DE2500647A1

DE2500647A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperatursteuerung

Info

Publication number: DE2500647A1
Application number: DE19752500647
Authority: DE
Inventors: William L Enter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-09
Filing date: 1975-01-09
Publication date: 1975-07-10
Also published as: IT1027253B; NL7500203A; GB1493011A; CA1063699A; US3905153A

Description

P 97/289

Dr. jj'/F

S. 1. 1975

WILLIAM L. ENTEH
Mustang, Oklahoma (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Temperatursteuerung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperatursteuerung in geschlossenen Bäumen und insbesondere in Gewächshäusern unter Einstellung der gemessenen Baumtemperatur auf einen vorgebbaren Sollwert sowie zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete
Vorrichtungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtungen ermöglichen eine automatische Temperaturregelung in Baulichkeiten, in denen eine genaue Temperatursteuerung erforderlich ist, und sie eignen sich in hervorragender weise zur
Temperafcursteuerung in allen Phasen des Betriebsablaufs in Gewächshäusern.

Zum bekannten Stande der Technik gehören verschiedene Typen von thermostatischen Segelsystemen, bei denen wie bei den bekannten
Thermostatsteuerungen für Wohngebäude Heiz- und/oder Kühleinrichtungen in Abhängigkeit von mittels Fühlern bestimmten Temperaturen betrieben werden. Diese bekannten Systeme enthalten im wesentlichen einen Sensor für die Steuerung eines Seaktanzgliedes, das zwischen vorgegebenen Grenzwerten aktiviert wird, um eine angemessene Speisung von damit verbundenen Heiz- und/oder Kühleinrichtungen mib
Betriebsenergie aufrechtzuerhalten. Für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen eine extrem genaue Steuerung oder eine Regelung bei
abnorm hohen oder tiefen Temperaturen verlangt wird, sind auch
schon ausgeklügeltere Vorrichtungen entwickelt worden. Für die

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ORIGINAL INSPECTED

Temperaturregelung in Gewächshäusern und anderen gärtnerischen Anlagen werden bisher die üblichen Arten von Temperatursteuerungen eingesetzt, wobei man sich mit ihrem allgemeinen Betriebsverhalten auch für diesen speziellen Zweck zufriedengegeben hat. Die Sollwerteinstellung für die Temperatursteuerung, also die Einstellung der Ärbeitspunkte für die Heiz- und/oder Kühleinrichtungen, wird dabei von Hand und in Abhängigkeit von einer Beurteilung der jeweiligen Intensität der Sonneneinstrahlung durch das Bedienungspersonal vorgenommen, und ebenso werden auch die Nachttemperaturen von Hand eingestellt. Beides verlangt erhebliche Achtsamkeit von Seiten des Bedienungspersonals und auch erhebliche Erfahrung im Umgang mit der jeweiligen Anlage. Für die Steuerung der Heizung und der Kühlung werden im allgemeinen gesonderte Thermostate verwendet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine automatische Temperatursteuerung zu ermöglichen, die bei geringen Kosten und hoher Zuverlässigkeit in automatischem Betrieb für verschiedene Zwecke eine optimale Anpassung an den jeweiligen Einsatzfall und insbesondere an die verschiedenen Phasen des Betriebsablaufs in einem Gewächshaus unter Berücksichtigung beispielsweise der für die Photosynthese und für die Insektizidbehandlung der Pflanzen zu stellenden Anforderungen zu gewährleisten vermag.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Temperatursteuerung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sollwert für die Temperatureinstellung während der Dunkelperiode im Tagesablauf proportional zu der während der vorangehenden Tageslichtperiode gemessenen Menge an Sonnenlichteinstrahlung vorgegeben wird.

Eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung in geschlossenen Räumen und insbesondere in Gewächshäusern mit einer einstellbaren Steuerung für Heiz- bzw. Kühleinrichtungen zum Einhalten eines vorgebbaren Sollwerts für die Raumtemperatur ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Einstellglied für den Sollwert für die Raumtemperatur ein auf das während der Tageslichtperiode einfallende

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Sonnenlicht ansprechendes Modifizierglied gekoppelt ist, das eine der während der jeweils vorangegangenen Tageslichtperiode gemessenen Menge an Sonnenlichteinstrahlung proportionale Änderung des Sollwerts für die Temperatureinstellung während der nachfolgenden Dunkelperiode bewirkt.

In bevorzugter Ausführung führt die Erfindung zu einer Vorrichtung zum automatischen Steuern von Umweltbedingungen in Gebäuden und insbesondere in Gewächshäusern, wo genaue Temperaturverhältnisse eingehalten werden müssen. Diese Vorrichtung besteht aus einer elektronischen Schaltung, die Glieder für die Erfassung der Temperatur und der momentanen Sonneneinstrahlung, Glieder für die Bestimmung der über einen Tag angesammelten Sonneneinstrahlung und für die Änderung der Nachttemperatur und Glieder für die Einstellung eines Betriebssollwerts und eines Insektizidsteuerpunktes sowie ein Summierglied enthält, dem die elektrischen Ausgangssignale aller zuvor erwähnten Glieder zugeführt werden und das seinerseits über einen nachgeschalteten Pegeldetektor eine Steuerschaltung betätigt, die der Aktivierung der Heiz- und/oder Kühleinrichtung, der Insektizidabgabesteuerung und anderer Wartu&gseinrichtungen dient.

Die Erfindung ergibt ein vollautomatisch arbeitendes System zur Temperatursteuerung, das sich insbesondere für eine Installation zur Temperatursteuerung in größeren Gebäudekomplexen, Arenen und ähnlichen Baulichkeiten eignet. Vor allem aber ist das durch die Erfindung geschaffene System angepaßt an die Erfordernisse einer Temperatursteuerung in und um Gewächshäusern, wo der Temperaturgang in Kelation zu den besonderen Parametern für die Pflanzenzucht gewählt werden muß. Das durch die Erfindung geschaffene automatische Steuersystem bewirkt nicht nur die Einhaltung der Kaumtemperatur bei Tage in Entsprechung zur einfallenden Sonnenstrahlung, sondern es dient auch dazu, die Nachttemperaturen gemäß der über einen Tagesablauf hinweg insgesamt eingefallenen Sonneneinstrahlung automatisch zu regeln und die Temperaturen in Relation zu der Zeit während und nach einer Insektizidabgabe in der Umgebung optimal einzustellen. In einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung

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wird eine Mehrzahl von elektrischen Ausgangssignalen abgeleitet, von denen je eines der momentanen Temperatur, der Sonneneinstrahlung, der über einen Tag hinweg angesammelten Sonneneinstrahlung, der Betriebssteuerungsänderung und der Insektizidänderung zugeordnet ist, und diese elektrischen Ausgangssignale werden aufsummiert und in ihrem Pegel bestimmt, um die jeweilige Heiz- und Kühleinrichtung zu steuern, die für die Bedienung des betreffenden Umgebungsgebiets oder Gebäudes vorgesehen ist.

Im übrigen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowohl des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung jeweils in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung veranschaulicht, das alle Merkmale und Vorteile der Erfindung klar erkennbar werden läßt. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung,

Fig. 2 ein mehr ins einzelne g-ehendes Schaltbild für die Temperatursteuerung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Einrichtungen und Schaltungsteile für Sollwertänderungen in Verbindung mit der Insektizidsteuerung gemäß Fig. 2.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt alle wesentlichen Bäustufen einer Vorrichtung 10 zur Temperatursteuerung in Form eines Blockschaltbildes, wobei die dargestellte Vorrichtung 10 insbesondere auf einen Einsatz in einem Gewächshaus abgestimmt ist.

Entsprechende Vorrichtungen können aber auch für die Temperatursteuerung in Baulichkeiten anderer Art wie Sportarenen, Lagerhäusern und dergl. eingesetzt werden.

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In Fig. 1 liefert ein Sensor 12 für die Umgebungstemperatur auf einer Leitung 1*f ein stetes elektrisches Signal als Anzeige für diese Umgebungstemperatur, das als Eingangssignal für ein Einstellglied 16 für die Einstellung eines Basissoliwertes für die Umgebungstemperatur dient. Das Ausgangssignal des Sinstellgliedes 1o bildet ein Eingangssignal für ein Summierglied 18, Je nach der Größe der Anlage kann es zweckmäßig und wünschenswert sein, mehrere solcher Sensoren 12 für die Umgebungstemperatur an kritischen Punkten rund um die Anlage anzuordnen und die von diesen gelieferten Ausgangssignale als Eingangssignale für eine Art von Mittelwertbildner wie beispielsweise eine Mittelwertschaltung mit einem fiechenverstärker zu verwenden, dessen Ausgangssignal dann über die Leitung Ik dem ISin stellglied 16 für die Einstellung des Basissollwertes für die Umgebungstemperatur zugeführt werden kann.

Ein Sensor 20 für die einfallende Sonnenstrahlung gibt auf einer Leitung 22 ein elektrisches Ausgangssignal ab, das eine Anzeige für die momentane Sonneneinstrahlung, also für den Sonnenstrahlungseinfall durch u'and- und Dachverglasung und durch Wand- und Dachö'ffnungen darstellt und als dazu proportionales elektrisches Signal einem Einstellglied Zh für die Änderung der Sollwerteinstellung aufgrund des Sonnenstrahlungseinfalls zugeführt wird, dessen Ausgangssignal wiederum ein weiteres Eingangssignal für das fiummierglied 18 bildet.

Die Gesamtmenge an während eines Tagesablaufs eingestrahlter Sonnenstrahlung wird in Fig. 1 durch einen Sensor 26 erfaßt, der über eine Leitung 28 ein entsprechendes elektrisches Signal abgibt, das einem Einstellglied 5° für die Änderung des nächtlichen Sollwerts zugeführt wird. Das eingestellte Ausgangssignal dieses Einstellgliedes J>0 wird dann in Entsprechung zur vorgegebenen Einstellung dem Summierglied 18 als ein weiteres Eingangssignal zugeführt .

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Weiter ist in Fig. 1 ein Einstellglied ~$2. für die Änderung des Betriebssollwertes vorgesehen, das entweder auf periodischer Zeitbasis oder bei spezieller Betätigung durch das Bedienungspersonal in Entsprechung zu Sonderbetriebsregelungen wirksam werden kann und dann ein weiteres Eingangssignal für das Summierglied 18 liefert. Außerdem ist ein Einstellglied Jk für eine der Insektizidabgabe zugeordnete Sollwertänderung vorgesehen, das ebenfalls entweder auf Zeitbasis oder auf spezielle Betätigung arbeitet. Dieses Einstellglied ~j>h liefert zum einen ein weiteres Eingangssignal für das Summierglied 1-8 und außerdem über eine Leitung 36 ein Ausgangssignal, das zur Erregung einer Steuerung 38 für die Insektizidabgabe dient. Diese Steuerung 38 ist von ausgewählter Art, wie dies unten noch im einzelnen beschrieben wird.

Das Summierglied 18 nimmt alle ihm zugeführten Eingangssignale auf, summiert sie und gibt über eine Leitung ^fO eine einer arithmetischen Summe entsprechende Ausgangsspannung an einen Pegeldetektor k2 ab. Dieser Pegeldetektor k-2 nimat einen Vergleich der Eingangspegel vor und erzeugt ein kennzeichnendes Ausgangssignal, das einer Ausgangssteuerstufe HM- zugeführt wird, die ihrerseits." die Erregung einer Heiz- und Kühleinrichtung k6 steuert.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung 10 mit mehr Einzelheiten dargestellt, wobei die verschiedenen Blöcke aus dem Blockschaltbild von Fig. 1 wieder mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind.

Für die Fernerfassung der Temperatur ist ein Thermistor ^O oder alternativ dazu eine Mehrzahl solcher Thermistoren unter ausgangsseitiger Zusammenschaltung mit Mittelung des Ausgangssignals - vorgesehen, und im Ausgangskreis dieses Thermistors 5O bzw. dieser Thermistoren liegt als Strommesser ein Milliamperemeter 52, das eine Temperaturanzeige an einer Zentral- oder Bedienungsstelle liefert. An anderen Außen- oder Bedienungsstellen können weitere Milliamperemeter für die Temperaturanzeige eingebaut sein, wie dies in Fig. 2 durch ein über eine gestrichelt dargestellte Leitung angeschlossenes Milliamperemeter 52a ange-

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deutet ist. Der Spannungsabfall am Milliamperemeter 52 bzw. an den weiteren Milliamperemetern 52a ist minimal, vom Thermistor 50 im Sensor 12 gelangt daher über die Leitung Ik ein der gemessenen Temperatur proportionales elektrisches Signal im Einstellglied 16 zu einem Potentiometer 54 für die Sollwerteinstellung, das an eine Speisespannungsquelle für eine Speisespannung -Vcc angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Einstellgliedes 16 für die Temperatursollwerteinstellung wird dann über eine Leitung 56 an einen ersten Eingang 1 des Summiergliedes 18 angelegt. Dieses Ausgangssignal bildet bei dem dargestellten speziellen Beispiel für das Summierglied 18 das Eingangssignal für einen Summierv/iderstand 58, der mit seinem einen Ende an den Eingang 1 und mit seinem anderen Ende an eine Ausgangssammelschiene 6O angeschlossen ist.

Der Sensor 26 für die Sammlung der Sonneneinstrahlung über eine Tageslichtperiode besteht in Fig. 2 aus mehreren Solarzellen 62, und 66, die in Serie zueinander zwischen eine Speisespannungsquelle 68 für eine Speisespannung -Vcc/2 einerseits und eine Leitung 70 andererseits eingefügt sind. Parallel zu den Solarzellen 62 bis 66 liegt zwischen den Leitungen 70 und 28 eine Einrichtung zur Strahlungssammlung in Form einer wiederaufladbaren Wickel/Kadmium-Trockenzelle 71, und im Einstellglied j>Q für die ünderung des nächtlichen Sollwertes ist in entsprechender Parallelschaltung ein Potentiometer 72 zwischen die Leitungen 28 einerseits und 70 andererseits eingefügt. Das Ausgangssignal von diesem Potentiometer 72 wird über eine Leitung 74 einem zweiten Eingang 2 des Summiergliedes 18 zugeführt, von wo dieses zweite Eingangssignal zu einem Summierwiderstand 76 gelangt, der mit seinem zweiten Ende wiederum an die Ausgangssammelschiene 60 angeschlossen ist. Die Trockenzelle 71 gehört zur Standardbauart und weist bei voller Aufladung ein Potential von etwa 1,2 Volt auf, während die Solarzellen 62, 64 und 66 bei Aktivierung durch Sonneneinstrahlung jeweils eine Spannung von. etwa 0,4-5 Volt zeigen.

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Die Sonneneinstrahlung wird von den Solarzellen 62 bis 66 erfaßt, und diese laden die Trockenzelle 71 mit einem Ladestrom auf, der
proportional ist zur einfallenden Sonnenstrahlungsintensität. Die Spannung der Trockenzelle 71 ist nach etwa einer Stunde Sonneneinstrahlung im wesentlichen konstant, und dies hat zur Folge, daß die in der Trockenzelle 71 gespeicherte Ladung proportional wird sowohl zur festgestellten Sonnenstrahlungsintensität als auch zur Anzahl der Stunden mit Sonneneinstrahlung. Der ¥ert des Potentiometers 72 wird so gewählt, daß sich in Abwesenheit von Sonneneinstrahlung die Trockenzelle 71 mit einer Geschwindigkeit entlädt, wie sie erforderlich ist, um die Trockenzelle 71 i& etwa der gleichen Zeitspanne
vollständig zu entladen, wie sie für deren Aufladung benötigt wird.

Der Sensor 20 für die einfallende Sonnenstrahlung enthält in
Fig. 2 eine einzelne Solarzelle 78, die zwischen einem Anschluß 8O für eine Speisespannung -Vcc/2 einerseits und einer Leitung 81
andererseits liegt. Dieser Solarzelle 78 parallel ist eine wiederaufladbare Wiekel/Kadmium-Trockenzelle 82 zwischen die Leitung 81
einerseits und die Leitung 22 andererseits eingefügt, und wiederum parallel dazu liegt im Einstellglied 2.K für die Änderung der Sollwerteinstellung aufgrund des Sonnenstrahlungseinfalls ein Potentiometer 8k. Das eingestellte Ausgangssignal von diesem Potentiometer 8^f wird dann über eine Leitung 86 einem dritten Eingang 3 des Summiergliedes 18 und über diesen Eingang 3 weiter einem Summierwiderstand 88 als Eingangssignal zugeführt. Die Solarzelle 78 dient zur Erfassung des einfallenden Sonnenlichts und erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional ist zur momentanen Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung, und diese Ausgangsspannung wird an das
Potentiometer 8*f für die Einstellung des Basissollwertes angelegt. Die Trockenzelle 82 wirkt im Verein mit dem Potentiometer Sk als
eine Einrichtung zur Energiekonservierung, da sie dazu dient, eine unnötige wiederholte Erregung der Heiz- und Kühleinrichtung k6 in
Fig. 1 zu verhindern, wenn in den Witterungsbedingungen variable
Bewölkung vorherrscht. Dieses Merkmal ist insofern herausragend,
als dadurch ein einziger Thermostat ausreicht, um sowohl die Heiz-

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einrichtung als auch die Kühleinrichtung ohne Uberlappungsfunktion zu betreiben. Die Trockenzelle 82 und das Potentiometer 84 wirken also wie ein Filter mit langer 2eitkonstante oder wie eine Schaltung zur Mittelwertbildung.

Obwohl es scheinen könnte, als ob die Trockenzelle 71 und die Trockenzelle 82 in der gleichen Vveise arbeiten, so ist tatsächlich doch ihre -Betriebsweise von ganz verschiedener Art. So läßt i-ian vlie Spannung der Trockenzelle 71 bis zu ihrem vollen .Nennwert ansteigen, worauf sich bei Vorhandensein von Sonnenlicht die Aufladung der Trockenzelle 71 fortsetzt, obgleich es zu einem nur vernachlässigbar kleinen weiteren Spannungsanstieg kommt. Aus diesen: Grunde ist die Ladung in der Trockenzelle 71 nicht proportional zu deren Spannung, sondern proportional zu der Zeitdauer, innerhalb deren die Solarzellen 62 bis 66 von Sonnenlicht getroffen werden. Im Gegensatz hierzu kann die Trockenzelle 82 wegen ihrer Verbindung mit nur der einzigen Solarzelle 78 niemals bis zu ihrer vollen Kennspannung aufgeladen werden. Die Ladung in der Trockenzelle 82 wird dann der Spannung proportional sein, die sich an der einzigen Solarzelle 78 entwiekelt, da der Stromfluß in die Trockenzelle 82 hinein aufhört, wenn die Spannung an der Trockenzelle 82 gleich der Spannung an der Solarzelle 78 wird. Die Ladung in der Trockenzelle 82 ist daher stets proportional zur durchschnittlichen Sonneneinstrahlung während jeweils aer eben vergangenen paar Minuten.

Das Einstellglied 32 für die Änderung des Betriebssollwertes besteht in Fig. 2 aus einem Potentiometer 90, das zwischen einem Anschluß 92 an eine Speisespannung -Vcc einerseits und einem Erdanschluß 97 andererseits liegt und so eingestellt ist, daß es über eine Leitung 9^ ein Ausgangssignal an Zeitkontakte 96 abgibt, die über einen Zeitgebermechanismus 98 üblicher Art geschlossen werden können, der beispielsweise ein 2ⁱf-Stunden-Zeitgeber von handelsüblicher Form sein kann. Mittels betriebsbestimmter Auswahl kann das Ausgangssignal auf der Leitung 9^ über die Zeitkontakte oder über einen von Hand betätigbaren Schalter 100 auf eine Leitung 102 geschaltet werden, über die es als Eingangssignal zu einem

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vierten Eingang 4 des Summiergliedes 18 und in diesem zu einem Summierwiderstand 104 gelangt. Das Potentiometer 90 ist dabei dazu vorgesehen, um den Sollwert entsprechend den Wünschen der Betriebsführung einzustellen bzw. seine Einstellung entsprechend diesen .Wünschen zu ändern. Dies kann beispielsweise aus Gründen der Arbeitserleichterung für das Personal erforderlich werden, wenn in geschlossenem Baum oder während spezieller Zeiträume wie beispielsweise stark bewölktem Himmel gearbeitet v/erden muß oder wenn ein Zustand mit Uberfeuchtung und starker Stickstoffanwendung herrscht.

Das Einstellglied 34 für eine Änderung des Sollwertes aufgrund von Insektizideinführung enthält in Fig. 2 ein Potentiometer 105, das zwischen einer Speisespannung -Vcc an einem Anschluß 106 einerseits und Erde andererseits liegt und an dem über eine Leitung 108, die zu Schaltkontakten 110 führt, eine einstellbare Ausgangsspannung abnehmbar ist. Die Schaltkontakte 110 werden von einem mechanischen Koppelglied 112 gesteuert, das seinerseits mit passend gewähltem Zeittakt durch einen Programmschalter 114 betätigt wird. Der Programmschalter 114 kann ein Nockenschalter mit mehreren Schaltnocken sein, wie dies unten noch näher erläutert ist. Ein brauchbarer Programmschalter ist beispielsweise das von der Firma Sealectro Corporation in Mamaroneck, New York, unter dem Namen "Acton" vertriebene Modell. Die Ausgangsspannung an den Schaltkontakten 110 wird über eine Leitung 1i6einem fünften Eingang 5 des Summiergliedes 18 und in diesem einem Summierwiderstand 124 als Eingangssignal zugeführt, der ebenso wie die anderen Summierwiderstände 58, 76, 88 und 104 mit seinem zweiten Ende an die Ausgangssammelschiene 60 angeschlossen ist. -

In Fig. 3 ist eine mögliche Ausführungsform für den Programmschalter 114 und die damit gekoppelten Bau- und Schaltungsteile mit mehr Einzelheiten dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Programmschalter 114 "ein Mehrnockenschalter mit einer Mehrzahl von Steuernocken 13O, 132, 134, I36 und 138, die synchron zueinander in eine Rotationsbewegung um ihre jeweilige Mittelachse 1 bis 5

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versetzbar sind, die ihnen über ein mechanisches Koppelgestänge von einem Taktgebermotor ik-2 her aufgezwungen wird. Der Taktgebermotor 14-2 kann ein 24-Stunden-Zeitgeber bekannten Aufbaus sein, der über den Antrieb der Steuernocken 13O bis I3S für einen kontinuierlichen Funktionszyklus sorgt. Seine Antriebsenergie bezieht der Taktgebermotor 1^2 über Leitungen 144, die an die Pole 1^5 eines 115-Volt-Wechselspannungsnetzes angeschlossen sind, und sein Anlaufen kann mittels eines Schalters 146 bewirkt werden, der über einen Nockenschalter 148 mit einer Stromhaltefunktion ausgestattet ■wird, die während der gesamten Eotation des Steuernockens 13O anhält, der bei Ausbildung des Programmschalters 114 als 24-Stunden-Zeitgeber eine Umdrehung in Zh Stunden macht, wonach er durch Schließen des Schalters 146 erneut gestartet werden kann.

Der Steuernocken 132 steuert das Schließen eines Nockenschalters 150, der in geschlossenem Zustand Wechselstrom von einer Leitung zu einer Blockierschaltung 15²+ gelangen läßt, die einen Teil der Steuerung 38 für die Insektizidabgabe in Fig. 1 bildet und verschiedene Steuerfunktionen übernimmt, indem sie beispielsweise eine Warneinrichtung für das Schließen der Türen, das Schließen von Lüftungsöffnungen und die Erregung von UmlaufVentilatoren steuert. In analoger Weise bewirkt der Steuernocken 13^ ein periodisches Schließen eines Nockenschalters I56, der - nur bei geschlossenem Nockenschalter I50 - ein Solenoid 158 für die Insektizidabgabe mit Speisevfechselstrom aus der Leitung 152 versorgt, welches Solenoid 158 ebenfalls einen Teil der Steuerung 38 für die Insektizidabgabe bildet. Der Steuernocken I36 bewirkt mit analoger zeitlicher Steuerung das Schließen eines Nockenschalters 16O, der zur Betätigung einer Ventilationseinrichtung 162 dient, die wiederum zur Steuerung 38 gehört und unten noch näher erläutert wird. Für die Insektizidabgabe können Abgabe- und Umlaufeinrichtungen verschiedener Art verwendet werden. Beispielsweise können Abgabeeinrichtungen mit Solenoidsteuerung für die Abgabe von flüssigen oder pulverförmigen Insektiziden zusammen mit gemeinsam damit betriebenen Warn- und Umlaufeinrichtungen für die Belüftung durch den Programmschalter 11k gesteuert werden. Derartige Einrichtungen sind bekannt und als

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Zubehör für die Vorrichtung 10 im Handel ohne weiteres erhältlich. Weiterhin können je nach den Erfordernissen bei einer bestimmten Einrichtung für die Insektizidabgabe noch zusätzliche ßteuernocken vorgesehen werden, die für die Steuerung weiterer Funktionsabläufe sorgen können, wie sie für spezielle Insektizide und Anwendungsweisen notwendig sein können.

Die Darstellung in Fig. 2 zeigt weiter, daß das Ausgangssignal des Summiergliedes 18 über die Leitung 40 einem Eingang 17O eines Rechenverstärkers 172 zugeführt wird, der als ein Spannungspegel-"komparator arbeitet. Von einem Anschluß 174 her wird über einen Begrenzungswiderstand 176 für die Strombegrenzung Speisespannung -Vcc/2 an einen zweiten Eingang I78 des Eechenverstärkers 172 angelegt. Der Rechenverstärker 172 ist ein in integrierter Schaltungstechnik ausgeführter Baustein üblicher art und bei dem vorliegenden speziellen Beispiel die eine Hälfte eines dualen Rechenverstärkers 741C. Außerdem besteht bei dem vorliegenden Beispiel das Surnmierglied 18 aus den Summierwiderständen 58, 76» 88, 104 und 124, von denen der Summierwiderstand 88 ein 2,7-kOhm-Widerstand ist, während die Summierwiderstände 58, 76, 104 und 124 jeder einen Wert von 1 kOhm aufweisen.

Das Ausgangssignal aus dem Rechenverstärker 172 wird in Fig. 2 an einem Verbindungspunkt 18O abgenommen und zum einen über einen Widerstand 182 als Steuersignal auf den Eingang I70 des Rechenverstärkers 172 rückgekoppelt und zum anderen als ausgangsseitige Anzeigespannung auf eine Leitung l84 gegeben. Seine Vorspannung erhält der Rechenverstärker 172 in üblicher Weise über einen mit Erde verbundenen Anschluß 8 einerseits und über einen Speisespannung -Vcc führenden Anschluß 4 andererseits. Die Ausgangsspannung auf der Leitung 184 wird parallel auf zwei Steuerrelais 186 und 188 gegeben, die Schältkontakte I90 bzw. 192 steuern, die zur Steuerung der Erregung von Ausgangsleitungen 194 bzw. I96 dienen. Die Ausgangssignale auf den Ausgangsleitungen 194 und 196 können dann in üblicher weise zur Steuerung der Heiz- und Kühleinrichtung 46 in

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Fig. 1 entweder mit unmittelbarer Speisung oder - nötigenfalls über zusätzliche Steuermotore dienen. Zur Steuerung der Spannungspegel für die Erregung sind mit den Steuerrelais 136 und 188 Zenerdioden 198 bzw. 200 in Serie geschaltet. Die ^enerspannungen für diese Zenerdioden 19ö und 20ü sind in der weise verschieden gewählt, daß eine stufenweise Erregung möglich wird, wie dies unten noch naher erläutert wird. Zur parallelen Erregung jedes der Steuerrelais 186 und 188 wird ihnen über einen Anschluß 202 Speisespannung -Vcc zugeführt.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung 10 wird nachstehend in Verbindung mit einer vollständigen und automatischen Temperatursteuerung bei Tage und bei Nacht für eine Gewächshausanlage oder ein Gebäude mit ähnlichen Anforderungen hinsichtlich einer genauen Temperatursteuerung beschrieben. Dazu wird die Vorrichtung 10 für die Einstellung von Tages- und ^achttemperaturen unter allen Betriebsbedingungen benutzt und kann so eingestellt werden, daß allen Faktoren v;ie Jahreszeit, Art der Pflanzenbesetzung, allgemeiner Feuchtigkeitspegel und dergl. Rechnung getragen werden kann, um optimale "wachstumsbedingungen und Frucht- oder Blütenerträge zu gewährleisten.

Das Potentiometer ^h- für die Basiseinstellung· für den Temperatursollwert liefert über das Summierglied 18 eine heruntergeteilte Spannung bei voreingestelltem Pegel als Eingangssignal für den Sechenverstärker 172. Der Eechenverstärker 172 vergleicht den ihm an seinem Eingang I70 zugeführten Spannungspegel (Anschluß 2) mit dem an seinem zweiten Eingang 173 (Anschluß 3) anliegenden Pegel aus der Speisespannung -Vcc/2 und leitet aus diesem Vergleich eine Ausgangsspannung (Anschluß 1) für die Leitung ~\8k ab.

rfenn die Umgebungstemperatur oberhalb des am Potentiometer ^k eingestellten Sollwertes liegt, wird die Ausgangsspannung aus dem Rechenverstärker 172 gleich -Vcc, so daß die Steuerrelais 186 und 188 nicht erregt werden. Fällt die Temperatur unter den eingestellten Sollwert, so fällt die Ausgangsspannung des Hechenverstärkers 172 auf 0 Volt ab, und die Steuerrelais 186 und 188

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iverden in abgestufter Weise erregt und erzeugen Steuersignale auf den Ausgangsleitungen 194 bzw. I96, die in diesem Falle die Heizung in Betrieb gehen lassen, um. die Umgebungstemperatur wieder auf den eingestellten Sollwert anzuheben, Wenn die Umgebungstemperatur innerhalb der zulässigen Sollwertgrenzen liegt, bleibt das Steuerrelais 186 erregt, während das Steuerrelais 188 nicht erregt ist, da die Zenerdioden 198 und 200 so ausgewählt sind, daß sie unterschiedliche effektive Zenerspannungen aufweisen und damit unterschiedliche Erregungspegel für die beiden Steuerrelais 186 und entstehen lassen. Dabei können die Stufen selbstverständlich durch die Hinzufügung von Steuerrelais und zugehörigen Zenerdioden ausgebaut werden; der dargestellte Aufbau verlangt vier solche ausgangsseitige Relaisstufen, nämlich zwei für die Heizungssteuerung und zwei für die Kühlungssteuerung.

Das Potentiometer 72 für die Änderung des Sollwertes für die Nachtzeit ist so eingestellt, daß es eine Absenkung oder eine Anhebung des Temperaturpegels für die Nachtzeit in Entsprechung zu der von den Solarzellen 62, 6k und 66 festgestellten Gesamtmenge an Sonneneinstrahlung während des vorangegangenen Tages bewirkt. So kann bestimmt werden, daß es für eine bestimmte Menge an gesamter Sonneneinstrahlung an einem Tag einen bestimmten Überschuß an aus dem Photosynthesevorgang stammender Wachstumsenergie in den Pflanzen geben kann, der wiederum einen Bedarf für eine optimale Temperatur während der Nachtzeit entstehen läßt, während der die Pflanzen diese Energie für ihr Wachstum ausnutzen können. Eine optimale Nachttemperatur kann abgeleitet werden, um für ein Maximum an gesundem Pflanzenwachstum während der Nachtzeit zu sorgen, und die entsprechende Temperaturänderung kann durch eine Einstellung am Potentiometer 72 eingestellt werden. Während des Tages laden die Solarzellen 62, bk und 66 den Sonnenstrahlungsakkumulator in Forin der Trockenzelle 71 mit einem der Sonnenstrahlungsintensität proportionalen Ladestrom auf. Sie bereits erwähnt weist die Spannung der Trockenzelle 71 nach etwa einer Stunde Sonnenscheindauer einen im wesentlichen konstanten Wert auf, was dazu führt,

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daß die in der Trockenzelle 71 gespeicherte Ladung sowohl der Sonnenstrahlungsintensität als auch der Anzahl der Stunden pro~ portional wird, während deren die Sonne scheint.

Die Einstellung des Potentiometers 72, die auch für einen kleinen Bruchteil der erforderlichen Anhebung des Sollwerts für die Tagestemperatur durch die Beaufschlagung des Summiergliedes 18 sorgt, bewirkt eine Anhebung des Sollwerts nach Einbruch der Dunkelheit, da sich die Trockenzelle 71 über das Potentiometer 72 entlädt. In ähnlicher Weise führt eine Witterungslage, bei der einem sonnigen Morgen ein wolkenreicher Nachmittag folgt, zu demselben Effekt mit einem angehobenen Sollwert während dieses Nachmittags, da das Einstellglied 30 für die Änderung des nächtlichen Sollwerts jeden Zeitraum ohne Sonneneinstrahlung, also ohne Sonnenschein, als Nachtzeit wertet. Ungünstige Folgen hat diese Erscheinung jedoch nicht.

Das Potentiometer 8h für die Sollwertänderung aufgrund von Sonneneinstrahlung gibt eine dem momentanen Sonnenlichteinfall bzw. dessen Intensität proportionale Ausgangsspannung ab und läßt so über das Summierglied i8 eine zusätzliche Steuerspannung für den Eechenver- . stärker 172 entstehen. An Tagen mit wechselnder Bewölkung und intermittierendem Sonnenschein wirken die Trockenzelle 82 und das Potentiometer Sk als ein Filter mit langer Zeitkonstante oder als Schaltung zur Mittelwertbildung und verhindern ein nutzloses oftmaliges Anlaufen der Heiz- und Kühleinrichtung ^6. Dies ergibt eine wirtschaftlichere Energieausnutzung.

Das Potentiometer 90 für eine betriebsbedingte Sollwertänderung wird in verschiedener Weise eingesetzt, um die Einstellung des Temperatursollwertes aus verschiedenen Gründen zu ändern. Beispielsweise kann es zu Zeiten, in denen Arbeiter in dem betreffenden Gebäude oder Gebäudekomplex mit der Ausführung schwerer Arbeiten befaßt sind, erwünscht sein, für die Dauer der Anwesenheit dieser Arbeiter.zur Erleichterung ihrer Tätigkeit die Temperatur abzusenken.

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In gleicher Weise können wie bereits erwähnt Zustände mit ■überstarker Wasserzufuhr und starker Stickstoffanwendung eine spezifische Absenkung des Sollwerts für eine gewünschte Periode in jeder Nacht erforderlich machen, bis die jeweilige Situation wieder vorüber ist.

Das Potentiometer 105 für die Sollwertänderung aufgrund von Insektizideinführung arbeitet mit dem Programmschalter 11 ^f zusammen, um eine maximale Effektivität der Insektizide zu erreichen. Zu den Vorteilen einer solchen Betriebsweise gehört auch eine geringe Insektizidkonzentration und damit eine wirtschaftliche Insektizidverwendung, und außerdem ergibt sich für bestimmte Anwendungsfälle und bestimmte Insektizide auch eine erhebliche Erhöhung der Sicherheit für die in dem betreffenden Gewächshaus beschäftigten Personen. Das Potentiometer 105 kann so eingestellt werden, daß es für die Dauer der Insektizidbehandlung eine erhöhte Temperatur bewirkt, so daß die zu bekämpfenden Insekten das Insektizid in größerer Menge aufnehmen; anschließend veranlaßt dann der Programmschalter 114 eine rasche Absenkung der Umgebungstemperatur, wodurch sich die Schwierigkeiten für die Insekten vergrößern, sich von dem Insektizid zu befreien, und damit die 'Tötungsrate je Insektizideinsatz ansteigt.

Die Insektizide können unter Steuerung durch den Programmschalter IIA· mittels verschiedener Arten von automatischen Insektizidabgabeeinrichtungen ausgebracht werden. Beispielsweise kann eine Insektizidanwendung etwa eine Stunde vor Sonnenuntergang erwünscht sein, wozu dann der Schalter 1^6 (Fig. 3) gegebenenfalls unter Fernsteuerung betätigt oder der Taktgebermotor 1^2 zu automatischem Anlaufen gebracht wird, worauf der Programmschalter 1ΐ4· seinen Betriebszyklus zu durchlaufen beginnt. Dabei sorgt die Blockierschaltung 15^ für ein automatisches Verschließen der Türen, für die Auslösung einer hörbaren und/oder sichtbaren Warnanzeige, für ein Schließen der Lüftungsöffnungen und für die Aktivierung der Umlaufventilation. Anschließend bewirkt das Solenoid I58 die Abgabe von flüssigem oder pulverförmigem Insektizid in vorgebbarer Menge

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und während einer durch den Steuernocken IJk bestimmbaren Zeitdauer. Das Potentiometer 105 für die Sollwerteinstellung sollte so eingestellt werden, daß die Umgebungstemperatur während der Insektizidanwendung gegenüber dem Hormalwert um etwa 11 C (20 F) angehoben wird. Etwa zwei Stunden nach Zyklusbeginn öffnet der Steuernocken 138 die Schaltkontakte 110 und läßt damit die dem Summierglied 18 über die Leitung zugeführte Eingangsspannung verschwinden, wodurch die Umgebungstemperatur rasch wieder auf ihren Normalwert absinkt. Etwa fünf bis zwölf Stunden nach dem Beginn des Insektizidzyklus schließt der Steuernocken 136 den Nockenschalter 16O, wodurch die Ventilationseinrichtung 162 in Betrieb geht und die Insektizidreste austreibt.

Vorstehend ist ein neuartiges System zur Temperatursteuerung beschrieben, das eine vollautomatische Steuerung des -Betriebs von Gewächshäusern unter Berücksichtigung verschiedener das tflanzenwachstum beeinflussender Parameter ermöglicht. Dieses System läßt sich durch baukastenartige Hinzufügung von Schaltungsteilen und Einrichtungen für einen Einsatz in auch sehr großen Treibhausanlägen mit einer Vielzahl von Gewächshäusern erweitern, und außerdem kann das integrierte Temperatursteuerungssystem auch zur Temperatursteuerung in anderen Gebäudearten wie Sportarenen, Lagerhäusern und dergl. verwendet werden.

- Patentansprüche -

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Claims

mm j Q _ Patentansprüche

1. Verfahren zur Temperatursteuerung in geschlossenen Räumen und insbesondere in Gewächshäusern unter Einstellung der gemessenen Raumtemperatur auf einen vorgebbaren Sollwert, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Temperatureinstellung während der Dunkelperiode im Tagesablauf proportional zu der während der vorangehenden Tageslichtperiode gemessenen Menge an Sonnenlichteinstrahlung vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Temperatureinstellung außerdem proportional zur momentanen Intensität der Sonnenlichteinstrahlung während der Tageslichtperioden vorgegeben wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Temperatureinstellung außerdem in zeitlicher Abstimmung während der Anwendung von Insektiziden so vorgegeben wird, daß er während der Insektizidanwendung einen höheren Wert und danach für eine vorgebbare Zeitdauer einen niedrigeren Wert aufweist.

k. Vorrichtung zur Temperatursteuerung in geschlossenen Räumen und insbesondere in Gewächshäusern, insbesondere in Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» mit einer einstellbaren Steuerung für Heiz- bzw. Kühleinrichtungen zum Einhalten eines vorgebbaren Sollwerts für die Raumtemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Einstellglied (16) für den Sollwert für die Raumtemperatur ein auf das während der Tageslichtperiode einfallende Sonnenlicht ansprechendes Modifizierglied (30) gekoppelt ist, das eine der während der jeweils vorangegangenen Tageslichtperiode gemessenen Menge an Sonnenlichteinstrahlung proportionale Änderung des Sollwerts für die Temperatureinstellung während der nachfolgenden Dunkelperiode bewirkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch ^f, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Einstellglied (16) für den Sollwert für die Raumtemperatur außerdem ein auf das momentan einfallende Sonnenlicht ansprechendes Modifizier-

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glied (24) gekoppelt ist, das eine der momentanen Intensität des einfallenden Sonnenlichts proportionale Änderung des Sollwerts für die Temperatureinstellung bewirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch, 4 oder 5j dadurch gekennzeichnet, daß das Modifizierglied (26, 30) für die Sollwertänderung in Entsprechung zur Gesamtmenge an während einer Tageslichtperiode eingefallenem Sonnenlicht zum einen eine Mehrzahl von Solarzellen (62 bis 66) und eine damit parallelgeschaltete wiederaufladbare Trockenzelle (71) mit der Summe der Spannungen an den in Serie zueinander geschalteten Solarzellen etwa entsprechender Klemmenspannung sowie zum anderen ein dieser Trockenzelle parallelgeschaltetes Potentiometer (72) enthält, das bei Entladung der Trockenzelle mittels eines das Potentiometer durchfließenden Stromes als Ausgangssignal eine einstellbare Teilerspannung abgibt.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (12) mit einem angeschlossenen Einstellpotentiometer (54) für die Einstellung eines Temperatursollwerts, das ein einen gewünschten Temperatursollwert anzeigendes erstes elektrisches Ausgangssignal abgibt, durch ein Modifizierglied (26, 30) für eine nächtliche Änderung des Temperatursollwerts mit Sensorelementen (62 bis 64, 71) für die Erfassung der während einer Tageslichtperiode einfallenden Menge an Sonnenlicht, das ein einer nächtlichen Änderung für den Temperatursollwert entsprechendes zweites elektrisches Ausgangssignal abgibt, durch einen Sensor (20) für das momentan einfallende Sonnenlicht mit einem angeschlossenen Einstellglied (24) für eine Sollwertänderung, das ein der Intensität des momentan einfallenden Sonnenlicht entsprechendes drittes elektrisches Ausgangssignal abgibt, durch ein Summierglied (18), das diese drei elektrischen Ausgangssignale als Eingangssignale zugeführt erhält und als Ausgangssignal eine entsprechende Summenspannung abgibt, durch einen Spannungspegelkomparator (42), der diese Summenspannung zum Eingangssignal hat und ausgangsseitig eine Steuerspannung abgibt, und durch eine mittels dieser Steuerspannung erregbare Ausgangssteuerstufe (44) für die Steuerung der Speisung einer Heiz- und

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Kühleinrichtung (k6) für die Erhaltung der Raumtemperatur in Entsprechung zur jeweiligen Sollwerteinstellung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Modifizierglied (3^» 38) für die Einstellung einer Temperaturänderung während einer Insektizideinführung vorgesehen ist, das ein Einstellelement (105) für die Abgabe eines vierten elektrischen Ausgangssignals als ein weiteres Eingangssignal für das Summierglied (18) während vorgebbarer Zeitabschnitte enthält.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Einstellglied (32) für eine betriebsbedingte Änderung der Sollwerteinstellung vorgesehen ist, das unter selektiver Inbetriebnahme ein viertes bzw. ein fünftes elektrisches Ausgangssignal als ein weiteres Eingangssignal für das Summierglied (18) zur Temperatursteuerung während eines vorgebbaren Zeitabschnitts erzeugt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (12) einen Spannungsteiler mit einem Thermistor (50) enthält, der mit einem Potentiometer (5^) für die Einstellung des ersten elektrischen Ausgangssignals in Entsprechung zu einem kalibrierten Basissollwert in Serie geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Modifizierglied (26, 30) für die nächtliche Änderung des Temperatursollwerts zum einen auf das einfallende Sonnenlicht ansprechende Solarzellen (62 bis 66) und eine damit parallelgeschaltete Niekel/Kadmium-Trockenzelle (71)» die mittels des von den Solarzellen abgegebenen Ausgangsstromes aufladbar ist, sowie zum anderen ein dieser Trockenzelle parallelgeschaltetes Potentiometer (72) enthält, das während der Entladung der Trockenzelle über das Potentiometer nach Aufhören der Sonnenlichteinwirkung auf die Solarzellen das zweite elektrische Ausgangssignal erzeugt.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) für das einfallende Sonnenlicht und das damit verbundene Einstellglied (24) eine einen dem jeweiligen Sonnenlichteinfall entsprechenden Ausgangsstrom erzeugende Solarzelle (78), eine mit diesem Ausgangsstrom aufladbare Nickel/Kadmium-Trockenzelle (82) und ein dieser parallelgeschaltetes Potentiometer (84) enthalten, an dem das dritte elektrische Ausgangssignal abnehmbar ist, das der Änderung des vorgebbaren Temperatursollwerts gemäß der momentan einfallenden Sonneneinstrahlung proportional ist.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungspegelkomparator (42) einen mit der Summenspannung aus dem Summierglied (18) speisbaren Sechenverstärker (172) enthält, der ausgangsseitig einen proportionalen Steuerspannungspegel erzeugt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13> dadurch gekennzeichnet, daß das Summierglied (18) im Anschluß an jeden seiner Eingänge (1 bis 5) für die Zuführung jeweils eines der verschiedenen elektrischen Ausgangssignale je einen Summierwiderstand (58» 76, 88, 104, 124) enthält, die mit ihrem anderen Ende sämtlich an eine gemeinsame Ausgangssammelschiene (60) angeschlossen sind.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssteuerstufe (44) für die Erregung durch den Steuerspannungspegel aus dem Spannungspegelkomparator (42) parallelliegende erste und zweite Steuerrelaiswicklungen (I86 und 188) mit je einer in Serie geschalteten Zenerdiode (198 bzw. 200) mit voneinander verschiedenen Zenerspannungen und erste und zweite Sätze von durch die Steuerrelaiswicklungen betätigbaren Eelaiskontakten (19Ο bzw. 192) enthält, die der Erzeugung einer ersten bzw. einer zweiten Steuerspannung für den Betrieb der Heiz- und Kühleinrichtung (46) dienen.

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