werden somit nur Abtastungen berücksichtigt, die zeitlich innerhalb der Nutzungsperioden der Heizung liegen. Die Abtastperiode At ist z.B. gleich 10 Minuten. Die Parameter ATR,h, Tr.s, Tr,i,h und At sind durch die Fig. 5 verdeutlicht. Nutzungsperioden sind die Zeiten, während denen eine Heizung nicht mit einer reduzierten Temperatur betrieben wird.
Damit bei der Anpassung die Anpassungsparameter Thg und Ks nicht überschwingen, wird eine Dämpfung eingeführt, indem ATr,m durch d geteilt wird, mit z.B. d = 4.
Um während der Heizkennlinien-Anpassung unnötige oder ein Hin und Her sich widersprechender Korrekturbefehle zu vermeiden, müssen die Übergangszeiten zwischen Absenk- und Nutzungsperioden der Heizung möglichst kurz sein und während diesen Übergangszeiten ein sich schleichendes Annähern der Temperaturen an ihren Sollwerten vermieden werden, so dass während den Nutzungsperioden vom Vorhandensein eindeutiger und annähernd konstanter Temperaturen ausgegangen werden kann. Mit andern Worten: Das Vorhandensein einer Schnellaufheizung und einer Schnellabsenkung, mit optimierten Umschaltaugenblicken von Absenkperioden auf Nutzungsperioden und umgekehrt, ist für eine Heizkennlinien-Anpassung von grossem Vorteil, wobei allerdings Heizkennlinien-Anpassung und Schnellaufheizung/Schnellabsenkung gegenseitig so verriegelt sein müssen, dass sie sich gegenseitig nicht stören.
Die beiden Korrektur werte AThg und AKs der Heizgrenze Thg und der Sehnensteilheit Ks werden beide je gleich einem Produkt eines Gewichtfaktors Ki bzw. K2, eines Zeitabfallfaktors Zi bzw. Z2 und der mittleren Sollwert/Istwert-Abweichun-gen ATr,m der Raumtemperatur Tr gewählt, wobei die Werte aller Gewicht- und Zeitabfallfaktoren Ki, K2, Zi und Z2 unabhängig voneinander verändert werden.
Somit gelten:
AThg = Ki*Zi-ATr,m und
AKs = K2'Z2'ATr,m wobei
(10)
(11),
ATr.m durch die Gleichung (9) gegeben ist.
Die Zeitabfallfaktoren Zi und Z2 kennzeichnen die Lernfähigkeit der Anpassung und bewirken, dass die Heizeinrichtung zu Beginn, wenn die Heizkennlinie noch weit von ihrem definitiven, angepassten Zustand entfernt ist, die Anpassungsparameter Thg und Ks stärker verändert, als am Ende, nach einer grossen Anzahl Korrekturen, wenn die Heizeinrichtung bereits viel gelernt und die Heizkennlinie fast ihren endgültigen, angepassten Zustand erreicht hat. Die Zeitabfallfaktoren Zi und Z2 werden unabhängig voneinander jedesmal z.B. um eine Einheit verringert, wenn der zugehörige Parameter Thg bzw. Ks um einen von Null unterschiedlichen Wert korrigiert wird, und zwar solange, bis dass sie einen Minimalwert erreicht haben. Ab diesem Augenblick können die Parameter Thg und Ks nur noch durch Veränderungen von Ki bzw. K2 oder durch Veränderungen von ATr,m beeinflusst werden.
In der Fig. 6 ist die Kennlinie vom Zeitabfallfaktor Zi bzw. Z2 des Korrekturwertes ATHg oder AKs in Funktion eines Parameters m dargestellt. Der Parameter m stellt jeweils die Anzahl zugehörige, von Null unterschiedliche Korrekturwerte AThg bzw. AKs der Heizgrenze Thg bzw. der Sehnensteilheit
Ks dar und wird jeweils ab Inbetriebsetzung der Heizeinrichtung gezählt. Den beiden Zeitabfallfaktoren Zi und Z2 werden unabhängig voneinander jeweils ein, mit einer steigenden Anzahl m, treppenförmig bis auf einen Minimalwert abnehmender 5 Verlauf zugeordnet. Der Zeitabfallfaktor Zi bzw. Z2 wird z.B. jeweils um eine Einheit reduziert, wenn der zugehörige Korrekturwert AThg bzw. AKs der Heizgrenze Thg bzw. der Sehnensteilheit Ks einen Wert unterschiedlich von Null besitzt, und dies so lange, bis dass ein Minimalwert des jeweiligen Zeitab-10 fallfaktors Zi bzw. Z2 erreicht und anschliessend beibehalten wird. Ist die Einheit z.B. ein 16-tel, d.h. werden die Zeitabfallfaktoren Zi und Z2 in 16-tel ausgedrückt, dann beginnt die Kennlinie Zi bzw. Z2 z.B. bei Eins und reduziert sich im Verlauf der von Null unterschiedlichen Korrekturen in 16-tel 15 Schritte auf einen Minimalwert 1/16.
Die Werte der Gewichtfaktoren Ki und K2 sind in Funktion von (-Ta) bzw. von Ta,r in der Fig. 7 graphisch dargestellt. Sie haben nur eine Bedeutung für Ta < Thg bzw. Ta.r è 0. Ausserhalb dieses Temperaturbereichs sind sie und damit auch die 20 Korrekturwerte Thg und Ks immer gleich Null.
Der Gewichtfaktor Ki des Korrekturwertes AThg der Heizgrenze Thg hat z.B. bei Ta = Thg einen Einheitswert und nimmt für Aussentemperaturen Ta, die zwischen der Heizgrenze Thg und einem niedrigeren Grenzwert Tl liegen, mit sinken-25 der Aussentemperatur Ta linear ab, um bei Ta = Tl einen Minimalwert Null zu erreichen. Die Differenz Thg - Tl ist z.B. gleich 8°C. Mit Ta.r s 0 gilt für den Gewichtfaktor Ki die Gleichung:
(Thg - Tl) - Ta.r
30 K' = ™ =7-— (12),
(Thg - Tl)
wobei Ta.r durch die Gleichung (3) gegeben ist. Für Aussentemperaturen Ta unterhalb Tl ist dagegen Ki und damit auch der Korrektur wert AThg der Heizgrenze Thg immer gleich 35 Null. D.h.: Für Werte der Aussentemperatur Ta, die zwischen der Heizgrenze Thg und dem niedrigeren Grenzwert Tl liegen, ist AThg * 0 und, zusätzlich zur Anpassung der Sehnensteilheit Ks, wird bei der Anpassung noch die Heizgrenze Thg verändert. Für Ta £ Tl erfolgt die Anpassung der Heizkennlinie 40 nur mehr ausschliesslich über den Korrekturwert AKs.
Der Gewichtfaktor K2 des Korrekturwertes AKs der Sehnensteilheit Ks nimmt für Aussentemperaturen Ta unterhalb des niedrigeren Grenzwertes Tl hyperbolisch mit sinkender Aussentemperatur Ta auf annähernd Null ab, wobei die Hyper-45 bei sowohl zur Abszissenachse als auch zu einer bei Ta = Thg liegenden Ordinatenachse asymptotisch verläuft. Für Aussentemperaturen Ta, die zwischen der Heizgrenze Thg und dem niedrigeren Grenzwert TL liegen, besitzt der Gewichtfaktor K2 einen konstanten Wert K2,o. der gleich demjenigen der Hyperbel 50 im Punkt TA = Tl ist.
Bei der alleinigen Korrektur der Sehnensteilheit Ks rotiert der linear ansteigende Teil der in der Fig. 3 dargestellten vereinfachten Heizkennlinie um den Punkt Ta = Thg; Ty,s - Tr = 0, wie dies z.B. in der Fig. 8 dargestellt ist. Die gestrichelt ge-55 zeichnete Heizkennlinie B stellt dabei die bei der (l-l)-ten Korrektur gültige und die nicht gestrichelt gezeichnete Heizkennlinie A die bei der 1-ten Korrektur geltende Heizkennlinie dar. Beide Heizkennlinien A und B haben in diesem Fall die gleiche Anfangsabszisse THg,i = THg,i-i = THg-60 Die Gleichungen (6a) und (6c) ergeben in diesem Fall:
d Tv dKs und 65 d Tv
= Ta,r dTR so dass
= (1 + Ks)
(13)
(14),
667 321
6
d Ks =
d Tv Ta.r
(1+Ks).dTR=K,dTR
Ta,r
Ta,r
(15),
mit
Ks > 1 und d Tr = ATr.m, wobei ATr,m durch Gleichung (9) gegeben ist.
Aus der Gleichung (15) ist ersichtlich, dass bei einem grösseren Ta,r eine falsche Sehnensteilheit Ks zu einem grösseren Fehler der Vorlauftemperatur Tv führt als bei einem kleinen Ta,r. Um dies zu vermeiden, besitzt der Gewichtsfaktor K2 für Aussentemperaturen Ta unterhalb des niedrigeren Grenzwertes TL selber einen Gewichtfaktor, der umgekehrt proportional zur Aussentemperatur Ta ist. Es gilt z.B. K2 = 1/T\ oder K2 = 1/Tar. Dies führt dann zu dem in der Fig. 7 für Ta s Tl dargestellten hyperbolischen Verlauf des Gewichtfaktors K2. In diesem Bereich der Aussentemperatur TA ist dann der Einfluss einer Steilheitskorrektur auf die Vorlauftemperatur Tv unabhängig von der Aussentemperatur Ta immer gleich stark.
Es ist bekannt, dass die Wärmeverluste durch Fenster, Türen und Lüftung direkt abhängig sind von der Aussentemperatur Ta, genauer ausgedrückt von der Differenz Ta - Tr zwischen Aussen und Raumtemperatur, während die mauerbedingten Wärmeverluste abhängig sind von einer trägen, gedämpften und verzögerten sogenannten Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t, da das Gebäude wegen seiner Trägheit den oft kurzzeitig sehr starken Schwankungen der Aussentemperatur Ta nicht folgen kann. Für einen zeitlich sinusförmigen Verlauf der Aussentemperatur Ta ist der zeitliche Verlauf der zugehörigen Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t in der Fig. 9 graphisch dargestellt. Die Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t stellt einen über einen vorbestimmten Zeitbereich ermittelten, gewichteten Mittelwert der Aussentemperatur Ta dar und ihre Definition ist aus der CH-PS 636 691 bekannt, wo sie zum Inbetrieb- und Ausserbetriebsetzen der Heizungsanlage am Anfang und am Ende der Heizsaison verwendet wird. Zu ihrer Ermittlung wird die Aussentemperatur Ta periodisch, z.B. alle 10 Minuten, abgetastet. Ein ab einer k-ten Abtastung geltender, gewichteter Mittelwert TA,T,k wird mit der Formel
_ TA,T,k-i - TA,k
Ta,T,1< = TA,T,k-l — T,
Zk a,t
(16)
berechnet. TA,k ist dabei der k-te Abtastwert der Aussentemperatur Ta und TA,T,k-i der seit der vorhergehenden, (k - l)-ten Abtastung geltende, gewichtete Mittelwert. Da innerhalb einer 24 Stunden-Periode die Schwankungen der Tiefpass-Aussentemperatur Ta.t sehr klein, in der Regel < 2°C sind, kann die Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t während dieser Zeit als konstant angenommen und gleich demjenigen gewichteten Mittelwert TA,T,k gewählt werden, der nach der letzten, während des vorbestimmten Zeitbereichs erfolgten Abtastung gültig ist. Zk ist eine als konstant angenommene Zeitkonstante, die in Anzahl Abtastperioden ausgedrückt ist. In digitalen Systemen, z.B. bei der Verwendung eines Mikrocomputers, wird für Zk vorzugsweise eine einfache Binärzahl, z.B. 2S, verwendet, wobei g ganzzahlig ist.
Beispiel: Mit g = 8 ist Zk = 256.
Die Gleichung (16) stellt ein digitales Tiefpassfilter dar, daher auch der Name Tiefpass-Temperatur. Ändert sich nämlich die Aussentemperatur Ta plötzlich gemäss einer Sprungfunktion, dann steigt die Tiefpass-Aussentemperatur Ta.t nur langsam gemäss einer Exponentialfunktion [1 - e ~ mit einer Zeitkonstante Zk/fT an, wobei fr die Abtastfrequenz darstellt. Die Tiefpassfunktion hat die Aufgabe, die Aussentempe-ratur-Schwankungen zu dämpfen und zu verzögern, so dass durch ihre Verwendung in einem gewissen Mass das wärmetechnische Verhalten der Gebäudemauern berücksichtigt wird. Beträgt die Abtastperiode 10 Minuten und gilt Zk = 256, dann ist die Zeitkontante des Tiefpasses 42 2/3 Stunden und, bei sinus-5 förmigem Verlauf der Aussentemperatur Ta, seine Verzögerung annähernd eine Viertel-Periode und seine Dämpfung fast 90%, d.h. die Amplitude von Ta.t ist annähernd nur mehr gleich Ta/10.
Es ist sinnvoll, da ein Teil der Wärmeverluste in Abhängig-10 keit der Aussentemperatur TA durch Fenster, Türen und Lüftung und ein anderer Teil der Wärmeverluste in Abhängigkeit der Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t durch Gebäudemauern erfolgt, anstelle des Entscheidungsparameters Aussentemperatur Ta eine gewichtete, kombinierte Aussentemperatur Ta.m zu ver-15 wenden. Diese ist gleich einer Summe der gewichteten Aussentemperatur Ta und der gewichteten Tiefpass-Aussentemperatur Ta.t- Ihr k-ter Abtastwert TA.M,k, der während einer 24 Stunden-Periode annähernd gleich Ta,m ist, wird durch die nachfolgende Gleichung gegeben:
TA,M,k = P"TA,k + q-TA,T,k — T\,\
(17),
wobei p und q Gewichtkonstanten darstellen und Ta.t* durch die Gleichung (16) gegeben ist. Es gilt z.B.: p = q = 0,5. 25 In allen Gleichungen (1) bis (15) und in allen dazugehörigen Kennlinien ist somit die Aussentemperatur Ta durch die kombinierte Aussentemperatur Ta,m zu ersetzen, was unter anderem den Vorteil hat, dass der berüchtigte Föhn-Effekt automatisch abgeschwächt wird, da dieser nur über die Aussentemperatur 30 Ta und nicht über die Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t wirksam werden kann.
Nicht nur die Aussentemperatur Ta, sondern auch die Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t und die kombinierte Aussentemperatur Ta.m schwanken, allerdings geschwächt, im Laufe des 35 Jahres und haben im Sommer einen viel höheren Wert als im Winter. Sinkt die Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t unter einen einstellbaren, aber konstanten ersten Sollwert SWi, so wird gemäss CH-PS 636 691 von Sommer- auf Winterbetrieb umgeschaltet. Steigt anderseits die Tiefpass-Aussentemperatur über 40 einen zweiten, ebenfalls einstellbaren und konstanten Sollwert SW2, so wird gemäss CH-PS 636 691 von Winter- auf Sommerbetrieb umgeschaltet. Beide Sollwerte SWi und SW2 werden leicht unterschiedlich gewählt, so dass eine Hysterese SWi -SW2 von z.B. 2°C entsteht, damit kleine Schwankungen der 45 Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t in der Nähe der Umschaltpunkte die Heizungsanlage nicht dauernd umschaltet. In der Fig. 10 ist ein zeitlicher jährlicher Verlauf der Aussentemperatur Ta und der Tiefpass-Aussentemperatur Ta.t dargestellt. Sobald die Kennlinie Ta,t den ersten Sollwert SWi unterschreitet, 50 beginnt die Winterbetriebszeit W und sobald die Kennlinie Ta,t den zweiten Sollwert SW2 im Augenblick ti überschreitet, beginnt die Sommerbetriebszeit S.
Wenn die Gleichung (3) Ta durch Ta,t ersetzt wird und die Sommer/Winter-Umschaltung bei Ta.r = 0 gelegt wird, da für 55 Ta,r < 0 die Heizkennlinie gemäss Fig. 2 Null ist, so ergibt die Gleichung (3), mit tr = Tr.s, als ta.t-Sollwert für die Sommer/Winter-Umschaltung:
Ta.t.s = Tr.s - ATf = Thg
(18).
60 SWi + sw2
D.h. der Mittelwert der beiden Sollwerte SWi
2
und SW2 von Ta,t ist nicht mehr beliebig frei einstellbar, sondern ist gleich Thg = Tr.s - ATf zu wählen, was den Vorteil 65 hat, dass der Einfluss ATf einer vorhandenen Fremdwärme bei der Sommer/Winter-Umschaltung mitberücksichtigt wird. Die angepasste, noch um die halbe Hysterese korrigierte Heizgrenze Thg eignet sich also sehr gut als Sollwert, bei dessen Unter-
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schreitung durch die Tiefpass-Aussentemperatur Ta.t die Heizeinrichtung von Sommer- auf Winterbetrieb umgeschaltet wird.
Um Energie zu sparen, besteht ein gewisses Interesse, möglichst früh von Winter- auf Sommerbetrieb umzuschalten. Dies kann in einer verbesserten Variante dadurch geschehen, dass nicht das Überschreiten des zweiten Sollwertes SW2 durch die Kennlinie Ta,t, sondern das Überschreiten dieses Sollwertes SW2 durch die Kennlinie der Aussentemperatur Ta als Umschaltkriterium benutzt wird. Der Umschaltaugenblick hegt dann früher bei t% statt bei ti und die Winterbetriebszeit W wird dann auf W' verkürzt (siehe Fig. 10). Die Umschaltung von Winter- auf Sommerbetrieb erfolgt dann je nach gewählter Variante, wenn die Aussentemperatur TA oder die Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t die angepasste, um eine Hysterese korrigierte Heizgrenze Thg überschreitet.
Die meisten nachfolgend erwähnten Daten- und Rechenwerte sind Digitalwerte, die aus mehreren Bit bestehen. Dementsprechend sind die meisten Verbindungen innerhalb der Figuren 11 bis 14 Bus-Verbindungen. Wenn im nachfolgenden Text nicht ausdrücklich eine Eindraht-Verbindung erwähnt ist, dann wird immer das Vorhandensein einer Bus-Verbindung angenommen. Die wenigen Eindraht-Verbindungen sind in den Figuren 11 bis 14 dick gezeichnet dargestellt.
Der in der Fig. 11 dargestellte Heizkennlinien-Einsteller 11 besteht aus einer Messwert-Aufbereitungsschaltung 16, einem Heizgrenzen-Rechner 17, einem Gewichtfaktor-Rechner 18, einem Sehnensteilheit-Rechner 19, einem Sollwert-Rechner 20 und einem Komparator 21. Die analogen Messwerte der Aussentemperatur Ta und der Raum-Istwerttemperatur Tr.i sowie das aus nur einem Bit bestehende Nutzungsprogramm Pr(t)
wird der Messwert-Aufbereitungsschaltung 16 und damit auch dem Heizkennlinien-Einsteller 11 über je eine getrennte Eindraht-Verbindung zugeleitet. Der als digital angenommene Wert der Raum-Sollwerttemperatur TRiS wird über eine weitere Verbindung der Messwert-Aufbereitungsschaltung 16 und dem Sollwert-Rechner 20 zugeführt. In der Messwerk-Aufbereitungsschaltung 16 werden unter anderem die Werte der mittleren Sollwert/Istwert-Abweichung ATr.m der Raumtemperatur Tr gemäss Gleichung (9) und der gewichteten, kombinierten Aussentemperatur Ta.m gemäss Gleichung (17) berechnet, die beide an je einem getrennten Ausgang der Messwert-Aufberei-tungsschaltung 16 erscheinen. Derjenige dieser Ausgänge, an dem ATr.m ansteht, ist mit je einem ersten Eingang des Heizgrenzen-Rechners 17 und des Sehnensteilheit-Rechners 19, und derjenige dieser Ausgänge, an dem Ta.m ansteht, ist mit je einem ersten Eingang des Gewichtfaktor-Rechners 18, des Sollwert-Rechners 20 und des Komparators 21 verbunden. Der Ausgang des Heizgrenzen-Rechners 17, an dem die Werte der Heizgrenze Thg anstehen, ist seinerseits auf je einen zweiten Eingang des Gewichtfaktor-Rechners 18, des Sollwert-Rechners 20 und des Komparators 21 geführt. Der Gewichtfaktor-Rechner 18 berechnet die Werte des Gewichtfaktors Ki und die Werte des Gewichtfaktors K2, die an einem Ki- bzw. K2-Ausgang erscheinen. Der Ki- und der K2-Ausgang des Gewichtfaktor-Rechners 18 ist mit einem zweiten Eingang des Heizgrenzen-Rechners 17 bzw. des Sehnensteilheit-Rechners 19 verbunden-. Der Ausgang des letzteren, an dem die Werte der Sehnensteilheit Ks anstehen, ist auf einen dritten Eingang des Sollwert-Rechners 20 geführt, der die Werte der Vorlauf-SoIIwerttempe-ratur Tv.s berechnet, die an seinem einzigen Ausgang erscheinen, der gleichzeitig der Sollwert-Ausgang des Heizkennlinien-Einstellers 11 ist. Am einpoligen, einzigen Ausgang des Komparators 21 erscheint die Steuerspannung Uh. Dieser Ausgang bildet einen einpoligen zweiten Ausgang des Heizkennlinien-Einstellers 11.
Die in der Fig. 12 dargestellte Messwert-Aufbereitungsschaltung 16 besteht aus einem Multiplexer 22, einem Analog/Digi-tal-Wandler 23, einem Démultiplexer 24, einem ersten Zwischenspeicher 25, einem Sollwert/Istwert-Abweichung-Rechner 26, einer ersten Freigabeschaltung 27, einem ersten Addierer 28, einem zweiten Zwischenspeicher 29, einer zweiten Freigabeschaltung 30, einem Speicher 31, einem dritten Zwischenspeicher 32, einem Tiefpass-Rechner 33, einem vierten Zwischenspeicher 34, einem zweiten Addierer 35 und einem Taktgenerator 36. Die Schaltung des Taktgenerators 36 ist an sich bekannt und besteht in der angegebenen Reihenfolge aus der Kaskadenschaltung eines Rechteckgenerators 37, eines ersten Frequenzteilers 38, eines zweiten Frequenzteilers 39 und eines Decodie-rers 40, wobei die Verbindung zwischen den drei ersteren mit Hilfe je einer Eindraht-Verbindung erfolgt. Der Parallel-Aus-gang des ersten Frequenzteilers 38 stellt einen ersten Taktaus-gang des Taktgenerators 36 dar und ist mit dem Steuereingang des Multiplexers 22 und des Demultiplexers 24 verbunden. Der einpolige Ausgang des Decodierers 40 stellt einen zweiten Taktausgang des Taktgenerators 36 dar und ist über eine Eindraht-Verbindung mit dem Steuereingang der zweiten Freigabeschaltung 30 verbunden. Der Multiplexer 22, der analog/Digital-Wandler 23 und der Démultiplexer 24 sind in der angegebenen Reihenfolge in Kaskade geschaltet, wobei die Verbindung zwischen den beiden ersteren mit Hilfe einer Eindraht-Verbindung erfolgt. Sie bilden zusammen eine Digitalisierungs-Schaltung 22; 23; 24. Das Nutzungsprogramm Pr(t) ist mit Hilfe einer Eindraht-Verbindung auf den Steuereingang der ersten Freigabestellung 27 geführt. Der erste Zwischenspeicher 25, der Soll-wert/Istwert-Abweichung-Rechner 26, die erste Freigabeschaltung 27, der erste Addierer 28, der zweite Zwischenspeicher 29, die zweite Freigabeschaltung 30 und der Speicher 31 sind in der angegebenen Reihenfolge über ihren jeweiligen Dateneingang in Kaskade geschaltet und bilden zusammen einen Rechner 41 zur Berechnung der Werte der mittleren Sollwert/Istwert-Abweichung ATr,m der Raumtemperatur Tr gemäss der Gleichung (9). Der Ausgang des zweiten Speichers 29 ist zusätzlich noch mit einem weiteren Dateneingang des ersten Addierers 28 verbunden, so dass der erste Addierer 28 zusammen mit dem zweiten Speicher 29 einen Akkumulator 28; 29 bildet. Der Digitalwert der Raum-Sollwerttemperatur Tr,s steht an einem weiteren Eingang des Sollwert/Istwert-Abweichung-Rechners 26 an. Ein erster Ausgang des Demultiplexers 24 ist mit dem Eingang des Rechners 41 und ein zweiter Ausgang mit dem Eingang des dritten Zwischenspeichers 32 verbunden, dessen Ausgang seinerseits auf je einen ersten Eingang des Tiefpass-Rechners 33 und des zweiten Addierers 35 geführt ist. Der Ausgang des Tiefpass-Rechners 33 ist über den vierten Zwischenspeicher 34 mit je einem zweiten Eingang des zweiten Addierers 35 und des Tiefpass-Rechners 33 verbunden. An einem dritten Eingang des Tiefpass-Rechners 33 steht der Digitalwert der Zeitkonstante Zk an. Der dritte Zwischenspeicher 32, der Tiefpass-Rechner 33, der vierte Zwischenspeicher 34 und der zweite Addierer 35 bilden zusammen einen Rechner 42 zur Berechnung der Werte der gewichteten, kombinierten Aussentemperatur Ta,m gemäss der Gleichung (17). Der Ausgang des Speichers 31 bildet den ATR.M-Ausgang und der Ausgang des zweiten Addierers 35 den ta,m-Ausgang der Messwert-Aufbereitungsschaltung 16.
Der Multiplexer 22 tastet, z.B. alle 10 Minuten, abwechselnd die Analogwerte der gemessenen Aussentemperatur TA und der gemessenen Raum-Istwerttemperatur Tr.i ab und führt die Abtastwerte dem gemeinsamen Analog/Digital-Wandler 23 zu, der sie in Digitalwerte umwandelt. Der Analog/Digital-Wandler 23 ist z.B. ein bekannter «Dual Slope»-Analog/Digi-tal-Wandler. Der Démultiplexer 24 trennt die beiden Arten Messwerte wieder voneinander und führt einerseits die digitalen Abtastwerte Trj^ der Raum-Istwerttemperatur Tr,i dem Rechner 41 zu, wo sie vorübergehend im ersten Zwischenspeicher 25 abgespeichert werden, und führt anderseits die digitalen Abtastwerte TA,k der Aussentemperatur TA dem Rechner 42 zu, wo sie vorübergehend im dritten Zwischenspeicher 32 abgespeichert
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werden. Der Taktgenerator 36 erzeugt durch Frequenzteilung der hohen, durch den Rechteckgenerator 37 erzeugten Frequenz z.B. ein 10 Minuten-Taktsignal für den Multiplexer 22 und den Démultiplexer 24 sowie z.B. ein 24 Stunden-Taktsignal für die zweite Freigabeschaltung 30. Der Sollwert/Istwert-Abweichung-Rechner 26 berechnet die Sollwert/Istwert-Abweichungen ATr.i, = Tr,s - Trj.h der Raumtemperatur Tr, die anschliessend während der Nutzungszeiten, mit Hilfe des Akkumulators 28; 29 und der, während der Nutzungszeiten durch Nutzungsprogramm Pr(t) freigegebenen, erstenFreigabeschaltung 27 akkumuliert werden. Der z.B. nach 24 Stunden gültige, akkumulierte Wert ATr.m wird durch die zweite Freigabeschaltung 30 freigegeben, um anschliessend im Speicher 31 abgespeichert zu werden. Der Tiefpass-Rechner 33 berechnet unter Zuhilfenahme des vierten Zwischenspeichers die Tiefpass-Aussentemperatur Ta,t,!( = Ta.t.ic gemäss der Gleichung (16). Der zweite Addierer 35 berechnet anschliessend die gewichtete, kombinierte Aussentemperatur Ta,m gemäss der Gleichung (17), wobei angenommen wird, dass die Gewichtkonstanten p und q bereits innerhalb des zweiten Addierers 35 gespeichert sind.
In Varianten, wenn z.B. anstelle von Ta,m die Tiefpass-Aussentemperatur Ta.t direkt verwendet wird, kann natürlich der zweite Addierer 35 weggelassen werden. Oder wenn anstelle von Ta.m die Aussentemperatur Ta verwendet wird, kann der Rechner 42 unter nur Beibehaltung des dritten Zwischenspeichers 32 weggelassen werden.
Die beiden Freigabeschaltungen 27 und 30 enthalten z.B. je soviele zweieingängige Und-Gatter, wie die Digitalwerte Bit enthalten. Erste Eingänge dieser Und-Gatter sind jeweils miteinander verbunden, um den Steuereingang zu bilden.
Der Heizgrenzen-Rechner 17 und der Sehnensteilheit-Rechner 19 sind identisch aufgebaut und ihre identische schematische Darstellung ist in der Fig. 13 wiedergegeben. Sie bestehen aus je einem Korrektur-Rechner 43, einem Korrektur-Addierer 44, einem Parameterwert-Speicher 45, einem Zeitabfallfaktor-Speicher 46 und einer Dekrementierschaltung 47. Der Korrektur-Rechner 43 hat drei Eingänge, wovon dem ersten Eingang von der Messwert-Aufbereitungsschaltung 16 (siehe Fig. 11) die Werte der mittleren Sollwert/Istwert-Abweichung ATr.m der Raumtemperatur Tr, dem zweiten Eingang vom Gewichtfaktor-Rechner 18 (siehe Fig. 11) die Werte des Gewichtfaktors Ki bzw. K2 und dem dritten Eingang vom Ausgang des Zeitabfallfaktor-Speichers 46 die Werte des Zeitabfallfaktors Zi bzw. Z2 zugeführt werden. Der Ausgang des Korrektur-Rechners 43 ist mit je einem Eingang des Korrektur-Addierers 44 und der Dekrementierschaltung 47 verbunden. Der Ausgang der letzteren ist seinerseits über eine Eindraht-Verbindung auf den Takteingang des Zeitabfallfaktor-Speichers 46 geführt. Der Ausgang des Korrektur-Addierers 44 ist über den Parameterwert-Speicher 45 sowohl mit einem weiteren Eingang des Korrektur-Addierers 44 als auch mit dem Ausgang des Heizgrenzen-Rechners 17 bzw. des Sehnensteilheit-Rechners 19 verbunden.
Der Korrektur-Rechner 43 berechnet jeweils gemäss der Gleichung (10) bzw. (11) die Korrekturwerte AThg bzw. AKs der Heizgrenze Thg bzw. der Sehnensteilheit Ks. Der Korrektur-Addierer 44 berechnet anschliessend gemäss der Gleichung (7) bzw. (8) die neu geltenden Werte der Heizgrenze Thg bzw. der Sehnensteilheit Ks und speichert sie im Parameterwert-Speicher 45 ab. Der Zeitabfallfaktor-Speicher 46 ist z.B. ein Rück-wärts-Binärzähler. Die Dekrementierschaltung 47 kontrolliert jeweils, ob die Korrekturwerte AThg bzw. AKs verschieden von Null sind, und erzeugt jedesmal, wenn dies der Fall ist, z.B.einen Dekrementierimpuls an seinem Ausgang. Dadurch wird der Inhalt des Zeitabfallfaktor-Speichers 46, d.h. der dort gespeicherte Wert von Zi bzw. Z2, jeweils um eine Einheit reduziert.
Der in der Fig. 14 dargestellte Gewichtfaktor-Rechner 18 besteht aus einem Aussentemperatur-Umrechner 48, einem Digi-talkomparator.49, einem Grenzwertdifferenz-Rechner 50, einem ersten Rechner 51, einem ersten Gewichtfaktor-Speicher 52 einer Anfangswert-Freigabeschaltung 53, einem zweiten Rechner 54, einen zweiten Gewichtfaktor-Speicher 55 und einer Oderschaltung 56. Die Werte der Heizgrenze THg werden vom Heizgrenzen-Rechner 17 (siehe Fig. 11) je einem ersten Eingang des Aussentemperatur-Umrechners 48, des Digitalkomparators 49 und des Grenzwertdifferenz-Rechners 50 zugeführt. Die Werte der gewichteten, kombinierten Aussentemperatur Ta,m werden von der Messwert-Aufbereitungsschaltung 16 (siehe Fig. 11) je einem zweiten Eingang des Aussentemperatur-Umrech-ners 48 und des Digitalkomparators 49 zugeleitet. Der Digitalwert des niedrigeren Grenzwertes Tl steht an einem dritten Eingang des Digitalkomparators 49 und an einem zweiten Eingang des Grenzwertdifferenz-Rechners 50 an. Der Ausgang des Aussentemperatur-Umrechners 48 ist auf je einen ersten Eingang des ersten Rechners 51 und des zweiten Rechners 54 geführt, während der Ausgang des Grenzwertdifferenz-Rechners 50 mit einem zweiten Eingang des ersten Rechners 51 verbunden ist. Ein erster Ausgang des Digitalkomparators 49 ist über eine Eindraht-Verbindung mit einem dritten Eingang des ersten Rechners 51 und dem Steuereingang der Anfangswert-Freigabeschal-tung 53 verbunden. Am Dateneingang der letzteren steht der Digitalwert des Anfangswertes K2,o des Gewichtfaktors K2 an. Der zweite Ausgang des Digitalkomparators 49 ist über eine weitere Eindraht-Verbindung auf einen zweiten Eingang des zweiten Rechners 54 geführt. Der Ausgang des ersten Rechners 51 ist über den ersten Gewichtfaktor-Speicher 52 mit dem Ki-Ausgang des Gewichtfaktor-Rechners 18 verbunden. Der Ausgang der Anfangswert-Freigabeschaltung 53 ist direkt und der Ausgang des zweiten Rechners 54 über den zweiten Gewichtfaktor-Speicher 55 auf je einen Eingang der Oderschaltung 56 geführt, deren Ausgang den K2-Ausgang des Gewichtfaktor-Rech-ners 18 bildet. Die Anfangswert-Freigabeschaltung 53 und die Oderschaltung 56 besteht z.B. aus sovielen zwei-eingängigen Gattern, wie die Digitalwerte Anzahl Bit besitzen. Die Gatter der Anfangswert-Freigabeschaltung 53 sind dabei Und-Gatter und diejenigen der Oderschaltung 56 Oder-Gatter. Alle ersten Eingänge der Und-Gatter sind zur Bildung des Steuereinganges der Anfangswert-Freigabeschaltung 53 miteinander verbunden.
Der Aussentemperatur-Umrechner 48 berechnet Ta.r = Thg - Ta,m gemäss der Gleichung (5) mit Ta = Ta,m- Der Digital-komparator 49 vergleicht Ta,m mit den beiden Grenzwerten Thg und Tl. Wenn Thg ä Ta,m > TL, dann erscheint am ersten Ausgang des Digitalkomparators 49 ein Logikwert «1», der den ersten Rechner 51 und die Anfangswert-Freigabeschaltung 53 freigibt. Der erste Rechner 51 dient der Berechnung des Gewichtfaktors Ki gemäss der Gleichung (12), wobei die Differenz (Thg - Tl) vorher vom Grenzwertdifferenz-Rechner 50 ermittelt wird. Die berechneten Werte des Gewichtfaktors Ki werden anschliessend im ersten Gewichtfaktor-Speicher 52 gespeichert und dem Ki-Ausgang des Gewichtfaktor-Rechners 18 zugeführt. Der Anfangswert K2,o des Gewichtfaktors K2 wird von der freigegebenen Anfangswert-Freigabeschaltung 53 über die Oderschaltung 56 dem K2-Ausgang des Gewichtfaktor-Rechners 18 zugeleitet, Wenn Ta.m s Tl, dann erscheint ein Logikwert «1» »am zweiten Ausgang des Digitalkomparators 49 und gibt den zweiten Rechner 54 frei, der dazu dient, den Gewichtfaktor K2 z.B. gemäss der Gleichung K2 = 1/Ta,r zu berechnen. Die berechneten Werte des Gewichtfaktors K2 werden anschliessend im zweiten Gewichtfaktor-Speicher 56 gespeichert und über die Oderschaltung 56 dem K2-Ausgang des Gewichtfaktor-Rechners 18 zugeführt.
Der in der Fig. 11 dargestellte Sollwert-Rechner 20 berechnet die Vorlauf-Sollwerttemperatur Tv.s gemäss einer der beiden Gleichungen (2) oder (4), in denen Tr = Tr,s und Ta,r =
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Thg - Ta,m gewählt wurden. Der in der Fig. 11 dargestellte Komparator 21 vergleicht die gewichtete, kombinierte Aussentemperatur Ta,m mit der angepassten Heizgrenze Thg, so dass die an seinem Ausgang erscheinende Steuerspannung Uh beim Über- bzw. Unterschreiten der um eine halbe Hysterese des Komparators 21 korrigierten Heizgrenze Thg eine Winter/ Sommer- bzw. eine Sommer/Winder-Umschaltung der Heizeinrichtung veranlasst. Der Komparator 21 dient somit beiden Umschaltungen gemeinsam.
Mindestens alle vorhandenen Rechner 17, 18, 19, 20, 26, 33, 41, 42, 43, 48, 50, 51 und 54 bzw. Addierer 28, 35 und 44 sowie 5 alle vorhandenen Speicher 25, 29, 31, 32, 34, 45, 46, 52 und 55 können ein Teil eines gemeinsamen digitalen Rechners sein, der z.B. ein Mikrocomputer ist.
5 Blätter Zeichnungen

Claims (16)

  1. 667 321
    2
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zur schrittweisen Anpassung einer Heizkennlinie einer Heizeinrichtung an eine Beheizungskennlinie eines Gebäudes, unter Beibehaltung einer vorgegebenen Nichtlinearität der Heizkennlinie, mindestens durch Rotation einer Sehne der Heizkennlinie um einen auf der Heizkennlinie liegenden Rotationspunkt, mit Ermittlung einer mittleren Sollwert/Istwert-Abweichung einer Raumtemperatur des Gebäudes und mit Messung einer Aussentemperatur des Gebäudes, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aussentemperatur (Ta) eine von Fremdwärme (ATf) abhängige Heizgrenze (Thg) definiert wird, oberhalb derselben die Ordinate der Heizkennlinie immer Null ist, dass eine Koordinate des Rotationspunktes gleich der Heizgrenze (Thg) gewählt wird, dass für Werte der Aussentemperatur (Ta), die zwischen der Heizgrenze (Thg) und einem niedrigeren Grenzwert (Tl) liegen, zusätzlich noch bei der Anpassung die Heizgrenze (Thg) verändert wird, dass die Anpassung dermas-sen erfolgt, dass neu geltende Werte (Thg.i, Ks.i) von Heizgrenze (Thg) und Sehnensteilheit (Ks) jeweils gleich der Summe von alten, bisher geltenden Werten (Thg,i-i, Ks,i_i) und von zugehörigen Korrekturwerten (AThg, AKs) der Heizgrenze (Thg) bzw. der Sehnensteilheit (Ks) sind, und dass die beiden Korrekturwerte (AThg, AKs) je gleich einem Produkt eines Gewichtfaktors (Ki bzw. K2), eines Zeitabfallfaktors (Zi bzw. Z2) und der mittleren Sollwert/Istwert-Abweichung (ATr,m) der Raumtemperatur (Tr) gewählt werden, wobei die Werte aller Gewicht- und Zeitabfallfaktoren (Ki, K2, Z(, Z2) unabhänig voneinander verändert werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsfaktor (Ki) des Korrekturwertes (AThg) der Heizgrenze (Thg) für Aussentemperaturen (Ta), die zwischen der Heizgrenze (Thg) und dem niedrigeren Grenzwert (Tl) liegen, mit sinkender Aussentemperatur (Ta) linear auf Null abnimmt, so dass für Aussentemperaturen (Ta) unterhalb des niedrigeren Grenzwertes (TL) der Korrekturwert (AThg) der Heizgrenze (Thg) immer gleich Null ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsfaktor (K2) des Korrektur wertes (AKs) der Sehnensteilheit (Ks) für Aussentemperaturen (Ta), die zwischen der Heizgrenze (Thg) und dem niedrigeren Grenzwert (Tl) liegen, einen konstanten Wert (K2,o) besitzt und für Aussentemperaturen (Ta) unterhalb des niedrigeren Grenzwertes (Tl) hyperbolisch mit sinkender Aussentemperatur (Ta) abnimmt, so dass der Gewichtfaktor (K2) des Korrekturwertes (AKs) der Sehnensteilheit (Ks) für Aussentemperaturen (TA) unterhalb des niedrigeren Grenzwertes (Tl) selber einen Gewichtfaktor besitzt, der umgekehrt proportional zur Aussentemperatur (Ta) ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Zeitabfallfaktoren (Zi, Z2) der Korrekturwerte (AThg, AKs) unabhängig voneinander jeweils ein, mit einer steigenden Anzahl (m) zugehöriger, von Null unterschiedlicher Korrekturwerte (Ahg, AKs), treppenförmig bis auf einen Minimalwert abnehmender Verlauf zugeordnet wird, wobei die Anzahl (m) von Null unterschiedliche Korrekturwerte ab Inbetriebsetzung der Heizeinrichtung gezählt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Aussentemperatur (Ta) eine gewichtete, kombinierte Aussentemperatur (Ta,m) als Entscheidungsparameter verwendet wird, wobei die gewichtete, kombinierte Aussentemperatur (Ta,m) gleich einer Summe einer gewichteten Aussentemperatur (Ta) und einer gewichteten Tief-pass-Aussentemperatur (Ta.t) ist und die Tiefpass-Aussentem-peratur (Ta,t) einen über einen vorbestimmten Zeitbereich ermittelten, gewichteten Mittelwert der Aussentemperatur (Ta) darstellt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Tiefpass-Aussentemperatur (Ta,t) die
    Aussentemperatur (Ta) periodisch abgetastet wird, dass der ab einer k-ten Abtastung geltende, gewichtete Mittelwert Ta.t.Ic mit
    TA,T,k-l —TA,k der Formel Ta,t,k = Ta,t,ic-i — berechnet wird,
    Zk wobei Zr eine Zeitkonstante, Ta.ï der k-te Abtastwert der Aussentemperatur (Ta) und Ta)t,k-i ein seit der vorhergehenden, (k-l)-ten Abtastung geltender, gewichteter Mittelwert ist, und dass die Tiefpass-Aussentemperatur (Ta.t) gleich demjenigen gewichteten Mittelwert (Ta.t.ic) gewählt wird, der nach der letzten, während des vorbestimmten Zeitbereichs erfolgten Abtastung gültig ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die angepasste, noch um eine Hysterese korrigierte Heizgrenze (Thg) ein Sollwert ist, bei dessen Unterschreitung durch die Tiefpass-Aussentemperatur (Ta.t) die Heizeinrichtung von Sommer- auf Winterbetrieb und bei dessen Überschreitung durch die Aussentemperatur (Ta) oder durch die Tiefpass-Aussentemperatur (Ta.t) die Heizeinrichtung von Winter- auf Sommerbetrieb umgeschaltet wird.
  8. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens aus einer Messwert-Aufbereitungsschaltung (16), einem Heizgrenzen-Rechner (17), einem Gewichtfaktor-Rechner (18), einem Sehnensteilheit-Rechner (19) und einem Sollwert-Rechner (20) besteht.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwert-Aufbereitungsschaltung (16) mindestens eine Digitalisierungs-Schaltung (22; 23; 24), einen Rechner (41) zur Berechnung der Werte der mittleren Sollwert/Istwert-Abweichung (ATr.m) der Raumtemperatur (Tr) und einen Taktgenerator (36) enthält.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwert-Aufbereitungsschaltung (16) noch zusätzlich einen Tiefpass-Rechner (33) mit Zwischenspeichern (32, 34) enthält zur Berechnung der Werte einer Tiefpass-Aussentempera-tur (Ta,t).
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwert-Aufbereitungsschaltung (16) noch zusätzlich einen Rechner (42) enthält zur Berechnung der Werte einer gewichteten, kombinierten Aussentemperatur (Ta,m).
  12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizgrenzen-Rechner (17) und der Sehnensteilheit-Rechner (19) je aus einem Korrektur-Rech-ner (43), einem Korrektur-Addierer (44), einem Parameterwert-Speicher (45), einem Zeitabfallfaktor-Speicher (46) und einer Dekrementierschaltung (47) besteht.
  13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtfaktor-Rechner (18) einem Grenzwertdifferenz-Rechner (50), einem Rechner (51) zur Berechnug eines ersten Gewichtfaktors (Ki), einem Rechner (54) zur Berechnung eines zweiten Gewichtfaktors (K2), zwei Gewichtfaktor-Speichern (52, 55), einer Anfangswert-Freigabeschaltung (53) und einer Oderschaltung (56) besteht.
  14. 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein gemeinsamer Kompa-rator (21) für eine Sommer/Win ter- bzw. Winter/Sommer-Um-schaltung vorhanden ist.
  15. 15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens alle vorhandenen Rechner (17, 18, 19, 20, 33, 41, 42, 43, 48, 50, 51 und 54) bzw. Addierer (44) sowie alle vorhandenen Speicher (32, 34, 45, 46, 52 und 55) ein Teil eines gemeinsamen digitalen Rechners sind.
  16. 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame digitale Rechner ein Mikrocomputer ist.
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