DE3001844A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum bestimmen des optimalen einschaltzeitpunktes einer heizungs- oder klimaanlage - Google Patents

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bestimmen des optimalen Einschaltzeitpunktes einer Heizungs- oder Klimaanlage

Die Erfindung bestrifft ein Verfahren zum Bestimmen des optimalen Einschaltzeitpunktes einer Heizungs- oder Klimaanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der US-PS 3,964,676 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens geeignet ist. Das Prinzip eines solchen Verfahrens dient der Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades einer Heizungs- oder Klimaanlage in einem nur zu bestimmten Zeiten benutzen Gebäude, wie beispielsweise in einem Geschäfts- oder einem Schulhaus. Optimal ist der Wirkungsgrad dann, wenn einerseits nur während der Belegungsperiode eine behagliche Raumtemperatur aufrechterhalten wird und andererseits während den Nichtbelegungsperioden möglichst viel Heizenergie eingespart wird. Die Einsparung ist dann am grössten, wenn man während den Nichtbelegungsperioden die Raumtemperatur bis auf ein zulässiges Minimum absinken lässt und für den Heizbeginn den spätest möglichen Zeitpunkt wählt, um dann mit der grössten zur Verfügung stehenden Heizleistung die Räume in kürzester Zeit

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aufzuheizen. Der Einschaltzeitpunkt ist dann optimal gewählt, wenn bei Beginn der Belegungsperiode und nicht vorher die für die Behaglichkeit erforderliche Raumtemperatur erreicht ist.

Der optimale Einschaltzeitpunkt ist jedoch kein konstanter Wert, sondern er ist von der Abkühlung der zu beheizenden Räume sowie von der Aufheizdauer, welche im folgenden durch die Aufheizsteilheit ausgedrückt wird, abhängig.

Die Aufheizsteilheit wird in K/h (°K/Stunde) angegeben und ist von der Bauweise (Isolation usw.) des zu beheizenden Gebäudes, von der jeweils herrschenden Aussentemperatur und von der Auslegetemperatur der Heizungs- oder Klimaanlage abhängig. Die Auslegetemperatur entspricht der tiefsten Aussentemperatur, für welche die Heizungs- oder Klimaanlage ausgelegt, d.h. berechnet ist und bei welcher die mit der vollen zur Verfügung stehenden Heizleistung betriebene Heizungs- oder Klimaanlage die Räume gerade noch aufzuheizen vermag. Bei der tiefsten Aussentemperatür ist die Aufheizsteilheit am geringsten, weil die ständigen Wärmeverluste des Gebäudes dann am grössteη sind. Die Aufheizung um einen gleichen Betrag dauert bei der tiefsten Aussentemperatur demzufolge länger als bei einer höheren Aussentemperatur, bei welcher die Aufheizsteilheit grosser ist.

Da auch die Aufheizsteilheit kein konstanter Wert ist, wie sich im vorstehenden Beschreibungsteil gezeigt hat, ist es zur Erzielung eines optimalen Einschaltzeitpunktes erforderlich, die Aufheizsteilheit an die Heizungs- oder Klimaanlage unter Berücksichtigung der Auslegetemperatur und der Bauweise des Gebäudes anzupassen.

Es ist bekannt, die zu einer Anlage angegebene Auslegetemperatur in ein programmiertes Steuergerät zum Bestimmen des optimalen Einschaltzeitpunktes einzugeben.

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Dabei ist jedoch nicht gewährleistet, dass der Einschaltzeitpunkt durch das Steuergerät tatsächlich optimal bestimmt werden kann, weil bekanntlich viele Heizungsanlagen infolge von Sicherheitszuschlagen bei deren Berechnung überdimensioniert sind. Die tatsächliche Auslegetemperatur liegt demzufolge bei einem tieferen als dem der Berechnung zugrundeliegenden Wert. Die Folge bei einer Eingabe des berechneten Wertes in das Steuergerät ist in einem solchen Fall eine grössere Aufheizsteilheit als erwünscht und damit ein verfrühtes Erreichen der für die Behaglichkeit erforderlichen Raumtemperatur. Die Möglichkeit der Einsparung von Heizenergie wird in einem solchen Fall nicht optimal ausgenutzt.

Ein weiterer Nachteil der erwähnten Eingabeart ist es, dass sich die Aufheizsteilheit nur durch einen Punkt, nämlich auf die ohnehin sehr selten erreichte Auslegetemperatur, einstellen lässt. Eine solche Einstellart lässt es beispielsweise nicht zu, dass die durch eine Gerade definierten Werte des von der Aussentemperatur abhängigen Koeffizienten der Aufheizsteilheiten zur optimalen Anpassung beliebig eingestellt werden können.Es ist dabei zum Beispiel eine Schwenkung und eine davon unabhängige Parallelverschiebung der Geraden nicht möglich.

Da die Inneneinrichtungen in den zu beheizenden Räumen in einer länger als einen Tag dauernden Ausschaltperiode, beispielsweise über ein Wochenende, insbesondere bei tiefen Aussentemperaturen stärker auskühlen als nur während einer Nacht, genügt die Berücksichtigung der absinkenden Raumtemperatur, welche insbesondere durch die Lufttemperatur definiert ist, nicht. Obwohl die Raumtemperatur zu Beginn der Belegungsperiode den gewählten Wert erreicht hat, ist die gewünschte Behaglichkeit in einem solchen Fall nicht vorhanden, weil die Einrichtungsgegenstände und ins-

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besondere auch die Wände der Räume stärker ausgekühlt sind als nur während einer Nacht- Om die Behaglichkeit zu Beginn der Belegungsperiode dennoch zu gewährleisten, ist es bekannt/ beispielsweise am Montag morgen den Einschaltzeitpunkt zusätzlich um einen bestimmten Betrag vorzuverlegen. Da jedoch die langer als 24 Stunden dauernden Ausschaltperioden von einem Tag (einzelner Feiertag innerhalb der Woche) bis zu mehreren Tagen (Weihnachten und Neujahr) dauern können, resultiert daraus auch eine unterschiedlich starke Auskühlung der Wände und Einrichtungsgegenstände. Diesen Unterschieden wird bei den zum Stand der Technik zählenden Verfahren bzw. Geräten nicht Rechnung getragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen des optimalen Einschaltzeitpunktes anzugeben, welches eine vollständige Anpassung an die gegebenen Eigenschaften der Anlage ermöglicht. Ferner sollen auch unterschiedlich starke Auskühlungen infolge unterschiedlich langer Ausschaltperioden zusätzlich berücksichtigt werden.

Die gestellte Aufgabe gelingt erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist übersichtlich, lässt sich leicht erläutern und ermöglicht eine Einstellung der Aufheizsteilheit in dem am häufigsten auftretenden Temperaturbereich.

Falls die erforderlichen Einstellwerte nicht oder nur ungenau bekannt sind, lassen sich diese auf eine relativ einfache Art anhand des als bevorzugte Ausführungsform angegebenen Verfahrens nach Anspruch 2 ermitteln.

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Im Anspruch 5 ist eine Lösung aufgezeigt, welche eine optimale Anpassung auch bei unterschiedlich langen Ausschaltperioden ermöglicht.

Die im Anspruch 7 beanspruchte Schaltungsanordnung weist eine Rechnersbhaltung auf, welche zur optimalen Verarbeitung der eingegebenen Daten und Messwerte geeignet ist. Als besonders vorteilhafte Ausfuhrungsform des Erfindungsgegenstandes ist im Anspruch 10 die Funktion der genannten Rechnerschaltung definiert.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanord

nung,

Fig. 2 ein Nomogramm zur Ermittlung der Aufheiz-

Steilheiten,

Fig. 3 ein Funktionsdiagramm der Schaltungsan

ordnung nach der Figur 1 und

Fig. 4 ein weiteres Funktionsdiagramm zur Er

läuterung der zusätzlichen Frühaufheizung.

Die Schaltungsanordnung nach der Figur 1 weist einen Rechner 10 auf, welchem über ein Additionsglied 12 Signalspannungen U]_ und U3 sowie unmittelbar eine Signalspannung Ü2 und eine Referenzspannung Uf züge führt werden. Die Ausgangssignalspannung des Rechners 10 ist mit U^ bezeichnet. Zwischen dem Additionsglied 12 und dem Rechner 10 sind zwei zueinander parallel angeordnete Einstellelemente in Form von Potentiometern 14 und 16 angeordnet. Das Potentiome-

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ter 14 dient zur Einstellung der Aufheizsteilheit S+ und das Potentiometer 16 dient zur Einstellung der Aufheizsteilheit S-. Die dem Additionsglied 12 zugeführte Spannung U3 ist an einem Einstellelement in Form eines Potentiometers 18 einstellbar. Die dem Additionsglied 12 zugeführte Spannung U-, entspricht der Temperaturdifferenz zwischen einem Sollwert x^ und der Raumtemperatur t_a. Die Spannung U2 entspricht der gemessenen Aussentemperatur t .

Zur Messung der Aussentemperatur t_a dient ein temperaturabhängiger Widerstand 20, der in Reihe mit einem Widerstand 22 zwischen die Referenzspannung U_ref und Masse geschaltet ist. Der Mittelabgriff zwischen diesen beiden Widerständen 20 und 22 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 24 verbunden, dessen Ausgangssignal die dem Rechner 10 zugeführte Spannung U2 ist.

Zur Messung der Raumtemperatur dient ein temperaturabhängiger Widerstand 26, der mit einem Widerstand 2 8 in Reihe zwischen der Referenzspannung U_ref und Masse angeordnet ist. Zur Einstellung des Sollwertes x-^ der gewählten Raumtemperatur t ist ein Potentiometer 30 vorgesehen, welches mit einem Widerstand 32 in Reihe zwischen der Referenzspannung U_ref und Masse angeordnet ist.

Die Verbindungspunkte zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand 26 und dem Widerstand 28 sowie zwischen dem Potentiometer 30 und dem Widerstand 32 sind mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 34 verbunden, dessen Ausgangssignal die dem Additionsglied 12 zugeführte Spannung U^ ist. Diese Spannung entspricht der Temperaturdifferenz Δ t_r zwischen dem Sollwert X^ und der Raumtemperatur t_r.

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Die Ausgangs Signalspannung U 4 des Rechners 10 wird dem ersten Eingang eines ersten Komparators 36 zugeführt. Dem zweiten Eingang des ersten Komparators 36 wird eine Spannung U5 zugeführt, welche eine in Abhängigkeit von der Zeit proportional ansteigende Spannung ist. Der Ausgang des Komparators 36 ist jeweils mit dem Setzeingang S einer ersten und einer zweiten Flipflopschaltung 38, 40, verbunden. Der Ausgang Q der ersten Flipflopschaltung ist mit der Erregerwicklung eines Relais A verbunden.

Dem ersten Eingang eines zweiten Komparators 42 wird die Referenzspannung Uf zugeführt. Dem zweiten Eingang dieses Komparators 42 wird die zeitabhängige Spannung U5 zugeführt. Der Ausgang des Komparators 42 ist mit dem Rückstelleingang R der ersten Flipflopschaltung 38 verbunden.

Der Rückstelleingang R der zweiten Flipflopschaltung 40 ist mit dem Ausgang eines ersten Zählers 44 verbunden.

Die Ausgänge eines ümschaltkontaktes 46 einer nicht näher dargestellten Schaltuhr sind mit dem Setzeingang S und mit dem Rückstelleingang R einer dritten Flipflopschaltung 48 verbunden. Um die Schaltungsanordnung zum Bestimmen des optimalen Einschaltzeitpunktes zu sisrten, zeigt der Umschal tkontakt 46 auf den Setzeingang S der dritten Flipflopschaltung 48. In der gezeigten Stellung ist der Umschaltkontakt 46 mit dem Rückstelleingang R der dritten Flipflopschaltung 48 verbunden, welche Stellung der Ausschaltperiode der zu steuernden Heizungs- oder Klimaanlage entspricht.

Der erste Zähler 44₇ ein zweiter Zähler 50 und ein dritter Zähler 52 sind über ihren jeweils ersten Eingang mit dem Ausgang einer Oszillatorschaltung 54 verbunden. Der Aias-

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gang Q der dritten Flipflopschaltung 48 ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Zählers 50 verbunden. Der invertierte Ausgang Q ist mit dem jeweils zweiten Eingang des ersten Zählers 44 und des dritten Zählers 52 verbunden.

Der Ausgang des zweiten Zählers 50 ist mit dem Eingang eines ersten Digital-Analog-Wandlers 56 verbunden, dessen Ausgangsspannung die proportional in Abhängigkeit von der Zeit ansteigende Spannung U5 ist.
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Der Ausgang des dritten Zählers 52 ist mit dem Eingang eines zweiten Digital-Analog-Wandlers 58 verbunden, dessen Ausgangsspannung die Spannung Ü3 ist.

Anhand des in der Figur 2 dargestellten Nomogramms soll nun die Ermittlung der Einstellwerte S- und S+ erläutert werden, welche Werte an den Potentiometern 14 und 16 (Fig.l) einzustellen sind. Auf der Abszissenachse dieses Nomogramms ist eine Skala mit den Werten der Aussentemperatur in Grad Celsius aufgetragen. Bei den Aussentemperaturwerten von plus 20 Grad Celsius und von minus 20 Grad Celsius ist je eine Ordinatenachse dargestellt. Die Skalen auf diesen Ordinatenachsen sind auf eine Aufheizsteilheit bezogen, welche hier in °K/Stunde (K/h) angegeben sind. Die Ordinatenachse bei einer Aussentemperatur t_a von minus 20 Grad Celsius ist mit S- bezeichnet, während die Ordinatenachse bei der Aussentemperatur t_a von plus 20 Grad Celsius mit S+ bezeichnet ist. Diese Werte S- und S+ bezeichnen die an den Potentiometern 14 und 16 in der Figur 1 einzustellenden Werte der Aufheizsteilheit. Die Aussentemperaturwerte von minus 20 Grad Celsius und plus 20 Grad Celsius sind willkürlich gewählte Werte und apparatebedingt.

Um die Werte S- und S+ zu ermitteln, wird die Heizung bzw. die Klimaanlage nach einer Ausschaltperiode eingeschaltet und der Anstieg der Raumtemperatur pro Stunde gemessen.

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Der gemessene Wert wird bei der jeweils herrschenden Aussentemperatur in das Nomogramm nach der Figur 2 eingetragen- Um eine optimale Anpassung zu erzielen, ist es vorteilhaft, bei einem anderen Aussentemperaturwert das gleiche Verfahren zu wiederholen. Sind zwei solcher Messpunkte vorhanden und im Nomogramm eingetragen, lässt sich eine Gerade 60 über diesen beiden Punkte ziehen und nach beiden Seiten hin verlängern. An den Ordinatenskalen S- und S+ sind sodann die entsprechenden Einstellwerte ablesbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 verläuft diese Gerade 60 beim Einstellwert S-über zwei und beim Einstellwert S+ über sechs K/h.

Die nach unten verlängerte Gerade 60 endet bei einem Aussentemperaturwert von minus 40 Celsius. Dies ist der theoretische Wert, bei dem eine Aufheizung der zu beheizenden oder zu klimatisierenden Räume selbst bei der grössten zur Verfügung stehenden Heizleistung nicht mehr möglich ist. Bei einem solchen Aussentemperaturwert könnte die vorhandene Raumtemperatur bei der grössten Heizleistung höchstens noch gehalten werden.

Im Nomogramm nach der Figur 2 ist oberhalb der Abszisse eine zweite Skala aufgetragen, welche gegenüber der Aussentemperaturskala t_a um 5 Grad Celsius nach unten versetzt ist. Diese mit t_Aus^_eg_e bezeichnete Skala ist auf die bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnte Auslegetemperatur bezogen. In dem in der Figur 2 angegebenen Ausführungsbeispiel endet die Gerade 60 bei einer Auslegetemperatur von minus 35 Grad Celsius. Dieses ist also der tiefste Aussentemperaturwert, bei welchem die Anlage die angeschlossenen Räume gerade noch aufzuheizen vermag.

Da die Ermittlung von zwei Messwerten zur Bestimmung der Geraden 60 voraussetzt, dass diese bei zwei verschiedenen

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Aussentemperaturwerten t_a aufgenommen warden, ist es auch möglich, für die provisorische Ermittlung die Gerade 60 zwischen einem Messpunkt und der zu der Anlage angegebenen Auslegetemperatur t_aus^ zu ziehen. Eine solche Ermlttlung entspricht zwar nur dann dem Optimum, wenn die angegebene Auslegetemperatur tatsächlich auch stimmt. Sollte die angegebene Auslegetemperatur jedoch nicht der tatsächlichen Auslegetemperatur entsprechen, so ist eine solche Ermittlung trotzdem genauer, als ein Einstellwert, welcher nur auf der Auslegetemperatur basiert, wie es beispielsweise bei zum Stand der Technik zählenden Geräten üblich ist.

Nachfolgend soll die Funktion der Schaltungsanordnung nach der Figur 1 anhand des Diagrammes nach der Figur 3 näher erläutert werden. Um einer Verwechslung vorzubeugen, sei darauf hingewiesen, dass die in der Figur 2 dargestellte Gerade 60 nicht die Aufheizsteilheit darstellt, sondern deren Koeffizienten an dieser Geraden 60 ablesbar sind. Im Diagramm nach der Figur 3 hingegen sind die Aufheizsteilheiten S-, S+ und eine wahlweise angenommene zwischen den Werten S- und S+ liegende Aufheizsteilheit S dargestellt.

Die mit t bezeichnete Abszisse entspricht der Zeitachse, welche beispielsweise in Stunden oder Tage eingeteilt sein kann. Die Ordinate entspricht der Raumtemperatur t in Grad Celsius. Der Wert x_k auf der Raumtemperaturachse ist der am Sollwertgeber 30 (Figur 1) eingestellte Sollwert der Raumtemperatur. Mit 62 ist die zuEnde gehende Belegungsperiode bezeichnet, welche beim Ausschaltzeitpunkt 64 endet. Zwischen dem Ausschaltzeitpunkt 64 und dem Beginn 66 einer folgenden Belegungsperiode 6 8 liegt eine Nichtbelegungsperiode 70.

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Nach dem Ausschaltzeitpunkt 64 beginnt die Raumtemperatur nach einer e-Funktion gemäss der Kurve 72 abzusinken. Mit Δ t ist die Differenz bezeichnet, um welche die Raumtemperatur 72 bis zu einem Einschaltzeitpunkt 74 gegenüber dem Sollwert x_k abgesunken ist.

Der Einschaltzeitpunkt 74 ist gegeben durch den Kreuzungspunkt zwischen der absinkenden Raumtemperatur 72 und der der gerade herrschenden Aussentemperatur zugrundeliegenden Aufheizsteilheit S. Unter der Voraussetzung, dass die Aufheizsteilheit S optimal gewählt wurde, wird dann die ansteigende Raumtemperatur 72' genau zum Zeitpunkt 66, bei welchem die folgende Belegungsperiode 6 8 beginnt, dem Sollwert x^ entsprechen.

Die Aufheizsteilheiten S-, S und S+ sind im Diagramm nach der Figur 3 vereinfacht durch gerade Linien dargestellt. Die ansteigende Raumtemperatur 72' wird sich gegenüber einer solchen geraden Linie leicht s-förmig verhalten.

Eine solche Abweichung ist jedoch ohne Bedeutung, da es nur darauf ankommt, dass die ansteigende Raumtemperatur 72' möglichst genau zum Zeitpunkt 66 den Sollwert x^ erreicht.

Die Schaltungsanordnung nach der Figur 1 ist nun dazu bestimmt, den opitmalen Einschaltzeitpunkt 74 zu ermitteln. Zur Erreichung dieses Zieles ist es erforderlich, dass die Ermittlung zu einem Zeitpunkt beginnt, welcher in einem ausreichenden Abstand vor dem Belegungsbeginn 66 liegt, damit einer Aufheizung bei der am weitesten abgesunkenen Raumtemperatur und bei der tiefsten zu erwartenden Aussentemperatur noch möglich ist, um bei Belegungsbeginn 66 die gewählte Raumtemperatur zu erreichen. Zu diesem Zweck wird der Schaltuhrkontakt 46 zum Zeitpunkt 76 auf den Setzeingang S der dritten Flipflopschaltung 48 umgeschaltet und damit die Ermittlung des optimalen Einschaltzeitpunktes eingeleitet. Ueber den Ausgang Q der dritten Flipflopschal-

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tung 48 wird der zweite Zähler 50, welcher vom Oszillator 54 zeitabhängige Impulse erhält, aktiviert. Im ersten Digital-Analog-Wandler 56 werden die vom zweiten Zähler gelieferten Zeitimpulse in die zeitabhängig ansteigende Spannung Uc umgeformt.

Die aus den Schaltelementen 10,12,14,16 und 18 bestehende Rechnerschaltung liefert die Signalspannung U^,in welcher die Aussentemperatur t_a, die Raumtemperaturdifferenz A t_r, die Einstellwerte S- und S+ und gegebenenfalls die noch näher zu erläuternde Signalspannung Ü3 in Abhängigkeit von der Stellung des Potentiometers 18 ausgewertet werden. Die Funktion dieser Rechnerschaltung ist im Anspruch 10 durch eine mathematische Formel wiedergegeben.

Am ersten Eingang des ersten -i !Comparators 36 steht nun die Spannung U 4 an. Sobald die zeitabhängig ansteigende Spannung U5 am zweiten Eingang des ersten Komparators 36 den Wert der Spannung U 4 erreicht hat, gibt der erste Komparator 36 ein Ausgangssignal an die Setzeingänge S der ersten und der zweiten Flipflopschaltung 38, 40 ab. üeber diese beiden Flipflopschaltungen werden die beiden Relais A und B erregt und über ihre Kontakte wird die nicht dargestellte Heizungs- oder Klimaanlage zur Aufheizung der angeschlossenen Räume bei der grössten zur Verfügung stehenden Heizleistung eingeschaltet. Diese Einschaltung erfolgt exakt zum Einschaltzeitpunkt 74.

Der durch Umschalten des Schaltuhrkontaktes 46 definierte Zeitpunkt 76 zur Einleitung des Ermittlungsbeginns ist gegenüber dem Beginn 66 der Belegungsperiode 68 um einen bestimmten Betrag, beispielsweise um 9 Stunden, vorverlegt. Zur Vereinfachung der Einstellung durch das Bedienungspersonal kann die den Umschaltkontakt 46 betätigende_/ jedoch nicht näher dargestellte Schaltuhr so eingerichtet sein,

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dass dieser Kontakt automatisch 9 Stunden vor der Einstellzeit schaltet. Im Diagramm nach der Figur 3 ist die Zeitspanne der Vorverlegung mit 78 bezeichnet.

Der die Schaltelemente 50 und 56 aufweisende elektronische Zeitgeber ist so bemessen, dass seine Ausgangsspannung U5 genau nach Ablauf der Zeitspanne 78 die Referenzspannung U_ref erreicht. Durch Gleichheit der beiden Eingangsspannungen ü_ref und U₅ am zweiten Komparator 42 erhält die erste Flipflopschaltung 38 über ihren Rückstelleingang R ein Signal, wodurch der Ausgang Q spannungslos wird und das erste Relais A abfällt. Die letztgenannte Funktion erfolgt zum Zeitpunkt 66, bei welchem die Schnellaufheizung beendet ist.

Das zweite Relais B bleibt weiterhin erregt und zwar solange, bis die zweite Flipflopschaltung 40 über ihren Rückstelleingang R vom ersten Zähler 44 ein Signal erhält. Das zweite Relais B ist dazu bestimmt, die normale Regelanlage der Heizungs- oder Klimaanlage während des Tages eingeschaltet zu halten. Der erste Zähler 44 dient zur Ausschaltverzögerung der Heizungs- oder Klimaanlage um einen Betrag, welcher der Zeitspanne 78 entspricht. Diese Verzögerung dient zur Kompensation, da der Schaltuhrkontakt 46 auch um einen solchen Betrag vor Belegungsende in seine Nachtstellung zurückschaltet. Der erste Zähler 44 wird über den invertierten Ausgang Q der dritten Flipflopschaltung 48 aktiviert.

Die Figur 4 zeigt ein Diagramm, welches sich über einen Zeitraum von mehreren Tagen erstreckt. Die in diesem Diagramm dargestellte Funktion unterscheidet sich von derjenigen nach der Figur 3 insbesondere dadurch, dass die Ausschaltperiode länger als 24 Stunden dauert. Da, wie bereits erwähnt, die Einrichtungsgegenstände und die Wände in einem während mehr als 24 Stunden nicht beheizten Raum

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stärker auskühlen als nur während einer Nacht, ist es zweckmässig, dass der Einschaltzeitpunkt 74' zusätzlich zur normalen Ermittlung des optimalen Einschaltzeitpunktes vorverlegt wird. Diese Vorverlegung erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass bei der Ermittlung des optimalen Einschaltzeitpunktes eine Raumtemperatur zugrundegelegt wird, welche tiefer als die tatsächlich vorhandene Raumtemperatur ist.

Da die erwähnte Auskühlung in Abhängigkeit von der Anzahl der nicht belegten Tage weiter zunimmt, ist es vorgesehen, innerhalb einer Nichtbelegungsperiode den der Ermittlung des optimalen Einschaltzeitpunktes zugrundezulegenden Wert um jeweils einen Schritt weiter abzusenken. Im Diagramm nach der Figur 4 erfolgen diese Absenkungen zu den Zeitpunkten 80 und 82. Der Zeitpunkt 80 ist gegenüber dem Ausschaltzeitpunkt 64" um 24 Stunden verschoben. Der zweite Zeitpunkt 82 ist gegenüber dem ersten Zeitpunkt 80 um weitere 24 Stunden verschoben. Die gestrichelte Linie 84 gibt den der Bemessung zugrundzulegenden Wert an. Anstelle der Raumtemperaturdifferenz Δ t wird nach einer Ausschaltperiode von mehr als zwei Tagen, beispielsweise über ein Wochenende, der Wert Λ t ' der Ermittlung des optimalen Einschaltzeitpunktes 74' zugrunde gelegt. Ohne diese Vorverlegung wäre der Einschaltzeitpunkt auf den KreuzungsZeitpunkt 75 zwischen dem jeweiligen Wert der absinkenden Raumtemperatur 72 und der Steilheitsgeraden S gefallen. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Zeitspanne der zusätzlichen Vorverlegung von der jeweiligen Aufheizsteilheit und damit von der Aussentemperatur abhängig ist. Bei tiefer Aussentemperatür, entsprechend der Steilheit S- ergibt sich eine grössere zusätzliche Vorverlegung als bei der Steilheit S+, welche einer höheren Aussentemperatur zugeordnet ist.

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Die Abhängigkeit der zusätzlichen Vorverlegung von der Aufheizsteilheit ist ein Vorteil, durch welchen die optimale Bestimmung des Einschaltzeitpunktes 74' in jeder Situation gewährleistet ist.
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Realisiert wird diese zusätzliche Vorverlegung durch die Ergänzungssignalspannung U- deren am Potentiometer 18 eingestellter Anteil zu der von der Raumtemperatur abhängigen Spannung U₁ addiert wird. Die Skala des Potentiometers 18 kann in ⁰K geeicht sein.

Zur Erzeugung der Spannung U₃ dienen der dritte Zähler 52 und der zweite Digital-Analog-Wandler 58. Diese beiden Schaltungselemente 52 und 58 sind so eingerichtet, dass die Ausgangsspannung U₃ nach jeweils 2 4 Stunden um einen weiteren Schritt erhöht wird. Aktiviert wird der dritte Zähler 5 2 über den invertierten Ausgang Q der dritten Flipflopschaltung 48.

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Claims (12)

1. PATENTANWÄLTE DR.KADOR &DR. KLUNKER

   K 12 831

   18. Januar 1980

   Elektrowatt AG

   Bellerivestrasse 36

   CH-8008 Zürich / Schweiz

   Patentansprüche

   ί 1. .-Verfahren zum Bestimmen des optimalen Einschaltzeitpunktes einer Heizungs- oder Klimaanlage nach einer zwischen zwei Belegungsperioden der zu beheizenden oder zu klimatisierenden Räume liegenden Ausschaltperiode, wobei zu einem, eine festgelegte Zeitspanne vor dem Beginn der auf eine Ausschaltperiode folgenden Belegungsperiode liegenden Zeitpunkt ein raumtemperaturabhängiges, ein aussentemperaturabhängiges und ein zeitabhängiges Signal zum Bestimmen des Einschaltzeitpunktes ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussentemperatur jeweils in Form einer durch zwei Einstellwerte (S-, S+) bestimmten Aufheizsteilheit ausgewertet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellwerte (S-, S+) durch die sich bei voller Heizleistung ergebenden Anstiegswerte (K/h) der Raumtemperatur in Funktion der Zeit bei zwei verschiedenen Aussentemperaturwerten (t_a) ermittelt werden.

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3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einstellwert (S-) bei einer Aussentemperatur unter 0 C und der zweite (S+) bei einer Aussentemperatur über 0 C ermittelt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Koeffizient der Aufheizsteilheit (S) in Funktion der Aussentemperatur (t ) linear auf einer

   zwischen den beiden Einstellwerten (S-, S+) liegenden Geraden verändert wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem nach einer länger als 24 Stunden dauernden Ausschaltperiode

   der Einschaltzeitpunkt vorverlegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschaltzeitpunkt nach jeden weiteren 24 Stunden um einen weiteren Schritt vorverlegt wird.
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6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorverlegung des Einschaltzeitpunktes dem raumtemperaturabhängigen Signal (U^) nach· jedem 24-stündigen Schritt ein Ergänζungssignal (U3) hinzugefügt wird, durch welches zur Bestimmung des Einschaltzeitpunktes ein grösserer Raumtemperaturabfall (^t ) berücksichtigt wird, als tatsächlich vorhanden ist.

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7. 7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (U2) der Aussentemperatur (t_a) und dasjenige der Differenz (ϋχ) zwischen einem Sollwert (x^) und der Raumtemperatur (t_r) auf die Eingänge einer Rechnerschaltung (10,12) geschaltet sind, deren Ausgang mit dem ersten Eingang eines ersten Komparators (36) verbunden ist, während der zweite Eingang des Komparators (36) mit dem Ausgang eines Zeitgebers (54, 50, 56) verbunden ist und dass der Rechnerschaltung zwei Einstellelemente (14,16) zum Einstellen der Aufheizsteilheiten (S-, S+) zugeordnet sind.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergänzungssignal (U3) nach Anspruch 6 über ein Einstellelement (18) auf den zweiten Eingang eines Additionsgliedes (12) geschaltet ist, auf dessen ersten Eingang das Signal (U^) der Raumtemperaturdifferenz (x^ - t_a) geschaltet ist und dessen Ausgang mit dem Rechner (10) verbunden ist.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellelemente (14, 16) für die Einstellwerte (S-, S+) der Aufheizsteilheit zwischen dem Additibnsglied (12) und dem Rechner (10) angeordnet sind.

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10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechnerschaltung eine Funktion nach der folgenden Formel zugrundegelegt ist: ⁽*s- -<*s₊ ^} ü-7§- ref

    worin bedeuten:

    U Signalspannung der Raumtemperaturdif

    ferenz (x, - t )
    κ r

    U Signalspannung der Aussentemperatur

    U- Signalspannung des Erganzungssignals

    U. Ausgangssignalspannung der Rechnerschaltung

    U₁- zeitlinear ansteigendes Spannungssignal

    U j. Referenzspannung

    σ(. Winkelstellung des Einstellelementes für

    das Ergänzungssignal

    ^ Winkelstellung des Einstellelementes für die Aufheizsteilheit bei einem unteren Einstellpunkt

    ^ Winkelstellung des Einstellelementes für die Aufheizsteilheit bei einem oberen Einstellpunkt

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11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des zeitabhängigen
    Signals ein erster Zeitgeber (46) vorgesehen ist, dessen Schaltpunkt gegenüber seinem Zeit-Einstellwert um einen festen Betrag vorverlegt ist und dass ein durch den ersten Zeitgeber (46) aktivierter zweiter Zeitgeber (54, 50, 56) zur Abgabe des zeitabhängigen Signals {U5) vorgesehen ist.
12. 12.. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitgeber (46) eine einen
    Kontakt betätigende Schaltuhr und der zweite Zeitgeber eine eine in Funktion der Zeit linear veränderbare
    Spannung (U^) abgebende elektronische Schaltung (54,
    50,56) ist.

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