DE102020121324A1

DE102020121324A1 - thermostat

Info

Publication number: DE102020121324A1
Application number: DE102020121324.7A
Authority: DE
Inventors: Artur Nidens
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Thermostat für die Steuerung eines Ventils eines Heizkörpers, mit einem ersten Temperatursensor (112, 408) zur Messung einer ersten Temperatur im Bereich des Heizkörpers, mindestens einem zweiten Sensor (410), einer Steuereinheit (402), die derart ausgebildet ist, dass sie aus einer Verknüpfung der ersten Temperatur und einer Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) eine Ist-Raumtemperatur bestimmt, wobei in der Verknüpfung die erste Temperatur und die Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) durch Koeffizienten gewichtet verknüpft werden, und die ermittelte Ist-Raumtemperatur mit einer vorgegebenen Soll-Raumtemperatur unter Ermittlung eines Vergleichsergebnisses vergleicht (412), und das Ventil der Heizkörpers in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis so steuert, dass die Raumtemperatur zu der Soll-Raumtemperatur hingeführt wird.Thermostat for controlling a valve of a radiator, with a first temperature sensor (112, 408) for measuring a first temperature in the area of the radiator, at least one second sensor (410), a control unit (402) which is designed in such a way that it an actual room temperature is determined by linking the first temperature and an output variable of the second sensor (410), the first temperature and the output variable of the second sensor (410) being linked in the link in a weighted manner by coefficients, and the actual room temperature determined with a predetermined target room temperature by determining a comparison result (412) and controls the valve of the radiator depending on the comparison result so that the room temperature is guided to the target room temperature.

Description

Gebietarea

Die Erfindung betrifft einen Thermostat für die Steuerung eines Ventils eines Heizkörpers, mit einem ersten Temperatursensor zur Messung einer ersten Temperatur im Bereich des Heizkörpers, mindestens einem zweiten Sensor und einer Steuereinheit. Die Erfindung ist zur Temperaturregelung, insbesondere in der Heizungs- und Kühltechnik, anwendbar.The invention relates to a thermostat for controlling a valve of a radiator, with a first temperature sensor for measuring a first temperature in the area of the radiator, at least one second sensor and a control unit. The invention can be used for temperature control, particularly in heating and cooling technology.

Hintergrundbackground

Derartige Thermostate sind beispielsweise aus der DE 10 2013 110 821 A1 bekannt. Sie sind dazu ausgebildet, eine Temperatur durch einen Sensor am Thermostat in der Nähe des Heizkörpers zu messen, und den Heizkörper entsprechend zu steuern. Ein elektronischer Heizkörperthermostat mit einem elektrisch betätigten Ventilsteller steuert die Temperatur. Dabei wird die für den Betrieb erforderliche elektrische Energie durch einen thermoelektrischen Energiewandler (Harvester), z. B. durch ein auf dem Seebeck-Effekt basierendes Thermoelement, bereitgestellt.Such thermostats are, for example, from DE 10 2013 110 821 A1 famous. They are trained to measure a temperature by a sensor on the thermostat near the radiator and control the radiator accordingly. An electronic radiator thermostat with an electrically operated valve adjuster controls the temperature. The electrical energy required for operation is generated by a thermoelectric energy converter (harvester), e.g. B. provided by a thermocouple based on the Seebeck effect.

Solange ein Raum eines Hauses durch den Heizkörper beheizt wird, ist die im Bereich des Heizkörpers gemessene Temperatur allerdings größer als in der Raummitte. Somit weicht die durch Heizung realisierte Raumtemperatur von der eingestellten Temperatur nach unten ab. Wird der Raum nicht beheizt, etwa weil die Raumtemperatur durch Sonneneinstrahlung oder Wärmequellen im Raum oberhalb der eingestellten Temperatur liegt, so kann die im Bereich des Heizkörpers gemessene Temperatur auch nach unten abweichen. Somit kann es vorkommen, dass ein Raum beheizt wird, obwohl die Raumtemperatur oberhalb der eingestellten Temperatur liegt. Die korrekte Bestimmung der Temperatur in der Mitte des Raumes stellt also eine besondere Schwierigkeit dar.However, as long as a room in a house is heated by the radiator, the temperature measured in the area of the radiator is higher than in the middle of the room. This means that the room temperature achieved by the heating deviates from the set temperature. If the room is not heated, for example because the room temperature is above the set temperature due to solar radiation or heat sources in the room, the temperature measured in the area of the radiator can also deviate downwards. It can therefore happen that a room is heated even though the room temperature is above the set temperature. The correct determination of the temperature in the middle of the room therefore represents a particular difficulty.

Es ist weiter bekannt, diese Fehler zu kompensieren, indem zur gemessenen Temperatur ein fixer Wert addiert wird, wenn der Heizkörper inaktiv ist, bzw. ein fixer Wert subtrahiert wird, wenn der Heizkörper aktiv ist. Beispielsweise können 1.5 °C addiert werden, wenn das Heizkörperventil geschlossen ist, und 3 °C subtrahiert werden, wenn das Heizkörperventil geöffnet ist. Die hiermit bestimmten Werte weichen aber oftmals von der tatsächlichen Raumtemperatur ab. Die Höhe der Abweichung variiert dabei in der Regel von Raum zu Raum, da die Isolation der Außenwand und die Anordnung von Gegenständen im Raum, z. B. Mobiliar, variiert. Selbst für denselben Raum mit derselben Ausstattung ist der Unterschied zwischen der im Bereich des Ventils gemessenen Temperatur und der Raumtemperatur nicht konstant, da auch die Außentemperatur schwankt.It is also known to compensate for these errors by adding a fixed value to the measured temperature when the heating element is inactive, or subtracting a fixed value when the heating element is active. For example, 1.5°C can be added when the radiator valve is closed and 3°C subtracted when the radiator valve is open. However, the values determined here often deviate from the actual room temperature. The amount of deviation usually varies from room to room, since the insulation of the outer wall and the arrangement of objects in the room, e.g. B. furniture varies. Even for the same room with the same equipment, the difference between the temperature measured in the area of the valve and the room temperature is not constant, since the outside temperature also varies.

Ferner ist bekannt, einen Temperatursensor am Heizkörperthermostat möglichst weit entfernt von der Heizung, etwa an einem etwas in den Raum hineinragenden Gehäuseteil, anzubringen. Diese Art der Anbringung ist allerdings dadurch begrenzt, dass der Platz im Raum nicht zu sehr eingeschränkt werden soll. Außerdem ist bekannt, die Raumtemperatur mit einem zusätzlichen, fern von der Heizung angebrachten Sensor direkt zu messen und über Funk an einen elektronischen Ventilsteller zu übertragen. Dies erfordert aber die Installation eines weiteren elektronischen Geräts, das auch mit elektrischer Energie versorgt werden muss. Dies macht weitere Installationen erforderlich.Furthermore, it is known to mount a temperature sensor on the radiator thermostat as far away as possible from the heater, for example on a housing part protruding somewhat into the room. However, this type of attachment is limited by the fact that the space in the room should not be too restricted. It is also known to measure the room temperature directly with an additional sensor mounted remotely from the heater and to transmit it wirelessly to an electronic valve actuator. However, this requires the installation of another electronic device, which must also be supplied with electrical energy. This requires further installations.

Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, diese Nachteile zumindest abzumildern.The object of the invention is to at least alleviate these disadvantages.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung ist in dem unabhängigen Anspruch angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The invention is set out in the independent claim. Advantageous configurations can be found in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Thermostat für die Steuerung eines Ventils eines Heizkörpers geschaffen. Der Thermostat weist einen ersten Temperatursensor zur Messung einer ersten Temperatur im Bereich des Heizkörpers, mindestens einen zweiten Sensor und eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit bestimmt aus einer Verknüpfung der ersten Temperatur und einer Ausgangsgröße des zweiten Sensors eine Ist-Raumtemperatur, wobei in der Verknüpfung die erste Temperatur und die Ausgangsgröße des zweiten Sensors durch Koeffizienten gewichtet verknüpft werden. Weiter vergleicht die Steuereinheit die ermittelte Ist-Raumtemperatur mit einer vorgegebenen Soll-Raumtemperatur und ermittelt ein Vergleichsergebnis. Sie steuert das Ventil des Heizkörpers in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis so, dass die Raumtemperatur zu der Soll-Raumtemperatur hingeführt wird.According to the invention, a thermostat for controlling a valve of a radiator is created. The thermostat has a first temperature sensor for measuring a first temperature in the area of the heating element, at least one second sensor and a control unit. The control unit determines an actual room temperature from a combination of the first temperature and an output variable of the second sensor, the first temperature and the output variable of the second sensor being weighted by coefficients in the combination. Furthermore, the control unit compares the determined actual room temperature with a specified target room temperature and determines a comparison result. Depending on the result of the comparison, it controls the radiator valve so that the room temperature is adjusted to the target room temperature.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verknüpfung der ersten Temperatur mit der Ausgangsgröße des zweiten Sensors über ein in der Steuereinheit hinterlegtes Raumtemperaturmodell, das die Koeffizienten enthält. Die Ist-Raumtemperatur wird hier also durch ein Modell bestimmt, das bzw. dessen Ausgangsgröße von in der Steuereinheit hinterlegten Koeffizienten und Ausgangsgrößen der Sensoren abhängt. Hiermit wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich die Temperatur in einem Raum im Wesentlichen vorhersagbar verhält.According to one embodiment of the invention, the first temperature is linked to the output variable of the second sensor via a room temperature model that is stored in the control unit and contains the coefficients. The actual room temperature is thus determined here by a model which, or whose output variable, depends on the coefficients and output variables of the sensors stored in the control unit. This takes advantage of the fact that the temperature in a room is essentially predictable.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Thermostats ist, dass die mittels der Verknüpfung, insbesondere mit dem Modell, und den Sensordaten bestimmte Ist-Raumtemperatur näher an der tatsächlichen Temperatur in der Raummitte liegt als bei bekannten Lösungen. Als Ist-Raumtemperatur wird hier ein näherungsweiser, von dem Thermostat zu bestimmender Wert für eine Temperatur in der Raummitte oder in der Nähe der Raummitte verstanden. Diese muss also nicht durch einen weiteren Sensor bestimmt werden, der außerhalb des Thermostats angeordnet wäre und mit diesem über Kabel- oder Funkverbindung kommunizieren würde und eine eigene Energieversorgung benötigt. Damit werden Installationsaufwand für einen zusätzlichen Sensor und zusätzliche Verkabelung eingespart.The advantage of the thermostat according to the invention is that the actual room temperature determined by means of the link, in particular with the model, and the sensor data is closer to the actual temperature in the middle of the room than in known solutions. The actual room temperature is understood here as an approximate value to be determined by the thermostat for a temperature in the middle of the room or in the vicinity of the middle of the room. This does not therefore have to be determined by another sensor which would be arranged outside of the thermostat and would communicate with it via a cable or radio connection and require its own power supply. This saves installation effort for an additional sensor and additional wiring.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Thermostat weiter einen thermoelektrischen Energiewandler auf, und der zweite Sensor ist dazu ausgebildet, eine über dem thermoelektrischen Energiewandler abfallende Spannung zu messen, d. h. der zweite Sensor ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise als Spannungssensor ausgebildet.According to a further embodiment of the invention, the thermostat also has a thermoelectric energy converter, and the second sensor is designed to measure a voltage drop across the thermoelectric energy converter, i. H. in this configuration, the second sensor is preferably designed as a voltage sensor.

Der thermoelektrische Energiewandler, auch Harvester genannt, versorgt Elektronik und Stellmotor des Thermostats mit elektrischer Energie. Hierzu wird die thermische Energie aus der Temperaturdifferenz zwischen dem Ventil und der kälteren Umgebung in elektrische Energie umgewandelt, z. B. mit dem Seebeck-Effekt. Die über dem Harvester abfallende Spannung V_H ist mit der Temperaturdifferenz etwa linear gemäß folgender Gleichung: $V_{H} = A (T_{V} - T_{A}) - V_{H 0}$

Hierbei ist T_V die Temperatur an der Warmseite, z. B. am Ventil, und T_A die Temperatur an der Kaltseite des Harvesters. A und V_H0 sind Konstanten. Die Ist-Raumtemperatur ist also bei dieser bevorzugten Ausgestaltung durch Verknüpfung der mit dem ersten Temperatursensor gemessenen ersten Temperatur mit der Temperaturdifferenz T_V- T_A, die proportional zu der von dem zweiten Sensor gemessenen Spannung des Harvesters ist, bestimmbar.The thermoelectric energy converter, also known as the harvester, supplies the electronics and actuator of the thermostat with electrical energy. For this purpose, the thermal energy from the temperature difference between the valve and the colder environment is converted into electrical energy, e.g. B. with the Seebeck effect. The voltage V _H dropping across the harvester is approximately linear with the temperature difference according to the following equation:

V_{H} = A (T_{V} - T_{A}) - V_{H 0}

Here T _V is the temperature on the warm side, e.g. B. at the valve, and T _A the temperature at the cold side of the harvester. A and V _H0 are constants. The actual room temperature can therefore be determined in this preferred embodiment by linking the first temperature measured with the first temperature sensor to the temperature difference T _V −T _A , which is proportional to the harvester voltage measured by the second sensor.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Sensor ein zweiter Temperatursensor, der in oder an dem Thermostat angebracht ist. Der zweite Temperatursensor bestimmt eine zweite Temperatur im Bereich des Heizkörpers, näher am Ventil oder weiter vom Ventil entfernt als die vom ersten Temperatursensor bestimmte erste Temperatur. Die Ist-Raumtemperatur wird durch Verknüpfung beider Temperaturen gemäß folgender Gleichung, die ein Raumtemperaturmodell im Sinne der vorliegenden Erfindung ist, bestimmt, wobei die Temperaturdifferenz an zwei Orten nahe dem Heizkörper zur Raummitte hin extrapoliert wird: $T_{R} = a T_{V} + b Δ T + c$

According to a further embodiment of the invention, the second sensor is a second temperature sensor which is fitted in or on the thermostat. The second temperature sensor determines a second temperature in the region of the radiator closer to or further from the valve than the first temperature determined by the first temperature sensor. The actual room temperature is determined by linking both temperatures according to the following equation, which is a room temperature model in the sense of the present invention, with the temperature difference at two locations near the radiator being extrapolated towards the middle of the room:

T_{R} = a T_{V} + b Δ T + c

Dabei ist ΔT die Differenz zwischen einer am Ventil gemessenen Temperatur T_V (erste Temperatur), die von dem ersten Temperatursensor gemessen wurde, und einer Temperatur T_A (zweite Temperatur), die an einer Außenseite des Thermostats, möglichst weit von dem Ventil entfernt, von dem zweiten Sensor gemessen wurde. Die Koeffizienten a, b und c können fest vorgegeben sein, oder sie werden in einer Lernphase bestimmt. Wird ein elektronischer Heizkörperthermostat durch einen thermoelektrischen Energiewandler mit elektrischer Energie versorgt, so hängt die Spannung V_H am Harvester linear (mit einem Offset) von der Temperaturdifferenz ΔT ab, und die Ist-Raumtemperatur kann durch folgende Gleichung bzw. folgendes Raumtemperaturmodell $T_{R} = d T_{V} + e V_{H} + f$

ermittelt werden. Auch hier können die Koeffizienten d, e und f fest vorgegeben sein, oder sie werden in einer Lernphase bestimmt.In this case, ΔT is the difference between a temperature T _V (first temperature) measured at the valve, which was measured by the first temperature sensor, and a temperature T _A (second temperature), which is measured on an outside of the thermostat, as far away as possible from the valve, measured by the second sensor. The coefficients a, b and c can be fixed, or they are determined in a learning phase. If an electronic radiator thermostat is supplied with electrical energy by a thermoelectric energy converter, the voltage V _H at the harvester depends linearly (with an offset) on the temperature difference ΔT, and the actual room temperature can be calculated using the following equation or the following room temperature model

T_{R} = i.e T_{V} + e V_{H} + f

be determined. Here, too, the coefficients d, e and f can be fixed, or they are determined in a learning phase.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Temperatursensor thermisch mit dem Ventil koppelbar. Hiermit wird die Ventiltemperatur, also im Wesentlichen die Temperatur des Heizkörpers, als erste Temperatur verwendet. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn die so bestimmte erste Temperatur mit der Spannung über dem Harvester verknüpft wird.According to a further embodiment of the invention, the first temperature sensor can be thermally coupled to the valve. The valve temperature, i.e. essentially the temperature of the radiator, is used as the first temperature. This is particularly useful when the first temperature determined in this way is linked to the voltage across the harvester.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Temperatursensor an einer dem Heizkörper abgewandten Seite an oder in dem Thermostat angebracht. Hiermit wird die Lufttemperatur im Bereich des Heizkörpers, aber möglichst weit entfernt vom Heizkörper, verwendet. Auch damit und mit der Spannung über dem Harvester ist die Ist-Raumtemperatur vorhersagbar. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, dass die erste Temperatur bereits einen Wert annimmt, der bereits nahe der tatsächlichen Raumtemperatur liegt. Dadurch ist die Bestimmung der Ist-Raumtemperatur weniger fehleranfällig.According to a further embodiment of the invention, the first temperature sensor is mounted on or in the thermostat on a side facing away from the heating element. This uses the air temperature in the area of the radiator, but as far away from the radiator as possible. The actual room temperature can also be predicted with this and with the voltage across the harvester. It is particularly advantageous here that the first temperature already assumes a value which is already close to the actual room temperature. As a result, the determination of the actual room temperature is less error-prone.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Sensor dazu ausgebildet, ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, das einen ersten Wert annimmt, wenn die über dem thermoelektrischen Energiewandler abfallende Spannung einen voreingestellten Schwellwert überschreitet, und anderenfalls einen zweiten Wert annimmt. Die Steuereinheit ist weiter dazu ausgebildet, den letzten Wert der von dem ersten Temperatursensor gemessenen ersten Temperatur als Baseline-Temperatur in der Steuereinheit zu speichern, sobald das binäre Ausgangssignal des zweiten Sensors vom zweiten Wert zum ersten Wert wechselt. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den letzten Wert der ersten Temperatur als Baseline-Temperatur in der Steuereinheit speichert, sobald das binäre Ausgangssignal des zweiten Sensors vom zweiten Wert zum ersten Wert wechselt. Die Steuereinheit ist weiter dazu ausgebildet, dass sie die Ist-Raumtemperatur aus einer Verknüpfung der ersten Temperatur mit dem binären Ausgangssignal bestimmt, indem sie die Ist-Raumtemperatur aus einer gewichteten Verknüpfung der ersten Temperatur und der Baseline-Temperatur bestimmt, solange das binäre Ausgangssignal den ersten Wert annimmt.According to a further embodiment of the invention, the second sensor is designed to generate a binary output signal that assumes a first value when the voltage drop across the thermoelectric energy converter exceeds a preset threshold value, and otherwise assumes a second value. The control unit is further designed to read the last value measured by the first temperature sensor to store this first temperature as the baseline temperature in the control unit as soon as the binary output signal of the second sensor changes from the second value to the first value. The control unit is designed to store the last value of the first temperature as the baseline temperature in the control unit as soon as the binary output signal of the second sensor changes from the second value to the first value. The control unit is further designed to determine the actual room temperature from a link between the first temperature and the binary output signal by determining the actual room temperature from a weighted link between the first temperature and the baseline temperature, as long as the binary output signal exceeds the takes first value.

Grundsätzlich werden die Koeffizienten in dieser Ausgestaltung der Erfindung bereits bei Herstellung bzw. Programmierung fest eingestellt. Dadurch ist der Thermostat direkt einsetzbar und es brauchen nicht erst aufwändig in einer Lernphase die Koeffizienten bestimmt zu werden. Der Thermostat passt sein Verhalten aber der Situation im Raum an. Jedes Mal, wenn die Heizung von einem ausgeschalteten in einen eingeschalteten Zustand übergeht, erkennt der Thermostat diesen Vorgang daran, dass die über dem Harvester abgegriffene Spannung, welche mittels des zweiten Sensors ermittelt wird, den oben genannten Schwellenwert oder die Ventilstellung einen Schwellwert überschreitet, und bestimmt mittels des ersten Temperatursensors die erste Temperatur, die im ausgeschalteten Zustand zuletzt vorlag. Diese Temperatur wird als die oben genannte Baseline-Temperatur in der Steuereinheit hinterlegt. Die gespeicherte Baseline-Temperatur kann insbesondere eine Temperatur des unbeheizten Raumes, und/oder die tiefste Temperatur im Raum sein. Sie stellt also eine Baseline dar, von der ausgehend der Raum beheizt wird. Die Ist-Raumtemperatur wird als Verknüpfung beider Werte bestimmt. Dies kann durch die folgende lineare Gleichung erfolgen, die ein Raumtemperaturmodell im Sinne der vorliegenden Erfindung angibt: $T_{R} = g T_{V} + h T_{0} + i$

In principle, the coefficients in this embodiment of the invention are already permanently set during production or programming. As a result, the thermostat can be used directly and the coefficients do not have to be determined in a time-consuming learning phase. However, the thermostat adapts its behavior to the situation in the room. Every time the heater switches from an off to an on state, the thermostat recognizes this process by the fact that the voltage picked off across the harvester, which is determined by the second sensor, exceeds the above-mentioned threshold value or the valve position exceeds a threshold value, and uses the first temperature sensor to determine the first temperature that was last present in the switched-off state. This temperature is stored in the control unit as the baseline temperature mentioned above. The stored baseline temperature can in particular be a temperature of the unheated room and/or the lowest temperature in the room. It therefore represents a baseline from which the room is heated. The actual room temperature is determined as a combination of both values. This can be done using the following linear equation, which specifies a room temperature model in the sense of the present invention:

T_{R} = G T_{V} + H T_{0} + i

Hierbei ist T_V die vom ersten Temperatursensor bestimmte erste Temperatur, und T₀ ist die Baseline-Temperatur. Die Koeffizienten g, h und i sind fest vorgegeben. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die tatsächliche Raumtemperatur zwischen einem Wert in der Nähe der Heizung und dem Wert für einen unbeheizten Raum liegt. Vorteilhaft ist die Einfachheit dieses Modells. Es wird nur eine Temperatur eingespeichert und laufend aktualisiert. Es ist keine Lernphase erforderlich, um den Thermostat betriebsbereit zu machen.Here, T _V is the first temperature determined by the first temperature sensor and T ₀ is the baseline temperature. The coefficients g, h and i are fixed. This takes account of the fact that the actual room temperature lies between a value close to the heating and the value for an unheated room. The advantage of this model is its simplicity. Only one temperature is stored and continuously updated. No learning phase is required to get the thermostat operational.

Die Baseline-Temperatur kann regelmäßig neu bestimmt werden, wodurch sich die Genauigkeit der Vorhersage erhöht. Wird etwa während des Betriebes eine weitere Wärmequelle in den Raum gebracht, so passt sich die Steuereinheit daran durch eine höhere Baseline-Temperatur an.The baseline temperature can be redetermined periodically, increasing the accuracy of the prediction. If, for example, another heat source is brought into the room during operation, the control unit adapts to this with a higher baseline temperature.

Solange die Heizung ausgeschaltet ist, also die über dem Harvester abgegriffene Spannung den Schwellwert unterschreitet, kann die Ist-Raumtemperatur als die erste von dem ersten Temperatursensor bestimmte Temperatur zuzüglich eines fixen Wertes, vorzugsweise 1.5 °C, bestimmt werden. Wird die Heizung eingeschaltet, z. B. weil der Benutzer die SollTemperatur erhöht, dann wird der letzte Wert der ersten Temperatur (gegebenenfalls zuzüglich des fixen Wertes) als Baseline-Temperatur gespeichert. Die Ist-Raumtemperatur wird dann als gewichtete Verknüpfung, vorzugsweise als gewichtete Addition, aus Baseline-Temperatur und erster Temperatur bestimmt, wie oben beschrieben.As long as the heating is switched off, ie the voltage tapped across the harvester falls below the threshold value, the actual room temperature can be determined as the first temperature determined by the first temperature sensor plus a fixed value, preferably 1.5°C. If the heating is switched on, e.g. B. because the user increases the target temperature, then the last value of the first temperature (possibly plus the fixed value) is saved as the baseline temperature. The actual room temperature is then determined as a weighted combination, preferably as a weighted addition, from the baseline temperature and the first temperature, as described above.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit weiter dazu ausgebildet, von einem dritten, weiter von dem Ventil entfernten, Temperatursensor zur Messung einer dritten Temperatur ein Temperatursignal zu empfangen. Der dritte Temperatursensor wird vorzugsweise nur während einer Lernphase eingesetzt. Während der Lernphase speichert die Steuereinheit periodisch eine Mehrzahl von Wertetripeln, die die von dem ersten Temperatursensor gemessene erste Temperatur, die Ausgangsgröße des zweiten Sensors und die von dem dritten Temperatursensor gemessene dritte Temperatur umfassen. In der Lernphase bestimmt die Steuereinheit die Koeffizienten der Verknüpfung, insbesondere des Raumtemperaturmodells, indem die Abhängigkeit der Ist-Raumtemperatur von den Ausgangsgrößen der Sensoren durch lineare Regression unter Verwendung der Wertetripel bestimmt wird. Dabei wird angenommen, dass die von dem dritten Temperatursensor gemessene dritte Temperatur der Ist-Raumtemperatur entspricht. Hierzu wird der dritte Temperatursensor vorzugsweise in oder zumindest nahe der Raummitte angeordnet und zwar weiter von dem Heizkörper entfernt als der erste Temperatursensor und der zweite Sensor. Der dritte Temperatursensor kann beispielsweise in einer zentralen Steuervorrichtung oder einem mobilen Gerät, wie einem Smartphone oder Tabletcomputer, integriert sein und über eine Funkverbindung mit dem Thermostat gekoppelt sein.According to a further embodiment of the invention, the control unit is further designed to receive a temperature signal from a third temperature sensor, which is further away from the valve, for measuring a third temperature. The third temperature sensor is preferably used only during a learning phase. During the learning phase, the control unit periodically stores a plurality of value triplets, which include the first temperature measured by the first temperature sensor, the output variable of the second sensor and the third temperature measured by the third temperature sensor. In the learning phase, the control unit determines the coefficients of the linkage, in particular of the room temperature model, by determining the dependency of the actual room temperature on the output variables of the sensors by linear regression using the value triplets. It is assumed here that the third temperature measured by the third temperature sensor corresponds to the actual room temperature. For this purpose, the third temperature sensor is preferably arranged in or at least close to the center of the room, more distant from the radiator than the first temperature sensor and the second sensor. The third temperature sensor can, for example, be integrated into a central control device or a mobile device, such as a smartphone or tablet computer, and be coupled to the thermostat via a radio link.

Die Koeffizienten der Verknüpfung, insbesondere des Raumtemperaturmodells, werden also dadurch bestimmt, dass die Steuereinheit in der Lernphase Daten in Form des Wertetripels erfasst, nach dem Sammeln der Daten über einen vorgegebenen Zeitraum diese Daten vorzugsweise mittels linearer Regression auswertet und die sich ergebenden Koeffizienten der Verknüpfung bzw. des Raumtemperaturmodells speichert. Da die Werte des Wertetripels über einen bestimmten Zeitraum und unter realistischen Bedingungen aufgezeichnet werden, ist diese Art der Temperaturbestimmung besonders präzise.The coefficients of the link, in particular of the room temperature model, are thus determined in that the control unit records data in the form of the value triplet in the learning phase, after collecting the data over a predetermined period of time, this data is preferably evaluated by means of linear regression and the results are obtained saves the coefficient of the link or the room temperature model. Since the values of the value triple are recorded over a certain period of time and under realistic conditions, this type of temperature determination is particularly precise.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden in der Verknüpfung, insbesondere im Raumtemperaturmodell, mehrere Sätze von Koeffizienten zur Wichtung der ersten Temperatur und der Ausgangsgröße des zweiten Sensors alternativ verwendet. Der zweite Sensor ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise dazu ausgebildet, eine über dem Harvester abfallende Spannung zu messen. Jeder Satz der Koeffizienten wird für jeweils ein Intervall einer Mehrzahl von vorgegebenen Intervallen der über dem Harvester abfallenden Spannung verwendet. Die Intervalle stellen also Bereiche für die Werte der Temperaturdifferenz, zu der die Spannung über dem Harvester in Bezug steht, dar. Es werden also mehrere Sätze an Koeffizienten verwendet, je nachdem ob und wie stark geheizt wird.According to a further embodiment of the invention, several sets of coefficients for weighting the first temperature and the output variable of the second sensor are used alternatively in the linkage, in particular in the room temperature model. In this configuration, the second sensor is preferably designed to measure a voltage drop across the harvester. Each set of coefficients is used for each of a plurality of predetermined intervals of the voltage drop across the harvester. So the intervals represent ranges for the values of the temperature difference to which the voltage across the harvester is related. So several sets of coefficients are used depending on whether and how much heating is used.

Wie oben beschrieben erfolgt die Verknüpfung der ersten Temperatur mit der Ausgangsgröße des zweiten Sensors vorzugsweise durch eine lineare Funktion. Das heißt, das Raumtemperaturmodell ist vorzugsweise durch eine lineare Gleichung gegeben. Beispiele sind oben angegeben. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass sich die Ist-Raumtemperatur bereits durch eine vergleichsweise einfache lineare Approximation gut nähern lässt. Hierbei ist auch die Anfälligkeit für Fehlsteuerungen infolge von ungenauen Ausgangsgrößen der Sensoren geringer als bei Verwendung einer komplexeren Funktion. Dadurch wird auch sichergestellt, dass die als Näherung des wahren Wertes bestimmte Ist-Raumtemperatur bei Fluktuationen der Messwerte nicht zu stark schwankt. Somit wird vermieden, dass die Steuerung mit stark schwankenden Eingabewerten versorgt wird und das Ventil unnötig häufig geöffnet und geschlossen wird.As described above, the first temperature is preferably linked to the output variable of the second sensor by a linear function. That is, the room temperature model is preferably given by a linear equation. Examples are given above. This is based on the knowledge that the actual room temperature can already be approximated well by a comparatively simple linear approximation. In this case, the susceptibility to faulty controls as a result of imprecise output variables from the sensors is also lower than when using a more complex function. This also ensures that the actual room temperature, which is determined as an approximation of the true value, does not fluctuate too much when the measured values fluctuate. This avoids the control being supplied with strongly fluctuating input values and the valve being opened and closed unnecessarily frequently.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Ist-Raumtemperatur die von dem ersten Temperatursensor gemessene erste Temperatur festgelegt, wenn die Soll-Raumtemperatur außerhalb eines fest vorgegebenen Intervalls liegt. Wenn der Benutzer eine Temperatur einstellen will, die stark von den Temperaturen abweicht, für die der Thermostat durch die Lernphase kalibriert ist, wird die Ist-Raumtemperatur also ohne Verwendung der Verknüpfung bzw. des Raumtemperaturmodells der erfindungsgemäßen Lösung direkt aus der ersten Temperatur bestimmt. Dadurch wird vermieden, dass völlig abwegige Werte für die Ist-Raumtemperatur bestimmt werden, die sich daraus ergeben, dass ein Benutzer den Thermostat außerhalb des Wertebereichs einsetzt, für den er vorgesehen ist.According to a further embodiment of the invention, the first temperature measured by the first temperature sensor is defined as the actual room temperature if the setpoint room temperature is outside a fixed, predefined interval. If the user wants to set a temperature that deviates greatly from the temperatures for which the thermostat is calibrated by the learning phase, the actual room temperature is determined directly from the first temperature without using the link or the room temperature model of the solution according to the invention. This avoids completely incorrect values being determined for the actual room temperature, which result from a user using the thermostat outside the value range for which it is intended.

Figurenlistecharacter list

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Explosionszeichnung einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizkörperthermostats;
2 einen ersten Querschnitt durch den Heizkörperthermostaten der 1;
3 einen zweiten Querschnitt durch den Heizkörperthermostaten der 1;
4 ein Blockdiagramm der für die Steuerung des Ventils des Heizkörperthermostaten relevanten Komponenten;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Temperaturregelung des erfindungsgemäßen Heizthermostaten; und
6 ein Flussdiagramm einer Lernphase.

Exemplary embodiments of the invention are described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 an exploded view of a first embodiment of a radiator thermostat according to the invention;
2 a first cross section through the radiator thermostat 1 ;
3 a second cross-section through the radiator thermostat 1 ;
4 a block diagram of the components relevant for controlling the valve of the radiator thermostat;
5 a flow chart of a method for temperature control of the heating thermostat according to the invention; and
6 a flowchart of a learning phase.

Figurenbeschreibungcharacter description

Die 1 zeigt eine im Ganzen mit 100 bezeichnete, beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Heizkörperthermostaten zur Montage an einem Heizkörper (nicht dargestellt). Dazu weist der Heizkörperthermostat 100 einen Flansch 102 (2) auf, der auf einen passenden Gegenflansch (nicht gezeigt) eines Heizkörperventils aufsetzbar ist. Zur Fixierung des Heizkörperthermostats 100 weist der Flansch 102 einen drehbaren Ring 104 mit einem Innengewinde 106 auf, der auf ein Außengewinde des Gegenflanschs geschraubt wird. Die Art der Befestigung des Heizkörperthermostats 100 spielt jedoch für die Erfindung keine Rolle, weshalb die hier gezeigte Ausführung nur exemplarisch und in keiner Weise einschränkend ist. Koaxial innerhalb des Flansches 102 ist ein Übertragungselement 108 angeordnet, das linear in axialer Richtung beweglich ist. Das offene Ende 110 des Übertragungselements 108 tritt beim Anflanschen an ein Heizkörperventil mit dem Ventilstift in Kontakt, so dass durch eine Linearbewegung des Übertragungselements 108 der Ventilstift bewegt wird.the 1 shows an exemplary embodiment of a radiator thermostat according to the invention, denoted as a whole by 100, for mounting on a radiator (not shown). For this purpose, the radiator thermostat 100 has a flange 102 ( 2 ) that can be placed on a matching mating flange (not shown) of a radiator valve. To fix the radiator thermostat 100, the flange 102 has a rotatable ring 104 with an internal thread 106 which is screwed onto an external thread of the mating flange. However, the way in which the radiator thermostat 100 is fastened is irrelevant to the invention, which is why the embodiment shown here is only exemplary and in no way restrictive. A transmission element 108 is arranged coaxially within the flange 102 and is linearly movable in the axial direction. The open end 110 of the transmission element 108 comes into contact with the valve pin when it is flanged onto a radiator valve, so that the valve pin is moved by a linear movement of the transmission element 108 .

Die 3 zeigt einen zweiten Querschnitt durch den Heizkörperthermostaten 100 der 1, parallel zur Ebene der 2. Zur Stromversorgung ist ein thermoelektrischer Energiewandler 300 vorhanden. Der Energiewandler 300 weist eine Warmseite 302 und eine Kaltseite 306 auf. Die Warmseite 302 ist über einen Wärmeleiter 304 mit einem angepassten Flansch des Heizkörperventils als Wärmequelle thermisch verbunden. Die Kaltseite 306 ist mit dem Gehäuse des Heizkörperthermostaten 100 als Wärmesenke verbunden. Die im Heizkreislauf vorhandene Wärmeenergie wird über den Wärmeleiter 304 durch den thermoelektrischen Energiewandler 300 zum Gehäuse abgeführt. Durch den Temperaturunterschied zwischen dem Heizkreislauf und dem Gehäuse wird im Energiewandler 300 elektrische Energie gewonnen. Je größer die Temperaturdifferenz, desto größer die gewonnene elektrische Energie und die über dem thermoelektrischen Energiewandler 300 abfallende Spannung. Die Funktionsweise des thermoelektrischen Energiewandlers 300 kann beispielsweise auf dem Seebeck- und / oder dem Thomson-Effekt beruhen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der zweite Sensor 310 dazu ausgebildet, die über dem thermoelektrischen Energiewandler 300 abfallende Spannung zu messen. Diese Spannung verhält sich im Idealfall (Leerlaufspannung im Fall des Seebeckeffekts) linear zur Temperaturdifferenz, hängt aber auch bei realistischen Energiewandlern von der Temperaturdifferenz derart ab, dass die Spannung umso größer ist, je größer die Temperaturdifferenz ist. Dies erlaubt es, zumindest Änderungen der Temperaturdifferenz zwischen Warmseite 302 und Kaltseite 306 zu bestimmen und näherungsweise zu quantifizieren. Gemeinsam mit der Messung einer der Temperaturen am Ventil bzw. an der Warmseite 302 mittels eines ersten Temperatursensors 308 (als erste Temperatur) erlaubt die Messung der Spannung über dem thermoelektrischen Energiewandler 300 mittels des zweiten Sensors also die Bestimmung zweier Temperaturen im Bereich des Heizkörpers, von denen die eine an einem dem Heizkörper näheren, die andere an einem dem Heizkörper ferneren Ort bestimmt wird. In einer weiteren, alternativen, beispielhaften Ausführungsform kann der Temperatursensor 308 auch an der Kaltseite befestigt sein. Auch in diesem Fall erlaubt die Bestimmung der ersten Temperatur und der Spannung die Bestimmung zweier Temperaturen im Bereich des Heizkörpers.the 3 shows a second cross section through the radiator thermostat 100 of FIG 1 , parallel to the plane of 2 . A thermoelectric energy converter 300 is present for the power supply. The energy converter 300 has a warm side 302 and a cold side 306 . The hot side 302 is thermally connected via a heat conductor 304 to an adapted flange of the radiator valve as a heat source. The cold side 306 is connected to the housing of the radiator thermostat 100 as a heat sink. The heat energy present in the heating circuit is transferred via the heat conduction ter 304 dissipated by the thermoelectric energy converter 300 to the housing. Electrical energy is obtained in the energy converter 300 as a result of the temperature difference between the heating circuit and the housing. The greater the temperature difference, the greater the electrical energy obtained and the greater the voltage drop across the thermoelectric energy converter 300 . The mode of operation of the thermoelectric energy converter 300 can be based on the Seebeck and/or the Thomson effect, for example. In an exemplary embodiment, the second sensor 310 is designed to measure the voltage drop across the thermoelectric energy converter 300 . In the ideal case (open-circuit voltage in the case of the Seebeck effect), this voltage behaves linearly to the temperature difference, but it also depends on the temperature difference in realistic energy converters in such a way that the voltage is greater the greater the temperature difference. This allows at least changes in the temperature difference between the hot side 302 and the cold side 306 to be determined and approximately quantified. Together with the measurement of one of the temperatures on the valve or on the warm side 302 by means of a first temperature sensor 308 (as the first temperature), the measurement of the voltage across the thermoelectric energy converter 300 by means of the second sensor thus allows the determination of two temperatures in the area of the heating element, from one of which is determined at a location closer to the radiator and the other at a location further away from the radiator. In a further, alternative, exemplary embodiment, the temperature sensor 308 can also be attached to the cold side. In this case, too, the determination of the first temperature and the voltage allows the determination of two temperatures in the area of the heating element.

Die 4 zeigt ein Blockdiagramm des Aufbaus der für die Steuerung des Ventils des Heizkörpers relevanten Komponenten 402, 404, 408, 410 des Heizkörperthermostaten 100 gemäß der Erfindung gemäß einem Beispiel. Ferner ist das Ventil 406 des Heizkörpers dargestellt. Der Heizkörperthermostat 100 weist eine Steuereinheit 402, einen Aktuator 404, der das Übertragungselement 108 bewegt, einen ersten Temperatursensor 408 und einen zweiten Sensor 410 auf. Der erste Temperatursensor 408, der zweite Sensor 410 und der Aktuator 404 sind mit der Steuereinheit 402 direkt oder indirekt verbunden, wobei eine jede Verbindung mittels Kabel oder schnurlos z.B. mittels Funk realisiert sein kann. Die Steuereinheit 402 steuert den Aktuator 404, der mechanisch mit dem Ventil 406 gekoppelt ist. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit einer einstellbaren Soll-Raumtemperatur und einer Ist-Raumtemperatur, die durch eine Verknüpfung der vom ersten Temperatursensor 408 bestimmten ersten Temperatur und des Ausgangssignals des zweiten Sensors 410 bestimmt wird. Der erste Temperatursensor 408 bestimmt die Temperatur im Bereich des Heizkörpers. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der erste Temperatursensor 408 mit dem Ventil 406 thermisch gekoppelt. In einer alternativen beispielhaften Ausführungsform ist der erste Temperatursensor 408 mit dem Gehäuse des Thermostaten 100 gekoppelt. Der zweite Sensor 410 kann als zweiter Temperatursensor zur Bestimmung einer zweiten Temperatur, oder als Spannungssensor (Voltmeter) zur Messung einer Spannung über dem thermoelektrischen Energiewandler 300 (Harvester) ausgebildet sein. Eine Spannung über dem thermoelektrischen Energiewandler 300 ist einer Temperaturdifferenz zwischen der Warmseite 302 und der Kaltseite 306 in etwa proportional. Der erste Temperatursensor 408 bestimmt vorzugsweise entweder die Temperatur der heißen oder die Temperatur der kalten Seite des Harvesters 300, sodass durch die Bestimmung der Temperaturdifferenz am Harvester 300 eine Information über eine zweite Temperatur bestimmt wird. Beide sind als Variablen eines Raumtemperaturmodells zur Bestimmung einer Ist-Raumtemperatur verwendbar. Die Ist-Raumtemperatur ist ein Näherungswert für die tatsächliche Temperatur in der Raummitte.the 4 shows a block diagram of the structure of the relevant for the control of the valve of the radiator components 402, 404, 408, 410 of the radiator thermostat 100 according to the invention according to an example. The valve 406 of the radiator is also shown. The radiator thermostat 100 has a control unit 402 , an actuator 404 which moves the transmission element 108 , a first temperature sensor 408 and a second sensor 410 . The first temperature sensor 408, the second sensor 410 and the actuator 404 are connected directly or indirectly to the control unit 402, it being possible for each connection to be implemented using a cable or wirelessly, for example using radio. The control unit 402 controls the actuator 404 which is mechanically coupled to the valve 406 . The control takes place as a function of an adjustable setpoint room temperature and an actual room temperature, which is determined by linking the first temperature determined by the first temperature sensor 408 and the output signal of the second sensor 410 . The first temperature sensor 408 determines the temperature in the area of the heating element. In an exemplary embodiment, first temperature sensor 408 is thermally coupled to valve 406 . In an alternative exemplary embodiment, the first temperature sensor 408 is coupled to the housing of the thermostat 100 . The second sensor 410 can be embodied as a second temperature sensor for determining a second temperature, or as a voltage sensor (voltmeter) for measuring a voltage across the thermoelectric energy converter 300 (harvester). A voltage across the thermoelectric energy converter 300 is a temperature difference between the warm side 302 and the cold side 306 approximately proportional. The first temperature sensor 408 preferably determines either the temperature of the hot side or the temperature of the cold side of the harvester 300, so that by determining the temperature difference at the harvester 300 information about a second temperature is determined. Both can be used as variables of a room temperature model to determine an actual room temperature. The actual room temperature is an approximation of the actual temperature in the middle of the room.

Die 5 zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausgestaltung eines Verfahrens 500 zur Steuerung der Ist-Raumtemperatur gemäß der Erfindung. In einer Ausgestaltung der Erfindung findet keine Lernphase statt, und das Verfahren beginnt in Schritt 502 bei Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Thermostaten. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, findet mit der vorzugsweise ersten Inbetriebnahme des Thermostats eine Lernphase 600 statt (siehe 6), und das Verfahren beginnt in Schritt 502, sobald die Lernphase abgeschlossen ist. In Schritt 510 wird eine Soll-Raumtemperatur vorgegeben. In Schritt 504 berechnet die Steuereinheit 402 zunächst die Ist-Raumtemperatur. Hierzu wird in Schritt 504 eine in der Steuereinheit 402 hinterlegte Verknüpfung, die vorzugsweise als Raumtemperaturmodell hinterlegt ist, genutzt, die die Ist-Raumtemperatur in Abhängigkeit von der in Schritt 506 mit Hilfe des ersten Temperatursensors 408 gemessenen ersten Temperatur und der in Schritt 508 ermittelten Ausgangsgröße des zweiten Sensors 410 bestimmt. Die Schritte 506 und 508 laufen dabei vorzugsweise gleichzeitig ab. Insbesondere kann die Ist-Raumtemperatur eine gewichtete Verknüpfung, zum Beispiel eine gewichtete Addition der ersten Temperatur und einer von dem zweiten Sensor 410 gemessenen Temperatur oder Spannung. Die in Schritt 504 bestimmte Ist-Raumtemperatur wird nun in Schritt 512 mit einer in Schritt 510 vorgegebenen Soll-Raumtemperatur verglichen. Wird in Schritt 512 festgestellt, dass die Ist-Raumtemperatur größer als die Soll-Raumtemperatur ist, so wird das Ventil des Heizkörpers in Schritt 514 von dem Heizthermostaten zumindest teilweise geschlossen. Ist die Ist-Raumtemperatur kleiner als die Soll-Raumtemperatur, so wird das Ventil in Schritt 516 zumindest teilweise geöffnet. Der in 5 dargestellte Vorgang wird wiederholt und läuft während des Betriebes des Thermostats kontinuierlich ab.the 5 FIG. 5 is a flowchart of an exemplary embodiment of a method 500 for controlling actual room temperature in accordance with the invention. In one embodiment of the invention, there is no learning phase and the method begins in step 502 when the thermostat according to the invention is put into operation. In an alternative embodiment of the invention, a learning phase 600 takes place when the thermostat is preferably put into operation for the first time (see 6 ), and the process begins at step 502 once the learning phase is complete. In step 510, a target room temperature is specified. In step 504, the control unit 402 first calculates the actual room temperature. For this purpose, a link stored in control unit 402, which is preferably stored as a room temperature model, is used in step 504, which calculates the actual room temperature as a function of the first temperature measured in step 506 with the aid of first temperature sensor 408 and the output variable determined in step 508 of the second sensor 410 is determined. Steps 506 and 508 preferably run simultaneously. In particular, the actual room temperature can be a weighted combination, for example a weighted addition of the first temperature and a temperature or voltage measured by the second sensor 410 . The actual room temperature determined in step 504 is now compared in step 512 with a setpoint room temperature specified in step 510 . If it is determined in step 512 that the actual room temperature is greater than the target room temperature, the valve of the radiator is closed in step 514 at least partially closed by the heating thermostat. If the actual room temperature is lower than the target room temperature, the valve is at least partially opened in step 516 . the inside 5 The process shown is repeated and runs continuously during the operation of the thermostat.

Die 6 zeigt ein Flussdiagramm einer Lernphase 600 zur Bestimmung der Koeffizienten einer Verknüpfung bzw. eines Raumtemperaturmodells im Sinne der Erfindung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Das Verfahren beginnt am Start in Schritt 602 dadurch, dass nach der Installation des Heizkörperthermostaten 100 manuell eine Lernphase gestartet wird. Voraussetzung hierfür ist die Installation eines kommunikativ mit dem Thermostat gekoppelten dritten Temperatursensors an einer Stelle im Raum, deren Temperatur durch den Thermostat gesteuert werden soll. Der dritte Temperatursensor wird nur während der Lernphase eingesetzt und dient dazu, Messwerte der Ist-Raumtemperatur zu erhalten. Während der Lernphase ist der dritte Temperatursensor mit der Steuereinheit kommunikativ gekoppelt. Die Steuereinheit zeichnet in Schritt 604 für einen vorgegebenen Zeitraum Wertetripel auf, die aus der in Schritt 606 von dem ersten Temperatursensor 408 gemessenen ersten Temperatur 606, der in Schritt 608 gemessenen Ausgangsgröße des zweiten Sensors 410 und der in Schritt 610 von dem dritten Temperatursensor gemessenen dritten Temperatur bestehen. Die Schritte 604, 606, 608, 610 laufen vorzugsweise gleichzeitig ab. Wird in Schritt 612 festgestellt, dass der vorgegebenen Zeitraum für die Erfassung des Wertetripels beendet ist, so schreitet die Lernphase zu Schritt 614 fort. Ist der vorgegebenen Zeitraum noch nicht abgelaufen, so wird Schritt 604 fortgesetzt. Nach Aufzeichnung des Wertetripels bestimmt die Steuereinheit 402 in Schritt 614 vorzugsweise durch lineare Regression die Koeffizienten der Verknüpfung, insbesondere des Raumtemperaturmodells. Hierbei ist die durch die dritte Temperatur gegebene Ist-Raumtemperatur die abhängige Variable (Zielgröße). Die erste Temperatur 606 und die Ausgangsgröße des zweiten Sensors sind die unabhängigen Variablen (Einflussgrößen). Somit werden die Koeffizienten bestimmt, die die geringste Abweichung liefern. Während der Lernphase wird das Ventil so durch den Thermostaten gesteuert, dass die dritte Temperatur zur Soll-Raumtemperatur hingeführt wird. Ist die Lernphase abgeschlossen, so wird in Schritt 616 das Verfahren zur Ventilsteuerung (5) eingeleitet.the 6 shows a flowchart of a learning phase 600 for determining the coefficients of a combination or a room temperature model within the meaning of the invention according to an embodiment of the invention. The method begins at the start in step 602 by manually starting a learning phase after the radiator thermostat 100 has been installed. The prerequisite for this is the installation of a third temperature sensor, which is communicatively coupled to the thermostat, at a point in the room whose temperature is to be controlled by the thermostat. The third temperature sensor is only used during the learning phase and is used to obtain measured values of the actual room temperature. During the learning phase, the third temperature sensor is communicatively coupled to the control unit. In step 604, the control unit records value triplets for a predetermined period of time, which consist of the first temperature 606 measured by the first temperature sensor 408 in step 606, the output variable of the second sensor 410 measured in step 608 and the third temperature measured in step 610 by the third temperature sensor temperature. Steps 604, 606, 608, 610 preferably run concurrently. If it is established in step 612 that the predetermined period of time for the acquisition of the value triple has ended, then the learning phase proceeds to step 614 . If the predetermined period of time has not yet expired, step 604 is continued. After the value triplet has been recorded, the control unit 402 determines in step 614 the coefficients of the combination, in particular of the room temperature model, preferably by linear regression. The actual room temperature given by the third temperature is the dependent variable (target variable). The first temperature 606 and the output of the second sensor are the independent variables (influencing factors). Thus, the coefficients that provide the smallest deviation are determined. During the learning phase, the valve is controlled by the thermostat in such a way that the third temperature is brought up to the target room temperature. If the learning phase is completed, then in step 616 the method for valve control ( 5 ) initiated.

BezugszeichenlisteReference List

100100: Thermostatthermostat
102102: Flansch (Heizkörperthermostat)flange (radiator thermostat)
104104: Ringring
106106: Innengewindeinner thread
108108: Übertragungselementtransmission element
110110: Offenes Ende ÜbertragungselementOpen end transmission element
112112: Erster TemperatursensorFirst temperature sensor
114114: Zweiter TemperatursensorSecond temperature sensor
300300: Thermoelektrischer EnergiewandlerThermoelectric energy converter
302302: Warmseitewarm side
304304: Wärmeleiterheat conductor
306306: Kaltseitecold side
308308: Erster TemperatursensorFirst temperature sensor
310310: Zweiter SensorSecond sensor
400400: Für die Steuerung relevante Komponenten des Thermostats und des HeizkörpersRelevant components of the thermostat and the radiator for the control
402402: Steuereinheitcontrol unit
404404: Aktuatoractuator
406406: VentilValve
408408: Erster TemperatursensorFirst temperature sensor
410410: Zweiter SensorSecond sensor
500-516500-516: Verfahrensschritte zur Steuerung des Ventils mit dem erfindungsgemäßen VerfahrensMethod steps for controlling the valve with the method according to the invention
600-616600-616: Verfahrensschritte einer LernphaseProcess steps of a learning phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102013110821 A1 [0002]DE 102013110821 A1 [0002]

Claims

Thermostat für die Steuerung eines Ventils eines Heizkörpers, mit einem ersten Temperatursensor (112, 408) zur Messung einer ersten Temperatur im Bereich des Heizkörpers, mindestens einem zweiten Sensor (410), einer Steuereinheit (402), die derart ausgebildet ist, dass sie aus einer Verknüpfung der ersten Temperatur und einer Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) eine Ist-Raumtemperatur bestimmt, wobei in der Verknüpfung die erste Temperatur und die Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) durch Koeffizienten gewichtet verknüpft werden, und die ermittelte Ist-Raumtemperatur mit einer vorgegebenen Soll-Raumtemperatur unter Ermittlung eines Vergleichsergebnisses vergleicht (412), und das Ventil des Heizkörpers in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis so steuert, dass die Raumtemperatur zu der Soll-Raumtemperatur hingeführt wird.Thermostat for controlling a radiator valve, with a first temperature sensor (112, 408) for measuring a first temperature in the area of the heating element, at least one second sensor (410), a control unit (402) which is designed such that it An actual room temperature is determined from a combination of the first temperature and an output variable of the second sensor (410), the first temperature and the output variable of the second sensor (410) being linked in the combination in a weighted manner by coefficients, and compares (412) the ascertained actual room temperature with a specified desired room temperature while ascertaining a comparison result, and controls the valve of the radiator depending on the comparison result in such a way that the room temperature is brought to the desired room temperature.

Thermostat nach Anspruch 1, wobei die Verknüpfung der ersten Temperatur mit der Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) über ein in der Steuereinheit hinterlegtes Raumtemperaturmodell erfolgt, das die Koeffizienten enthält.thermostat after claim 1 , the first temperature being linked to the output variable of the second sensor (410) via a room temperature model which is stored in the control unit and which contains the coefficients.

Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, weiter einen thermoelektrischen Energiewandler (400) aufweisend, wobei der zweite Sensor (410) dazu ausgebildet ist, eine über dem thermoelektrischen Energiewandler (400) abfallende Spannung zu messen.thermostat after claim 1 or 2 , Further comprising a thermoelectric energy converter (400), wherein the second sensor (410) is designed to measure a voltage drop across the thermoelectric energy converter (400).

Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Sensor (410) ein zweiter Temperatursensor (114) ist, der in oder an dem Thermostat (100) angebracht ist.thermostat after claim 1 or 2 wherein the second sensor (410) is a second temperature sensor (114) mounted in or on the thermostat (100).

Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Temperatursensor (112, 408) thermisch mit dem Ventil koppelbar ist.A thermostat as claimed in any preceding claim, wherein the first temperature sensor (112, 408) is thermally couplable to the valve.

Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Temperatursensor (112, 408) in einem montierten Zustand des Thermostaten an einer dem Heizkörper abgewandten Seite an oder in dem Thermostat angebracht ist.Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the first temperature sensor (112, 408) is attached to or in the thermostat on a side facing away from the heating element when the thermostat is in a mounted state.

Thermostat nach Anspruch 3, wobei der zweite Sensor (410) dazu ausgebildet ist, ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, das einen ersten Wert annimmt, wenn die über dem thermoelektrischen Energiewandler (300) abfallende Spannung einen voreingestellten Schwellwert überschreitet, und anderenfalls einen zweiten Wert annimmt, wobei die Steuereinheit weiter dazu ausgebildet ist, den letzten Wert der ersten Temperatur als Baseline-Temperatur in der Steuereinheit zu speichern, sobald das binäre Ausgangssignal vom zweiten Wert zum ersten Wert wechselt; und wobei die Steuereinheit weiter derart ausgebildet ist, dass sie die Ist-Raumtemperatur aus einer Verknüpfung der ersten Temperatur mit dem binären Ausgangssignal bestimmt, indem sie die Ist-Raumtemperatur aus einer gewichteten Verknüpfung der ersten Temperatur und der Baseline-Temperatur bestimmt, solange das binäre Ausgangssignal den ersten Wert annimmt.thermostat after claim 3 , wherein the second sensor (410) is designed to generate a binary output signal which assumes a first value when the voltage drop across the thermoelectric energy converter (300) exceeds a preset threshold value, and otherwise assumes a second value, the control unit is further configured to store the last value of the first temperature as the baseline temperature in the control unit as soon as the binary output signal changes from the second value to the first value; and wherein the control unit is further configured such that it determines the actual room temperature from a combination of the first temperature and the binary output signal by determining the actual room temperature from a weighted combination of the first temperature and the baseline temperature as long as the binary output signal assumes the first value.

Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (402) weiter dazu ausgebildet ist, eine Lernphase durchzuführen, in welcher die Steuereinheit (402) von einem dritten, weiter als der erste Temperatursensor und der zweite Sensor von dem Ventil entfernten, Temperatursensor zur Messung einer dritten Temperatur (610) ein Temperatursignal empfängt, welches die Ist-Raumtemperatur repräsentiert; periodisch eine Mehrzahl von Wertetripeln speichert, die die erste Temperatur, die Ausgangsgröße des zweiten Sensors und die dritte Temperatur umfassen; und die Koeffizienten der Verknüpfung mittels linearer Regression bestimmt, wobei die dritte Temperatur die Ausgangsgröße der Verknüpfung bildet, und die erste Temperatur und die Ausgangsgröße des zweiten Sensors die Eingangsgrößen der Verknüpfung bilden.Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the control unit (402) is further designed to carry out a learning phase in which the control unit (402) receives a temperature signal representing the actual room temperature from a third temperature sensor, more remote from the valve than the first temperature sensor and the second sensor, for measuring a third temperature (610); periodically storing a plurality of triplets of values comprising the first temperature, the output of the second sensor, and the third temperature; and the coefficients of the combination are determined by means of linear regression, the third temperature forming the output variable of the combination, and the first temperature and the output variable of the second sensor forming the input variables of the combination.

Thermostat nach Anspruch 3, wobei in der Verknüpfung mehrere Sätze von Koeffizienten zur Wichtung der ersten Temperatur und der Ausgangsgröße des zweiten Sensors alternativ verwendet werden, wobei jeder Satz der Koeffizienten für jeweils ein Intervall einer Mehrzahl von vorgegebenen Intervallen der über dem thermoelektrischen Energiewandler abfallenden Spannung verwendet wird.thermostat after claim 3 wherein a plurality of sets of coefficients for weighting the first temperature and the output of the second sensor are alternatively used in the combination, each set of coefficients being used for a respective one of a plurality of predetermined intervals of the voltage drop across the thermoelectric energy converter.

Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verknüpfung der ersten Temperatur mit der Ausgangsgröße des zweiten Sensors durch eine lineare Funktion erfolgt.A thermostat according to any preceding claim, wherein the first temperature is linked to the output of the second sensor by a linear function.

Thermostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Temperatur die Ist-Raumtemperatur bildet, wenn die Soll-Raumtemperatur außerhalb eines fest vorgegebenen Intervalls liegt.Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the first temperature forms the actual room temperature if the target room temperature is outside a fixed predetermined interval.

Verfahren zum Steuern eines Ventils eines Heizkörpers, umfassend die durch eine Steuereinheit auszuführenden Schritte: Bestimmen einer Ist-Raumtemperatur aus einer Verknüpfung einer ersten Temperatur, die von einem ersten Temperatursensor im Bereich des Heizkörpers bestimmt wird, und einer Ausgangsgröße eines zweiten Sensors (410), wobei in der Verknüpfung die erste Temperatur und die Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) durch Koeffizienten gewichtet verknüpft werden; Vergleichen der ermittelten Ist-Raumtemperatur mit einer vorgegebenen Soll-Raumtemperatur unter Ermittlung eines Vergleichsergebnisses (412); und Steuern des Ventils des Heizkörpers in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, derart, dass die Raumtemperatur zu der Soll-Raumtemperatur hingeführt wird.Method for controlling a valve of a radiator, comprising the steps to be carried out by a control unit: determining an actual room temperature from a combination of a first temperature, which is determined by a first temperature sensor in the area of the radiator pers is determined, and an output variable of a second sensor (410), the first temperature and the output variable of the second sensor (410) being weighted by coefficients in the combination; Comparing the ascertained actual room temperature with a predetermined desired room temperature while ascertaining a comparison result (412); and controlling the valve of the radiator depending on the comparison result such that the room temperature is guided to the target room temperature.

Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verknüpfung der ersten Temperatur mit der Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) über ein in der Steuereinheit hinterlegtes Raumtemperaturmodell erfolgt, das die Koeffizienten enthält.procedure after claim 12 , the first temperature being linked to the output variable of the second sensor (410) via a room temperature model which is stored in the control unit and which contains the coefficients.

Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) eine über einem am oder im Thermostat angebrachten thermoelektrischen Energiewandler (400) abfallende Spannung darstellt.procedure after claim 12 or 13 , wherein the output variable of the second sensor (410) represents a voltage drop across a thermoelectric energy converter (400) mounted on or in the thermostat.

Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) eine in oder an dem Thermostat bestimmte Temperatur darstellt.procedure after claim 12 or 13 , wherein the output of the second sensor (410) represents a temperature determined in or on the thermostat.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12-15, wobei die erste Temperatur eine Temperatur des Ventils darstellt.Procedure according to one of Claims 12 - 15 , wherein the first temperature represents a temperature of the valve.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12-16, wobei die erste Temperatur eine an oder in dem Thermostaten an einer dem Heizkörper abgewandten Seite bestimmte Lufttemperatur darstellt.Procedure according to one of Claims 12 - 16 , wherein the first temperature represents an air temperature determined on or in the thermostat on a side remote from the radiator.

Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Ausgangsgröße des zweiten Sensors (410) ein binäres Ausgangssignal ist, das einen ersten Wert annimmt, wenn die über dem thermoelektrischen Energiewandler (300) abfallende Spannung einen voreingestellten Schwellwert überschreitet, und anderenfalls einen zweiten Wert annimmt; und ferner umfassend die durch die Steuereinheit auszuführenden Schritte: Speichern des letzten Wertes der ersten Temperatur als Baseline-Temperatur, sobald das binäre Ausgangssignal vom zweiten Wert zum ersten Wert wechselt; und Bestimmen der Ist-Raumtemperatur aus einer Verknüpfung der ersten Temperatur mit dem binären Ausgangssignal, wobei die Ist-Raumtemperatur aus einer gewichteten Verknüpfung der ersten Temperatur und der Baseline-Temperatur bestimmt wird, solange das binäre Ausgangssignal den ersten Wert annimmt.procedure after claim 12 or 13 wherein the output of the second sensor (410) is a binary output signal that assumes a first value when the voltage developed across the thermoelectric energy converter (300) exceeds a preset threshold value and assumes a second value otherwise; and further comprising the steps to be performed by the control unit: whenever the binary output signal changes from the second value to the first value, storing the last value of the first temperature as the baseline temperature; and determining the actual room temperature from a combination of the first temperature and the binary output signal, the actual room temperature being determined from a weighted combination of the first temperature and the baseline temperature as long as the binary output signal assumes the first value.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12-18, ferner umfassend die durch die Steuereinheit in einer Lernphase auszuführenden Schritte: Empfangen eines Temperatursignals, das eine von einem dritten, weiter als der erste Temperatursensor und der zweite Sensor von dem Ventil entfernten, Temperatursensor gemessene dritte Temperatur (610) darstellt, welches die Ist-Raumtemperatur repräsentiert; periodisches Speichern einer Mehrzahl von Wertetripeln, die die erste Temperatur, die Ausgangsgröße des zweiten Sensors und die dritte Temperatur umfassen; und Bestimmen der Koeffizienten der Verknüpfung mittels linearer Regression, wobei die dritte Temperatur die Ausgangsgröße der Verknüpfung bildet, und die erste Temperatur und die Ausgangsgröße des zweiten Sensors die Eingangsgrößen der Verknüpfung bilden.Procedure according to one of Claims 12 - 18 , further comprising the steps to be carried out by the control unit in a learning phase: receiving a temperature signal representing a third temperature measured by a third temperature sensor (610) further away from the valve than the first temperature sensor and the second sensor, which is the actual represents room temperature; periodically storing a plurality of triplets of values comprising the first temperature, the output of the second sensor, and the third temperature; and determining the coefficients of the combination by means of linear regression, the third temperature forming the output variable of the combination, and the first temperature and the output variable of the second sensor forming the input variables of the combination.

Verfahren nach Anspruch 14, wobei in der Verknüpfung mehrere Sätze von Koeffizienten zur Wichtung der ersten Temperatur und der Ausgangsgröße des zweiten Sensors alternativ verwendet werden, wobei jeder Satz der Koeffizienten für jeweils ein Intervall einer Mehrzahl von vorgegebenen Intervallen der über dem thermoelektrischen Energiewandler abfallenden Spannung verwendet wird.procedure after Claim 14 wherein a plurality of sets of coefficients for weighting the first temperature and the output of the second sensor are alternatively used in the combination, each set of coefficients being used for a respective one of a plurality of predetermined intervals of the voltage drop across the thermoelectric energy converter.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12-20, wobei die Verknüpfung der ersten Temperatur mit der Ausgangsgröße des zweiten Sensors durch eine lineare Funktion erfolgt.Procedure according to one of Claims 12 - 20 , wherein the first temperature is linked to the output variable of the second sensor by a linear function.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12-21, wobei die erste Temperatur die Ist-Raumtemperatur bildet, wenn die Soll-Raumtemperatur außerhalb eines fest vorgegebenen Intervalls liegt.Procedure according to one of Claims 12 - 21 , wherein the first temperature forms the actual room temperature when the target room temperature is outside a fixed predetermined interval.