DE69402195T2

DE69402195T2 - Innenraumklimaregler

Info

Publication number: DE69402195T2
Application number: DE69402195T
Authority: DE
Inventors: James Krueger; Dipak Shah; Rolf Strand
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2014-05-18
Also published as: AU6300694A; EP0699317B1; KR100314166B1; JPH08510348A; US5346129A; ES2099612T3; CA2122088C; DE69402195D1; CA2122088A1; BR9406525A; CN1123574A; KR960702636A; WO1994027203A1; EP0699317A1; AU669282B2

Description

Die Erfindung richtet sich allgemein auf die Regelung von Geräten zur Änderung des Innenraumklimas, wie beispielsweise eine Klimaanlage oder einen Brenner zum Aufrechterhalten des Comforts für die Raumnutzer. Die wesentlichere Anwendung liegt in der Regelung des Betriebs von Klimageräten, und die nachfolgende Beschreibung und Offenbarung bezieht sich in erster Linie auf den Fall der Klimaregelung. Die Erfindung umfaßt üblicherweise einen elektronischen Thermostaten mit einem Mikroregler in Verbindung mit einem Temperaturfühler zur Steuerung des Öffnens und Schließens eines Festkörperschalters, welcher die Zuführ eines Betriebsstroms zum Klimaregelungsmodul steuert.
Heute üblicherweise benutzte Thermostate für den Direktbetrieb von Klimareglern verwenden die Trockenfühlertemperatur als Steuergröße. Mit der Bezeichnung Trockenfühlertemperatur wird die tatsächliche Temperatur der Luft gemeint, wie sie von einem typischen Thermometer gemessen wird. Die Verwendung der Bezeichnung Temperatur oder Lufttemperatur wird nachfolgend jeweils die Trockenfühlertemperatur bezeichnen, sofern nicht der Text auf anderes hinweist. Es ist leicht, die Lufttemperatur zu messen und eine solche Messung ist in den meisten Thermostaten verfügbar. Ein typischer Thermostat läßt im Klimaregelungsmodus die Klimaregelung anlaufen, sobald die Temperatur über einen Sollwert ansteigt. Die Klimaregelung antwortet hierauf, indem sie Kaltluft in den Raum einbläst, bis die Temperatur im Raum auf einen Punkt unterhalb des Sollwerts gefallen ist. Typische Thermostaten benutzen ein Vorlaufelement, um die Klimaregelung abzuschalten, ehe der Sollwert tatsächlich erreicht wird. In vielen Fällen erzielt diese Art von Regelung für die Raumnutzer komfortable Luftverhältnisse.
Es ist bekannt, daß ein Klimaregler der Luft Feuchtigkeit entzieht und die Luft kühlt. Der Vorgang, bei dem Feuchtigkeit entzogen wird, schließt das Durchleiten der Raumluft oder der Außenluft durch das Klimagerät ein, wobei die Temperatur der Luft auf wesentlich weniger als die Komforttemperatur von 70 bis 74ºF verringert wird. Um Feuchtigkeit aus der Luft zu entfernen, muß die Temperatur wenigstens eines Teils der Luft auf weniger als die laufende Taupunkttemperatur verringert werden, d.h. die Temperatur, bei der Wasser aus der Luft kondensiert. Ein Teil des Wassers in der klimatisierten Luft kondensiert bei diesem Vorgang an den Kühlrohren des Klimageräts und tropft von diesen in einen darunter befindlichen Behälter, aus dem es abläuft. Da die Luft keine Feuchtigkeit abgibt, ehe sie eine relative Feuchte von 100%, d.h. ihre Taupunkttemperatur erreicht hat, muß wenigstens die Luft in der Nähe der gekühlten Flächen des Wärmetauschers diese Temperatur erreichen. Der gesamte Luftstrom durch das Klimagerät braucht jedoch eine relative Feuchte von 100% nicht zu erreichen, weil nicht die gesamte Luft auf ihren Taupunkt abgekühlt wird. Die relativ kalte und trockene klimatisierte Luft (relativ trocken, obwohl sie nahezu 100% relative Feuchte hat) wird mit unkomfortabel warmer und feuchter Luft im Raum gemischt, um eine akzeptable relative Feuchtigkeit von 40% bis 60% bei einer komfortablen Temperatur von 70ºF bis 75ºF zu ergeben, die vom Raumthermostaten geregelt wird.
Normalerweise ergibt dieses Verfahren Luft im Raum, deren Feuchtigkeit im Komfortbereich liegt. Es gibt jedoch Fälle, die zu Luft mit noch zu hoher Feuchtigkeit führen, obwohl die Temperaturanforderung erfüllt ist. Um Luft mit komfortablen Werten von Temperatur und Feuchtigkeit bereitzustellen, wird das Klimagerät für die erwartete Last dimensioniert, welche der Raum darstellt, wenn die Sollwerrtemperatur erreicht ist und die Feuchtigkeit akzeptabel ist. In Fällen ungewöhnlich hoher Feuchtigkeit oder wenn die Regelkapazität in bezug auf die laufenden Umgebungsbedingungen nicht zu einer hinreichenden Entfeuchtung beim Erreichen der Sollwerttemperatur führt, kann es sein, daß die Luft im Raum eine überschüssige Feuchtigkeit hat.
Eine einfache Lösung für die Steuerung der relativen Feuchtigkeit im Raum scheint darin zu liegen, daß man dem Thermostaten einfach einen Fühler für die relative Feuchte beigibt und dann das Klimagerät so steuert, daß die relative Feuchte in einem vorgegebenen Sollwertbereich gehalten wird. Ein Problem bei diesem Verfahren besteht darin, daß die relative Feuchte der Raumluft tatsächlich ansteigen kann, wenn die Luft abgekühlt und im Raum entfeuchtet wird. Diese Möglichkeit besteht, weil die relative Feuchte eine Funktion sowohl des Anteils von Wasserdampf in einem vorgegebenen Volumen oder einer vorgegebenen Luftmasse und auch ihrer Trockenfühlertemperatur ist. Die relative Feuchte für ein Volumen ist definiert als das Verhältnis des Partialdrucks des Wasserdampfs in der Luft zum Dampfdruck gesättigten Dampfes bei dieser Temperatur. Da der Dampfdruck gesattigten Dampfes mit der Temperatur rasch abnimmt, kann eine relativ geringe Menge von Wasserdampf in einem Luftvolumen bei niedrigerer Temperatur zu 100% relativer Feuchte führen. Es ist folglich möglich, daß eine Situation entsteht, in der die Feuchtesteuerfunktion im Thermostaten fortlaufend eine weitere Entfeuchtung anfordert und beim Absinken der Temperatur im Raum die relative Feuchte ansteigt und das Klimagerät schließt.
US-Patent 4,105,063 (Bergt) offenbart als Stand der Technik ein Klimaregelsystem, welches die Taupunkttemperatur der Raumluft unabhängig von der Trockenfühlertemperatur steuert. Bergt schlägt einen auf den absoluten Feuchtigkeitsgehalt ansprechenden Fühler vor, der parallel zur normalen Trockenfühlertemperaturregelung arbeitet. Wegen des Parallelbetriebs der beiden Steuerfunktionen können unerwünscht kurze Schaltzyklen auftreten. Das Problem dieses schnellen Umschaltens wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Die Erfindung von Bergt kann ferner ein Wiederaufheizen erfordern, welches die Effektivität des Verfahrens verringert.
US-Patent 4,889,280 (Grald und MacArthur) offenbart als Stand der Technik einen Meistgebotregler, bei dem der vorgegebene Sollwert der Trockenfühlertemperatur in Abhängigkeit von einem Absolutfeuchte-Fehlersignal modifiziert wird. Die sich ergebende Raumtemperatur kann nicht in allen Fällen komfortabel sein, und es besteht auch die Gefahr des schnellen Umschaltens.
DE-A-3, 147,669 beschreibt ein auf einem Mikroprozessor basierendes Gerät, welches die Außentemperatur, die Innentemperatur sowie die relative Feuchte benutzt, um die Innentemperatur und die relative Feuchte zu regeln.
JP-A-56-1 16 125 sowie der entsprechende Patent Abstracts of Japan offenbaren einen Umgebungsregler, der entweder die Feuchtigkeit oder die Temperatur als Steuergröße benutzen kann.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Diese und weitere Nachteile der erwähnten Patente werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt, welche eine Fehlergröße als Funktion sowohl der Trockenfühlertemperatur als auch des Taupunkts oder der Feuchtfühlertemperatur berechnet. Diese Fehlergröße dient dann als Eingangssignal für einen Temperatursteueralgorithmus, der von einem Regler für eine Klimaregelung dazu benutzt wird, die Zeiten zu bestimmen, zu denen die Klimaregelung für das Modifizieren von Temperatur und Feuchtigkeit der Raumluft aktiviert wird.
Ein solcher Regler umfaßt einen Feuchtefühler, der ein Feuchtetemperatursignal liefert, das wenigstens eine der Feuchtfühlertemperatur und der Taupunkttemperatur beinhaltet, und hat ferner einen Temperaturfühler, der ein Lufttemperatursignal liefert, welches den Trockenfühler-Temperaturwert zeigt. Ein Speicher speichert einen Trockenfühlertemperatursollwert sowie ein Feuchttemperatursollwert und liefert ein Sollwertsignal mit den Trockenfühler- und Feuchtfühlertemperatursollwerten. Ein Vergleicher empfängt die Feuchte- und Lufttemperatursignale sowie das Sollwertsignal und berechnet eine Fehlergröße als Funktion der in den Feuchte- und Lufttemperatursignalen sowie dem Sollwertsignal enthaltenen Werte und gibt ein Anforderungssignal aus, sobald die Fehlergrößen in einem vorgegebenen Bereich liegen. Bei einer typischen Anordnung wird das Anforderungssignal dem Klimaregelsystem zugeführt. Beim Anstehen des Anforderungssignals arbeitet die Klimaregelung um den Fehler dadurch zu verringern, daß die Raumluft gekühlt oder geheizt und ihre Feuchtigkeit verringert oder erhöht wird, um auf diese Weise die Werte der Feuchttemperatur und Trockenfühlertemperatur näher an die entsprechenden Sollwerte zu verschieben.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für jede Trockenfühlertemperatur und Feuchtetemperatur ein Sollwert ausgewählt. Die Fehlergröße wird auf die größere dieser beiden Differenzen eingestellt. Der Regler liefert ein Anforderungssignal sobald die Fehlergröße einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer vollständigen Luftklimaanlage mit der Erfindung;
Figur 2 ist ein Rechendiagramm, welches eine bevorzugte Ausführungsform des von einem Regler für eine Klimaregelung eingesetzten Algorithmus darstellt;
Figur 3 ist ein Diagramm mit einer bevorzugten Ausführungsform der Baugruppe, welche eine zusammengesetzte Fehlergröße bildet.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In Figur 1 wird die Anwendung der Erfindung in einem Regler 25 für eine Klimaanlage dargestellt. Ein Raum 12 erhält gekühlte und entfeuchtete Luft aus einem herkömmlichen Klimagerät 19, welches über Leitungen 42 mit Wechselstrom versorgt wird. Ein Steuerelement 23 schaltet über Leitungen 38 bzw. 39 die Leistung an einen Kompressor 17 und ein Gebläse 20, wodurch eine Schaltfolge für deren Betrieb vorgegeben wird. Der Kompressor 17 liefert ein flüssiges Kühlmittel an die Expansionsspule 18, die sich zusammen mit dem Gebläse 20 in einem Wärmetauscher 21 befindet. Das Klimagerät 19 arbeitet, wenn ein Anforderungssignal auf der Leitung 26 ansteht. Dieses Signal schließt den Schalter 29, so daß der von einer 24 Volt Wechselstromquelle auf der Leitung 40 ankommende Steuerstrom über die Leitung 41 zum Klimageräteregler 23 gelangt. Während des Betriebs des Klimageräts 19 treibt das Gebläse 20 Luft durch die Spule 18, um dabei die Luft zu kühlen und zu entfeuchten. Diese konditionierte Luft strömt über den Kanal 22 in den Raum 12 und reduziert dort sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit der Luft im Raum 12. Das Anforderungssignal auf der Leitung 26 wird von einem Regler 25 geliefert, dessen Funktion innerhalb einer elektronischen Schaltung auftritt. Der Regler 25 wird üblicherweise an einer Wand des Raums 12 befestigt, wie dies auch bei herkömmlichen Thermostaten geschieht.
Der Regler 25 umfaßt einen Speicher 27 für digitale Daten sowie einen Prozessor 28, der Rechen- und Vergleichsoperationen mit den ihm vom Speicher 27 sowie von externen Quellen zugeführten Signalen ausführen kann und der ferner einen Befehlsspeicher aufweist. Bevorzugt verwendet man einen herkömmlichen Mikroregler, der als Speicher 27 und Prozessor 28 arbeitet. Der Regler 25 umfaßt ferner einen Feuchtefühler 24 im Raum 12, der ein Feuchtesignal über die Leitung 30 liefert, das die relative Luftfeuchte im Raum 12 darstellt. Statt dessen kann das Signal auch die Taupunkttemperatur oder die Feuchtfühlertemperatur der Luft wiedergeben. Ein Temperaturfühler 15 ebenfalls im Raum 12 gibt die Trockenfühlertemperatur mittels eines Lufttemperatursignals auf der Leitung 31 wieder. Der Prozessor 28 empfängt diese Temperatursignale und wandelt sie für die interne Verarbeitung in Digitalwerte um.
Die Leitungen 33 bis 35 liefern Signale an den Speicher 27, welche verschiedene für die Durchführung der Erfindung erforderliche Sollwertsignale sind. Üblicherweise werden die Signale auf den Leitungen 33 bis 35 von einer Person eingegeben, welche für die Klimaregelung im Raum 12 verantwortlich ist. Ist dies eine Person im Raum 12, so können die Sollwerte durch Verschieben von Steuerhebeln oder Skalen auf der Außenseite des Reglers 25 ausgewählt werden. Die Werte können auch mit einer Tastatur bestimmt werden, die Digitalwerte für die Sollwerte in den Signalen auf den Leitungen 33 bis 35 darstellen. Die Leitung 33 führt ein Feuchtesignal mit dem Feuchtesollwert entsprechend einer gewünschten relativen Feuchte im Raum 12. Dieser Feuchtesollwert kann die tatsächlich gewünschte relative Feuchte oder eine gewünschte Taupunkttemperatur oder sogar die gewünschte Feuchtfühlertemperatur sein. Die Leitung 34 führt dem Speicher 27 ein Signal zu, welches einen extern vorgegebenen minimalen Trockenfühlertemperatursollwert darstellt, der als Grenzwert für die Trockenfühlertemperatur dient. Die Leitung 34 liefert dem Speicher 27 ein Signal, das einen minimalen Lufttemperatur-(Trockenfühlertemperatur)-Sollwert darstellt. Auf der Leitung 35 steht ein Signal mit einem Lufttemperatur-(Trockenfühlertemperatur)-Sollwert. Der Speicher 27 nimmt diese drei Sollwerte auf und bearbeitet sie zu einem Sollwertsignal, welches über die Leitung 36 zum Prozessor 28 gelangt. Sind Speicher 27 und Prozessor 28 aus einem herkömmlichen Mikroregler gebildet, so sind die Verfahren zur Bereitstellung dieser Sollwerte an den Prozessor 28, falls erforderlich, in einer weiteren nichtdargestellten Schaltung realisiert, welche eine herkömmliche Steuerfünktion für den Gesamtbetrieb eines solchen Mikroreglers liefert.
Obwohl die in Figur 1 dargestellte Struktur des Reglers 25 richtig ist, ist sie insofern unvollständig als sie keine Beschreibung der Operationen enthält, welche der Mikroregler zur Durchführung der Erfindung ausführt. Der Prozessor 28 hat intern einen Lesespeicher ROM, in welchem eine Befehlsfolge gespeichert ist, die vom Prozessor 28 abgearbeitet wird. Die Ausführung dieser Befehle führt dazu, daß der Prozessor die Funktionen durchführt, welche im Funktionsblockschaltbild nach Figur 2 wiedergegeben sind. Figur 2 ist für den Leser noch nützlicher für das Verständnis der Erfindung und der Struktur eines bevorzugten Ausführungsbeispiels als Figur 1. Der Leser sollte beachten, daß Figur 2 Modifikationen der allgemein in Figur 1 dargestellten Hardware wiedergibt und erläutert, wobei diese Modifikationen dem Prozessor 28 die Durchführung der Erfindung ermöglichen. Jedes Element von Figur 2 hat eine aktuelle physikalische Ausführungsform im Prozessor 28. Diese physikalische Ausführung ergibt sich aus der tatsächlichen physikalischen Anwesenheit einer Struktur im Prozessor 28, welche die Funktionen der verschiedenen Elemente und Datenleitungen in Figur 2 zur Verfügung stellt. Die Ausführung jedes Befehls hat zur Folge, daß der Prozessor 28 während der Befehlsdurchführung physikalisch Teil eines in Figur 2 dargetellten Elements wird. Der Lesespeicher ROM im Prozessor 28 bildet zugleich Teil jedes Funktionsblocks in Figur 2, in dem er die Befehle speichert und liefert, welche die Erzeugung der Funktionsblöcke bewirken. Ferner sind arithmetische Operationsregister im Prozessor 28 vorhanden, welche die Rechenergebnisse vorübergehend speichern. Diese können als Teil des Speichers 27 angesehen werden, obwohl sie physikalisch in der Prozessorsektion des Mikroreglers angeordnet sind.
Signalübertragungen sind in Figur 2 durch Leitungen dargestellt, welche von einem Funktionsblock kommen und an einem anderen enden, wie dies der Pfeil anzeigt. Dies bedeutet, daß die von einem Funktionselement erzeugten Signale einem anderen zur Auswertung zugeführt werden. Innerhalb eines Mikroreglers geschieht dies, wenn eine Befehlsfolge auftritt, deren Durchführung den Mikroregler veranlaßt, ein Funktionselement darzustellen. Aktuell erzeugte Digitalwerte werden dann innerhalb des Mikroreglers auf dessen Signalwegen übertragen, damit die Schaltung diese bei der Ausführung von Befehlen für ein anderes Funktionselement verwenden kann. Es ist möglich, daß die gleichen physikalischen Signalwege innerhalb des Mikroreglers zahlreiche unterschiedliche Signale führen, deren Wege in Figur 2 einzeln dargestellt sind. Tatsächlich kann man sich vorstellen, daß ein einziger solcher physikalischer Signalweg im Zeitmultiplex von mehreren Funktionsblöcken gemeinsam genutzt wird. Dies bedeutet, daß ein interner Signalweg eines Mikroreglers zu unterschiedlichen Zeiten, beispielsweise im Abstand von nur Mikrosekunden als irgendeiner der verschiedenen Signalwege in Figur 2 dienen kann.
Es scheint nunmehr nützlich, tabellarisch jeden der Werte der in Figur 2 gezeigten Signale zu definieren:
TAV - gewichtete Durchschnittstemperatur im Raum 12
∅ - relative Feuchte im Raum 12
TDBSN - vom Fühler gelieferte Trockenfühler-Temperatur der Luft im Raum 12 mit Verzögerungskorrekturen
TDBSP - Trockenfühler-Temperatursollwert im Raum 12
∅SP - Sollwert der relativen Feuchte im Raum 12
∅SN - vom Fühler gelieferte relative Feuchtigkeit im Raum 12 mit Verzögerungskorrekturen
&epsi;DB - Trockenfühler-Temperaturfehler
THSN - gemessene Feuchtetemperatur im Raum 12
THSP - berechneter Feuchtetemperaturpunkt für den Raum 12
&epsi;H - Feuchtetemperaturfehler
TDBMN - zulässiger Minimalwert von TDBSN
&epsi;F- Endfehlerwert berechnet mit PID-Funktion.
In Figur 2 sind die einzelnen Funktionsblöcke mit Angaben versehen, welche die einzelnen Funktionen beschreiben, die durch die Blöcke dargestellt werden. Die Darstellung folgt herkömmlichen Konventionen, um die verschiedenen Funktionen darzustellen, welche die Erfindung aufiveist. Jeder rechteckige Block, z.B. Block 61 stellt eine Art mathematischer oder Rechenoperation mit der Größe dar, welche das dem Block zugeführte Signal darstellt. Das Signal auf der Leitung 58, welches die mittlere Raumtemperatur TAV darstellt, wird also dem Funktionsblock 61 zugeleitet, der kollektiv eine Vorrichtung darstellt, die den Laplace-Transformationsoperator TAV darstellt. Andere Funktionsblöcke geben Entscheidungsoperationen wieder, die Berechnung anderer mathematischer Funktionen wie beispielsweise Multiplikation sowie anderer Laplace-Transformationen verschiedener Art. Kreise, denen zwei oder mehr Signale zugeführt werden, stellen eine Summen- oder Differenzberechnung dar, wie dies durch beigefügte Plus- oder Minuszeichen angezeigt ist. Die Plus- und Minuszeichen an der Verbindung der Leitungen 35 und 64 mit dem Summierelement 71 bedeutet eine Subtraktion des Signalwertes auf der Leitung 64 vom Wert auf der Leitung 35.
Die verschiedenen Berechnungen, Operationen und Entscheidungen gemäß Figur 2 werden in der in gleichmäßigen Intervallen angezeigten Folge, typisch entweder jede Minute oder fortlaufend durchgeführt. Erfolgen die Berechnungen fortlaufend, so muß die Zeit, die von einer Fertigstellung zur nächsten Berechnung in der Reihe gebraucht wird, bestimmt werden, um die Änderungsgeschwindigkeit der verschiedenen Werte zu bestimmen, soweit dies für den Betrieb wichtig ist. Da sich Temperaturen und Feuchtigkeit innerhalb des Raums üblicherweise sehr langsam ändern, bietet eine Berechnung einmal pro Minute üblicherweise eine mehr als angemessene Genauigkeit der Regelung.
Block 61 empfängt ein Signal auf der Leitung 58, welches ein gewichteter Mittelwert der Wandtemperatur und der Lufttemperatur im Raum 12 ist, nämlich TAV. Der Block 61 stellt eine Laplace-Transformation mit TAV dar, um das verzögerte Ansprechen des Fühlers zu kompensieren, und erzeugt ein Signal TDBSN auf der Leitung 64. Die Berechnung von TDBSN ist konventionell. Dieser Wert auf der Leitung 64 wird vom Wert TDBSP auf der Leitung 35 subtrahiert, um den Trockenfühler-Temperaturfehlerwert &epsi;DB zu erzeugen, welcher die herkömmliche Regelabweichung ist, um Klimageräte und Heizungen zu steuern. Das Signal &epsi;DB ist im Signal auf der Leitung 84 enthalten.
Der von der Erfindung erzielte Vorteil liegt in der Verwendung der Feuchtigkeit als weitere Variable beim Berechnen des Fehlers, welcher der Regelung des Klimageräts 19 in Figur 1 dient. Um dies zu erreichen, benutzt die bevorzugte Vorrichtung einen relativen Feuchtewert ∅ in Form eines Signals vom Fühler 14 auf der Leitung 30. Der ∅-Wert wird einem Laplace-Transformationsblock 50 zugeführt, welcher Verzögerung und Instabilität des Fühlers 14 kompensiert und auf der Leitung 51 einen transformierten relativen Feuchtigkeitswert ∅SN abgibt.
Es ist bekannt, sowohl die Feuchtfühlertemperatur als auch die Taupunkttemperatur, die nachfolgend zusammen als Feuchtetemperatur bezeichnet werden, aus einem gegebenen Trockenfühler-Temperaturwert und einem gegebenen relativen Feuchtigkeitswert zu bestimmen. Dies ist einfach das digitale oder berechnete Äquivalent eines manuellen Aufsuchens eines Werts in einer psychrometrischen Standardtabelle. Die Feuchtfühlertemperatur und die Taupunkttemperatur liegen für die meisten Kombinationen von Trockenfühlertemperatur und relativer Feuchte dicht beieinander und können deshalb im Rahmen der Erfindung gegeneinander ausgetauscht werden. Der Rechenblock 67 empfängt die Signale ∅SN und TDBSN und berechnet hieraus eine Näherung für eine der Feuchtetemperaturen THSN und gibt diesen Wert auf der Leitung 76 ab. Block 67 kann als Teil des Feuchtefühlers 14 angesehen werden, der mit dem Block zusammen einen Kombinationsfühler darstellt, welcher einen Feuchtetemperaturwert THSN liefert.
Der Rechenblock 74 führt eine ähnliche Berechnung durch, um eine Annäherung für den Feuchtetemperatur-Sollwert THSP aus dem Trockenfühler-Temperatursollwert und dem Sollwert der relativen Feuchte zu erzeugen. Tatsächlich ist es wahrscheinlich, daß die gleichen Befehle innerhalb des Speichers des Prozessors 28 zu verschiedenen Zeiten der Durchführung dieser beiden Berechnungen dienen. Diese Befehle stellen eine Subroutine dar, die zu geeigneter Zeit aufgerufen wird und zusammen mit den entsprechenden Werten der relativen Feuchte und der Trockenfühlertemperatur zugeführt werden. Block 74 empfängt den Wert TDSPS auf der Leitung 35 sowie den Wert ∅SP auf der Leitung 33 und liefert den entsprechenden Sollwert der Feuchtetemperatur THSP auf der Leitung 77. Block 74 kann ein Speicherelement enthalten, welches kurzzeitig den Wert THSP am Ende jeder Berechnung speichert. Der Summierblock 78 empfängt die Werte THSP und THSN auf den Leitungen 77 bzw. 76 und bildet die Regelabweichung &epsi;H = THSP - THSN, die dann als Signal auf der Leitung 81 erscheint. Die einzelnen Signale auf den Leitungen 81 und 84 mit den Werten &epsi;H sowie &epsi;DB können zusammen als ein erstes oder anfängliches Regelabweichungssignal angesehen werden.
Der Rechenblock 87 benutzt den Trockenfühler-Temperaturfehler &epsi;DB sowie den Feuchtetemperaturfehler &epsi;H zur Ableitung eines Abweichungssignal zweiter Ordnung oder zusammengesetztes Abweichungssignal &epsi;, welches im Signal auf der Leitung 90 erscheint (die Bezeichnung Berechnung ist hier im breitesten Sinne zu verstehen einschließlich jeglicher Art von Datenmanipulation). Es gibt verschiedene Algorithmen, mit deren Hilfe das zusammengesetzte Abweichungssignal abgeleitet werden kann. Der derzeit bevorzugte Algorithmus besteht darin, einfach &epsi; auf den höheren Wert der beiden Signale &epsi;DB und &epsi;H zu setzen, und dies ist das Verfahren, welches durch die beiden Doppelklammern im Rechenblock 87 angedeutet ist. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Auswahl des jeweilig größeren Wertes von &epsi;H und &epsi;DP, wie dies unten noch erläutert wird.
Es wird nicht vorgezogen, das zusammengesetzte Abweichungssignal &epsi; unmittelbar zur Erzeugung eines Anforderungssignals heranzuziehen. Statt dessen wird &epsi; einer herkömmlichen PID-(proportional, integral, differential)-Regelfunktion mit den Gp-, Gi/s- und Gds-Blöcken 91 bis 93 zugeleitet, deren Ausgangswerte dann im Summierblock 96 summiert werden, der ebenfalls einen Teil der PID-Regelfünktion darstellt. Damit erzeugt man einen End-Fehlerwert &epsi;F, der in einem End-Fehlersignal auf der Leitung 98 erscheint.
Der End- oder Gesamtfehlerwert &epsi;F auf der Leitung 98 wird in ein Anforderungssignal auf der Leitung 96 umgewandelt. &epsi;F wird vorzugsweise durch eine Anzahl von Rechenstufen mit bekannten Praktiken modifiziert, um eine Vorgabefunktion in die Ableitung des End- Anforderungssignals auf der Leitung 26 einzufügen. Jede Stufe der Anforderungssignalberechnung erzeugt ein Signal mit dem Wert logisch 1, den man sich als den Einschalt-Zustand eines Klimaregelgeräts 19 vorstellen kann. Das Signal auf der Leitung 26 hat einen Wert logisch 0 sobald kein Anforderungssignal vorhanden ist. Ist ein Signal logisch 1 auf der Leitung 26 da, so ist der Schalter 26 (siehe Figur 1) geschlossen, und Strom fließt zum Klimagerät 19. Führt die Leitung 26 ein Signal logisch 0, so ist der Schalter 29 offen und das Gerät 19 ist außer Betrieb.
Die Vorgabefunktion wird in herkömmlicher Weise durch den Summierblock 101 sowie die Funktionsblöcke 103 und 113 eingegeben. Block 113 wendet einen Laplace- Transformation θ/(τS + 1) in bekannter Weise auf das Signal auf der Leitung 26 an und verschiebt seine Werte logisch 0 und 1 zeitlich. Ein Hysteresetestblock 103 liefert ein Anforderungssignal der ersten Stufe auf der Leitung 105, dessen Logisch-1-Intervalle die relativen Größen von TDBSN und TDBMN unberücksichtigt lassen. Wenn der Laplace- Transformationsblock 113 einen Wert 0 auf der Leitung 115 an den Summierblock 101 zurückschickt, wird der End-Fehlerwert &epsi;F auf der Leitung 98 vom Hysteresetestblock 103 dazu benutzt, um die Zeiten und Längen des Anforderungssignals der ersten Stufe auf der Leitung 105 zu bestimmen. Schickt hingegen der Block 113 einen Wert abweichend von an den Summierblock 101, dann wird der Fehlerwert &epsi;F auf der Leitung 98 zum Testblock 103 durch die Summierblöcke 101 verringert, welche den Anfang des Anforderungssignals verzögern und seine Intervallänge verkürzen. Hierdurch wird der Start des Klimageräts 19 verzögert und die Abschaltung beschleunigt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Testblock 108, der die erste Stufe des Anforderungssignals auf der Leitung 105 empfängt. In sehr seltenen Fällen extrem hoher Feuchtigkeit oder schwach bemessener Klimageräte, oder im Fall, wenn ein relativ niedriger Wert für ∅SP ausgewählt wird, kann es geschehen, daß sich ein unkomfortabel niedriger Wert der gemessenen Trockenfühlertemperatur TDBSN ergibt, wenn der Feuchtefehler &epsi;H auf einen Wert reduziert wurde, der einen Wert &epsi; auf der Leitung 90 erzeugt, welcher die Einschaltung des Klimageräts 19 für eine längere Zeitperiode ermöglicht. Um mit diesem Problem fertig zu werden, empfängt der Testblock 108 den Wert TDBSN auf der Leitung 64 sowie den Wert TDBMN auf der Leitung 34. TDBMN wird als Grenzwert der Trockenfühlertemperatur zum Anhalten des Klimageräts benutzt. Ergibt sich der Zustand TDBMN> TDBSN, so wird unabhängig von der tatsächlichen Feuchte im Raum 12 das End-Anforderungssignal auf der Leitung 26 abgesenkt, um das Klimagerät 19 abzuschalten, ehe der Feuchtefehler &epsi;H auf denjenigen Wert abgesenkt wird, der einen Wert &epsi; erzeugt, der dies normalerweise bewirken würde.
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung des bevorzugten Algorithmus zum Ableiten des zusammengesetzten Fehlersignals. Ein Differenzelement 120 empfängt &epsi;H und &epsi;DB auf den Leitungen 81 bzw. 84 und bildet einen Fehlerdifferenzwert Δ&epsi; = &epsi;H - &epsi;DB. Dieser Wert Δ&epsi; wird einem Signal aufgeprägt, welches einem Testelement 123 zugeführt ist, das Δ&epsi; mit 0 vergleicht. Ist Δ&epsi; ≥ 0 so erhält ein Auswahlsignal auf der Leitung 125 den Wert 1. Das Symbol "=> " bedeutet "das heißt". Ein Signal 1 auf der Leitung 125 bedeutet also, daß der Zustand Δ&epsi; ≥ 0 gemessen wurde. Ein Multiplexer 127 empfängt über die Leitung 125 das Auswahlsignal, dessen Wert im Falle logisch 1 den Eingang 1 aktiviert, um den Wert &epsi;H auf der Leitung 81 zum Ausgang 90 als &epsi; durchzuschalten. Hat das Auswahlsignal hingegen den Wert 0, so aktiviert es den Eingang 0 und schaltet das Signal &epsi;DB auf der Leitung 84 zum Ausgang 90 durch. Dies stellt nur eine von zahlreichen Möglichkeiten dar, die relativen Größen von &epsi;H und &epsi;DB so anzuwenden, daß die jeweils größere zur Leitung 90 durchgeschaltet wird. Im Falle eines Mikrorechners erzeugt die Software die in Figur 3 gezeigten Funktionen in der einen oder anderen Weise.

Claims

1. Regler (25) für ein Klimaregelsystem zum Verändern von Lufttemperatur und Luftfeuchte in einem Raum (12) mit:

a) einem Temperaturfühler (15), welcher ein den Wert der Trockenfühlertemperatur wiedergebendes Lufttemperatursignal liefert; und

b) einem Speicher (27) zum Abspeichern eines Trockenfühler-Temperatursollwerts sowie eines Feuchtetemperatursollwerts, der ein Sollwertsignal liefert, welches die Sollwerte von Trockenfühler- und Feuchtetemperatur zur Verfügung stellt, gekennzeichnet durch

c) einen Feuchtefühler (14, 50, 67), welcher ein Feuchtetemperatursignal liefert, das wenigstens einen der Werte der Feuchtefühlertemperatur bzw. der Taupunkttemperatur liefert; sowie

d) eine Fehlerrecheneinrichtung (28, 71, 74, 78, 87), welche das Feuchtetemperatursignal, das Lufttemperatursignal sowie das Sollwertsignal empfängt und ein einen Kombinations-Fehlerwert als Funktion der in dem Feuchte- und dem Lufttemperatursignal sowie dem Sollwertsignal enthaltenen Werte berechnet und diesen Kombinationsfehlerwert in einem Kombinationsfehlersignal darstellt.

2. Regler nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Fehlerverarbeitungseinrichtung (28, 91 - 93, 96, 101, 103, 108, 113), welche das Kombinationsfehlersignal empfängt und während als Funktion des Kombinationsfehlersignals bestimmten Intervallen ein Anforderungssignal liefert.

3. Regler nach Anspruch 2, bei dem der Speicher (27) ferner Mittel zum Speichern eines Trockenfehlertemperaturgrenzwertes und zu dessen Bereitstellung in einem Grenztemperatursignal aufweist und wobei die Erfindung ferner gekennzeichnet ist durch eine Vergleichseinrichtung (108) in der Fehlerverarbeitungseinrichtung (28, 91 - 93, 96, 101, 103, 108, 113), welche das Grenztemperatursignal sowie das Lufttemperatursignal empfängt, um die Trockenfühlergrenztemperatur mit dem Wert des Lufttemperatursignals zu vergleichen und das Anforderungssignal zu unterdrücken, wenn ein vorgegebenes Verhältnis zwischen dem Trockenfühlertemperaturgrenzwert und dem Trockenfühlertemperaturwert vorliegt.

4. Regler nach Anspruch 3, zum Steuern des Betriebs eines Klimaregelsystems mit Luftkonditionierung, wobei die Speichereinrichtung (27) zum Speichern eines Trockenfühlertemperaturgrenzwertes Mittel umfaßt, um einen Temperaturwert abzüglich des Trockenfühlertemperatursollwerts zu speichern.

5. Regler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Feuchte&hier (14, 50, 67) umfaßt:

a) einen Relativfeuchte-Fühler (14), welcher ein den Wert der relativen Umgebungsfeuchte darstellendes Relativfeuchte-Signal liefert; und

b) eine Feuchtetemperatur-Recheneinrichtung (67), welche das Lufttemperatursignal sowie das Relativfeuchtesignal empfängt und einen Feuchtetemperatur- Näherungswert berechnet und diesen in das Feuchtetemperatursignal eingibt.

6. Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß der Speicher (27) ferner Mittel zur Aufzeichnung eines Relativfeuchte-Sollwerts sowie Mittel (74) zur Aufhahme des Relativfeuchte-Sollwerts und des Trockenfühler- Temperatursollwerts aufweist, um den Feuchtetemperatur-Sollwert als Funktion des Relativfeuchte-Sollwerts und des Trockenfühler-Temperatursollwerts zu berechnen und ein Signal zu liefern, welches den berechneten Feuchtetemperatursollwert enthält; und wobei der Speicher (27) Mittel für den Empfang des berechneten Feuchtetemperatur-Sollwertsignals aufweist, um den darin enthaltenen berechneten Feuchtetemperatursollwert aufzuzeichnen.

7. Regler nach Anspruch 1, bei dem der Speicher (27) ferner umfaßt:

i) Mittel zum Aufzeichnen eines relativen Feuchtesollwerts sowie;

ii) Rechensollwert-Aufzeichnungsmittel zum Aufzeichnen eines in einem berechneten Feuchtetemperatur-Sollwertsignal enthaltenen berechneten Feuchtetemperatursollwerts; sowie

iii) Mittel zum Eingeben des berechneten Fechtetemperatursollwerts als Feuchtetemperatursollwert in das Sollwertsignal; und wobei die Fehlerrecheneinrichtung (28, 71,74, 78, 87) ferner eine Recheneinrichtung (74) aufweist, welche den Relativfeuchte-Sollwert sowie den Trockenfühler- Temperatursollwert empfängt, um den Fechtetemperatursollwert als Funktion des Relativfeuchte-Sollwerts und des Trockenfühler-Temperatursollwerts zu berechnen und ein Signal mit dem berechneten Feuchtetemperatursollwert an die Speichervorrichtung für den berechneten Sollwert zu liefern.

8. Regler nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerrecheneinrichtung (28, 71, 74, 78, 87) umfaßt:

i) Rechenmittel (78, 71) zum Bilden eines Feuchtetemperaturfehlers gleich der Differenz zwischen dem Feuchtetemperaturwert und dem Feuchtetemperatur- Sollwert, ferner zum Bilden eines Trockenfühler-Temperaturfehlers gleich der Differenz zwischen dem Trockenfühler-Temperaturwert und dem Trockenfühler- Temperatursollwert, sowie zur Erzeugung eines anfänglichen Fehlersignals, welches den Feuchtetemperaturfehler und den Trockenfühler-Temperaturfehler enthält; und

ii) eine Vergleichseinrichtung (120, 123, 127), welche das Anfangsfehlersignal empfängt und die relativen Größen des Feuchtetemperaturfehlers und des Trockenfühler-Temperaturfehlers mißt und in das Kombinationsfühlersignal den größeren der beiden im Anfangsfühlersignal enthaltenen Fehler eingibt.