DE10060797C1

DE10060797C1 - Steuerungsverfahren für träge Heiz- oder Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE10060797C1
Application number: DE10060797A
Authority: DE
Inventors: Willi Pommer
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2020-12-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungsverfahren für träge Heizvorrichtungen mit Heizaggregaten und/oder Kühlvorrichtungen mit Kühlaggregaten für die Innenräume von Gebäuden, bei denen die Heiz- oder Kühlaggregate entsprechend einer Innen- und/oder Außentemperatur durch eine Steuervorrichtung ein- und ausgeschaltet werden, wobei die Steuervorrichtung eine aktuelle Innentemperatur und eine aktuelle Außentemperatur erfasst.

Description

Stand der Technik

In DE 695 07 733 T2 und EP 0678712 B1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Steuergerät für ein Klimagerät aufgrund der gemessenen Innenraumtemperatur und der auf verschiedene Arten ermittelten Temperaturentwicklung im Raum, den Zustand Heizen oder Kühlen steuert. Zur Entscheidung werden verschiedene Temperaturintervalle definiert, die sich um einen gewünschten Sollwert oberhalb und unterhalb eines Temperaturbandes bewegen. Abhängig von der Zeitdauer des gemessenen Raumtemperaturistwertes in diesem Temperaturband und der Richtung in der sich dieser Raumtemperaturistwert bewegt, wird das Klimagerät im Modus ein- oder ausgeschaltet betrieben. Dabei handelt es sich um eine Steuerung, die eine Temperaturobergrenze und -untergrenze, d. h. einen dynamischen Range, verwendet.

DE 36 85 664 T2 bezieht sich auf ein Optimumstartsystem zur Festlegung eines Temperatursteuersystems innerhalb eines Gebäudes mit dem Zweck, der Energieeinsparung durch entsprechende Regelung vor dem Beginn der Belegung des Gebäudes. Es handelt sich dabei um die Ermittlung der Einschaltzeit im Falle der Belegung des Gebäudes und der vorab festzulegenden Temperatur.

Die Veröffentlichung von M. Klinger [u. a.]: "Bedarfsgerechte Regelung des Raumluftzustandes in Wohngebäuden" in HLH, 1999, Bd. 50, Nr. 1 bezieht sich auf eine physikalisch theoretische Modellbildung des Raumluftzustandes, dass zu einem Prozessmodell zusammengefasst, einen Heizkörper und Lüfter eines Raumes analysiert und auf der Basis von Simulationen zu möglichen Steuerungsstrategien für den Raumluftzustand kommt. Hierzu werden physikalisch theoretische Modellbildungen, die zu thermodynamischen Bilanzgleichungen führen behandelt und Abhängigkeiten aufgezeigt, die Schwierigkeiten einer Regelstrecke Heizkörper, Lüfter und Außenbedingungen umfassen.

Der Fachartikel von M. Birk [u. a.]: " Raumtemperaturregelung in einer Etagenwohnung" in HLH, 1999, Bd. 50, Nr. 5 beschreibt die Regelung mit P- und PI-Reglern für Thermostatventile zur Raumtemperaturregelung und das zeitliche Verhalten der P- und PI- Regler.

Bei den genannten Verfahren - im Folgenden wird der Einfachheit halber nur ein Kühlbetrieb beschrieben, wobei jedoch für einen geregelten Heizbetrieb entsprechend das Gleiche gilt - wird die Außentemperatur einer Mittelwertbildung unterworfen und zwar einstellbar über einen bestimmten Bereich von sinnvoller Weise 48-72 Stunden, wobei auf diesen Wert ein Grenzwert gelegt wird der in Verbindung mit einer Schalthysterese als Einschaltkriterium der Kühlung gilt. Zusätzlich kann über eine Nachlaufzeit die Kühlung nach Verlassen des Kriteriums über eine gewisse Zeit aktiviert bleiben.

Ebenfalls gebräuchlich aus dem Stand der Technik ist es, zusätzlich die gemittelte Raumtemperatur als Schaltkriterium heranzuziehen, wobei im Falle der Verwendung der aktuellen Raumtemperatur als Schaltkriterium die beiden Kriterien verknüpft werden müssen, um zu vermeiden, dass bei niedrigen Außentemperaturen (Heizfall) und bei auf tretender Überheizung, z. B. durch intensive Sonneneinstrahlung, in den Kühlmodus ge wechselt werden kann.

Der Zweck dieser aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht darin, die niedrigen Temperaturen der Nacht in ihrem Einfluss zu mildern, kurzzeitige Temperaturspitzen zu eliminieren, den Betrieb der Kühlung auf die warme Jahreszeit zu beschränken und bei einer zusätzlichen Raumtemperaturaufschaltung auch Gebäudecharakteristika teilweise zu berücksichtigen.

Der Nachteil dieser Verfahren besteht zum einen darin, dass nur eine verzögerte Einschaltung der Kühlung bei rasch ansteigenden Temperaturen möglich ist und dass zum anderen keine gute Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten, wie z. B. der Dämmung, der Orientierung des Hauses und des Verglasungsanteils möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die Steuerung derart erfolgen kann, dass unter Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten sowohl langsame, als auch rasche Temperaturänderungen so erfasst werden können, dass das Ein- und Ausschalten der Heiz- bzw. Kühlaggregate in besserer Anpassung an diese Betriebsparameter erfolgen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuervorrichtung neben der aktuellen Innentemperatur T_Ia und der aktuellen Außentemperatur T_Aa auch die Außentemperatur T_AM über ein Zeitintervall und auf der Basis eines gewichteten Mittelwertes bestimmt, den Gradienten der Raumtemperatur erfasst und unter Vorgabe von Grundtemperaturwerten T_Ia', T_Aa' und T_AM' und vom Gebäudetyp abhängigen einmal erfassten Gewichtungsfaktoren F_AM, F_Aa, F_Ia, F_Gi aus diesen Temperaturwerten einen Schaltpunkt ermittelt.

Die Außentemperatur wird dabei durch eine gewichtete Mittelwertbildung ermittelt, wobei Gewichtung in diesem Zusammenhang bedeutet, dass gewisse Tagesperioden, beispielsweise sehr kalte Nächte oder dergleichen, mehr oder weniger stark berücksichtigt werden. Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, dass das Prinzip einer rein logischen Verknüpfung verlassen wird zu Gunsten eines fließenden Übergangs hin zur Anforderung kühlen bzw. heizen.

Die Gesamtzahl von sieben Parametern sollte die Parametrierung nicht zu kompliziert werden lassen, da im Prinzip die Gewichtungsfaktoren nur nach dem Gebäudetyp zu variieren sind und die Grundwerte der Temperaturen entweder als fix anzusehen sind oder nur die Vorlieben der jeweiligen Hausbewohner widerspiegeln, das heißt, die Tatsache, ob beispielsweise der Hausbewohner erst eine Kühlung wünscht wenn die Innentemperatur 25°C übersteigen würde oder bereits oberhalb von 18°C nach einer Kühlung verlangt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Regelungsvorrichtung speziell so ausgeführt, dass die Differenzen der Temperaturen und ihrer Grundwerte ebenso wie der Gradient der Innentemperatur verknüpft mit ihren jeweiligen Gewichtungsfaktoren zu einem Summenwert S zusammengefasst werden, wobei die Parametrierung so erfolgt, dass die Schaltschwelle beim Kühlbetrieb bei Werten S < 0 liegt.

Ausgehend von der gemittelten Außentemperatur T_AM und ihrem Grundwert T_AM', der aktuellen Außentemperatur T_Aa und ihrem Grundwert T_Aa', der aktuellen Innentemperatur T_Ia und ihrem Grundwert T_Ia' sowie dem Gradienten der Innentemperatur G_I und den Gewichtungsfaktoren F_AM, F_Aa, F_Ia und F_GI ergibt sich als Formel für die Schaltschwelle S:

S = F_AM.(T_AM - T_AM') + F_Aa.(T_Aa - T_Aa') + F_Ia.(T_Ia - T_Ia') + F_GI.G_I,

wobei sich das System bei einem Ergebnis S < 0 im Kühlmodus befindet.

Als Eingabeparameter für die Einstellung einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung benötigt man die Grundwerte der drei Temperaturen, wobei diese beispielsweise - hierbei handelt es sich nur um ein sehr grobes Beispiel, das je nach den Gegebenheiten natürlich variieren kann - wie folgt gewählt sein können:

T_AM' = 17	F_AM = 1
T_Aa' = 24	F_Aa = 1,5
T_Ia' = 22	F_Ia = 2,5
F_GI, = 3.

Für die Ermittlung des Gradienten der Innenraumtemperatur wird von der Änderung des Werts in einer Stunde ausgegangen.

Soll das gleiche Verfahren zur Aktivierung einer Heizvorrichtung verwendet werden, so lässt sich das Heizkriterium daraus ableiten, dass der Summenwert S den Wert 0 unterschreitet. In diesem Fall ist ein anderer Parametersatz anzuwenden und der Einfluss der gemittelten Außentemperatur höher zu bewerten.

Der Bezugswert der gemittelten Außentemperatur von 17°C bedeutet dabei, dass mittlere Temperaturen unter 17°C der Auslösung des Kühlbetriebs hemmend entgegenstehen, ihn jedoch nicht unbedingt verhindern. Sollten die anderen Kriterien einen positiven Beitrag liefern, so kann bei entsprechender Gewichtung dieser Einflüsse trotzdem der Kühlbetrieb aktiviert werden.

Analog gilt dies für alle anderen Faktoren; so wirkt nach den oben genannten Zahlenwerten eine momentane Innentemperatur von über 24°C verstärkend in Richtung Kühlbetrieb.

Die Gewichtungsfaktoren berücksichtigen die baulichen Gegebenheiten wie beispielsweise die Wärmedämmung, die Orientierung, den Verglasungsanteil.

Bei sehr gut wärmegedämmten Häusern spielt der Einfluss der aktuellen Außentemperatur auf die Innentemperatur eine geringe Rolle, deshalb ist der Gewichtungsfaktor in diesem Fall relativ klein, also wie beispielsweise angegeben nur 1,5.

Wichtiger ist in diesem Fall die aktuelle Innentemperatur, ganz besonders wichtig für eine zweckentsprechende quasi vorausschauende Regelung ist der Gradient der Innentempera tur, der deshalb auch mit einem besonders hohen Gewichtungsfaktor angesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vielseitiger Weise auch eine abgewandelte vereinfachte Steuerung, indem je nach den Anwenderwünschen der eine oder andere Wichtungsfaktor mit 0 angesetzt wird, so dass die entsprechende Größe (Gradient der Innentemperatur, gemittelte Außentemperatur usw.) für die Steuerung keine Rolle spielt.

Claims

1. Steuerungsverfahren für träge Heizvorrichtungen mit Heizaggregaten und/oder Kühlvor richtungen mit Kühlaggregaten für die Innenräume von Gebäuden, bei denen die Heiz- oder Kühlaggregate entsprechend einer Innen- und/oder Außentemperatur durch eine Steuervorrichtung ein- oder ausgeschaltet werden, wobei die Steuervorrichtung eine aktuelle Innentemperatur und eine aktuelle Außentemperatur erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Außentemperatur über ein Zeitintervall und auf der Basis eines gewichteten Mittelwertes bestimmt wird und unter Vorgabe von Grundtemperaturwerten und vom Gebäudetyp abhängigen erfassten Gewichtungsfaktoren aus diesen Temperaturwerten einen Schaltpunkt ermittelt.

2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Temperaturen und der Grundtemperaturwerte und der Gradient der Innentemperatur verknüpft mit den Gebäudetyp abhängigen Gewichtungsfaktoren sind.

3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Summenwert die Parametrierung für die Schaltschwelle ist.

4. Steuerungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Summenwert für Werte kleiner Null die Heizphase einleitet.

5. Steuerungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Summenwert für Werte größer Null die Kühlphase einleitet.