DE2843929B2 - Anordnung zur Steuerung der Raumtemperatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern der Raumtemperatur gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-OS 26 31 476) wurde der Istwert der Raumtemperatur ab Beginn des Zeitintervalles während dessen die Energiezufuhr zwecks Energieersparnis abgeschaltet wird, mittels eines in einem der betreffenden Räume, dem sogenannten »Testraum«, angeordneten Temperaturfühlers gemessen. Es ergab sich dann für alle Räume gemeinsam eine falsche Ermittlung des Einschaltzeitpunktes der Schnellaufheizung bzw. Schnellabkühlung in dem betreffenden zweiten Zeitintervall, wenn die Raumtemperatur in dem Testraum durch Störfaktoren, bspw. durch ein geöffnetes Fenster, eine offenstehende Tür oder dergl, erheblich von dem Wert abwich, der sich bei solchen Störeinflüssen nicht unterliegendem Zustand des Testraumes ergeben hätte. Auch ist die Anordnung eines Raumtemperaturfühlers oft mit erheblichem installationstechnischem Aufwand verbunden und für genaue Ermittlung des dem Empfinden des Menschen zugrundeliegenden Wertes der Raumtemperatur müßte auch die jeweilige Wandtemperatur im Testraum mit berücksichtigt werden, so daß dann zwei oder mehr Raumtemperaturfühler im Testraum angeordnet werden müssen, deren Werte gewichtet oder ungewichtet gemittelt werden.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher für die Ermittlung des Einschaltzeitpunktes der Schnellaufheizung bzw. -abkühlung keine Raumtemperatur gemessen werden muß und kein solcher Testraum mehr erforderlich ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgesehen.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird für die Ermittlung des Einschaltzeitpunktes der Schnellaufheizung bzw. -abkühlung kein »Testraum« mehr benötigt, da der zeitliche Verlauf des Istwertes der Raumtemperatur ab Beginn jedes Zeitintervalles bis zum Umschalten auf Schnellaufheizung bzw. -abkühlung mittels des zweiten Rechners berechnet wird. Es versteht sich, daß der erste Rechner und der zweite Rechner, falls erwünscht, zu einem gemeinsamen Rechner zusammengefaßt werden können, die gegebe-

nenfalls auch gemeinsame Komponenten enthalten. Den beiden Rechnern müssen Daten für die Berechnung der von ihnen zu berechnenden Kurven eingegeben werden, wie Uhrzeit bzw. Zeittakt, Beginn bzw. Ende des Zeitintervalles, eingestellter Normalwen der Raumtemperatur, momentane Witterung (als MaB für die Witterung kann die Außentemperatur allein oder die Außentemperatur mit Aufschaltung von Störgrößen, wie Wind, Sonneneinstrahlung und dergl. dienen), Gebäudewerte und Werte der Heizungs- oder Klimaanlage. Die Witterung kann ihnen von einem gemeinsamen Witterungsgeber, z. B. einem Außentemperaturfühler, eingegeben werden. Für die Eingabe der Uhrzeit, des Zeittaktes und der Schaltzeitpunkte kann ihnen eine einzige gemeinsame Zeitschaltuhr zugeordnet werden. Unter Umständen können den beiden Rechnern die Werte des Gebäudes und der Heizungs- oder Klimaanlage ggfs. durch gemeinsame, einstellbare Einstellglieder eingegeben werden.

Die Erfindung ermöglicht größtmögliche Fjiergieeinsparungen während des Zeitintervalls, da kein Testraum existiert, der unter dem Einfluß von bspw. einem offenen Fenster, ein zu frühes Einschalten der Schnellaufheizung oder -abkühlung mittels eines in ihm angeordneten Temperaturfühlers auslösen könnte. Auch kann der Installationsaufwand für jeden Raumtemperaturfühler entfallen, da man auch während des Normalbetriebes die der Aufrechterhaltung der Normalwerte der Raumtemperatur dienende Steuerung oder Regelung der Heiz- bzw. Kühlleistung ohne Testraum bspw. durch witterungsgeführte Regelung der Vorlauftemperatur des Heiz- oder Kühlmediums durchführen kann.

Die Einstellung der Gebäudewerte (Gebäudekonstante, Wärmedämmung und Speichermasse der Räume und dergl.) sowie der Werte der Heizungs- oder Klimaanlage (z. B. deren Wärmekapazität und maximale Leistung) können mittels Einstellgliedern in der ersten und zweiten Rechner eingegeben werden, die die den von diesen Rechnern zu berechnenden zeitlichen Kurvenverläufe in der erforderlichen Weise einzustellen gestatten.

Die berechnete Istwertkurve der Raumtemperatur und die berechnete Schnellaufheiz- bzw. -abkühlungskurve können in besonders einfach gelagerten Fällen näherungsweise als Gerade vorgesehen sein, deren Steilheit verstellbar ist. Im allgemeinen ist es jedoch günstiger, die von den ersten und zweiten Rechnern zu berechnenden und ggfs. iu speichernden Kurven als nichtlineare Kurven vorzusehen, vorzugsweise als e-Funktionen oder Potenzfunktionen, besonders zweckmäßig als Funktionen zweiter oder dritter Ordnung.

Die Ermittlung der Schnellaufheizungs- bzw. -abkühlungskurve kann in bekannter Weise erfolgen. Bspw. können bei einigen unterschiedlichen Außentemperaturen mehrere Schnellaufheizungs- bzw. -abkühlungskurven bei maximaler Beheizung bzw. Kühlung der Räume experimentell aufgenommen werden und mittels dieser experimentell ermittelten Kurven kann man dann alle übrigen Kurven stetig oder schrittweise extrapolieren, d. h. im gesamten vorgesehenen Außentemperaturbereich den Verlauf dieser Kurven in Abhängigkeit der Außentemperatur festlegen. Oder man stellt aufgrund bekannter Werte der Heizungs- bzw. Klimaanlage und bekannter Gebäudewerte diese Kurven zunächst ungefähr ein und verstellt dann ihre Einstellglieder in vorbestimmtem Sinne, falls sich im Betrieb zeigen sollte, daß noch keine ausreichende Genauigkeit vorliegt, bis die gewünschte Genauigkeit erreicht ist. Entsprechend kann man auch bei der Ermittlung und Einstellung der zu berechnenden Istwertkurve der Raumtemperatur sinngemäß vorgehen, so daß hierzu keine weiteren Erläuterungen notwendig sind.

Die Heizungs- oder Klimaanlage kann ausschließlich der Beheizung einer einzigen Gruppe von Räumen, deren Temperatur gemeinsam gesteuert wird, dienen, oder es kann auch vorgesehen sein, daß die betreffende Heizungs- oder Klimaanlage der Beheizung mehrerer

ίο Gruppen von Räumen dient, wobei jeder Raumgruppe eine erfindungsgemäße Anordnung zu deren gemeinsamen Steuern der Raumtemperatur während des Zeitintervalles zugeordnet ist Bspw. kann die Heizungsoder Klimaanlage der Beheizung eines Gebäudes dienen, welches mehrere Wohnungen aufweist, wobei jede Wohnung eine Gruppe von Räumen bildet, also jeder Wohnung eine eigene erfindungsgemäße Anordnung zugeordnet ist Anstatt um Wohnungen kann es sich bei der Gruppe von Räumen auch um eine Zone einer Wohnung oder um eine Gebäudezone handeln. Bspw. können in manchen Fällen alle nordseitig gelegenen Räume eines Bürogebäudes oder Fabrikgebäudes eine Gebäudezone bilden, der eine erste erfindungsgemäße Anordnung zugeordnet ist und die südseitig gelegenen Räume bilden eine zweite Gebäudezone, der eine zweite erfindungsgemäße Anordnung zugeordnet ist, wobei beiden Anordnungen dieselbe Heizungs- oder Klimaanlage zugeordnet sein kann. Es kann auch oft das Gebäude nur eine einzige trfindungsgemäß gemeinsam gesteuerte Raumgruppe enthalten, bspw. bei Einfamilienhäusern.

Die Istwertkurve der Raumtemperatur kann im Falle eines Analogrechners zweckmäßig stetig oder mittels eines Digitalrechners zweckmäßig periodisch diskonti-

J5 nuierlich berechnet werden. Desgleichen kann die Schnellaufheizungskurve bzw. Schnellabkühlungskurve mittels des sie berechnenden Analog- oder Digitalrechners zweckmäßig stetig oder periodisch diskontinuierlich berechnet werden. Die Kurven brauchen nicht aufgezeichnet oder gespeichert zu werden, sondern es ist zweckmäßig und ausreichend, wenn der zweite Rechner ein Signal, bspw. eine Gleichspannung, liefert, das den jeweiligen momentanen Wert dieser Kurve darstellt. Im Falle des ersten Rechners ist es ausreichend und vorteilhaft, wenn er für den momentanen, berechneten Istwert der Raumtemperatur den Zeitpunkt des Beginns der Schnellaufheizung bzw. -abkühlung berechnet. Die zu Beginn jedes Zeitintervalles stattfindende

so Abschaltung oder erhebliche Reduzierung der Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärmeenergie zu der Gruppe von Räumen durch die Heizungs- bzw. Klimaanlage kann je nach Bauart der Heizungs- bzw. Klimaanlage auf unterschiedliche Weise vorgesehen sein. Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß zu Beginn jedes Zeitintervalles die Zufuhr bzw. Abfuhr von Wärmeenergie zu der bzw. aus der Gruppe von Räumen durch die Heizungsbzw. Klimaanlage ganz abgeschaltet wird, sofern dies möglich oder zulässig ist. Falls dieser Gruppe von Räumen ein eigener Heizkessel zugeordnet ist, der nur sie beheizt, kann man auch vorsehen, diesen Kessel der Heizungsanlage zu Beginn des Zeitintervalles völlig abzuschalten und so auch Absinken der Kesselvorlauftemperatur zuzulassen.

f>5 BvJ der im allgemeinen vorgesehenen Umwälzung des Heizmediums oder Kühlmediums durch die Wärmetauscher in der Gruppe von Räumen mittels einer oder mehrerer Pumpen ist es stets zweckmäßig,

schon um Antriebsstrom für die Pumpe oder Pumpen einzusparen, auch diese Pumpe oder Pumpen mit Beginn jedes Zeitintervalles abzuschalten.

Bei Klimaanlagen oder Luftheizungen, bei denen es erforderlich oder erwünscht ist, daß über die gesamte <·, Zeitdauer jedes Zeitintervalles ständig aus Frischluft bestehende oder Frischluft enthaltende Zuluft in die Räume der Gruppe oder in mindestens einen Raum der Gruppe zwecks fortlaufenden Luftwechsels eingeblasen wird, bedingt dies, falls die in diesen Raum oder diese ι ο Räume eingeblasene Zuluft gekühlt oder erwärmt ist, daß sie auch nach Beginn jedes Zeitintervalles dem Raum noch Wärme oder Kälte zuführt. Bspw. kann es bei Klimaanlagen, bei denen in einer Zuluftzentrale Zuluft konstanter Temperatur aufbereitet wird und in die Räume mittels Induktionsgeräten als Primärluft ausgeblasen wird, zweckmäßig sein, diese Primärluft zwecks ausreichendem Luftwechsel auch während des Zeitintervalles in die Räume unverändert einzublasen und nur die Wärmetauscherleistung der Wärmetauscher der Induktionsgeräte je nach deren Bauart mit Beginn jedes Zeitintervalles luftseitig oder wasserseitig abzusperren.

Da ab Beginn jedes Zeitintervalles der Istwert der Raumtemperatur ausschließlich berechnet und nicht 2s gemessen wird, eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen die Zeitlängen des Zeitintervalles nur relativ kurz sind, also etwa 0,5 bis 20 Stunden betragen. 3 bis 12 Stunden können die Zeitintervalle bei Heizungsanla- m gen mit Nachtabsenkung der Raumtemperatur im allgemeinen betragen, bei welchen also die Raumtemperatur während jeder Nachtzeit, bspw. von 22 Uhr bis 6 Uhr abgesenkt wird.

Man kann die Erfindung auch bei längerzeitigen Zeitintervallen anwenden, nämlich dann, wenn die Berechnung des Istwertes der Raumtemperatur über Zeiträume von mehr als 20 Stunden noch ausreichend genau ist, vorzugsweise eine Stützung der Raumtemperatur während der Zeitintervalle gemäß Anspruch 2 vorgesehen ist Bei kurzen Zeitintervallen kann dagegen oft die Maßnahme nach Anspruch 2 weggelassen werden.

Die Zeitintervalle können mittels üblicher Zeitschaltuhren oder Zeitschaltvorrichtungen tageszeitlich und/ <e> oder kalenderzeitlich programmiert sein. Es ist jedoch auch möglich, anstelle einer solchen Programmierung oder zusätzlich zu ihr eine individuelle Programmierungsmöglichkeit vorzusehen, bei welcher man von Hand zu einem beliebigen Zeitpunkt den Beginn und das Ende eines Zeitintervalles programmieren kann, das sich also nicht periodisch wiederholt. Dies ermöglicht es bspw. im Falle eines Einfamilienhauses oder einer Wohnung, daß die Hausfrau, wenn sie bei Abwesenheit der anderen Bewohner dieser Wohnung einkaufen geht und die Einkaufszeit bspw. auf zwei Stunden schätzt, sie dann bei ihrem Weggehen den Beginn des Zeitintervalles auslöst und dessen Ende in die Programmschaltuhr eingibt Wenn sie dann vom Einkauf zurückkommt befindet sich die Raumtemperatur in der Wohnung wieder auf ihrem Normalwert Dies ist natürlich nur ein Beispiel. Es gibt zahlreiche andere Anwendungsfälle oder Situationen, bei welchen die jeweils einmalige Programmierung kurzer Zeitintervalle zu erheblichen Energieeinsparungen führen kann.

Es kann bei kurzen Zeitintervallen in manchen Fällen zweckmäßig sein, der Berechnung der Istwertkurve der Raumtemperatur im Zeitintervall nur die Außentemperatur zugrundezulegen, die zu Beginn des Zeitintervalles vorlag. Jedoch ist es besser und genauer, wenn sich während der Berechnung der Istwertkurve die Außentemperatur ändert, dies fortlaufend rechnerisch mitzuberücksichtigen. Auch kann der Berechnung der Schnellaufheizungskurve bzw. -abkühlungskurve bei kurzen Zeitintervallen oft zweckmäßig die zu Beginn des Zeitintervalles vorliegende Außentemperatur zugrundegelegt werden. Meist ist es jedoch zweckmäßiger, sich ändernde Witterungsbedingungen, also insbesondere sich ändernde Außentemperaturen bei den Berechnungen beider Kurven fortlaufend zu berücksichtigen.

Die Ermittlung des Zeitpunktes des Beginns der Schnellaufheizung bzw. -abkühlung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine vorteilhafte Möglichkeit ist in Anspruch 3 beschrieben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge-■ mäßen Anordnung in Blockbilddarstellung,

F i g. 2 ein Raumtemperatur-Zeit-Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 1. In dem Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß während des Normalbetriebes /1 (F i g. 2) ein konstanter, mittels eines Einstellgliedes 10 (F i g. 1) einstellbarer Normalwert T_n der Raumtemperatur gesteuert wird. Es ist jedoch auch möglich, diesen Normalwert T„ der Raumtemperatur Tr in Abhängigkeit der Witterung, insbesondere der Außentemperatur Τλ wie an sich bekannt gleitend zu führen, vorzugsweise derart, daß er mit steigender Außentemperatur ebenfalls ansteigt Ggfs. kann die Raumtemperatur mittels an den Wärmetauschern 11 angeordneten Thermostatventilen begrenzt werden.

Das Diagramm nach Fig.2 gilt für den Fall des gemeinsamen Beheizens der Gebäuderäume einer Raumgruppe, bspw. einer Wohnung. Gemäß F i g. 1 werden alle in den betreffenden Räumen befindlichen wasserdurchflossenen Wärmetauscher, wie 11, die Konvektoren bilden, über eine einzige gemeinsame Heizungsvorlaufleitung 12 mit Vorlaufwasser der Temperatur Thv beschickt Die von einem Fühler 13 gefühlte Heizungsvorlauftemperatur Ttiv wird während des Normalbetriebes /1 in Abhängigkeit der Außentemperatur Ta gemäß einem durch eine sogenannte Heizkurve vorgegebenen gleitenden Sollwert geregelt der den für die Steuerung des eingestellten Normalwertes T_n erforderlichen funktionellen Zusammenhang zwischen Außentemperatur Ta und Heizungsvorlauftemperatur Thv bestimmt Wenn dieser Normalwert T_n erhöht oder erniedrigt werden soll, wird die Heizkurve geändert In die den jeweiligen Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur über die Leitung 22 zu einem Regler 23 zum Regeln der Heizungsvorlauftemperatur aufgrund der in ihnen eingestellten Heizkurven berechnenden Heizkurvengliedern 14,14' ist je ein Heizkurvendia gramm mit der Abszisse T_A und der Ordinate Thv und zwei beispielsweise Heizkurven 15, 16 eingezeichnet von denen die Heizkurve 15 den Sollwert von Thv für die Steuerung des Normalwertes T_n der Raumtemperatur und die Heizkurve 16 den Sollwert von Thv für die Steuerung der minimalen Raumtemperatur 7}(Fig.2) bestimmt

Im Diagramm nach F i g. 2, dessen Abszisse der Zeit t und dessen Ordinate der Raumtemperatur 7> entspricht beginnt das Zeitintervall J₂ zum Zeitpunkt t\ und endet

zum Zeitpunkt I₂ während welchem die Raumtemperatur 7/f in den durch die in F i g. 1 dargestellte Heizungsanlage 24 gemeinsam beheizten Räumen eines nicht näher dargestellten Gebäudes zur Energieersparnis abgesenkt wird. Ab dem Zeitpunkt ii berechnet ein zweiter Rechner

17 in Abhängigkeit der in ihn von einem Außentemperaturfühler 21 eingegebenen Außentemperatur T_A, sowie mindestens eines fest oder mittels eines Einstellgliedes

18 eingegebenen Gebäudewertes, der die Wärmedämmung der Räume und deren Speichermasse berücksichtigt, und mindestens eines fest oder mittels eines Einstellgliedes 19 eingegebenen, die Eigenschaften der Heizungsanlage berücksichtigenden Wertes das Absinken des Istwertes Tr/ der Raumtemperatur ab Beginn t5 des Zeitintervalles. Die in diesen zweiten Rechner 17 fest eingegebenen Daten sind mittels der manuell einstellbaren Einstellglieder 18,19 so eingestellt, daß er in Abhängigkeit der Außentemperatur den zeitlichen Verlauf des Istwertes Trj der Raumtemperatur Tr ab dem Zeitpunkt ii bis zum Einschalten der Schnellaufheizung wirklichkeitsgetreu für einen vorgesehenen Normalfall berechnet, bspw. für den Fall, daß die Türen und die Fenster der Räume geschlossen und in ihnen keine die Temperatur wesentlich beeinflussenden }·■, Wärmequellen eingeschaltet sind. Ab Beginn t\ des Zeitintervalles /2 führt ein erster Rechner 20 eine in periodischen Zeitabständen wiederholte Berechnung des Zeitpunktes T_x durch, ab dem bei dem vom zweiten Rechner 17 in ihn eingegebenen momentanen berechne- κι ten Istwert Tr/ der Raumtemperatur mit der Schnellaufheizung innerhalb des Zeitintervalles /2 begonnen werden muß, damit unter Einsatz maximaler Heizleistung der Heizungsanlage 24, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Warmwasserzentralheizungsanlage r> ist, am Ende /2 des Zeitintervalles der Normalwert T_n der Raumtemperatur wieder erreicht ist Diese Berechnung des Einschaltzeitpunktes /, der Schnellaufheizung erfolgt in Abhängigkeit folgender in den ersten Rechner

20 eingegebenen Daten: Mittels des Fühlers 21 in den ersten Rechner

eingegebene Außentemperatur Ta, von Uhr 31" gelieferter Zeittakt, mittels Einstellgliedern 18' und 19', die gegebenenfalls ganz oder zum Teil identisch mit den Einstellgliedern 18, 19 sein können und die dem 4-, Eingeben von Gebäudewerten und Werten der Heizungsanlage dienen, welche auf die Berechnung der Schnellaufheizkurve (in F i g. 2 sind drei Schnellheizkurven für unterschiedliche Außentemperaturen strichzweipunktiert eingezeichnet und mit 26, 26' und 26" 5« bezeichnet) von Einfluß sind. Die Einstellglieder 18', 19' können ebenfalls von Hand eingestellt werden und die von ihnen eingegebenen Werte werden, wenn sie die richtigen Werte sind, nicht mehr verändert, es sei denn, daß sich die betreffenden Eigenschaften des Gebäudes oder der Heizungsanlage ändern. Gleiches gilt für die Einstellglieder 18,19.

Die Berechnung des Zeitpunktes t_x durch den ersten Rechner 20 kann bspw. in Abständen von einer Minute periodisch wiederholt werdea wobei der jedesmaligen w> Berechnung die jeweilige vom Außentemperaturfühler

21 gefühlte Außentemperatur und der ihm vom zweiten Rechner 17 eingegebene berechnete momentane Istwert Tr₁ der Raumtemperatur zugrundegelegt wird, so daß sich bei jedem Rechenvorgang ein etwas anderer b5 Zeitpunkt /, ergeben kann. Die das Ergebnis der Berechnungen von U in Funktion von Tr₁ darstellende, also txfTit/) entsprechende Schnellaufheizkurve wird so wegen des langsamen Absinkens des berechneten Istwertes der Raumtemperatur ausgehend vom Normalwert T_n vom Zeitpunkt f2 aus rückwärts berechnet, also bei den bspw. angegebenen Schnellaufheizkurven 26, 26', 26" jeweils von rechts oben nach links unten, wobei jeder berechnete Wert t_x aus dem ersten Rechner 20 in einen Vergleicher 29 eingegeben wird und dort bis zur nächsten Berechnung gespeichert wird.

Der Vergleicher 29 liefert in dem Zeitpunkt t_e einen Schaltimpuls in seine Ausgangsleitung 32 zum Einschalten der Schnellaufheizung, wenn die in ihn von der Schaltuhr 31 über die Leitung 3Γ eingegebene momentane Zeit idem im Vergleicher 29 gespeicherten Zeitwert i» entspricht. Wie die Schnellaufheizung bewirkt wird, wird weiter unten noch näher erläutert. Es sei hier iediglich erwähnt, daS die Schneilaufheizung bis zum Ende fe des Zeitintervalles ]2 anhält und dann wieder auf die außentemperaturabhängige Steuerung des Normalwertes T_n der Raumtemperatur umgeschaltet wird, so daß ab dem Zeitpunkt f2 wieder der Normalbetrieb Ji mit konstanter Raumtemperatur beginnt, das bis zum nächsten Zeitpunkt fi andauert.

In dem Diagramm nach F i g. 2 sind drei unterschiedliche, vom zweiten Rechner 17 ggfs. in Verbindung mit einem die Minimaltemperatur 7>vorgebenden Geber 62 berechnete Istwert-Kurven Trju Trj 2, Trj 3 der Raumtemperatur Tr von Beginn ^f₁) des Zeitintervalles /2 bis zum jeweiligen Einschaltzeitpunkt t_c der Schnellaufheizung als Beispiele solcher Kurven jeweils strichpunktiert eingezeichnet. Die diesen berechneten Kurven zugeordneten Außentemperaturen T_A können beispielsweise + 10⁰C, +0⁰C und —10° C betragen.

Die Heizungsanlage 24 in F i g. 1 sei ferner so ausgelegt, daß ihre maximale Heizleistung bei —20° C gerade ausreicht, um den Normalwert T_n der Raumtemperatur aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet aber, daß bei einer Außentemperatur von —20° C keine nennenswerte Absenkung der Raumtemperatur im Zeitintervall eintreten darf, weil sonst das Schnellaufheizen auf den Normalwert der Raumtemperatur nicht mehr oder nicht mehr ausreichend schnell gelingt. Dies läßt sich bei der Anordnung nach F i g. 1 selbsttätig dadurch bewirken, daß bei einer Außentemperatur von —20⁰C der erste Rechner 20 sofort nach seiner Einschaltung, d.h. mit Beginn u des betreffenden Zeitintervalles /2 an seinem separaten Ausgang 37 einen Impuls in ein Rückstellglied 38 liefert, welches hierauf dieses Zeitintervall löscht und dabei sofort auf Steuerung des Normalwertes T_n der Raumtemperatur umschaltet. In diesen Zeitintervall wird dann also die Temperatur nicht abgesenkt, siehe gestrichelte Kurve 35 in Fig.2. Das Rückstellglied 38 wird ferner von der Uhr 31 über die Leitung 36 zu jedem Zeitpunkt tj mit einem Impuls beaufschlagt, wodurch es auf Normalbetrieb umschaltet, falls es nicht wie soeben beschrieben, bereits zu Beginn des Zeitintervalles hierzu schon kam.

Wenn die Außentemperatur Ta in Bereichen liegt in denen für die Aufrechterhaltung des Normalwertes der Raumtemperatur nicht die maximale Heizleistung der Heizanlage erforderlich ist, kommt es zu Beginn fi des Zeitintervalles /2 stets zum völligen Abschalten der Heizungsanlage 24, nämlich sowohl des Kesselbrenners 41 als auch der Pumpe 40 der Heizungsanlage 24. Damit ist jegliche Zufuhr von Wärmeenergie zu den mit dieser Heizungsanlage beheizten Räumen abgeschaltet und die Heizungsanlage kühlt langsam aus. Auch hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.

Es besteht je nach Länge des Zeitintervalles /2 bei

niedrigeren Außentemperaturen Ta die Gefahr, daß es zu einer unerwünschten starken Auskühlung der Gebäuderäume während des Zeitintervalles kommen kann. Dies läßt sich vermeiden, wenn man eine Stützung der Raumtemperatur auf einen konstanten gesteuerten minimalen Raumtemperaturwert vorsieht, der im Diagramm nach F i g. 2 mit 77 bezeichnet ist. Ti kann bspw. 8 bis 16°C betragen. Wenn der berechnete Istwert Tr) der Raumtemperatur während des Zeitintervalles /2 diesen vorbestimmten, am Geber 62 manuell eingestellten niedrigen Temperaturwert Tr erreicht und zu diesem Zeitpunkt die Schnellaufheizung noch nicht eingeschaltet ist, wird vom Heizkurvenglied 14 auf das Heizkurvenglied 14' umgeschaltet und dann ab diesem Zeitpunkt (t_g in Fig.2) die Heizungsvorlauftemperatur Thv der Heizungsanlage 24 gemäß dem durch die Heizkurve 16 in Abhängigkeit der Außentemperatur Ta bestimmten Sollwert geregelt, wobei die Heizkurve 16 so getroffen ist, daß hierdurch die Raumtemperatur auf den Wert 7>gesteuert wird. Wird der Wert 7}am Geber 62 anders eingestellt, dann wird die Heizkurve 16 im Heizkurvenglied 14' über die Leitung 70 entsprechend verstellt.

Die Warmwasserzentralheizungsanlage 24 weist einen Kessel 42, eine Kesselvorlaufleitung 43, die Heizungsvorlaufleitung 12, die Wärmetauscher 11, eine Heizungsrücklaufleitung 44 und einen Dreiweg-Mischer 45 auf. Eine Abzweigleitung 46 der Heizungsrücklaufleitung 44 führt zu dem einen Eingang des Mischers, dessen anderer Eingang an die Kesselvorlaufleitung 43 angeschlossen ist Die Heizungsrücklaufleitung 44 führt auch zum Kessel 42. Die Heizungsvorlaufleitung ist an den einzigen Ausgang des Mischers 45 angeschlossen. Der Mischer 45 ist mittels eines Stellmotors 47 verstellbar und in seiner einen, als »voll offen« bezeichneten Grenzstellung leitet er ausschließlich aus der Leitung 43 kommendes Kesselvorlaufwasser in die Heizungsvorlaufleitung 12 In der Heizungsvorlaufleitung 12 ist die das Wasser umwälzende Pumpe 40 angeordnet, so daß bei »voll offenem« Mischer alle Wärmetauscher 11 mit Heizungsvorlaufwasser maximaler Temperatur beschickt werden, wobei diese Temperatur der von einem Thermostaten 48 auf einen Maximalwert bspw. 90⁰C geregelten Kesselvorlauftemperatur des Kessels 42 entspricht Solange ein im Stromkreis des Kesselthermostaten liegender Ein-Aus-Schalter 54 geschlossen ist, regelt der Thermostat 48 die maximale Kesselvorlauftemperatur durch Ein- und Ausschalten des Brenners 41. Wenn der Schalter 54 geöffnet ist ist der Thermostat 48 abgeschaltet und der Brenner bleibt ausgeschaltet so daß keine Beheizung des Kesselwassers stattfinden kann.

Die in Fig. 1 eingezeichneten Schalter befinden sich in den voll ausgezogenen Stellungen in Schaltzuständen, die während des Normalbetriebs /1 vorliegen und deshalb der Steuerung des mittels des Einstellgliedes 10, das außer an die beiden Rechner 17 und 20 auch an das Heizkurvenglied 14 angeschlossen ist eingestellten Normalwertes T_n der Raumtemperatur Tr dient Zu diesem Zweck ist das Heizkurvenglied 14 mittels des Schalters 53 an die zum Regler 23 rührende Leitung 22 angeschlossen, so daß in den Regler 23 der durch die jeweils eingestellte Heizkurve 15 in Abhängigkeit der Außentemperatur T_A bestimmte Sollwert von Thv in den Regler 23 über die Leitung 22 eingegeben wird. In den Regler 23 wird ferner der Istwert der Heizungsvorlauftemperatur Thv eingegeben, der mittels des Fühlers 13 gefühlt wird. Ein Schalter 55 verbindet den Ausgang des Reglers 23 mit dem Stellmotor 47, welcher in Abhängigkeit der vom Regler 23 gefühlten Regelabweichung das Mischventil 45 jeweils so verstellt, daß die Heizungsvurlauftemperatur Thv in der Leitung 12 > gemäß der Heizkurve 15 geregelt wird. Dabei wird die Kesselvorlauftemperatur infolge des geschlossenen Schalters 54 auf einem am Thermostaten 48 eingestellten konstanten Maximalwert gehalten und das Mischventil 45 mischt dem Kesselvorlaufwasser kühleres

in Heizungsrücklaufwasser zur Beeinflussung der Heizungsvorlauftemperatur THvbe'i.

Zu jedem programmierten Zeitpunkt t\ liefert die Schaltuhr 31 auf den Leitungen 54, 54', 54" einen Schaltimpuls zu Stellgliedern 34, 34', 34", durch die die Schalter 51, 54, 55 in ihre gestrichelten Stellungen umgeschaltet werden. Hierdurch wird die Heizungsanlage 24 völlig abgeschaltet, da durch die geöffneten Schalter 51 und 54 die Pumpe 40 und der Brenner 41 abgeschaltet sind. Ferner ist der Reglerausgang 55 durch den Schalter 55 abgeschaltet. Der Stellmotor 47 ist mittels des in seine gestrichelt dargestellte Stellung geschalteten Schalters 55 an einen Geber 58 angeschlossen, der den Stellmotor so steuert, daß er das Mischventil 45 voll öffnet.

Da die Heizungsanlage 24 somit ab dem Zeitpunkt t\ abgeschaltet ist, kühlen die Heizungsanlage und die von ihr beheizten Räume je nach Außentemperatur schneller oder langsamer aus. Wenn angenommen sei, daß die Außentemperatur —10° C betrage, dann berechnet der zweite Rechner 17 den Abstieg der Raumtemperatur gemäß der als ein Beispiel in F i g. 2 eingezeichneten Istwertkurve 7> i. Beträgt dagegen bspw. die Außentemperatur + 10⁰C, rechnet der zweite Rechner den Abstieg der Raumtemperatur gemäß der Istwertkurve Tr/2. Wenn andere Außentemperaturen vorliegen, berechnet der Rechner 17 entsprechend andere Istwertkurven, die jeweils dem tatsächlichen Abfall der Raumtemperatur in den betreffenden Gebäuderäumen entsprechen. Wenn sich die Außentemperatur während der Arbeit des Rechners 17 ändert berücksichtigt dies der Rechner entsprechend, da der Außentemperaturfühler 21 ständig die momentane Außentemperatur T_A in den Rechner 17 eingibt Dieser Rechner 17 liefert den berechneten Istwert Tr₁ ständig in den ersten Rechner 20, solange der Schalter 5 7 in der voll ausgezogen dargestellten Schaltstellung sich befindet Der erste Rechner 20 und der erste Vergleicher 29 arbeiten wie bereits oben beschrieben, und wenn der erste Vergleicher fühlt daß die momentane Zeit f den vom ersten Rechner berechneten Zeitpunkt t, erreicht hat ist der Einschaltzeitpunkt f_eder Schnellaufheizung erreicht d. h. es wird durch das auf der Ausgangsleitung 32 vom ersten Vergleicher 29 gelieferte Schaltsignal die Schnellaufheizung der Gebäuderäume eingeschaltet Zu diesem Zweck werden mittels dieses Schaltsignales die an den Ausgang des ersten Vergleichers 29 angeschlossenen Stellglieder 34, 34' so betätigt daß die Schalter 51 und 54 wieder eingeschaltet werden und damit die Pumpe 40 wieder läuft und der Brenner 41 das Kesselvorlaufwasser geregelt durch den Thermostaten 48 wieder auf die maximale Kesselvorlauftemperatur von bspw. 90⁰C aufheizt Der Schalter 55 bleibt in seiner gestrichelten Schaltstellung, so daß das Mischventil 45 voll geöffnet bleibt und damit in den Heizungsvorlauf 12 ausschließlich Kesselvorlaufwasser aus der Leitung 43 einströmt Hierdurch wird den durch die Wärmetauscher 11 beheizten Räumen die von der Heizungsanlage 24

maximal aufbringbare Heizleistung zugeführt, so daß eine Schnellaufheizung dieser Räume stattfindet. Diese Schnellaufheizung dauert an bis zum programmierten Ende h des Zeitintervalles. Zu diesem Zeitpunkt h liefert die Schaltuhr 31 in die Leitung 36 einen Schaltimpuls, ■> durch den das Rückstellglied 38 beaufschlagt wird, welches sämtliche in Fig. 1 dargestellten Schalter 5 in die voll ausgezogen dargestellten Schaltstellungen zurückschaltet, so daß nunmehr wieder der Normalwert T_n der Raumtemperatur bis zum Beginn des nächsten Zeitintervalles gesteuert wird.

In dem Diagramm nach F i g. 2 wird bei sehr niedrigen Außentemperaturen und bei höheren Außentemperaturen, wie aus den beispielsweisen Kurven Tr/ i, Tr/ ₃ ersichtlich, der Minimalwert 7} der Raumtemperatur nicht erreicht, sondern es wird schon vorher auf Sehneilaufheizung zum ermittelten Zeitpunkt t_e umgeschaltet. In einem mittleren Bereich der Außentemperatur kann dagegen der Fall eintreten, daß die Raumtemperatur während des Zeitintervalles bis auf den Wert 7} absinkt und entsprechend erreicht die berechnete Istwertkurve Tr₁ dann den Wert 7>. Dies ist für die Istwertkurve Tr/2 in Fig.2 an einem Beispiel dargestellt. Da die Temperatur Tr nicht unterschritten werden soll, wird mittels eines zweiten Vergleichers 61 (Fig. 1) festgestellt wenn der zweite Rechner 17 den Wert Tr berechnet. In diesen zweiten Vergleicher 61 ist auch der an dem Geber 62 eingestellte Wert 7} ebenfalls eingegeben, und wenn dieser Vergleicher 61 feststellt, daß der vom Rechner 17 berechnete Istwert Tr/ dem Wert T_r entspricht, schaltet er mittels der Stellglieder 63, 65, 34" die Schalter 57 und 53 in die gestrichelten Stellungen und den Schalter 34" in die voll ausgezogen dargestellte Stellung um. Nunmehr ist der Geber 62 anstatt des zweiten Rechners 17 an den betreffenden Eingang des ersten Rechners 20 angeschlossen, so daß dieser Rechner 20 nunmehr periodisch den Einschaltzeitpunkt t_x für die Raumtemperatur Tr zwecks Ermittlung des Einschaltzeitpunktes t_c für die Schnellaufheizung berechnet Ab dem Ansprechen des Vergleichers 61, was bei der Kurve Tr/ 2 in F i g. 2 zum Zeitpunkt t_g erfolgt, wird die Raumtemperatur durch die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 gemäß dem am Geber 62 eingestellten minimalen Raumtemperaturwert 7} gesteuert Dies erfolgt dadurch, daß der Schalter 53 in seine gestrichelte Stellung eingeschaltet ist, so daß das Heizkurvenglied 14' dem Regler 23 den Sollwert gemäß der Heizkurve 16 'iefert Da der Schalter 55 in der voll ausgezogen dargestellten Stellung ist, regelt der Regler 23 die Heizungsvorlauftemperatur Thv gemäß so dem vom Heizkurvenglied 14' gelieferten Sollwert und hierdurch wird die Raumtemperatur auf den Wert 7> gestützt Ab dem Zeitpunkt t_g ist auch der Speisestromkreis der Pumpe 40 mittels des Schalters 51 eingeschaltet, da der Vergleicher 61 dessen Stellglied 34 entsprechend erregt Wenn der erste Vergleicher 29 fühlt, daß die momentane Zeit t den ihm vom Rechner 20 periodisch eingegebenen Zeitpunkt t_x erreicht hat schaltet er in der bereits oben beschriebenen Weise die Sehneilaufheizung ein, wobei er jedoch zusätzlich den Schalter 55 durch entsprechende Ansteuerung des Einstellgliedes 34", das beispielsweise ein bistabiles Relais sein kann, in die gestrichelte Stellung zurückschaltet, so daß der Geber 58 den Stellmotor 47 wieder zum vollen öffnen des Mischventils 45 ansteuert und hierdurch die maximale Heizleistung durch die Heizungsanlage 24 zum Beheizen der Räume aufgebracht wird zwecks der Sehneilaufheizung dieser Räume. Zum Zeitpunkt I₂ wird wie oben beschrieben auf Normalbetrieb umgeschaltet.

Zur Steuerung der Raumtemperatur können elektrische und elektronische Bauteile verwendet werden, so daß die Schaltungsanordnung dann eine elektrische Schaltungsanordnung ist. Jedoch ist es auch denkbar, daß man einzelnen Komponenten auch nichtelektrische Bauart geben kann, beispielsweise den Stellmotor 40 anstatt als Elektromotor als elektrisch beheiztes Dehnstoffelement, Hydraulikzylinder oder dergleichen auszubilden, usw.

Anstatt in dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel den Extremwert der Raumtemperatur im Zeitintervall stets dann zu steuern, wenn der berechnete Istwert der Raumtemperatur ihn erreicht, kann zur noch weiteren Energieersparnis mit Vorteil auch vorgesehen sein, die Steuerung dieses Extremwertes immer nur dann einzuschalten, wenn nicht nur der berechnete Istwert den Extremwert erreicht bzw. unterschritten hat, sondern zusätzlich noch eine weitere Bedingung erfüllt ist, nämlich, daß die momentane Außentemperatur oder ein Mittelwert der Außentemperatur zumindest um einen vorbestimmten Betrag unter dem Extremwert liegt, bspw. um 6° C und mehr. Dieser vorbestimmte Betrag kann von der Höhe des Extremwertes abhängig sein und ist so zu treffen, daß die Sehneilaufheizung sowohl sicher gelingt als auch auf keinen Fall Frostgefahr für die abgeschaltete Heizungsanlage oder sonstige Frostgefahr in den mit der Heizungsanlage zu beheizenden Räumen auftreten kann. Wenn im Falle des Heizens der Extremwert bspw. auf 8 bis 16°C eingestellt ist, kann vorgesehen sein, daß nur dann seine Steuerung eingeschaltet werden kann, wenn die momentane Außentemperatur bspw. unter +2⁰C liegt oder der Mittelwert der Außentemperatur während einer vorbestimmten Anzahl vorangegangener Stunden, bspw. 12 bis 24 Stunden, unter 2"C oder unter einem anderen niedrigen Mittelwert gelegen hat, der in der Nähe von 0⁰C liegen kann. Der Mittelwert der Außentemperatur kann bspw. mittels eines Rechners, z. B. zusätzlich mit vom ersten oder zweiten Rechner 20, 17 berechnet werden.

Das vorstehende Ausführungsbeispiei bezog sich auf die Steuerung der Raumtemperatur durch eine Heizungsanlage. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei Steuerung der Raumtemperatur der betreffenden Räume durch eine ihrem Kühlen dienende Klimaanlage, die gegebenenfalls in der kalten Jahreszeit auch dem Beheizen der Räume dienen kann. Die Anordnung trifft dann selbsttätig die Entscheidung, ob jeweils Schnellaufheizen oder Schnellabkühlen einzuschalten ist, um den Normalwert der Raumtemperatur gegen Ende des betreffenden zweiten Zeitintervalles wieder zu erreichen, da der zweite Rechner jeweils den Istwert der Raumtemperatur ausgibt, gleichgültig ob er oberhalb oder unterhalb des Normalwertes der Raumtemperatur liegt oder dem Normalwert der Raumtemperatur entspricht und demzufolge gibt der erste Rechner dann jeweils den Einschaltzeitpunkt für das Schnellaufheizen bzw. Schnellabkühlen, je nachdem, ob der berechnete momentane Istwert der Raumtemperatur oberhalb oder unterhalb der Normaltemperatur liegt und es wird Schnellaufheizen eingestellt, wenn der berechnete Istwert zum betreffenden Zeitpunkt unterhalb des Normalwertes der Raumtemperatur liegt und Schnellabkühlen dann eingeschaltet wenn zu dem betreffenden Zeitpunkt der berechnete Raumtemperatur-Istwert über dem Normalwert der Raumtemperatur liegt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Steuern der Raumtemperatur während eines Zeitintervalles, das zwischen Perioden liegt, in denen Normalwerte der Raumtempera- tür durch Heizen bzw. Kühlen aufrechterhalten werden, wobei während dieses Zeitintervalles die Raumtemperatur zwecks Energieersparnis im Falle des Heizens abgesenkt und im Falle des Kühlens angehoben wird, indem zu Beginn des Zeitintervalles ι ο die Zufuhr von Heiz- und Kühlleistung abgeschaltet oder erheblich reduziert wird, und zu Ende des Zeitintervalles auf Schnellaufheizung bzw. -abkühlung so rechtzeitig umgeschaltet wird, daß vor Beendigung des Zeitintervalles der Normalwert der Raumtemperatur wieder ungefähr erreicht ist, wozu die durch die Schnellaufheizung bzw. Schnellabkühlung zu erwartende Änderung der Raumtemperatur als Schnellaufheizkurve bzw. Schnellabkühlungskur ve unter Berücksichtigung der Gebäudewerte, der Werte der Heizungs- bzw. Klimaanlage und der momentanen Witterung mittels eines ersten Rechners berechnet und mit der Schnellaufheizung bzw. Schnellabkühlung begonnen wird, wenn die zeitliche Istwertkurve der Raumtemperatur die berechnete Schnellaufheizungskurve bzw. Schnellabkühlungskurve erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwertkurve (Tr/) der Raumtemperatur (Tr) ab Beginn des Zeitintervalles bis zum jeweiligen Beginn der Schnellaufheizung bzw. Schnellabkühlung mittels eines zweiten Rechners (17) unter Berücksichtigung der Gebäudewerte, der Werte der Heizungs- oder Klimaanlage und der momentanen Witterung berechnet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- » zeichnet, daß für das Zeitintervall ein Extremwert der Raumtemperatur vorgegeben wird, der im Falle des Heizens ein Minimalwert (Tfj der Raumtemperatur und im Falle des Kühlens ein Maximalwert der Raumtemperatur ist, und daß, wenn der berechnete Istwert der Raumtemperatur diesen Extremwert erreicht, auf Steuerung dieses Extremwertes der Raumtemperatur in Abhängigkeit der momentanen Witterung umgeschaltet wird und auf Schnellaufheizung bzw. Schnellabkühlung umgeschaltet wird, wenn die Schnellaufheizungskurve bzw. Schnellabkühlungskurve diesen Extremwert erreicht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zeitintervallen der für den momentan berechneten Istwert (T_RJ) der Raumtemperatur erforderliche Einschaltzeitpunkt (tx) der Schnellaufheizung bzw. -abkühlung stetig oder periodisch berechnet wird und die Schnellaufheizung bzw. -abkühlung eingeschaltet wird, wenn dieser berechnete Einschaltzeitpunkt (t_x) mit der momentanen Zeit (t) übereinstimmt oder die momentane Zeit diesen Einschaltzeitpunkt (t_x) seit dem letzten Vergleich überschritten hat

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie der Steuerung der Raumtemperatur einer Wohnung dient

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie der Steuerung der Raumtemperatur eines ganzen Gebäudes dient.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie der Steuerung der Raumtemperatur einer Gebäudezone dient.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Zeitintervalles max. 20 Stunden beträgt

8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann auf Steuerung des Extremwertes der Raumtemperatur umgeschaltet wird, wenn nicht nur der berechnete Istwert der Raumtemperatur den Extremwert erreicht bzw. unterschritten oder überschritten hat, sondern zusätzlich die Außentemperatur oder ein Mittelwert der Außentemperatur im Falle des Heizens zumindest um einen vorbestimmten Betrag unter dem bzw. im Falle des Kühlens zumindest um einen vorbestimmten Betrag über dem Extremwert liegt

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Mittelwert der Außentemperatur über eine vorbestimmte Zeitspanne gebildet wird, die jeweils bis zur momentanen Zeit reicht