DK200101656A - Metode til styring af gulvvarme - Google Patents

Description

Opfindelsen omhandler en metode til styring af et gulwarme-anlæg, hvori et varmekredsløb i et rum indenfor en periode forsynes med et varmebærende medium i et forsyningstidsrum og forsyningstidsrummet vælges i afhængighed af rumtemperaturen .

En sådan metode kendes fra DE 3 7 08 449. I det kendte tilfælde ønsker man at undgå en uensartet temperaturfordeling over gulvet, som kunne fremkomme ved en drosling. Droslingen kunne nemlig medføre, at det varmebærende medium, for eksempel varmt vand, er afkølet, før det forlader varmekredslø-bet. Derfor drosler man ikke det varmebærende medium, men man styrer de tidsrum, indenfor hvilke det varmebærende medium kan løbe gennem varmekredsløbet. Herved forudbestemmes periodelængden af anlægsleverandøren. Den ligger i området fra 26 til 36 minutter. Indenfor hver periode kan brugeren eller en rumtemperaturstyring angive et udkoblingstidsrum, der kan vare fra 0 til 24 minutter. Jo kortere udkoblingstidsrummet er, jo mere bliver rummet opvarmet.

Dette styringsforløb er ikke optimalt med henblik på energiforbruget .

Opgaven for opfindelsen er at drive et gulvvarmeanlæg mere gunstigt med hensyn til energiforbruget.

Med en metode som nævnt i indledningen løses denne opgave ved, at der, udover rumtemperaturen, registreres yderligere mindst en parameter og at periodelængden og varigheden af forsyningstidsrummet fastlægges i afhængighed af rumtemperaturen og parameteren.

Med denne metode øger man for det første antallet af størrelser, der kan tage indflydelse på styringen. For det andet øger man imidlertid også antallet af indgrebsmuligheder, d.v.s. man styrer ikke bare en størrelse, men to. Heri ligger der forskellige muligheder. Man kan enten ændre hele periodelængden og yderligere ændre forsyningstidsrummet indenfor periodelængden. Men man kan også betragte forsyningstidsrummet som indkoblingstid og resten af en periode som udkoblingstid og ændre henholdsvis indkoblingstid og udkoblingstid. Forholdet mellem disse to tider bestemmes af belastningen på det opvarmede rum. Man er altså ikke længere henvist til at overholde faste periodelængder, hvilket er specielt ufordelagtigt, når der sker ændringer indenfor en periodelængde, som har en væsentlig indflydelse på rumtemperaturen. Denne styringsmetode er særlig fordelagtig, når man ønsker at holde temperaturen i et rum konstant.

Herved foretrækkes det, at man som parameter vælger en termisk tidskonstant for rummet. Tidskonstanten er et mål for, hvor hurtigt rummet opvarmes ved tilførslen af en bestemt varmemængde. Den tilførte varmemængde er kendt, eller kan udledes af forskellen mellem fremløbstemperatur og tilbageløbstemperatur samt gennemløbsmængde. Man kan nu, ved hjælp tidskonstanten, beregne indkoblingstid og udkoblingstid på en sådan måde, at den ønskede rumtemperatur holdes. Under henholdsvis opvarmnings- og afkølingsfasen i rummet vil man, i hvert fald i en større del af denne fase, tage mindre hensyn til tidskonstanten, og derimod foretage for eksempel opvarmningen med den højest mulige ydelse.

Fortrinsvis anvender man til opvarmning og afkøling forskellige tidskonstanter. Derved er man i stand til at holde rumtemperaturen endnu tættere på den ønskede værdi.

Fortrinsvis beregner man tidskonstanten ud fra målinger af rumtemperaturen på forskellige tidspunkter. Disse tidspunkter ligger fortrinsvis i henholdsvis en opvarmnings- og en afkølingsfase. Når rummet derimod holdes på den ønskede tem peratur, er det vanskeligere at beregne tidskonstanten. Metoden er altså så at sige selvlærende. Når man måler rumtemperaturen på forskellige tidspunkter, kan man selv beregne tidskonstanten. Frem for alt har denne metode den fordel, at tidskonstanten kan korrigeres løbende eller fra tid til anden, for at tage højde for ændringer, der sker i rummet selv eller i omgivelserne.

Fortrinsvis skiftes der til en komfortdrift, når der i et forudbestemt tidsrum ikke har været et varmebehov, hvorved varmekredsløbet under komfortdrift forsynes med varmebærende medium på en sådan måde, at rummet lige netop ikke opvarmes. I mange tilfælde findes der typisk tidsrum, hvor der ikke er noget behov for varme fra gulvvarmeanlægget. En sådan situation kan for eksempel forekomme, når rummet opvarmes af solindfald. Selv om rumtemperaturen derved svarer til brugerens forvalgte rumtemperatur, kan komfortfølelsen påvirkes af, at gulvet afkøles. Det gælder især for gulve, der er belagt med fliser eller klinker. Når brugeren skal gå på disse "stengulve" med bare fødder, eller med sokker eller tynde såler, vil han opfatte dette som ubehageligt. Når man så skifter til komfortdrift, sørger man for, at kun gulvet opvarmes, men at rumtemperaturen ikke påvirkes eller ikke påvirkes nævneværdigt. Det fører til, at brugeren ikke opfatter gulvet som værende koldt. Da rummet imidlertid ikke opvarmes, opnås der med henblik på energiforbruget i det mindste tilnærmelsesvis optimale forhold.

Fortrinsvis udregnes en gulwarmetemperatur ud fra flere andre temperaturer, og periodelængden og varigheden af forsyningstidsrummet bliver tilpasset til gulvtemperaturen. Man konstaterer altså, hvilken temperatur gulvet skal have, for at rummet ikke opvarmes yderligere. Hertil kan anvendes andre temperaturer, som er til rådighed. Man kan nu indlægge denne gulvtemperatur som værdi og tilpasse periodelængden og varigheden af forsyningstidsrummet, eller indkoblingstiden og udkoblingstiden, til hinanden på en sådan måde, at det resulterer i den ønskede temperatur. Selvfølgelig kan dette også realiseres med en styring, hvor gulvtemperaturen måles.

Herved foretrækkes det, at gulvtemperaturen beregnes efter følgende formel:

TF er gulvtemperaturen, TL er lufttemperaturen,

Tv er fremløbstemperaturen, TR er tilbageløbstemperaturen,

Cw er massefylden af vand og CL er massefylden af luft.

Med denne udførelse opnås der varme1igevægt. Det betyder, at

Tv, Tr og TL måles. Da Cv og CL er konstanter, kan TF beregnes. Derefter holdes henholdsvis indkoblingstiden og udkoblingstiden sådan, at TF ikke overstiger den beregnede værdi. I stedet kan man også tage højde for forholdet mellem rumtemperaturen TL og fremløbstemperaturen Tv.

Fortrinsvis bliver forsyningen til alle andre rum, der er forbundet med samme varmekilde, afbrudt under komfortdrift. Varmekilde betragtes her som et sted i varmesystemet, der, uafhængig af belastningen, leverer et varmebærende medium med en tilnærmelsesvis konstant temperatur. Under komfort-driften har det varmebærende medium derfor den optimale fremløbstemperatur, d.v.s. der sker ingen temperaturfald på grund af forbruget i andre rum. I det følgende forklares opfindelsen på baggrund af et udførelseseksempel i forbindelse med tegningerne, som viser:

Fig. 1 en skematisk fremstilling af et varmesystem

Fig. 2 en skematisk fremstilling af et temperaturforløb

Et varmesystem 1 til et rum 2 har et varmekredsløb 3, der af en varmekilde 4, for eksempel en kedel med fremløbstemperaturstyr ing, forsynes med et varmebærende medium, for eksempel varmt vand. Tilstrømningen af det varmebærende medium til varmekredsen 3 styres af en ventil 5, der aktiveres af en styreanordning 6. Fra et rumtermometer 7 modtager styreanordningen information om lufttemperaturen TL. Yderligere er styreanordningen 6 forbundet med et termometer 8, der måler fremløbstemperaturen TV/ og et termometer 9, der måler returløbstemperaturen TR.

Rummet 2 har et vindue 10 og en dør 11. Temperaturen i rummet kan for eksempel også påvirkes af, at der sker solindfald gennem vinduet 10 eller at varme kan forsvinde, når døren 11 står åben.

Styreanordningen åbner eller lukker ventilen 5. I fig. 2 vises temperaturen T opad og tiden t til højre. I et tidsrum SI forsynes varmekredsløbet 3 med varmebærende medium. I et tidsrum S2 afbrydes forsyningen. Tilsvarende betegnes tidsrummet SI også som "indkoblingstid" og tidsrummet S2 som "udkoblingstid". Summen af SI + S2 defineres som periode.

Som en størrelse med indflydelse på valget af indkoblingstid SI og udkoblingstid S2 anvendes for det første rumtemperatu ren TL, men for det andet også en anden parameter, der bliver beskrevet i det følgende. Den anden parameter kan for eksempel være den termiske tidskonstant for rummet 2. Under opvarmning bestemmer styreanordningen 6 på forskellige tidspunkter temperaturen T. Denne bestemmelse er i hvert fald nødvendig ved den første ibrugtagning af varmeanlægget. Den kan imidlertid også gentages under normal drift, for at tilpasse tidskonstanten til ændringer, der muligvis er sket i mellemtiden. På lignende måde kan man også bestemme en tidskonstant under afkøling. I mange tilfælde er tidskonstanterne ved henholdsvis opvarmning og afkøling forskellige. Når man nu ønsker at overholde en forudbestemt temperatur, der for eksempel defineres af en ønskeværdigiver, spiller kendskabet til tidskonstanterne en vis rolle. Man indstiller og tilpasser indkoblingstiden SI og udkoblingstiden S2 til hinanden på en sådan måde, at temperaturen lige akkurat kan holdes med det lavest mulige varmetab.

Dette er specielt vigtigt i de tilfælde, hvor der i grunden ikke består et varmebehov. Sådanne situationer forekommer for eksempel, når gratis varme er til rådighed, for eksempel ved intensivt solindfald. I det tilfælde kunne man teoretisk reducere indkoblingstiden SI til nul. Derved ville gulvet imidlertid blive stærkt afkølet, hvilket brugeren betragter som ubehageligt. Man anvender derfor en minimumindkoblings-tid SI, der sikrer en bestemt gulvtemperatur TF, hvorved gulvtemperaturen TP er valgt på en sådan måde, at der ikke sker en opvarmning af selve rummet 2. Herved tager man hensyn til rummets varmeligevægt, hvorefter

Herved er TF gulvtemperaturen, TL er rumtemperaturen, Tv er fremløbstemperaturen, TR er tilbageløbstemperaturen, Cw er massefylden af vand og CL er massefylden af luft. Tv, TR og TL måles. Cw og CL er konstanter. I overensstemmelse hermed kan TF beregnes. Derefter indstilles SI og S2 sådan, at TF ikke overstiger den beregnede værdi. Derved ligger indkoblingstiden SI i størrelsesordenen mellem 10% og 30%, fortrinsvis 15% til 25%, af en periode SI + S2.

Selvfølgelig kan man også anvende forholdet mellem rumtemperaturen og fremløbstemperaturen til beregning af gulvtemperaturen. En sådan komfortdrift vil man for eksempel styre, når der i et forud fastlagt tidsrum, for eksempel 1 time, ikke har været et varmebehov i rummet 2.

Skematisk vises også et andet rum 12, der er forbundet med varmekilden 4 via en fremløbsledning 13, hvori er anbragt en ventil 14, som også aktiveres af styreanordningen 6. Når varmekredsen skifter til komfortdrift, lukker styreanordningen 6 ventilen 14.

Nu kan man enten måle gulvtemperaturen TF, hvortil der kræves en ikke nærmere vist temperaturføler. Eller man kan styre gulvtemperaturen via fremløbstemperaturen og forholdet mellem SI og S2 på en sådan måde, at gulvtemperaturen TF nås.

Patentkrav 1. Metode til styring af et gulwarmeanlæg, hvori et varme-kredsløb i et rum indenfor en periode forsynes med et varmebærende medium i et forsyningstidsrum og forsyningstidsrummet vælges i afhængighed af rumtemperaturen, kendetegnet ved at der, udover rumtemperaturen, registreres yderligere mindst en parameter og at periodelængden og varigheden af forsyningstidsrummet fastlægges i afhængighed af rumtemperaturen og parameteren. 2. Metode i henhold til krav 1, kendetegnet ved at man som parameter vælger en termisk tidskonstant for rummet. 3. Metode i henhold til krav 2, kendetegnet ved at man til opvarmning og afkøling anvender forskellige tidskonstanter . 4. Metode i henhold til krav 2 eller 3, kendetegnet ved at man beregner tidskonstanten ud fra målinger af rumtemperaturen på forskellige tidspunkter. 5. Metode i henhold til et af kravene 1 til 4, kendetegnet ved at der skiftes til en komfortdrift, når der i et forudbestemt tidsrum ikke har været et varmebehov, hvorved varmekredsløbet under komfortdrift forsynes med varmebærende medium på en sådan måde, at rummet lige netop ikke opvarmes. 6. Metode i henhold til krav 5, kendetegnet ved at en gulv-varmetemperatur udregnes ud fra flere andre temperaturer, og periodelængden og varigheden af forsyningstidsrummet bliver tilpasset til gulvtemperaturen. 7. Metode i henhold til krav 6, kendetegnet ved at gulvtemperaturen beregnes efter følgende formel:

Tp er gulvtemperaturen, TL er rumtemperaturen,

Tv er fremløbstemperaturen, TR er tilbageløbstemperaturen,

Cw er massefylden af vand og CL er massefylden af luft. 8. Metode i henhold til et af kravene 5 til 7, kendetegnet ved at forsyningen til alle andre rum, der er forbundet med samme varmekilde, bliver afbrudt under komfortdrift.