DE3005553A1 - Control system for bivalent heating plant - using solar and conventional energy with recording and computing unit using temperature gradients as control features - Google Patents
Control system for bivalent heating plant - using solar and conventional energy with recording and computing unit using temperature gradients as control featuresInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einerThe invention relates to a method for controlling a
bivalenten Heizanlage, insbesondere einer Speicherbereiche für Solarenergie und für Zusatzenergie aufweisenden Heizanlage sowie eine Vorrichtung zur praktischen Durchführung dieses Verfahrens.bivalent heating system, in particular a storage area for solar energy and for additional energy having heating system and a device for practical Implementation of this procedure.
Es ist bekannt, zur Energiegewinnung dienende Solaranlagen über eine möglichst empfindliche Temperaturdifferenzmessung zwischen den Kollektoren und der Speicheranlage zu steuern.It is known to use solar systems to generate energy The most sensitive possible temperature difference measurement between the collectors and the Control storage facility.
Ist die Temperatur der Kollektoren höher als die Speichertemperatur, so wird das Wärmegefälle zugunsten der Speichertemperatur mittels einer Umwälzpumpe ausgeglichen.If the temperature of the collectors is higher than the storage tank temperature, the heat gradient is increased in favor of the storage tank temperature by means of a circulation pump balanced.
Auf diese Weise wird einerseits ein Temperaturanstieg im Wärmespeicher bewirkt und andererseits verhindert, daß bei umgekehrtem Temperaturverhältnis dem Speicher wieder Wärme entzogen, den Kollektoren zugeführt und dort abgestrahlt wird.In this way, on the one hand, there is a rise in temperature in the heat accumulator causes and on the other hand prevents that when the temperature ratio is reversed Heat is withdrawn from the storage tank, fed to the collectors and radiated there.
Es ist auch allgemein bekannt, daß mit sog. nicht-konventioneller Energie, wie Sonnenenergie, Erdwärme und/oder Wasserwärme betriebene Heizanlagen ohne mit sog. konventioneller Energie wie Strom, bl, Gas oder Kohle betriebene Zusatz-Heizeinrichtungen nicht in der Lage sind, den vollen Bedarf des Benutzers an Heizenergie zu decken, so daß in der Praxis stets zumindest bivalente Heizanlagen eingesetzt werden, d.h. Anlagen, die sowohl mit nicht-konventioneller als auch mit konventioneller Energie betrieben werden, wobei stets versucht wird, die nicht-konventionelle Energie, insbesondere die Sonnenwärme optimal zu nutzen, während der jeweilige Rest-Energiebedarf aus einer mit konventioneller Energie betriebenen Zusatzheizung gedeckt wird.It is also well known that with so-called non-conventional Energy, such as solar energy, geothermal energy and / or water heat operated heating systems without additional heating devices operated with so-called conventional energy such as electricity, gas or coal are not able to meet the user's full heating energy needs, so that in practice at least bivalent heating systems are always used, i.e. Systems that use both non-conventional and conventional energy be operated, always trying to use the non-conventional energy, in particular to use the sun's heat optimally, while the respective remaining energy demand an additional heating operated with conventional energy is covered.
Es ist ferner bereits bekannt, eine bivalente Heizanlage in der Weise aufzubauen, daß ein erster, durch einen Solarkollektorkreis aufheizbarer Speicher und ein zweiter, mittels Zusatzenergie aufheizbarer Speicher hintereinandergeschaltet werden, wobei die Ausgänge beider Speicher über ein Thermomischventilverbunden sind, das in der Weise arbeitet, daß aus dem mit Zusatzenergie aufheizbaren Speicher nur dann erwärmtes bzw. erhitztes Wasser abgezogen wird, wenn der Bedarf an Warm- bzw. Heißwasser von dem dem Solarkollektorkreis zugeordneten ersten Speicher nicht mehr gedeckt werden kann bzw. die geforderte Temperatur nicht mehr erreicht wird und somit eine Zumischung aus dem zweiten Speicher erfolgen muß.It is also already known, a bivalent heating system in the way build that a first, heatable by a solar collector circuit memory and a second storage device, which can be heated up by means of additional energy, is connected in series with the outputs of both memories above connected to a thermal mixing valve are that works in such a way that from the heatable memory with additional energy warmed or heated water is only drawn off when the need for hot water or hot water from the first storage tank assigned to the solar collector circuit more can be covered or the required temperature is no longer reached and therefore an admixture from the second memory must take place.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung einer Speicherbereiche für Solarenergie und für Zusatzenergie aufweisenden Heizanlage zu schaffen, das es auf einfach zu realisierende Weise ermöglicht, unter gleichzeitiger Maximierung der Ausnutzung von Solarenergie den Bedarf an Zusatzenergie zu minimieren, wobei stets die geforderte Bereitstellung von Heiz- bzw. Warmwasser von festlegbarer Mindesttemperatur zu gewährleisten ist.The object of the present invention is to provide a method for control a storage area for solar energy and a heating system with additional energy to create that makes it easy to implement, while at the same time Maximizing the use of solar energy, minimizing the need for additional energy, always the required provision of heating or hot water of determinable Minimum temperature is to be guaranteed.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Temperaturen der beiden Speicherbereiche in vorgebbaren gleichen zeitlichen Abständen jeweils getrennt und gleichzeitig erfaßt werden und aus jeweils zwei nacheinander ermittelten Temperaturwerten der momentane Temperaturgradient eines jeden Speicherbereichs bestimmt wird, daß durch Ermittlung des Schnittpunkts der jewei:lhigen Temperaturgradienten die ohne Einsatz von Zusatzenergie bis zum Erreichen der Schnittpunkttemperatur erforderliche Systemzeit bestimmt und mit der fest vorgegebenen Aufheizzeit durch die Zusatzenergie verglichen wird, und daß dann in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs und dem Ergebnis eines weiteren Vergleichs zwischen der Schnittpunkttemperatur und einer vorgebbaren Mindesttemperatur in dem mit Zusatzenergie aufheizbaren Speicherbereich die Zusatzheizung zugeschaltet wird.This object is achieved according to the invention in that the temperatures of the two memory areas in predeterminable equal time intervals are recorded separately and at the same time and determined from two successively Temperature values the current temperature gradient of each memory area is determined that by determining the point of intersection of the respective temperature gradients those without the use of additional energy until the intersection temperature is reached required system time and with the fixed heating time the additional energy is compared, and that is then dependent on the result this comparison and the result of another comparison between the intersection temperature and a predeterminable minimum temperature in the storage area that can be heated with additional energy the additional heating is switched on.
Der Grundgedanke des Verfahrens nach der Erfindung kann demgemäß darin gesehen werden, daß durch ständige Verfolgung des Verlaufs der Temperaturen in den beiden Speichern und durch die Auswertung dieser Temperaturverläufe die zu erwartenden Temperaturen in den beiden Speichern vorausschauend dergestalt berücksichtigt werden, daß die Zusatzenergie nur dann eingesetzt wird, wenn mit großer Wahrscheinlichkeit, bzw. praktisch mit Sicherheit vorhergesehen werden kann, daß unter Berücksichtigung des in die Zukunft projizierten Verlaufs der Temperaturen der beiden Speicher die geforderte Mindest-Wassertemperatur nicht mehr gewährleistet werden kann. Somit wird durch gezielte Beobachtung der Temperaturverläufe beider Speicherbereiche und die ständig wiederholte Extrapolation dieser Temperaturverläufe in die Zukunft vermieden, daß Zusatzenergie zu einem Zeitpunkt eingesetzt wird, zu dem aufgrund der vorausschauenden Beurteilung des Temperaturverlaufs beider Speicher schon absehbar ist, daß der den Solar--kollektoren zugeordnete Speicher in Kürze diejenige Energie bereitstellen wird, die zur Aufrechterhaltung des vorgegebenen Abgabe-Temperaturniveaus erforderlich ist. The basic idea of the method according to the invention can accordingly can be seen in the fact that by constantly following the course of temperatures in the two stores and by evaluating these temperature curves anticipated temperatures in the two storage tanks are taken into account in this way that the additional energy is only used if there is a high probability that or can be foreseen practically with certainty that taking into account the future projected course of the temperatures of the two storage tanks the required minimum water temperature can no longer be guaranteed. Consequently is achieved through targeted observation of the temperature curves of both storage areas and avoiding the continually repeated extrapolation of these temperature profiles into the future, that additional energy is used at a point in time at which due to the forward-looking Assessment of the temperature profile of both memory is already foreseeable that the Storage tanks assigned to solar collectors will soon provide that energy that is required to maintain the specified dispensing temperature level is.
Durch die Verknüpfung des Ergebnisses eines Temperaturvergleichs und des Ergebnisses eines Zeitvergleichs zum Zwecke der Gewinnung eines Einschaltsignals für die Zusatzheizung wird die Grundlage für das Erreichen des gemäß der Erfindung angestrebten Optimums geschaffen.By linking the result of a temperature comparison and the result of a time comparison for the purpose of obtaining a switch-on signal for the auxiliary heating becomes the basis for achieving the according to the invention desired optimum created.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, daß zur weiteren Erhöhung der Einsparung an Zusatzenergie der vom jeweiligen Verbraucher festgelegte oder für ihn typische tages-, wochen- und/oder jahreszeitlich bedingte Bedarf in der Weise berücksichtigt wird, daß die Mindesttemperatur in Abhängigkeit von dem entsprechenden Bedarf variiert wird. Dadurch kann erreicht werden, daß in Zeitspannen, in denen der Energiebedarf des Benutzers der Heiz- oder Warmwasserbereitungsanlage erfahrungsgemäß gering ist, das Einschaltkriterium zugunsten einer Einsparung von Zusatzenergie verändert wird, und zwar unter Berücksichtigung der Überlegung, daß bis zum Zeitpunkt, zu dem der Bedarf wieder ansteigt, durchaus die Möglichkeit besteht, daß die benötigte Energie über den Solarkreis gewonnen werden kann.An advantageous variant of the invention consists in that to further increase the savings in additional energy from the respective consumer fixed or typical for him daily, weekly and / or seasonal Requirement is taken into account in such a way that the minimum temperature is dependent is varied by the respective need. In this way it can be achieved that in Time spans, in which the energy requirements of the user of the heating or water heating system Experience has shown that the switch-on criterion is low in favor of a saving of Additional energy is changed, taking into account the consideration that until the point in time at which the demand increases again, there is definitely the possibility of that the required energy can be obtained from the solar circuit.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und insbesondere auch eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention and in particular also an advantageous device for performing the method according to the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: -Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bivalenten Heizungsanlage, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert ist, Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung eines möglichen Temperaturverhaltens der beiden Speicher nach Fig. 1, Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Bestimmung der Schnittpunkttemperatur mit Hilfe der Temperaturgradienten, Fig. 4 eine Entscheidungstabelle, und Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der rechnerischen Ermittlung von für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlichen Größen.The invention is described below with reference to the drawing for example explained in more detail; in the drawing shows: -Fig. 1 a schematic Representation of a bivalent heating system, which according to the method according to the invention is controlled, Fig. 2 is a diagram to explain a possible temperature behavior of the two memories according to FIG. 1, FIG. 3 shows a diagram to explain the determination the intersection temperature with the aid of the temperature gradient, FIG. 4 a decision table, and FIG. 5 is a diagram for explaining the computational determination of for the method according to the invention essential variables.
Nach Fig. 1 umfaßt die hier als Beispiel erläuterte Solaranlage einen Solar-Speicher 2 sowie einen diesem nachgeschalteten Zusatz-Speicher 1, wobei die Ausgangsleitungen beider Speicher über ein Thermomischventil 3 zusammengefaßt sind.According to Fig. 1, the solar system explained here as an example includes a Solar storage tank 2 as well as an additional storage tank 1 connected downstream of this, whereby the Output lines of both memory are combined via a thermal mixing valve 3.
Im Speicher 2 ist ein Temperaturfühler 4 und im Speicher 1 ein Temperaturfühler 5 angeordnet.There is a temperature sensor 4 in memory 2 and a temperature sensor in memory 1 5 arranged.
Der Zusatz-Speicher 1 ist mit einer Heizvorrichtung 6 ausgestattet, bei der es sich im dargestellten Beispiel um eine Elektroheizung handelt, die über einen Schalter 7 zuschaltbar ist. Anstelle einer Elektroheizung kann aber auch jede andere Form von Zusatzenergie, z.B. öl oder Gas, zur Aufheizung dieses Speichers 1 verwendet werden.The additional memory 1 is equipped with a heating device 6, which in the example shown is an electric heater that has a switch 7 can be switched on. Instead of an electric heater, however, any other form of additional energy, e.g. oil or gas, to heat this storage tank 1 can be used.
Im Speicher 2 ist ein Wärmetauscher 10 angeordnet, der in einen mit einer Umwälzpumpe 11 ausgestatteten Solarkollektorkreis eingeschaltet ist. Ein beispielsweise dargestellter Solarkollektor ist mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet.In the memory 2, a heat exchanger 10 is arranged, which is in a with a circulation pump 11 equipped solar collector circuit is switched on. One example The solar collector shown is marked with the reference number 9.
Die Zuschaltung der Zusatzheizung 6 im Speicher 1 wird über eine elektronische Steuervorrichtung 8 gesteuert, deren Aufbau und Wirkungsweise noch erläutert wird.The connection of the additional heater 6 in the memory 1 is via an electronic Control device 8 controlled, the structure and mode of operation will be explained.
In Fig. 2 ist ein Beispiel eines möglichen Temperaturverlaufs in den beiden Speichern 1, 2 dargestellt, wie er sich etwa bei gutem Wetter und normalem Wasserverbrauch in der Zeit von 8 Uhr morgens bis 12 Uhr mittags ergeben kann, wobei allerdings die Darstellung der Kurvenverläufe im Sinne einer übersicht-.licheren Erläuterung stark gespreizt dargestellt sind.In Fig. 2 is an example of a possible temperature profile in the two memories 1, 2 shown as it is about in good weather and normal Water consumption in the time from 8 a.m. to 12 noon can result, whereby however, the representation of the curves in the sense of a clearer Explanation are shown spread apart.
Dabei ist zu sehen, daß die Temperatur T1 des über Zusatzenergie aufheizbaren Speichers 1 zunächst bis zu einer vorgebbaren Minimaltemperatur Tamin abnimmt, worauf dann die Zusatzheizung eingeschaltet und die Temperatur des Speichers 1 während der Aufheizzeitspanne t auf die wiederum vorgebbare Temperatur T lmax erhöht wird.It can be seen that the temperature T1 of the heatable via additional energy Memory 1 initially decreases to a predeterminable minimum temperature Tamin, whereupon then the additional heating is switched on and the temperature of storage tank 1 during the heating-up period t is increased to the temperature T lmax, which can again be predetermined.
Gleichzeitig ist in dieser Fig. 2 zu erkennen, daß die Temperatur T2 des mittels Solarenergie aufheizbaren Speichers 2 aufgrund der zunehmenden Sonneneinstrahlung ansteigt und etwa gegen 11 Uhr die Temperatur T1min erreicht und dann noch weiter erhöht wird. Im Rahmen der der Erfindung zugrundeliegenden Überlegungen ist dabei von Bedeutung, daß die Temperatur T2 des mit Solarenergie aufgeheizten Speichers die vorgegebene Mindesttemperatur bereits relativ kurze Zeit nach dem Absinken der Temperatur T1 auf die Mindesttemperatur Tlmin erreicht, was gleichbedeutend damit ist, daß ein weiteres Absinken der Temperatur im Speicher 1 zu dieser Tageszeit durchaus hätte in Knauf genommen werden können, da innerhalb relativ kurzer Zeit bereits die entstehende Energielücke durch die dann zur Verfügung stehende Solarenergie ausgeglichen werden kann. Das Zuschalten der Zusatzheizung und der damit verbundene Energieverbrauch könnte demgemäß vermieden werden, wenn beispielsweise die vorgebbaren Mindesttemperatur T imin entsprechend der in Fig. 2 strichliert angegebenen Kurve T1,min in Abhängigkeit von der Tageszeit und damit unter Berücksichtigung der Verbrauchsgewohnheiten variiert werden würde.At the same time it can be seen in this Fig. 2 that the temperature T2 of the store 2, which can be heated by means of solar energy, due to the increasing solar radiation increases and reaches the temperature T1min around 11 o'clock and then even further is increased. In the context of the considerations on which the invention is based It is important that the temperature T2 of the storage tank heated with solar energy the specified minimum temperature relatively short time after the drop in the Temperature T1 reached to the minimum temperature Tlmin, which is synonymous with it is that a further decrease in the temperature in memory 1 at this time of day It could have been taken into Knauf, as it was done within a relatively short period of time already the resulting energy gap due to the then available solar energy can be compensated. Switching on the additional heating and the associated Energy consumption could accordingly be avoided if, for example, the specifiable Minimum temperature T imin corresponding to the curve indicated by dashed lines in FIG T1, min depending on the time of day and thus taking into account consumption habits would be varied.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden jedoch für die Entscheidung bezüglich des Einsatzes von teurer Zusatzenergie weitere Kriterien berücksichtigt, und zwar insbesondere der Verlauf der Temperaturgradienten in den Speichern 1 und 2. Durch eine Projektion der momentanen Temperaturgradienten in die unmittelbare Zukunft soll dabei sichergestellt werden, daß das Zuschalten der Zusatzheizung nur dann erfolgt, wenn alle Anzeichen dafür sprechen, daß die geforderte Mindesttemperatur T1min vor Ablauf der Zeit t, die der Aufheizzeit durch Zusatzenergie entspricht, nicht erreicht werden wird. Die Zeitspanne t wird je nach Anlage verschieden sein und kann beispielsweise 0,25, 0,5, 0,75 Stunden bzw. auch eine Stunde betragen.In the context of the present invention, however, are for the decision other criteria are taken into account with regard to the use of expensive additional energy, and in particular the course of the temperature gradients in the stores 1 and 2. By projecting the current temperature gradient into the immediate one In the future, it should be ensured that the additional heating is only switched on then takes place when all indications suggest that the required minimum temperature T1min before the time t has elapsed, which corresponds to the heating-up time due to additional energy, will not be achieved. The time period t will vary depending on the system and can for example 0.25, 0.5, 0.75 hours or even one Hour.
Die zeitlichen Abstände zwischen einzelnen Abtastzeitpunkten t1 . . . t werden wesentlich kleiner als die für t1, 2 n eine Anlage typische Aufheizzeit t gewählt, wobei bei der Festlegung dieser Zeitabstände sowohl die Aufheizzeit als auch die Präzision der abgelesenen Meßwerte berücksichtigt wird, um ggf. ein unnötiges Schalten bzw. ein starkes Überschwingen zu vermeiden. Nach einer Art Faustregel gilt, daß bei kleineren Heizungsanlagen längere Abstände und bei größeren Heizungsanlagen kürzere Abstände zwischen den einzelnen Abtastzeitpunkten gewählt werden.The time intervals between individual sampling times t1. . . t are significantly shorter than the typical heating-up time for t1, 2n a system t is selected, with the definition of these time intervals both the heating-up time and the precision of the readings is also taken into account to avoid unnecessary Switching or avoiding a strong overshoot. According to a kind of rule of thumb The rule is that longer distances for smaller heating systems and longer distances for larger heating systems shorter intervals can be selected between the individual sampling times.
Das Prinzip der Berücksichtigung der Temperaturgradienten wird anhand der Fig. 3 beschrieben.The principle of taking into account the temperature gradients is based on of Fig. 3 described.
In diesem Beispiel werden in festen Abständen von drei Minuten zu den angegebenen Zeitpunkten t1, t2 t3r. tn die den Speichertemperaturen T1 und T2 zugeordneten Meßwertepaare T1T21, T12 T22 und T13 T23 ermittelt und festgehalten, so daß damit die zwischen den Meßzeiten t1-t2 und t2-t3 in den Speichern 1 und 2 herrschenden Temperaturgradienten errechnet werden können.In this example, at fixed intervals of three minutes the specified times t1, t2 t3r. tn the storage tank temperatures T1 and T2 assigned pairs of measured values T1T21, T12 T22 and T13 T23 determined and recorded, so that between the measuring times t1-t2 and t2-t3 in the memories 1 and 2 prevailing temperature gradients can be calculated.
Wie die Fig. 3 erkennen läßt, werden die Meßwertepaare dazu zum Zeitpunkt t2 zur Bildung des eingetragenen Dreiecks T11-T21-T32 herangezogen. T32 ist dabei die aus zwei Meßwertepaaren extrapolierte Zieltemperatur T3, die voraussichtlich nach einer Zeit tX2 erreicht werden wird.As can be seen from FIG. 3, the pairs of measured values are added to the point in time t2 used to form the triangle T11-T21-T32 entered. T32 is included the target temperature T3 extrapolated from two pairs of measured values, which is expected to be will be reached after a time tX2.
Dieser Vorgang wiederholt sich nach jedem Abtastzyklus, wobei im vorliegenden Beispiel zum Zeitpunkt t3 das vorletzte Meßwertepaar T11-T21 gelöscht und an seine Stelle das letzte Meßwertepaar T12-T22 gesetzt und mit Hilfe des neuen Meßwertepaars T13-T23 der neue Gradient errechnet, bzw. ein neues Dreieck T12-T22-T33 gebildet wird.This process is repeated after each sampling cycle, in the present case For example, at time t3, the penultimate pair of measured values T11-T21 is deleted and transferred to its Set the last pair of measured values T12-T22 and use the new pair of measured values T13-T23 the new gradient is calculated or a new triangle T12-T22-T33 is formed will.
Die ermittelten Dreiecke haben im Koordinatensystem aus Temperatur und Zeit eine für die in den Speichern 1 und 2 herrschenden Temperaturwerte und Temperaturverläufe charakteristische Form und Lage und werden - wie bereits erläutert - jeweils zu den Zeitpunkten tn+1 im Sinne der vorliegenden Erfindung für die angestrebte Minimierung des Einsatzes von Zusatzenergie herangezogen.The triangles determined have temperature in the coordinate system and time one for the temperature values and in stores 1 and 2 Temperature curves characteristic shape and position and are - as already explained - in each case at the times tn + 1 within the meaning of the present invention for the desired Minimization of the use of additional energy used.
Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, wie sich Lage und Form der Dreiecke nach jedem Meßvorgang in Abhängigkeit von den Temperaturverläufen T1 und T2 verändern können. Dabei ist wesentlich, daß bei ständiger Verfolgung der Entwicklung des Gradientenverlaufs sich das Niveau der Zieltemperatur T3 ebenfalls ständig ändert und damit den tatsächlichen Gegebenheiten jeweils unmittelbar Rechnung getragen werden kann.From Fig. 3 it can also be seen how the position and shape of the triangles change after each measurement process depending on the temperature curves T1 and T2 can. It is essential that with constant monitoring of the development of the gradient course the level of the target temperature T3 also changes constantly and thus the actual one Conditions can be taken directly into account in each case.
Das Temperaturniveau T3 kann größer, kleiner oder gleich der gewünschten Minimaltemperatur Tmin sein, und entsprechendes gilt für die Zeitspanne tx bezüglich der Aufheizzeit t der Zusatzheizung.The temperature level T3 can be higher, lower or equal to the desired one Be the minimum temperature Tmin, and the same applies to the time period tx with respect to the heating-up time t of the additional heating.
Anhand der Tabelle gemäß Fig. 4 wird beispielsweise aufgezeigt, in welchen Fällen unter Berücksichtigung dr vorstehenden Prinzipien die Zusatzheizung zugeschaltet werden würde.Using the table according to FIG. 4, it is shown, for example, in which cases, taking into account the above principles, the additional heating would be switched on.
Dabei wird als Minimaltemperatur Tmin= 500C festgelegt und die von der Zusatzheizung benötigte Aufheizzeit t mit 0,5 Stunden angenommen. The minimum temperature is set to Tmin = 500C and that of The heating time t required for the additional heating is assumed to be 0.5 hours.
Die Tabelle zeigt die jeweilige Verknüpfung von erwarteter, d.h. durch Beobachtung der Temperaturgradienten ermittelter Temperatur T3 und der Zeitspanne tx, innerhalb welcher voraussichtlich dieses Temperaturniveau T3 erreicht wird. The table shows the respective combination of expected, i.e. by observing the temperature gradient determined temperature T3 and the time span tx, within which this temperature level T3 is expected to be reached.
Zunächst ist dieser Tabelle sofort zu entnehmen, daß eine nur über die Momentanwerte der Temperaturen in den beiden Speichern gesteuerte Zusatzheizung in jedem Falle eingeschaltet werden würde, wenn die Temperatur unter die vorgegebene Minimaltemperatur Tmin = 500C absinken würde. First of all, this table immediately shows that one is only about the instantaneous values of the temperatures in the two storage tanks controlled auxiliary heating in any case would be switched on if the temperature was below the specified Minimum temperature Tmin = 500C would drop.
D.h., daß die Felder F3, F6 und Fg einem Einschaltzustand entsprechen wurden. That is, fields F3, F6 and Fg correspond to an on-state became.
Bei einer gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ge--steuerten Heizanlage würde aber ein Einschalten der Zusatzheizung nur im schraffiert dargestellten Feld F3 erfolgen, da nur in diesem Falle davon ausgegangen werden muß, daß es nicht gelingt, allein mittels Solarenergie innerhalb der mit 0,5 Stunden angenommenen Aufheizzeit die vorgegebene Mindesttemperatur von 500C zu erreichen. Diese durch Beobachtung des Verlaufs der Temperaturgradienten gewonnene Erkenntnis rechtfertigt dann auch eine Zuschaltung der Zusatzheizung. In the case of a heating system controlled according to the method according to the invention however, the additional heating would only be switched on in the hatched field F3, since only in this case must it be assumed that it will not succeed solely by means of solar energy within the heating time assumed to be 0.5 hours to reach the specified minimum temperature of 500C. This through observation The knowledge gained from the course of the temperature gradients then also justifies switching on the additional heating.
Im Feld F6 steht zwar eine Einschaltung der Zusatzheizung unmittelbar bevor, aber sie ist noch abhängig von der Tendenz von t. In field F6 there is an immediate activation of the auxiliary heating before, but it is still dependent on the tendency of t.
Die in Feld Fg gegebenen Bedingungen führen normalerweise nicht zu einer Einschaltung der Zusatzheizung, können aber je nach tages zeitlich gewünschter Mindesttemperatur Tmin eine Einschaltung bewirken, wenn - wie dies in Fig. 2 angedeutet ist - die Mindesttemperatur variabel gewählt wird. The conditions given in field Fg normally do not lead to switching on the additional heating, but depending on the time of the day Minimum temperature Tmin cause a switch-on if - as shown in FIG. 2 indicated is - the minimum temperature is selected to be variable.
Es ist auch möglich, in Abhängigkeit vom Verlauf der Zielteiriperatur T3 einen Gradienten zu ermitteln und zur direkten Entscheidung über die Einschaltung der Zusatzheizung heranzuziehen.It is also possible, depending on the course of the target temperature T3 to determine a gradient and to make a direct decision about switching on the auxiliary heating.
Die Zieltemperatur beschreibt nämlich eine Ortskurve, die bei steigender Temperatur im Solarkreis einerseits in Richtung höherer Temperaturen und andererseits in Richtung kleinerer Zeiten verläuft.The target temperature describes a locus curve that increases with increasing Temperature in the solar circuit on the one hand in the direction of higher temperatures and on the other hand runs in the direction of smaller times.
Von besonderem Vorteil ist, daß die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlichen Größen tx und T3 beispielsweise unter Verwendung eines Mikrocomputers problemfrei und schnell ermittelt werden können.It is of particular advantage that the for the implementation of the invention Process essential variables tx and T3, for example using a microcomputer can be determined quickly and easily.
Eine Möglichkeit zur Bestimmung dieser Größen durch lineare Extrapolation wird anhand der Fig. 5 erläutert, wobei angenommen wird, daß die Meßwerte T11, T21; T12, T22 alle 3 Minuten erfaßt werden, wobei auch hier die Temperaturskala zum besseren Verständnis stark gespreizt dargestellt ist. Mit Hilfe der trigonometrischen Funktionen ergibt sich für den Gradienten des Speichers 1: b tgZ b T11 11 T12 (a) - tg- a 3 min und für den Gradienten des Speichers 2 ergibt sich c T22 - T21 tgß = a 3 min Daraus folgt: b = c tg α tgß c = b.tgß (c) Ferner ergibt sich aus Fig. 5: b + c = T11 T21 (d) woraus wiederum folgt, daß b + = T"1 ß T21 tg T21 b = T11 - T21 1 + tgF /tgob (e) Mit Hilfe der Gleichung (c) erhält man: T11 - T21 tgß t c = 1 + tgß /tgα tgα Die Größe tx, die der bisher verwendeten Größe a entspricht, erhält man somit gemäß folgender Gleichung: T11 - T21 1 tx = 1 + tgß/tgα . tgα (g) Die Größe T3 wird bestimmt aus: T3 =T11 -b und damit unter Verwendung der Gleichung (e) T11 - T21 T3 = T11 - 1 + tgß /tgα (h) Die praktische Realisierung dieser sehr einfachen Funktionen mittels einer Steuereinrichtung unter Verwendung von Mikroprozessoren kann bei kleineren Anlagen wegen des dabei geringen erforderlichen Speicherbedarfs ggf. sehr kostengünstig schon mit sog. Ein-Chip-Rechnern erfolgen und bereitet vor allem von der Aufgabenstellung her keine Schwierigkeiten. In Fig. 1 ist ein schematisches Beispiel für eine derartige Steuereinrichtung 8 angegeben.One possibility for determining these variables by linear extrapolation is explained with reference to FIG. 5, it being assumed that the measured values T11, T21; T12, T22 can be recorded every 3 minutes, the temperature scale being shown here as well for a better understanding. With the help of the trigonometric functions the following results for the gradient of memory 1: b tgZ b T11 11 T12 (a) - tg- a 3 min and for the gradient of memory 2 we get c T22 - T21 tgß = a 3 min. b = c tg α tgß c = b.tgß (c) Furthermore, it follows from Fig. 5: b + c = T11 T21 (d) from which it again follows that b + = T "1 ß T21 tg T21 b = T11 - T21 1 + tgF / tgob (e) With the help of equation (c) one obtains: T11 - T21 tgß tc = 1 + tgß / tgα tgα The quantity tx, which corresponds to the previously used quantity a, is thus obtained according to the following equation: T11 - T21 1 tx = 1 + tgß / tgα. Tgα (g) The quantity T3 is determined from: T3 = T11 -b and thus using the equation (e) T11 - T21 T3 = T11 - 1 + tgß / tgα (h) The practical implementation of this Very simple functions by means of a control device using microprocessors can possibly be carried out very cost-effectively with so-called one-chip computers in smaller systems because of the low memory requirements required and, above all, poses no problems in terms of the task at hand a schematic example of such a control device 8 is given.
Dabei werden die von den Temperaturfühlern 4, 5 in den Speichern 1 und 2 festgestellten Momentantemperaturen über eine Einrichtung 12 zur Umsetzung der Temperaturwerte in elektrische Meßwerte einem Meßwertspeicher 13 zugeführt, wobei die Zeitpunkte der Meßwertspeicher und der Meßwertauswertung durch einen Taktgeber 14 gesteuert sind. Zur Bestimmung der Größen T3 und tx ist ein ebenfalls vom Taktgeber 14 angesteuerter Funktionsgenerator 15 vorgesehen. Mittels einer Einrichtung 16 wird ein Vergleich der Schnittpunkttemperatur T3 und der einstellbaren Mindesttemperatur Tmin sowie von tx und Zusatzenergie-Aufheizzeit t vorgenommen. Das Zuschalten der Zusatzenergiequelle 6 über den Schalter 7 erfolgt dann über eine die Vergleichsergebnisse verknüpfende logische Schaltung.The data from the temperature sensors 4, 5 in the store 1 and 2 instantaneous temperatures determined via a device 12 for implementation the temperature values are fed into electrical measured values to a measured value memory 13, the times of the measured value memory and the measured value evaluation by a clock 14 controlled are. To determine the quantities T3 and tx, a Function generator 15 also controlled by clock generator 14 is provided. Means a device 16 is a comparison of the intersection temperature T3 and the adjustable Minimum temperature Tmin as well as of tx and additional energy heating time t made. The connection of the additional energy source 6 via the switch 7 then takes place via a logic circuit linking the comparison results.
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