DE2320531A1 - Stetiger raumtemperaturregler - Google Patents

Description

• Stetiger Raumtemperaturregler Die Erfindung betrifft einen stetigen Regler für die Raumtemperatur bei Heizungs- und Klimatisierungsanlagen, die mit Lüftern die Raumluft an Kühl-bzw. Heizflächen vorbeiblasen und so die benötigte Kühl-bzw. Heizleistung dem zu klimatisierenden Raum zuführen. Als Antrieb der Lüfter dienen asynchronlaufende Einphasen- oder Drehstrommotoren.
• Die Aufgabe des Reglers ist es, den Luftdurchsatz dem Kühl- bzw.
• Heizleistungsbedarf anzupassen, wobei die Störgrößen, wie z.B.
• das Öffnen der Türen und Fenster oder die Sonneneinstrahlung schnell aus geregelt werden sollen. Auch sollen Temperaturänderungen der Konvektorfläche innerhalb des Stellbereiches keinen merklichen Einfluß auf die Temperatur haben.
• Es ist bekannt, daß bei Klima- und Heizungsanlagen Raumtemperaturregler eingesetzt werden, die die Lüftermotoren bei Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten einschalten und ausschalten (Zweipunktregler) oder auch auf mehrere Ges chwindigkeits stufen mit Voriderständen umschalten.
• Die heute übliche Regelung erfüllt die an sie gestellten Forderungen nur Wngenügend, ihre Nachteile bestehen im einzelnen darin Die unstetige Regelung bedingt erhebliche Temperaturschwankungen der Raumluft.
• Als noch störender wird aber die entstehende Zugluft angesehen.
• Die Zugluft entsteht dadurch, daß in der Lüfterpause sich eine labile Temperaturverteilung im Raum aufbaut, die dann durch das Einschalten des Lüfters angestoßen wird und zu einer intensiven Luftbewegung führt.
• Vor allen' in ruhigen Aufenihaltsräumen wird die Geräuschbelästigung durch das Einschalten des Lüfters empfunden. Das Lüftergeräusch an sich wird nach einiger Zeit nicht mehr bewußt wahrgenommen (wie z. B.
• das Ticken einer Uhr). Das plötzliche Einschalten des Lüfters wird jedoch durchaus als störendes Geräusch wahrgenommen. Zur Verminderung dieser Nachteile wurden die oben erwähnten mehrstufigen Regler eingesetzt. Sie bringen jedoch keine Abhilfe, da die hierbei einstellbare kleinste Drehzahl der Lüftermotoren noch immer viel zu groß ist, um die oben aufgezeigten Nachteile zu beseitigen.
• Die vorgeschlagene Erfindung will derartige Mängel und Nachteile durch Anwendung weitaus modernerer und zweckmäßigerer Verfahren vermeiden.
• Sie besteht im wesentlichen darin, daß die Kühlung bzw. Heizung zeitlich kontinuierlich durchgeführt wird. Dazu ist es notwendig, die Lüfterges chwindigkeit dem jeweiligen Kühlungs - bzw. Heizungsb eda rf anzupassen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Ansteuerung der Lüftermotore zur kontinuierlichen Drehzahlstellung der Lüfter der Heiz- bzw. Kühlaggregate erfolgt, gesteuert durch einen Meßfühler mit geeigneter Regelcharakteristik.
• Die kontinuierliche Drehzahlstellung der Lüftermotoren wird erfindungsgemäß auf einfache Weise dadurch erreicht, daß durch periodisches Ein- und Ausschalten des Lüftermotors sich Anlauf und Auslauf in schneller Folge aneinanderreihen, ohne den Endzustand jeweils zu erreichen.
• Ein wesentliches Merkmal ist, daß die Taktfrequenz vorzugsweise so gewählt wird, daß bei gegebenem Trägheitsmoment und Widerstandsmoment der Lüfterrad-Motorläufer-Anordnung sich eine nahezu gleichmäßige Drehzahl einstellt.
• Wesentlich für die Funktion des Reglers ist, daß durch Verändern des Einschalt-Ausschaltzeitverhältnisses die Drehzahl im weiten Bereich eingestellt werden kann.
• Als Schalter für die Lüftermotoren (Fig. 1 :M) werden vorzugsweise kontaktlose Halbleiterschalter (wie z.B. Kombination von Thyristoren, Triacs oder Leistungstransistoren) mit den notwendigen Ansteuerschaltungen verwendet (Fig. 1 :S) Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal erfolgt die Steuerung der Ansteuerstufen für den Halbleiterschalter durch eine astabile Kippstufe (Fig. 1 : K) , deren Taktverhältnis durch das Meßglied und den Sollwertsteller eingestellt wird.
• Soll auch bei großer Regelgeschwindigkeit der Regelverlauf stabil erfolgen, so müssen gemäß der weiteren Ausgestaltung des Reglers geeignete, einstellbare Regelparameter realisierbar sein. Die Erfindung wird deshalb dadurch ergänzt, daß die Regelparameter durch die elektrische Zusammenschaltung mehrerer Meßfühler mit verschiedenen thermischen Zeitkonstanten eingestellt werden (F1, F2, F3).
• Diese Lösung des Problems bedeutet bei den großen benötigten Zeitkonstanten einen außergewöhnlichen Vorteil gegenüber einer rein elektrischen Realisierung der benötigten Regelcharakteristik in einer gesonderten Reglerschaltung. Mit sehr geringem technischen Aufwand können hohe Reglerqualitäten durch die erfindungsgemäße Integrierung des Meßgliedes mit dem Regelglied zu einer Baueinheit erzeugt werden.
• Neben dem Proportional-Verhalten des Reglers (P-Verhalten mit Verzögerung 1. Ordnung), erzeugt durch einen Meßfühler mit kleiner thermischer Zeitkonstante, können die weiteren Regelcharakteristiken ausgebildet werden 1. Proportional-Integral-Regel-Verhalten (Pl-Verhalten) wird durch Aufspalten des Meßfühlers in vorzugsweise 2 Meßfühler erreicht Der erste Meßfühler mit kleiner.
• thermischer Zeitkonstante (P-Anteil) (F1), der zweite mit großer thermischer Zeitkonstante und großer Verstärkung (F2) 2. Proportional-DifferentialRegelVerhalien (PD - Verhalten) wird durch Aufspalten des Meßfühlers in vorzugsweise 2 Meßfühler mit entgegengerichteten Wirkungen erreicht.
• Der erste Meßfühler mit kleiner thermischer Zeitkonstante (F1) und der zweite Meßfühler mit entgegengesetztem Stellverhalten mit einer größeren thermischen Zeitkonstante aber kleinerer Verstärkung als der des ersten Fühlers (F3) 3. Proportional-Integral-Differential-Regel (PID-Verhalten) (PID - Verhalten) wird durch Aufspaltung des Meßfühlers in vorzugsweise 3 Meßfühler als Kombination von 1 und 2 erreicht (s. Fig. 1 : F1, F2, P3).
• Der erste Fühler mit kleiner Zeitkonstante (F1), der zweite Fühler mit großer Zeitkonstante (F2) und großer Verstärkung und der dritte Fühler mit entgegengesetztem Stellverhalten und einer thermischen Zeitkonstante, die zwischen der des ersten und zweiten Fühlers liegt (F3).
• Wie leicht zu erkennen ist, gehen mit der vorgeschlagenen Erfindung beträchtliche Vorteile einher. Der Regler läßt sich kostengünstig herstellen, da er nur noch elektronische Bauelemente beinhaltet.
• Wegen des Fehlens von mechanischen Bauteilen kann mit einer hohen Lebensdauer gerechnet werden.
• Als wesentlichster Vorteil kann die Tatsache gelten, daß die Raumtemperatur bis auf wenige Bruchteile von Grad konstant gehalten werden kann.
• Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß dieW unangenehme "Zugluft" durch stetiges Stören der sich ausbildenden labilen Tem peraturverteilung verhindert wird.
• Wegen der Drehzahlverminderung des Lüfters wird der Lüftergeräuschpegel herabgesetzt. Bei der Bewertung dieses Vorzuges muß zusätzlich noch berücksichtigt werden, daß der Geräuschpegel weitgehend konstant gehalten wird und dadurch von Personen als monotones Hintergrundgerausch kaum noch wahrgenommen wird.
• Die Staubaufwirbelung wird wegen der kleineren Luftgeschwindigkeiten verringert.
• Als vorteilhaft hat sich gezeigt, daß bei Ausnutzung des gesamten Regelbereiches bei der Raumheizung weit niedrigere Konvektorflächentemperaturen ausreichen, um den Sollwert einzuhalten gegenüber unstetigen Reglern mit "Thermischer Rückführung". Bei Speicherheizungen bedeutet dies z.B. eine bessere Ausnutzung der Speicherkapazität In Fig. 1 ist die Erfindung schematisch in ihrer Funktionsweise erläutert. Ein Ausführungsbeispiel für eine Raumheizung ist in Fig. 2 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben: Der neu entwickelte stetige Regler kann anstelle des heute üblichen Zwei- oder Dreipunktreglers mit oder ohne thermische Rückführung ohne Instaliationsänderung eingesetzt werden.
• Die Baugruppe des Halbleiterschalters (S) für die Lüftermotoren ist hier nur ein Triac, dessen Ansteuerstrom von einem als Schalter arbeitenden Transistor (T1) geliefert wird. Die Steuerspannung für diesen Schalttransistor wird am Kollektorwiderstand des astabilen Multivibrators (K) abgegriffen. Die Multivibratorgrundschaltung mit den Transistoren (T2) und (T3) wird insoweit abgewandelt, als die ülilicherweise benutzten zwei Basisstromableitwiderstände durch jeweils einen Ast eines Differenzverstärkers mit den Transistoren (T4 und (T5) ersetzt werden. Die beiden Eingänge des Differenzverstärkers werden in den Nullzweig der Widerstandsbrücke (B) geschaltet. Die Widerstandsbrücke wird aus den tempe raturabhängigen Widerständen (Therm istoren) (kl), (F2) und (F3) und dem Tandempotentiometer (R1) und (R2) als Sollwertsteller gebildet. Die Thermistoren werden so mit zusätzlichen Wärmekapazitäten und wärmedämmenden Isolierungen umgeben, daß die benötigte Regeicharakteristik sich ergibt. Die Stromversorgung der Reglerschaltung erfolgt aus der Netzspannung in der Baugruppe (G1) durch Vorwiderstand, Gl eichrichte rdiode, Z ene rdiodenstabllis ierung und Glättungskondensator.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Verfahren zum stetigen Regeln der Raumtemperatur bei Klimatisierungs- oder Heizungsanlagen, die mit Lüftern die Raumluft an Kühl- bzw. Heizflächen vorbeiblasen, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Drehzahlstellung der Lüfter durch periodisches Ein- und Ausschalten des Lüftermotors erfolgt, wobei sich Anlauf und Auslauf in schneller Folge aneinanderreihen, ohne jeweils den Endzustand zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausschaltzeit von einer astabilen Kippstufe gesteuert wird, deren Taktverhältnis von einem Meßfühler und Sollwertsteller beeinflußt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine so schnelle Folge von Einschalt-Ausschalt-Impulsen verwendet wird, daß sich aufgrund der Trägheits- und Widerstandsmomente der Lüfterrad-M otorläufer-Anordnung sich nahezu gleichmaßige Drehzahl einstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter für die Lüftermotoren kontaktlose Halbleiterschalter (wie z. B. Kombination von Thyristoren, Triacs oder Transistoren) mit den notwendigen Ansteuerschaltungen Verwendung finden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Taktverhältnisses aufgrund einer geeigneten Regelcharakteristik erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelcharakteristik durch das elektrische Zusammenschalten mehrerer Meßfühler mit verschiedenen thermischen Zeitkonstanten erzielt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Proportional -Integral- Regel-Verhalten (PI-Verhalten) durch Aufspalten des Meßfühlers in 2 Meßfühler erreicht wird, wobei der erste Meßfühler eine kleine thermische Zeitkonstante (P-Anteil) und der zweite eine große thermische Zeitkonstante sowie eine große Verstärkung (F2) besitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Proportional -Differential- Regel- Verhalten (PD - Verhalten) durch Aufspalten des Meßfühlers in 2 Meßfühler mit entgegengerichteten Wirkungen erreicht wird, wobei der erste Meßfühler eine kleine thermische Zeitkonstante (F1) und der zweite Meßfühler entgegengesetztes Stellverhalten mit einer größeren thermischen Zeitkonstante, aber einer kleineren Verstärkung als der des ersten Fühlers (F3) besitzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Proportional-Integral-Differential-Regel-Verhalten (PID-Verhalten) durch Aufspaltung des Meßfühlers in 3 Meßfühler als Kombination von Anspruch 8 und 9 erreicht wird (Fig. 1 : (Fi), (F2), (F3), wobei der erste Fühler eine kleine thermische Zeitkonstante (F1), der zweite Fühler eine große thermische Zeitkonstanie und eine große Verstärkung (F2) und der dritte Fühler entgegengesetztes Stellverhalten und eine thermische Zeitkonstante, die zwischen der des ersten und zweiten Fühlers liegt (F3), besitzt.

L e e r s e i t e