DE3112220A1

DE3112220A1 - Verfahren zum betrieb eines multivalenzumschalters fuer eine multivalente heizungsanlage und multivalenzumschalter zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3112220A1
Application number: DE19813112220
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 8521 Bräuningshof Kutschera
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-27
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-10-07
Also published as: JPS57174633A; FR2502813A1; FR2502813B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 8t P 4 0 2 3 DE

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Verfahren zum Betrieb eines Multivalenzumschaltersfund MuItivalenzumschalter zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Multivalenzumschalters für eine multivalente Heizungsanlage, die von einem Wärmeträger durchströmte Heizkörper, mehrere Wärmequellen zur Erwärmung des Wärmeträgers, die durch den Multivalenzumschalter in Abhängigkeit von einem Temperaturkriterium zugeschaltet oder abgeschaltet werden, sowie eine Regeleinrichtung für die Temperatur des Wärmeträgers aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner einen Multivalenzumschalter zur Durchführung des Verfahrens, dem eingangsseitig ein Temperaturwert zugeführt ist, mit einem Mehrfach-Schalter, der die Abschaltung bzw. Einschaltung jeweils einer Wärmequelle bewirkt.

Ein solches Verfahren sowie ein derartiger Multivalenzumschalter sind im Heizungsanlagenbau bekannt.

Unter einer multivalenten Heizungsanlage ist eine solche zu verstehen, die mindestens zwei, vorzugsweise jedoch mehr Wärmequellen zur Erwärmung des Wärmeträgers aufweist. In vielen Fällen ist eine der Wärmequellen als mit fossilen Energieträgern beheizbarer Heizkessel ausgebildet. Als weitere Wärmequelle dient im allgemeinen mindestens eine Wärmepumpe, die als Luft-Wasser-Wärmepumpe ausgebildet sein kann. Da eine überdimensionierte Wärmepumpe bei höheren Außentemperaturen unwirtschaftlich arbeitet, geht man in erhöhtem Maße dazu über, entweder mehrere Wärmepumpen vorzusehen oder bei nur einer Wärmepumpe eine stufenweise erhöhbare Motor- bzw. Verdichterleistung vorzusehen. Wenn ein Heizkessel vorhanden ist, wird dieser als leistungsstärkste Wärmequelle bei extremen SpI 2 Ste / 18.03.1981

Wärmeanforderungen als letzte Wärmequelle zugeschaltet. Bei niedrigen oder mittleren Wärmeanforderungen wird die geforderte Wärmeleistung durch die Wärmepumpe oder die Wärmepumpen bzw. verschiedene Verdichterstufen einer Wärmepumpe aufgebracht, wobei eine Wärmepumpe getaktet betrieben wird.

Die erforderliche Wärmeleistung des durch die Heizungsanlage zu erwärmenden Gebäudes steigt mit fallender Außentemperatur an. Die Wärmeleistung einer Wärmepumpe, insbesondere die einer Luft-Wasser-Wärmepumpe, bei der als Wärmereservoir die Umgebungsluft genutzt wird, fällt jedoch mit fallender Außentemperatur ab. Unterhalb einer kritischen Außentemperatur kann daher bei mehreren Wärmepumpen eine Wärmepumpe bzw. bei einer Wärmepumpe diese in der niedrigsten Stufe der Verdichterleistung die erforderliche Wärmeleistung nicht mehr alleine aufbringen. Aus diesem Grunde wird es erforderlich, bei einer mehrere Wärmepumpen enthaltenen Heizungsanlage weitere Wärmepumpen oder bei einer mehrstufigen Wärmepumpe eine weitere Verdichterstufe zuzuschalten bzw. bei extremen Wärmeanforderungen bei einer einen Heizkessel enthaltenen Heizungsanlage sogar diesen zuzuschalten. Die Wärmequellen arbeiten dann im Parallelbetrieb. Die Ein- und Ausschaltung von Wärmequellen erfolgt durch den Multivalenzumschalter.

Bei herkömmlichen Heizungsanlagen erfolgt die Zuschaltung weiterer Wärmequellen jeweils in Abhängigkeit von festen Außentemperaturwerten. Solche festen Außentemperaturwerte stellen jedoch ein unbefriedigendes Kriterium für die Zuschaltung weiterer Wärmequellen dar, da bedeutsame Einflußgrößen, wie z.B. Sonneneinstrahlung oder Windgeschwindigkeit, außer Betracht bleiben. Neben diesen Witterungsbedingungen hängt die erforderliche Wärmeleistung eines Gebäudes auch ganz erheblich von der Form und den Wärmedurchgangszahlen, der Gebäudewandungen ab.

Ein starres Temperaturkriterium in Form fest vorgegebener Außentemperaturwerte führt also dazu, daß die weiteren Wärmequellen zu früh und zu häufig in Betrieb genommen werden, was zu einer vermeidbaren Energie-Vergeudung führt.

Der Erfindung liegt als erste Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Zuschaltung einer weiteren Wärmequelle erst dann erfolgt, wenn die erforderliche Wärmeleistung tatsächlich von der im Betrieb befindlichen Wärmequelle nicht mehr aufgebracht werden kann. Ferner liegt der Erfindung als zweite Aufgabe zugrunde, einen Multivalenzumschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der die Zuschaltung einer weiteren Wärmequelle erst dann bewirkt, wenn die erforderliche Wärmeleistung nicht mehr von der bislang im Betrieb befindlichen aufgebracht werden kann.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zuschaltung einer weiteren Wäremquelle erfolgt, wenn ein Differenzwert einen festen Einschaltgrenzwert eines ersten Toleranzbandes unterschreitet, wobei der Differenzwert die Differenz eines ersten und eines zweiten Integrationswertes darstellt und der erste Integrationswert durch zeitliche Integration eines Standardsignals über die ersten Zeitspannen erfolgt, in denen der Temperaturistwert des Wärmeträgers über dem oberen Grenzwert eines den Temperatursollwert beinhaltenden zweiten Toleranzbandes liegt und der zweite Integrationswert durch zeitliche Integration des Standardsignals über die zweiten Zeitspannen erfolgt, in denen der Temperaturistwert des Wärmeträgers unter dem unteren Grenzwert des zweiten Toleranzbandes liegt. Dadurch, daß das Einschalten einer weiteren Wärmequelle erst dann erfolgt, wenn ein durch Subtraktion zweier Integrationswerte gebildeter Differenzwert den als festen Einschaltgrenzwert dienenden ersten Grenzwert einea ersten ToIeranzbandes

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erreicht, wobei die Integrationsdauer davon abhängig gemacht ist, wie lange der Temperaturistwert des Wärmeträgers den oberen bzw. den unteren Grenzwert eines ersten Toleranzbandes verläßt, wird ein zu häufiges, kurzfristiges Einschalten einer weiteren Wärmequelle vermieden und stattdessen eine weitere Wärmequelle erst dann zugeschaltet, wenn die geforderte Wärmeleistung auch bei Dauerbetrieb der bislang eingeschalteten Wärmequelle bzw. Wärmequellen nicht mehr erbracht werden kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Abschaltung einer Wärmequelle erfolgt, wenn der Differenzwert einen festen Abschaltgrenzwert als zweiten Grenzwert des ersten Toleranzbandes erreicht.

Damit wird sichergestellt, daß nicht schon kurzfristige Verminderungen des aktuellen Heizleistungsbedarfs zu einem nur kurzfristigen Abschalten einer in Betrieb befindlichen Wärmequelle führen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß jeweils bei Erreichen des Einschaltgrenzwertes bzw. des Abschaltgrenzwertes der Differenzwert sowie der Integrationswert auf einen Ausgangswert zurückgesetzt werden. Damit werden nach Einschaltung bzw. Abschaltung einer Wärmequelle reproduzierbare Anfangsbedingungen für den nächsten Überwachungszyklus gesetzt, so daß die Vorgeschichte des letzten Überwachungszyklus -:ür den neuen Überwachungszyklus keine Rolle mehr spielt.

Es ist vorteilhaft, wenn das Standardsignal ein konstanter Gleichstrom ist. Damit ist eine hohe Reproduzierbarkeit des gewünschten Verfahrens mit geringem Aufwand erreichbar.

Alternativ kann das Standardsignal eine Folge von Impulsen gleicher Spannungszeitfläche und gleicher Frequenz sein.

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Der erste und zweite Integrationswert werden dann durch Integration über die Spannungszeitflächen der Impulse gebildet. Impulse gleicher Spannungszeitflächen sind technisch mit geringem Aufwand realisierbar. 5

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Standardsignal mit aktuellen Sollwert-Istwertdifferenz der Temperatur des Wärmeträgers gewichtet. Damit stützt sich das erfindungsgemäße Verfahren in verstärktem Maße auf das aktuelle Wärmeleistungsdefizit bzw. den aktuellen Wärmeleistungsüberschuß .

Es ist vorteilhaft, wenn der Temperatursollwert des Wärmeträgers durch die Regeleinrichtung als zeitlich variable Größe vorgegeben ist und wenn die Grenzwerte des zweiten Toleranzbandes den Veränderungen des Temperatursollwertes folgen. Als Bestimmungsgrößen des Temperatursollwertes können hierbei in der Regeleinrichtung der Heizungsanlage die Sollwert-Istwert-Differenz einer Zimmertemperatur und/oder die Außentemperatur dienen.

Damit ist eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbar, da damit noch stärker auf die aktuelle tatsächlich erforderliche Wärmeleistung abgestellt wird.

Hierbei ist es günstig, wenn der Temperatursollwert in der Mitte des zweiten Toleranzbandes liegt. Damit liegen der obere und der untere Grenzwert des zweiten Toleranzbandes symmetrisch zum Temperatursollwert, so daß der Beginn der ersten und der zweiten Zeitspanne in gleicher Weise von einem momentanen Wärmeleistungsdefizit bzw. Wärmeleistungsüberschuß abhängig ist.

Die zweite Aufgabe wird bei einem Multivalenzumschalter der eingangs genannten Art unter zusätzlicher Berücksichtigung des Gesichtspunktes eines nicht mehr außentemperaturstarren, sondern flexiblen Abschaltverhaltens

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einer Wärmequelle dadurch gelöst, daß zur Vorgabe des ersten und des zweiten Toleranzbandes je ein erstes und ein zweites Schwellenwertglied mit je zwei unterschiedlichen Grenzwerten vorgesehen ist, wobei der obere bzw. der untere Grenzwert des ersten Schwellenwertgliedes dem Absehaltgrenzwert bzw. dem Einschaltgrenzwert entspricht und das bei Erreichen des Abschaltgrenzwertes entstehende Ausgangssignal des ersten Schwellenwertgliedes dem einen Steuereingang und das bei Erreichen des Einschaltgrenzwertes entstehende Ausgangssignal dem anderen Steuereingang eines steuerbaren Mehrfachumschalters zugeführt ist, das das zweite Schwellenwertglied, dem eingangsseitig zumindest der Temperaturistwert des Wärmeträgers zugeführt ist, während der ersten Zeitspanne ein erstes Signal und während der zweiten Zeitspanne ein zweites Signal liefert und daß ein Signalgenerator zur Erzeugung des Standardsignals vorgesehen ist, das - beeinflußt von dem ersten und dem zweiten Signal - einer mindestens einen Integrator aufweisenden Integrationseinrichtung zugeführt ist, die ausgangsseitig den Differenzwert liefert, der dem ersten Schwellenwertglied zugeführt ist, wobei die Integrationseinrichtung den Differenzwert als Differenz der während des Anstehens aller ersten Signale und der während des Anstehens aller zweiten Signale durch Integration des Standardsignals gewonnenen Integrationswerte bildet. Eine derartige Anordnung kann aus im Handel verfügbaren, bekannten Funktionselementen aufgebaut werden. Neben dem Aufbau aus diskreten oder integrierten Funktionselementen kann ein solcher Multivalenzumschalter auch in Form eines Mikrocomputers erstellt sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bereits die Regeleinrichtung der Heizungsanlage unter Verwendung eines Mikrocomputers erstellt ist. Dieser bereits vorhandene Mikrocomputer kann dann zusätzlich die Funktion des Multivalenzumschalters zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens übernehmen.

Um bei Erreichen des Einschaltgrenzwertes bzw. des Abschal tgrenzwertes den Differenzwert sowie die Integrationswerte auf einen Ausgangswert zurückzusetzen, kann die Integrationseinrichtung einen Rückstelleingang aufweisen, dem das Ausgangssignal des ersten Schwellenwertgliedes zugeführt ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Multivalenzumschalters, bei dem das Standardsignal ein konstanter Gleichstrom ist, besteht darin, daß zur Vorgabe des Standardsignals eine Konstantstromquelle dient, die ausgangsseitig ein erstes und ein zweites Konstantstromsignal liefert, wobei das zweite Konstantstromsignal durch Invertierung des ersten Konstantstromsignals gewonnen ist, und daß die Integrationseinrichtung einen ersten, durch das erste Signal des zweiten Schwellenwertgliedes beeinflußten steuerbaren Schalter aufweist, über den das erste Konstantstromsignal geführt ist, und einen zweiten, durch das zweite Signal beeinflußten steuerbaren Schalter aufweist, über den das zweite Konstantstromsignal geführt ist, wobei die Ausgänge beider steuerbarer Schalter an den Eingang des Integrators angeschlossen sind und wobei der Rückstelleingang der Integrationseinrichtung durch einen Rückstelleingang des Integrators gebildet ist.

Damit ist ein aus einfachen Bauelementen herstellbarer Multivalenzumschalter vorgegeben, der mit Analogwerten arbeitet.

Tine alternative vereinfachte Ausführungsform eines mit Analogwerten arbeitenden Multivalenzumschalters besteht darin, daß das zweite Schwellenwertglied zusätzlich den Signalgenerator darstellt und daß das dem Eingang der Integrationseinrichtung zugeführte erste Signal des zweiten Schwellenwertgliedes in dieser über einen ersten Widerstand und das zweite Signal über ein Invertierglied und einen zweiten Widerstand gemeinsam dem Eingang eines Integrators zugeführt sind, wobei der RUckstelleingang

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der Integrationseinrichtung durch einen Rückstelleingang des Integrators gebildet ist. Damit entfällt ein eigener Signalgenerator. Stattdessen werden das erste und das zweite Signal, die in diesem Fall gleich groß und von gleicher Polarität sein sollen, in Stromwerte gewandelt, die mühelos integrierbar sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorletzten Multivalenzumschalters, bei dem das Standardsignal mit der aktuellen Sollwert-Istwert-Differenz der Temperatur des Wärmeträgers gewichtet ist, besteht darin, daß anstelle der Konstantstromquelle ein steuerbarer Stromgenerator mit einem Steuereingang eingesetzt ist, dessen Ausgangsstromsignal proportional zu dem am Steuereingang anstehenden Absolutwert der Sollwert-Istwert-Differenz der Temperatur des Wärmeträgers ist.

Eine vorteilhafte alternative Ausführungsform eines MuI-tivalenzumschalters, bei dem das Standardsignal mit der aktuellen Sollwert-Istwert-Differenz der Temperatur des Wärmeträgers gewichtet ist, besteht darin, daß dem Eingang des Integrators ein Multiplizierglied vorgeschaltet ist, dem zusätzlich der Absolutwert der Sollwert-Istwert-Differenz der Temperatur des Wärmeträgers zugeführt ist.

Eine mit digitalen Signalen arbeitende, vorteilhafte Ausführungsform eines Multivalenzumschalters besteht darin, daß anstelle des Signalgenerators ein erster und ein zweiter triggerbarer Impulsgenerator vorgesehen ist, wobei dem Triggereingang des ersten Impulsgenerators das erste Signal des zweiten Schwellenwertgliedes und dem Triggereingang des zweiten Impulsgenerators das zweite Signal des zweiten Schwellenwertgliedes zugeführt ist, daß als Integrator ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler vorgesehen ist, dessen VorwärtsZähleingang das Ausgangssignal des ersten Impulsgenerators und dessen Rückwärtszähleingang das Ausgangssignal des zweiten Impulsgenerators zu-

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geführt ist und daß der Rückstelleingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers mit dem Ausgangssignal des Schwellenwertgliedes "beaufschlagt ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung eines digitale Signale verarbeitenden Multiva"Lenzreglers, bei dem das Standardsignal mit der aktuellen Sollwert-Istwert-Differenz der Temperatur des Wärmeträgers gewicntet ist, besteht darin, daß ein Differenzwertbildner vorgesehen ist, dem eingangsseitig der Sollwert sowie der Istwert der Temperatur des Wärmeträgers zugeführt ist und dem ein Absolutwertbildner sowie ein Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist, daß in der Integrationseinrichtung zwei triggerbare Addierglieder mit Rückstelleingang für Digitalwerte vorgesehen sind, an deren Addiereingang der Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist, wobei der Triggereingang des ersten Addiergliedes an den Ausgang des ersten Impulsgenerators und der Triggereingang des zweiten Addiergliedes an den Ausgang des zweiten Impulsgenerators angeschlossen ist, und daß das erste Addierglied an den Vorwärtszähleingang und da3 zweite Addierglied an den Rückwärtszähleingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers angeschlossen ist und daß die Rückstellungseingänge der beiden Addierglieder mit dem Ausgangssignal des ersten Schwellenwertgliedes beaufschlagt sind. Als Addierglieder sind hierbei solche verwendet, die jeweils bei Eingang eines Triggerimpulses den an ihrem Addiereingang anstehenden Digitalwert zu dem. bereits im "peicher aufgelaufenen Summenwert hinzu addieren. Die zur Verarbeitung von Digitalwerten befähigte Ausführungsformen des Multivalenzumschalters eignen sich ganz besonders gut für eine Realisierung durch einen Mikrocomputer.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Multivalenzreglers, bei dem der Temperatursollwert des Wärmeträgers durch die Regeleinrichtung als zeitlich variable Größe vorgegeben ist und die Grenzwerte des zweiten Toleranzbandes den

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Veränderungen des Temperatursollwertes folgen, besteht darin, daß dem Eingang des zweiten Schwellenwertgliedes der Temperatursollwert des Wärmeträgers zugeführt ist. Hierbei werden bekannte Schwellenwertglieder eingesetzt, deren Grenzwerte durch ein eingangsseitiges Steuersignal in gleicher Weise angehoben oder abgesenkt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Heizungsanlage, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines analog arbeitenden Bivalenzumsehalters zur Durchführung des erfinaungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Veranschaulichung der

Arbeitsweise des in Fig. 2 dargestellten Bivalenzumschalters und des Verfahrens, Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines analog

arbeitenden Bivalenzumschalters und Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel in Form eines digital arbeitenden Bivalenzumschalters.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen A eine konventionelle Heizungsanlage dargestellt, in deren Rahmen ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebener Bivalenzumschalter B einsetzbar ist. Mit dem Bezugszeichen 1 ist hierbei die Wärmepumpe bezeichnet, die im Ausführungsbeispiel als Luft-Wasser-Wärmepumpe ausgeführt ist. Eine starke Abhängigkeit der Wärmeleistung der Wärmepumpe von der Außentemperatur tritt nur bei solchen Luft-Wasser-Wärmepumpen auf, wohingegen die Wärmeleistung von Wärmepumpen, die dem Grundwasser Energie entziehen, jahreszeitlich geringe Schwankungen der Wärmeleistung aufweisen.

Die Wärmepumpe 1 weist zwei Verdichterstufen V1 und V2 auf, wobei bei geringerem Heizleistungsbedarf die Ver-

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dichterstufe V1 getaktet betrieben wird. Tritt ein erhöhter Heizleistungsbedarf auf, d?r sel.bst bei Dauerbetrieb der Verdichterstufe V1 nioht mehr befriedigt werden kann, wird unter der Wirkung des Bivalenzumschalters B zusätzlich die zweite Verdxchterstufe V2 eingeschaltet, die nun ihrerseits getaktet betrieben wird. Tritt ein nochmals erhöhter Heizleistungsbedarf auf, der selbst bei Dauerbetrieb der beiden Verdichterstufen V1 und V2 durch die Wärmepumpe 1 nicht mehr befriedigbar ist, wird unter der Einwirkung des Bivalenzumscharters B schließlich zusätzlich der Heizkessel 2 zugeschaltet, wobei anstelle der Taktung der Wärmepumpe 1 nunmehr über das motorisch betätigbare Mischventil 4 die Regeldifferenz zwischen Temperaturistwert'&Lund -Sollwert ^s des Wärmeträgers ausgeregelt wird.

Von den Heizkörpern ist beispielhaft nur einer dargestellt und mit dem Bezugszeichen 3 belegt. In der im Heizungsrücklauf angeordneten Wärmepumpe 1 wird das als Wärmeträger dienende Wasser erwärmt und über das als Vierwegeventil ausgebildete Mischventil 4 und die Umwälzpumpe 5 in den Heizkörper 2 zurückgeführt. Wärmepumpe 1, Heizkörpder 3, Mischventil 4, Umweltpumpe 5 und die verbindenden Rohrleitungen 6 bilden den Heizkreis H. Als Istwert ^i der Temperatur des Wärmeträgers dient die Temperatur des Heizungsvorlaufs, die durch den Vorlauftemperaturfühler 7 erfaßt wird.

Als leistungsstärkste Wärmequelle dient der Heizkessel 2, der vorzugsweise durch einen fossilen Energieträger beheizt wird. Dieser Heizkessel 2 beinhaltet eine interne Regelung, die dafür sorgt, daß eine vorgebbare Temperatur des im Heizkessel befindlichen Wärmeträgers aufrecht erhalten wird. Wenn der Heizkessel 2 in Betrieb ist, strömt der aufgeheizte Wärmeträger dem Anschluß c des Mischventils 4 zu, wohingegen aus dem Anschluß d des Mischventils 3 je nach Stellung des Mischventils ein

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mehr oder weniger großer Anteil des von der Wärmepumpe 1 in den Anschluß a einströmenden Wärmeträgers abgezweigt wird. Der Anschluß b des Mischventils 4 liefert den Heizungsvorlauf.
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In der einen Endstellung des durch den Stellmotor 8 betätigbaren Mischventils 4 sind je für sich die beiden Anschlüsse a und b, bzw. die Anschlüsse c und d miteinander verbunden. In diesem Fall ist der Heizkessel 2 aus dem Heizkreis H ausgekoppelt. Der im Heizkessel 2 befindliche Wärmeträger ist dann über den Anschluß c des Mischventils 4 ohne Abzweigung direkt mit dem Anschluß d verbunden.

Verläßt das Mischventil 4 die beschriebene Endlage, so wird ein Teil des über den Anschluß a zuströmenden, durch die Wärmepumpe 1 erwärmten Wärmeträgers über den Anschluß d zum Heizkessel 2 abgezweigt, wohingegen der restliche Anteil des über den Anschluß a zuströmenden Wärmeträgers direkt über den Anschluß b abströmt. Über den Anschluß c strömt ein Anteil des im Heizkessel 2 erhitzten' Wärmeträgers ebenfalls in den Anschluß b ab. Diesen letzteren Fall, bei dem die Wärmepumpe 1 und der Heizkessel 2 arbeiten und gemeinsam die geforderte Wärmeleistung erbringen, nennt man Parallelbetrieb. Er erfolgt nur dann, wenn die geforderte Wärmeleistung nicht nur kurzfristig nicht allein von den beiden Kompressorstufen V1 und V2 der Wärmepumpe 1 aufgebracht werden kann.

Zum Betrieb der Heizungsanlage A ist eine Regeleinrichtung 9 vorgesehen, die als Funktionsblöcke eine Wärmepumpensteuerung 10, eine Steuerung 11 für den Heizkessel 2, einen Heizungsregler 12 sowie den Bivalenzumschalte r B aufweist.

Bei einem verhältnismäßig niedrigen Heizleistungsbedarf ist der Heizkessel 2 sowie die zweite Verdichterstufe V2

der Wärmepumpe 1 außer Betrieb und die erste Verdichterstufe V1 der Wärmepumpe 1 kann - gesteuert durch die Wärmepumpensteuerung 10 im Zusammenwirken mit dem Heizungsregler 12 - im intermittierenden Betrieb bereits die erforderliche Wärmeleistung aufbringen. Mit zunehmendem Heizleistungsbedarf werden die Abschal~;pausen der Verdichterstufe V1 immer kürzer, bis sie schließlich permanent laufen muß, um der Wärmeanforderung zu genügen. Eine weitere Steigerung der durch die Verdichterstufe V1 abgegebenen Wärmeleistung ist nun nicht mehr erreichbar. Steigt die erforderliche Wärmeleistung, beispielsweise durch einen Außentemperaturrückgang weiter, so wird dies in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Bivalenzumschalter B erkannt, worauf an dessen Ausgang anstelle des bisherigen Signals v1 ein Signal v1 + v2 erscheint, wodurch über die Wärmepumpensteuerung 10 die Einschaltung der zweiten Verdichterstufe V2 veranlaßt wird. Unter der Wirkung des Heizungsreglers 12, der beispielsweise unter Auswertung einer Heizkurve die Außentemperatur&A des Außentemperaturfühlers 15 in einen Temperatursollwert &sfür den Wärmeträger umsetzt und mit dem vom Vorlauftemperaturfühler gelieferten Temperaturistwert -^ides Wärmeträgers vergleicht, erfolgt nun die getaktete Betätigung der zweiten Verdichterstufe V2 der Wärmepumpe 1, wodurch nunmehr zur Erwärmung des Wärmeträgers eine erhöhte Abgabeleistung der Wärmepumpe 1 zur Verfügung steht. Steigt die erforderliche Wärmeleistung noch weiter an, so daß sie selbst bei permanentem Betrieb .eider Verdichterstufen V1 und V2 der Wärmepumpe 1 nicht mehr befriedigt werden kann, wird dies im Bivalentumschalter B erkannt, worauf an dessen Ausgang ein Signal v1 + v2 + HK erscheint, wodurch über die Steuerung 11 für den Heizkessel 2 die Inbetriebnahme des Heizkessels veranlaßt wird. Unter der Wirkung des Heizungsreglers 13, der - wie bereits erwähnt - beispielsweise durch Auswertung einer Heizkurve den Außentemperaturwert &A des Außentemperaturfühlers 15 in einen Temperatursollwert ^s für

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den Wärmeträger tunsetzt und mit dem vom Vorlauftemperaturfühler 7 gelieferten Temperaturistwert ^i des Wärmeträgers vergleicht, erfolgt nun eine Betätigung des Mischventils 4 durch den Stellmotor 8, wodurch dem durch die beiden Verdichterstufen V1 und V2 der Wärmepumpe 1 bereits erwärmten Wärmeträger im Mischventil 4 zusätzlich heißes Kesselwasser zugemischt wird. Damit kann die Regelabweichung A^ = vi -/5"s des Heizungsvorlauf 3 ausgeregelt werden. Nimmt; die geforderte Wärmeleistung wiederum ab, wird unter dem Einfluß des Heizungsreglers 13 schließlich der Stellmotor 8 das Mischventil 4 in sine Endlage bringen, in der der Heizkessel 2 aus dem Heizkreis H ausgekoppelt ist. Die beiden Verdichterstufen V1 und V2 der Wärmepumpe 1 befinden sich noch im Dauerbetrieb, da nur die jeweils zuletzt zugeschaltete Wärmequelle getaktet bzw. im Fall des Heizkessels durch Verstellen des Mischventils 4 gesteuert zum Ausgleich der Regelabweichung £><■$"- /9*i -3s eingesetzt ist. Wenn nunmehr die Wärmeleistung der ungetaktet betriebenen Verdichterstufen in Relation zur erforderlichen Wärmeleistung zu hoch ist, steigt der Temperaturistwert-^i des Wärmeträgers zu weit an, worauf durch den Multivalenzumschalter B der Heizkessel abgeschaltet wird. Die zweite Verdichterstufe V2 wird daraufhin getaktet betrieben.

Um ein zu rasches Pendeln zwischen dem Einschaltzustand und dem Ausschaltzustand des Heizkessels 2 zu vermeiden, kann hierfür eine Minimallaufzeit von z.B. einer Stunde vorgesehen werden.

Im folgenden soll anhand der Fig. 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bivalenzumschalters B sowie das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.

Wie bereits erwähnt, regelt der Heizungsrelger 13 in üblicher Weise den Temperaturistwertλ?1 des Wärmeträgers

auf einen entsprechenden Temperatursollwert ^*s. Im Ausführungsbeispiel ist als Temperaturistwert <\?1 die Vorlauftemperatur des Wärmeträgers, die von dem Vorlauftemperaturfühler 7 erfaßt wird, ausgewählt. In gleicher Weise kann Jedoch auch die Rücklauftemperatur erfaßt und ausgewertet werden. Der Temperatur soliwert a?s kann wie ebenfalls bereits erläutert - aus der Außentemperatur *&&. oder der Temperatur-Sollwert-Istwert-Abweichung vzs - -&z± eines temperaturbestimmender- Zimmers oder aus einer Kombination beider Werte gewonnen werden. Die Abweichung des Temperaturistwertes -v^i vom Sollwert 4"S des Wärmeträgers ist, wenn konstanter Durchfluß vorausgesetzt wird, proportional zur momentan fehlenden Heizleistung. Wird jeweils eine Wärmequelle im Ein-Aus-Takt betrieben, während die anderen Stufen - sofern eingeschaltet - die Grundlast im Dauerbetrieb fahren, so wird es immer einen momentanen Überschuß bzw. ein Defizit der Heizleistung geben. Solange aber alle in Betrieb befindlichen Wärmequellen (m Stück) ausreichen und (m - 1) Wärmequellen nicht ausreichen, um den erforderlichen Heizleistungsbedarf zu decken, wird das Zeitmittel des aktuellen Defizits bzw. des Überschusses an Heizleistung L Null sein; t+T

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Eine Abweichung des Mittelwerts L nach der einen oder anderen Seite erfordert eine Ein- bzw. Abschaltung von Wärmequellen. Die Zeitmittelung und der zeitliche Verkauf relativ zu den Grenzen eines ersten Toleranzbandes wird nunmehr zur Bildung eines neuartigen Umschaltkriteriums durch den erfindungsgemäßen Bivalenzumschalter B besorgt.

Der in Fig. 2 dargestellte Bivalenzumschalter B weist unter anderen ein erstes Schwellenwertglied 14 zur Festlegung eines ersten Toleranzbandes T1 und ein zweites Schwellenwertglied 15, welches ein zweites Toleranzband

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T2 festlegt. Das durch das zweite Schwellenwertglied vorgegebene Toleranzband T2 ist durch einen unteren Grenzwert ^1 und einen oberen Grenzwert^2 begrenzt. Diese beiden Grenzwerte oH und/$2 schließen einen Temperatursollwert ^s ein. Bei einer Heizungsanlage, bei der der Temperatursollwert ^s des Wärmeträgers nur geringen zeitlichen Schwankungen unterworfen ist, kann dieser als konstanter Wert vorgegeben sein. Im allgemeinen wird jedoch der Temperatursollwert t9"s des Wärmeträgers durch den Heizungsregler 12 in Abhängigkeit von der Regeldifferenz \^ _ - Φ- eines temperaturbestimmenden Zimmers und/

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oder der Außentemperatur ν*Α festgelegt sein und größere zeitliche Schwankungen aufweisen. In diesem letzteren Fall ist dem zweiten Schwellenwertglied 15 dieser Temperatursollwert Φ eingangsseitig zugeführt. Dies ist in Fig. 2 durch den mita^s bezeichneten Pfeil dargestellt. Das zweite Schwellenwertglied 15 ist in diesem Fall so augebildet, daß der obere und der untere Grenzwert i9~1 und ^2 sich im gleichen Sinne wie dieser zeitlich variable Temperatursollwert S"s verschieben, so daß der Wertes immer in der Mitte zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert -θΊ und/§"2 liegt. Darüber hinaus ist dem zweiten Schwellenwertglied 15 eingangsseitig der durch den Vorlauftemperaturfühler 7 erfaßte Temperaturistwert Φι des Wärmeträgers zugeführt.

Das Schwellenwertglied 15 liefert an einem Ausgang ein erstes Signal W1 und an einem weiteren Ausgang ein zweites Signal W2, wobei das erste Signal W1 immer dann entsteht, wenn der Temperaturistwert$i des Wärmeträgers über den oberen Grenzwert ν 2 liegt, und das zweite .Signal W2 immer dann entsteht, wenn der Temperaturistwert^i den unteren Grenzwert 'vH nach unten überschritten hat. Dies ist in den Zeilen 1 bis 3 des Signaldiagramms in Fig. 3 dargestellt. Die beiden Signale W1 und W2 stellen im Ausführungsbeispiel jeweils Gleichspannungswerte dar, durch deren Dauer die erste bzw. die zweite Zeitspanne

festgelegt ist. Ferner "beinhaltet der Bivalenzumschalter B als Signalgenerator 16 eine Strcnquelle, die ausgangsseitig die beiden Stromsignale 1+ und I- liefert. Die beiden Stromsignale 1+ und I- sine im einfachsten Fall zwei konstante Ströme gleicher Amplitude, aber unterschiedlicher Stromflußrichtung. Gtastiger ist es allerdings, diese Ströme mit dem Absolutwert der aktuellen Regelabweichung IΔ £H-I$1 -^s! der Temperatur des V/ärmeträgers zu wichten. Hierfür ist der Signalgenerator 16 als steuerbarer Stromgenerator mit einem Steuereingang ausgebildet, an dem der Absolutwert der genannten Regeldifferenz ansteht. Die Ausgangsströme 1+ und I- sind in diesem Fall proportional zu|A$l Dies ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet.

Ferner beinhaltet der Bivalenzumschalter B eine Integrationseinrichtung 18. Die Integrationseinrichtung 18 weist einen ersten und einen zweiten steuerbaren Schalter 19 bzw. 20 auf, deren Ausgänge gemeirsam mit dem Integrationseingang eines mit einem Rückstelleingang R versehenen Integrators 21 verbunden sind. Dem Eingang des ersten steuerbaren Schalters 19 ist das Stromsignal I+, dem Eingang des zweiten steuerbaren Schalters 20 ist das Stromsignal I- zugeführt. Zur Steuerung des ersten steuerbaren Schalters 19 dient das erste Signal V/1, zur Steuerung des zweiten steuerbaren Schalters 20 dient das zweite Signal ΊΙ2, wobei jeder dieser beiden steuerbaren Schalter 19 und 20 jeweils dann geschlossen ist, wenn das an seinem Steuereingang anstehende Signal ¥1 bzw. W2 aktiv ist. Die beiden steuerbaren Schalter 19 und 20 können also nie gleichzeitig geschlossen sein. Die beiden Stromwerte 1+ und I- stellen das Standardsignal dar. Wenn der erste steuerbare Schalter 19 während einer ersten Zeitspanne geschlossen ist, findet im Integrator 21 eine Aufwärtsintegration statt, wohingegen im geschlossenen Zustand des zweiten Schalter 20 während der zweiten Zeitspanne eine Abwärtsintegration stattfindet. Die Inte-

grationseinrichtuiig 18 dient somit der Bildung eines Differenzwertes aus einem ersten und einem zweiten Integrationswert, wobei der erste Integrationswert die Summe aller Aufwärtsintegrationen und der zweite Integrationswert die Summe aller Abwärtsintegrationen darstellt. Der am Ausgang des Integrators 21 auftretende Differenzwert D bildet das Ausgangssignal der Integrationseinrichtung 18 und ist dem Eingang des ersten Schwellenwertgliedes 14 zugeführt.

Durch das erste Schwellenwertglied 14 wird das erste Toleranzband T1 zwischen dem ersten Grenzwert -Z und dem zweiten Grenzwert +Z vorgegeben. Der erste und der zweite Grenzwert -Z und +Z sind symmetrisch zum NuIlpunkt angeordnet und stellen Festwerte dar. Im ersten Schwellenwertglied 14 wird der zeitliche Verlauf des eingangsseitigen Differenzwertes in Relation zum ersten und zweiten Grenzwert +Z und -Z überwacht, wobei der erste Grenzwert -Z als Einschaltgrenzwert für einen weiteren Wärmeerzeuger und der zweite Grenzwert +Z als ebensolcher Abschaltgrenzwert wirken. Das Schwellenwertglied 14 weist zwei Ausgänge auf, wobei am einen Ausgang ein - beispielsweise impulsförmiges - Signal 11 dann auftritt, wenn der Di'.fferenzwert D den tiefer liegenden Einschaltgrenzwert; -Z erreicht. Am zweiten Ausgang des ersten Schwellenwertgliedes 14 tritt immer dann ein beispielsweise impulsförmiges - Signal 12 auf, wenn der Differenzwert D den als Abschaltgrenzwert dienenden zweiten Grenzwert +Z erreicht. Dies ist in den Zeilen 4, 5 und 6 des Signaldiagramms in Fig. 3 dargestellt.

Die beiden, die Signale 11 und 12 führenden Ausgänge des ersten Schwellenwertgliedes 14 sind an die Eingänge eines ODER-Gatters 22 geführt, dessen Ausgang mit dem Rückstelleingang R des Integrators 21 verbunden ist.

Damit wird immer dann, wenn der Differenzwert D entweder den Einschaltgrenzwert -Z oder den Abschaltgrenzwert +Z

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erreicht, der Integrator 21 auf Null zurückgesetzt, so daß für den folgenden Meßzyklus definierte Anfangsbedingungen vorliegen.

Darüber hinaus ist der das Signal 11 führende Ausgang des ersten Schwellenwertgliedes ΛL- an den einen Steuereingang a und der das Signal 12 führende zweite Ausgang des ersten Schwellenwertgliedes Λ¹-* an e Lnen zweiten Steuereingang b eines steuerbaren Mehrfachschalters 23 geführt. Bei Auftreten eines Signals 11 am Steuereingang a bewegt sich der Schaltfinger 24 des steuerbaren Mehrfachschalters 23 um jeweils eine Schaltraste im Uhrzeigersinn, wohingegen bei Auftreten eines Signals 12 am Eingang b sich der Schaltfinger 24 um Jeweils eine Schaltraste im Gegenuhrzeigersinn bewegt. Damit bewirkt das Signal 11 jeweils die Zuschaltung einer Wärmequelle, wohingegen bei Auftreten eines Signals 12 eine von mehreren in Betrieb befindlichen Wärmequellen abgeschaltet wird. Zwischen die Ausgänge des ersten Schwellenwertgliedes 14 und die Steuereingänge des Mehrfachschalters 23 können - wie gestrichelt angedeutet ist - Torschaltungen 25, 26 eingefügt sein, die es gestatten, den Signaldurchgang unter bestimmten Bedingungen zu blockieren und damit den steuerbaren Mehrfachschalter 23 in seiner bisherigen Schaltstellung zu "belassen, obwohl eines der Signale 11 oder 12 aktiv ist. Dies ist beispielsweise bei systembedingten Sprüngen des Temperatursollwertes'\9»_g des tfärmeträgers der Fall, wie sie in der Anfahrphase nach einer Nachtabsenkung des Temperatursollwertes *$ auftreten werden. Die Torschaltung^ 25 und 26 können beispielsweise durch UND-Gatter mit geringem Aufwand realisiert sein.

Sind die Torschaltungen 25 bzw. 26 geschlossen, wird durch das Signal 11 im Falle des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels anstelle des vorherigen Signals v1 + v2 nunmehr das Signal v1 + v2 + HK erzeugt, wodurch zusatz-

- «θ— VPA 81 P 4 0 2 3 DE

lieh als weitere Wärmequelle der Heizkessel in Betrieb gesetzt wird. Durch das Signal 12 wird im Fall des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels anstelle des bisherigen Signals v1 + v2 nunmehr das Signal v1 entstehen, wodurch die bislang in getaktetem Betrieb befindliche zweite Verdichterstufe V2 der Wärmepumpe 1 abgeschaltet wird.

Das in Fig. 4 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel stellt einen vereinfachten Bivalenzumschalter B dar, der sich von dem oben erläuterten lediglich durch eine einfachere Ausgestaltung der Integrationseinrichtung 18 in Form der Integrationseinrichtung 18^f und den damit ermöglichten Verzicht auf den Signalgenerator 16 unterscheidet. Funktionselemente, die mit den im Zusammenhang in Fig. 2 erläuterten übereinstimmen, sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen belegt. Dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Überlegung zugrunde, daß zur Erzeugung des Standardsignals auch das zweite Schwellenwertglied 15 genutzt werden kann. Die die ersten und die zweiten Zeitspannen vorgebenden ersten bzw. zweiten Signale W1 und W2, die sich über die Dauer einer jeden ersten bzw. zweiten Zeitspanne erstreckende Gleichspannungsblöcke gleicher Polarität und Amplitude darstellen, bilden dabei das Standardsignal zur Bildung des ersten und zweiten Integrationswertes. Hierbei ist das Signal W1 in der Integrationseinrichtung 18' über einen ersten Widerstand 27 und das zweite Signal W2 über ein Invertierglied 28 und einen zweiten Widerstand 29 an den Eingang des Integrators geführt. Durch die Widerstände 27 und 29 werden der Spannungsblock des Signals W1 sowie der invertierte Spannungsblock des zweiten Signals W2 in Stromblöcke gleicher Amplitude aber entgegengesetzter Stromflußrichtung gewandelt, so daß alle aus einem ersten Signal W1 hervorgehenden Stromblöcke im Integrator 21 aufwärts integriert werden, wohingegen alle aus einem zweiten

Signal W2 hervorgehenden Stromblöcke abwärts integriert werden. Das führt im Ergebnis dazu, daß am Ausgang des Integrators 21 der gewünschte Differenzwert D entsteht.

Ist die in Fig. 2 durch das am Steuereingang 17 des Signalgenerators 16 hervorgerufene Wichtung auch im Falle des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels erwünscht, so muß dem Eingang des Integrators 21 ein Multiplizierglied 30 vorgeschaltet werden, dessen einer Multiplikationseingang mit den beiden Widerständen 27 und 29 verbunden ist und dessen zweiter Multiplikationseingang mit dem Absolutwert der RegeldifferenzΙδ"θ"I =l$i -^sJ der Temperatur des Wärmeträgers beaufschlagt ist.

In Fig. 5 ist ein auf Digitalbasis arbeitender Bivalenzumschalter B zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierbei tragen die Funktionselemente, die mit den in Fig. 2 und 4 verwendeten übereinstimmen, übereinstimmende Bezugszeichen. Bei nur wirkungsmäßig übereinstimmenden Funktionselementen ist das in den vorangehenden Figuren verwendete Bezugszeichen mit einem Doppelapostroph versehen.

Das erste und das zweite Signal W1 und W2 sind hierbei jeweils dem Triggereingang T eines ersten und zweiten Impulsgenerators 31 und 32 zugeführt. Jeder dieser Impulsgeneratoren 31 und 32 liefert ausgangsseitig jeweils für die Dauer einer ersten bzw. zweiten Zeitspanne einen aus Rechteckimpulsen bestehenden Impulszug I+^ftbzw. I-''.Die Frequenz der Impulsgeneratoren ist hierbei so gewählt, daß die Periodendauer eines Einzelimpulses erheblich kürzer ist als die erste bzw. zweite Zeitspanne. Der erste und der zweite Impulsgenerator 31 und 32 dienen hierbei als Signalgenerator 16''. Das Ausgangssignal I+¹¹ des ersten Impulsgenerators 31 ist an den Triggereingang T eines ersten triggerbaren Addiergliedes 33 für in digitaler Form dargestellte Zahlen-

•if·
--eg— VPA 81 PH 23 DE

werte geführt. Der Ausgang des zweiten Impulsgenerators 32 ist ebenfalls an den Triggereingang eines gleichartigen Addiergliedes 34 angeschlossen. Die Addierglieder 33 und 34 sind so aufgebaut, daß sie bei Triggerung den momentan am Addiereingang + anstehenden Zahlenwert zu einem bereits in einem Speicher vorhandenen Zahlenwert hinzuaddieren

Zur Wichtung des in Form der ausgangsseitigen Impulszüge I+^1f und I-'· der Impulsgeneratoren 31 und 32 vorliegenden Standardsignals ist ein Differenzwertbildner 35 vorgesehen, dem eingangsseitig der Temperaturistwert ■$i und der Temperatursollwert ^s des Wärmeträgers zugeführt ist. Im Differenzwertbildner 35 ist ein Absolutwertbildner 36 nachgeschaltet, dessen analoges Ausgangssignal in einem Analog-Digital-Wandler 37 in einen digitalen Wert, beispielsweise im BCD-Code, gewandelt wird. Der digitale Ausgangswert des Analog-Digital-Wandlers 37 ist dem Addiereingang + jedes der Addierglieder 33 und zugeführt. Damit wird der Speicherinhalt des ersten und zweiten Addiergliedes 33 und 34 jeweils bei Eingang eines am Triggereingang T anstehenden Impulses um den aktuellen Absolutwert der Regelabweichung A$~inkrementiert. Am Ausgang der Addierglieder 33 und 34 steht der aktuelle Summenwert zur Verfügung. Damit beinhalten das erste und das zweite Addierglied 33 und 34 jeweils den aktuellen ersten bzw. zweiten Integrationswert S1 und S2. Der Ausgang des ersten Addiergliedes 33 ist an den Vorwärtszähleingang v, der Ausgang des zweiten Addiergliedes 34 an den Rückwärtszähleingang r eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 21·' geführt. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 21·' kann triggerbar ausgeführt sein. Zu diesem Zweck können seinem Triggereingang T beispielsweise die beiden Ausgangssignale des ersten und zweiten Impulsgenerators 31 und 32 über ein ODER-Gatter verknüpft zugeführt sein, wobei die Triggerung jeweils mit der abfallenden Flanke der Einzelimpulse erfolgt. Hierbei ist

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unterstellt, daß die Triggerung der Addierglieder 33 und 3^· jeweils mit ansteigender Flanke der aus den Impulsgeneratoren 31 und 32 herrührenden Impulse erfolgt. Die Addierglieder 33 und 34 sowie der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 21^ff bilden zusammen die Integrationseinrichtung 18''. Der am Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 21^!l auftretende aktuelle Differenzwert D aus der Differenz des ersten und zweiten Integrationswertes S1 und S2 steht in digitaler Form am Eingan-; eines digitalen ersten Schwellenwertgliedes 14'' an. Im ochwellenwertglied 14'' wird der Differenzwert auf das Verlassen des durch den Einschaltgrenzwert -Z und den Absohaltgrenzwert +Z bestimmten ersten Toleranzbandes T1 hin überprüft. Erreicht der Differenzwert D den Einschaltgrenzwert -Z entsteht am Ausgang des ersten Schwellenwertgliedes 14'' das Signal 11, wohingegen bei Erreichen des Abschaltgrenzwertes +Z am zweiten Ausgang des ersten Schwellenwertgliedes I4^f' das die Abschaltung einer Wärmequelle bewirkende Signal 12 entsteht. Die Signale 11 und 12 sind wie in den vorangehenden Beispielen durch das ODER-Gatter 22 disjunktiv verknüpft zur Rückstellung der Integrationseinrichtung 18'' genutzt. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des ODER-Gatters 22 sowohl an den Rückstelleingang R des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 21'' als auch an die Rückstelleingänge R der beiden Addierglieder 33 und 34 geführt.

Damit steht im ersten Addierglied 33 die Summe der Absolutwerte aller Regelabweichungen A^während aller ersten Zeitspannen seit der letzten Betätigung des steuerbaren Umschalters 23, wohingegen im Addierglied 34 die Summe der Absolutwerte aller Regelabweichungen Δ^-während aller zweiten Zeitspannen während des gleichen Zeitraumes steht. Diese Summen entsprechen dem ersten und zweiten Integrationswert S1 und S2. Die Differenz D dieser Integrationswerte S1 - S2 liefert eine Aussage darüber, ob im Zeitraum seit der letzten Betätigung des steuerbaren Umschalters 23 der geforderte Heizleistungsbedarf

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durch die in Betrieb befindliche Wärmequellen innerhalb des durch den Einschaltgrenzwert -Z und den Abschaltgrenzwert +Z festgelegten ersten Toleranzbandes T1 befriedigt werden konnte. Die durch die Grenzwerte -Z und +Z vorgegebene Schwankungsbreite muß größer sein als die systembedingte Schwankung des Differenzwertes D, die proportional der Heizleistungsänderung der in Betrieb befindlichen getakteten Wärmequelle ist. Soll auf die Wichtung des von den beiden Impulsgeneratoren 31 und 32 abgegebenen Standardsignal verzichtet werden, dann sind der Differenzwertbildner 35, der Absolutwertbildner 36, der Analog-Digital-Wandler 37 sowie die beiden Addierglieder 33 und 34 entbehrlich. In diesem Fall sind die ausgangsseitigen Impulszüge I+¹¹ und I-'¹ des ersten und zweiten Impulsgenerators 31 und 32 direkt dem Vorwärts -Zähle ingang ν bzw. dem Rückwärts-Zähleingang r des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 21'' zuzuführen. Eine Betätigung des steuerbaren Mehrfachumschalters 23 erfolgt dann, wenn innerhalb einer durch die beiden Grenzwerte -Z und +Z festgelegten Zeit eine Wärmeanforderung nicht befriedigt wird oder ein Überschuß an Heizleistung nicht hinreichend schnell abgebaut werden kann.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eines Bivalenzumschalters B eignet sich besonders für eine Realisierung durch einen Mikrocomputer.

18 Patentansprüche
5 Figuren

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Betrieb eines Multivalenzurasehalters für eine multivalente Eeizungsanlage, die von einem Wärmeträger durchströmte Heizkörper, mehrere Wärmequellen zur Erwärmung des Wärmeträgers, die durch den Multivalenzumschalter in Abhängigkeit von einem Temperaturkriterium zugeschaltet oder abgetehaltet werden, sowie eine Regeleinrichtung für die Temperatur des Wärmeträgers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschal tung einer weiteren Wärmequelle (V1, V2, 2) erfolgt, wenn ein Differenzwert (D) einen festen Einschaltgrenzwert (-Z) als ersten Grenzwert eines ersten Toleranzbandes (T1) erreicht, vobei der Differenzwert (D) die Differenz (S1-S2) eines ersten und eines zweiten Integrationswertes (S1, S2) darstellt und der erste Integrationswert durch zeitliche Integration eines Standardsignals (I+, W1, I+¹¹) über die ersten Zeitspannen erfolgt, in denen der Temperaturistwert ($L) des Wärmeträgers über dem oberen Grenzwert (λ?2) eines den Temperatursollwert (/fts) beinhaltenden zweiten Toleranzbandes (T2) liegt, und der zweite Integrationswert (S2) durch zeitliche Integration des Standardsignals (I-, W2, I-¹¹) über die zweiten Zeitspannen erfolgt, in denen der Temperaturistwert (Si) des Wärmeträgers unter dem unteren Grenzwert ( 1) des zweiten Toleranzbandes (T2) liegt (Fig. 3, Fig. 5)

?. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, daß die Abschaltung einer Wärmequelle (V1, V2, 2) erfolgt, wenn der Differenzwert (D) einen festen Abschaltgrenzwert (+Z) als zweiten Grenzwert des ersten Toleranzbandes (T1) erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils bei Erreichen des Einschaltgrenzwertes (-Z) bzw. des Abschaltgrenzwertes

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(+Z) der Differenzwert (D) sowie die Integrationswerte (S1, S2) auf einen Ausgangswert (O) zurückgesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Standardsignal ein konstanter Gleichstrom (I+, I-) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Standardsignal eine Folge von Impulsen (I-¹¹, I+¹¹) gleicher Spannungszeitfläche und gleicher Frequenz ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Standardsignal (I+, I-, I+¹¹, I-¹¹) mit der aktuellen Sollwert-Istwert-Differenz (&$= "θι - O~s) der Temperatur des Wärmeträgers gewichtet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursollwert (s$s) des Wärmeträgers durch die Regeleinrichtung (12) als zeitlich variable Größe vorgegeben ist und daß die Grenzwerte (^1,^2) des zweiten Toleranz bandes (T2) den Veränderungen des Temperatur-Sollwertes (#33) folgen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursollwert C$s) in der Mitte des zweiten Toleranz bandes (T2) liegt.

9. Multivalenzumschalter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dem eingangsseitig ein Temperaturwert zugeführt ist, mit einem Mehrfachschalter, der die Abschaltung bzw. Einschaltung jeweils einer Wärmequelle bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe des ersten und zweiten Toleranz-

"bandes (T1, T2) je ein erstes oder zweites Schwellenwertglied (14, I4^fl; 15) niit je zwei unterschiedlichen Grenzwerten (-Z, +Z;-^1.^2) vorgesehen ist, wobei der obere bzw. untere Grenzwert (+Z, -Z) des ersten Schwellenwertgliedes (14, I4^ft) dem Abschaltgrenzwert bzw. dem Einschaltgrenzwert entspricht und das bei Erreichen des Abschaltgrenzwertea (Z) entstehende Ausgangssignal (12) des ersten Schwellenwertgliedes (14, 14'') dem einen Steuereingang (b) und das bei Erreichen des Einschaltgrenzwertes (-Z) entstehende Ausgangssignal (11) dem anderen Steuereingang (a) eines steuerbaren Mehrfachschalters (23) zugeführt ist, daß das zweite Schwellenwertglied (15) dem eingangsseitig zumindest der Temperaturistwert (vi) des Wärmeträgers zugeführt ist, während der ersten Zeitspannen ein erstes Signal (¥1) und während der zweiten Zeitspanne ein zweites Signal (¥2) liefert, und daß ein Signalgenerator (16, 15, 16·') zur Erzeugung des Standardsignals (I+, I-, I+'¹, I-¹') vorgesehen ist, das - beeinflußt von dem ersten und dem zweiten Signal (¥1, ¥2) - einer mindestens einen Integrator (21, 21'') aufweisenden Integrationseinrichtung (18, 18', 18'') zugeführt ist, die ausgangsseitig den Differenzwert (D) liefert, der dem ersten Schwellenwertglied (14, 14*^f) zugeführt ist, wobei die Integrationseinrichtung (18, 18', 18'') den Differenzwert (D) als Differenz der während des Anstehens aller ersten Signale (¥1) und der während des Anstehens aller zweiten Signale (¥2) durch Integration des Standardsignals (I+, I-, I+'¹, I-¹¹) gewonnenen Integrationswertes (S1, S2) bildet.

10. Multivalenzumschalter nach Anspruch 9 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (18, 18', 18") einen Rückstelleingang (R) aufweist, dem das Ausgangssignal (11, 12) des ersten Schwellenwertgliedes (14, 14'') zugeführt ist.

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11. Multivalenzumschalter nach den Ansprüchen 9 und 10 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe des Standardsignals eine Konstantstromquelle (16) dient, die ausgangsseitig ein erstes und ein zweites Konstantstromsignal (I+, I-) liefert, wobei das zweite Konstantstromsignal (I-) durch Invertierung des ersten Konstantstromsignals (1+) gewonnen ist, und daß die Integrationseinrichtung (18) einen ersten, durch das erste Signal (¥1) des zweiten Schwellenwertgliedes (15) beeinflußten steuerbaren Schalter (19) aufweist, über den das erste Konstantstromsignal (1+) geführt ist, und einen zweiten, durch das zweite Signal (¥2) beeinflußten steuerbaren Schalter (20) aufweist, über den das zweite Konstantstromsignal (I-) geführt ist, wobei die Ausgänge beider steuerbarer Schalter (19, 20) an den Eingang des Integrators (21) angeschlossen sind und wobei der Rückstelleingang der Integrationseinrichtung (18) durch einen Rückstelleingang (R) des Integrators (21) gebildet ist (Fig. 2).

12. Multivalenzumschalter nach den Ansprüchen 9 und 10 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schwellenwertglied (15) zusätzlich den Signalgenerator (16) darstellt und daß das dem Eingang der Integrationseinrichtung (18) zugeführte erste Signal (¥1) des zweiten Schwellenwertgliedes (15) in dieser über einen ersten ¥iderstand (27) und das zweite Signal (¥2) über ein Invertierglied (28) und einen zweiten ¥iderstand (29) gemeinsam dem Eingang des Integrators (21) zugeführt sind, wobei der Rückstelleingang der Integrationseinrichtung (18) durch einen Rückstelleingang (R) des Integrators (21) gebildet ist (Fig. 4).

13· Multivalenzumschalter nach Anspruch 11 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch

-S-

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gekennzeichnet , daß anstelle der Konstantstromquelle (16) ein steuerbarer Stromgenerator (16) mit einem Steuereingang (17) eingesetzt ist, dessen Ausgangsstromsignal (I+, I-) proportional zu dem am Steuereingang (17) anstehenden Absolutwert der Sollwert-Istwert-Differenz (ΐΔ^ν) =|λ5 i -a9s!) der Temperatur des Wärmeträgers ist (Fig. 2).

14.Multivalenzumsehalter nach Anspruch 12 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß dem Eingang des Integrators (21) ein Multiplizierglied (30) vorgeschaltet ist, dem zusätzlich der Absolutwert der Sollwert-Istwert-Differenz (lA'frUj&i· --$s |) der Temperatur des Wärmeträgers zugeführt ist (Fig. 4).

15. Multivalenzumschalter nach den Ansprüchen 9 und 10 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Signalgenerators (16) ein erster und ein zweiter triggerbarer Impulsgenerator (31, 32) vorgesehen ist, wobei dem Triggereingang (T) des ersten Impulsgenerators (31) das erste Signal (W1) des zweiten Schwellenwertgliedes (15) und dem Triggereingang (T) des zweiten Schwellenwertgliedes (15) und dem Triggereingang (T) des zv/eiten Impuls generators (32) das zweite Signal (W2) des zweiten Schwellenwertgliedes (15) zugeführt ist, daß als Integrator ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler (21'') vorgesehen ist, dessen Vorwärtszähleingang (v) das Ausgangssignal (I+¹¹) des ersten Impulsgenerators (31) und dessen Rückwärtszähleingang (r) das Ausgangssignal (I-'') des zweiten Impulsgenerators (32) zugeführt ist und daß der Rückstelleingang (R) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (21") mit dem Aus gangs signal (11, V, 12) des ersten Schwellenwertgliedes (I4^ft) beaufschlagt ist (Fig. 5).

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16. Multivalenzumschalter nach Anspruch 15 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzwertbildner (35) vorgesehen ist, dem eingangsseitig der SoIlwert G$s) sowie der Istwert ("9i) der Temperatur des Wärmeträgers zugeführt ist und dem ein Absolutwertbildner (36) sowie ein Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist, daß in der Integrationseinrichtung (18¹¹) zwei triggerbare Addierglieder (33, 34) mit Rückstelleingang (R) für Digitalwerte vorgesehen sind, an deren Addiereingang ( + ) der Analog-Digital-Wandler (37) angeschlossen ist, wobei der Triggereingang (T) des ersten Addiergliedes (33) an den Ausgang des ersten Impulsgenerators (31) und der Triggereingang (T) des zweiten Addiergliedes (34) an den Ausgang des zweiten Impulsgenerators (32) angeschlossen ist, daß das erste Addierglied (33) an den Vorwärtszähleingang (v) und das zweite Addierglied (34) an den Rückwärtszähleingang (r) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (21'') angeschlossen ist und daß die Rückstelleingänge (R) der beiden Addierglieder (33, 34) mit dem Ausgangssignal (11, V, 12) des ersten Schwellenwertgliedes (14") beaufschlagt sind (Fig. 5).

17. Multivalenzumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des zweiten Schwellenwertgliedes (15) der Temperatursollwert (-^s) des Wärmeträgers zugeführt ist.

18. Multivalenzumschalter nach einem der Ansprüche 9, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß dieser durch einen Mikrocomputer realisiert ist.