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Verfahren zum Regeln der mittleren Raumtemperatur in Warmwasserheizanlagen, vorzugsweise mit Kohlenbeheizung.
Zur selbsttätigen Regelung der Raumtemperatur in Warmwasserheizanlagen verwendet man einen Innenregler, der die Regelung der Temperatur in den von der Anlage beheizten Räumen, von einem Raum aus, bewirkt. Ein solcher Innenregler steht aber unter der Einwirkung von Fremdeinflüssen, die leicht bewirken können, dass der Regler nicht mehr ausschliesslich auf den Wärmebedarf des Raumes, in dem er sich befindet, anspricht, sondern auf eine aus vielen Faktoren resultierende und eventuell stark wechselnde Temperaturkurve. So können eine im Betrieb befindliche Beleuchtung, offene Fenster oder Türen, oder in wechselnder Zahl und Zeitdauer in diesem Raum anwesende Personen die Temperaturverhältnisse stören und die Regelung der ganzen Heizanlage fälschen.
Um bei einer solchen Anlage eine richtig wirkende Regelung zu erzielen, müsste der für die Regelung massgebende Raum,. also derjenige, in dem der Innenregler angebracht ist, völlig störungsfrei sein, d. h. die in ihm herrschenden Temperaturverhältnisse sollten keinen Fremdeinflüssen unterworfen sein und nur der Wärmebedarf des Raumes, den er zufolge seiner Eingliederung in ein Gebäude oder einen Gebäudekomplex hat, sollte für die Regelung massgebend sein. Solche Räume sind praktisch sehr selten und deren gesonderte Anlage ist bei der neuzeitlichen, auf äusserste Platzausnutzung gerichteten Bauart als ausgeschlossen zu bezeichnen und ein Ausserachtlassen dieses Bauprinzips würde die ganze Anlage wesentlich verteuern.
Man hat in Erkenntnis der geschilderten Faktoren schon angestrebt, in Abhängigkeit der Aussentemperatur unter Vermeidung von Innenreglern eine bestimmte Wärmemenge zu erzeugen, die so bemessen ist, dass die mittlere Raumtemperatur des beheizten Objektes ungefähr konstant bleibt und es sind auch schon solche Anlagen praktisch vorgeschlagen worden. Die bekannt gewordenen Systeme dieser Art sind jedoch meist kompliziert und dementsprechend teuer.
Die Erfindung bezweckt, ein Regelsystem zu schaffen, das mit einfachen Mitteln eine praktisch genügende Konstanthaltung der mittleren Raumtemperatur ohne Verwendung eines Innenreglers erreicht.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird ein, das Regelmittel der Heizung steuernder Anlegethermostat sowohl durch die Vorlauftemperatur des Heizwassers, als auch durch eine, mittels eines Aussenreglers in Funktion der Aussentemperatur verstellte elektrische Hilfsheizung gesteuert.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 2 Schaltungsschema und in den Fig. 3 und 4 Diagramme über die Wirkungsweise des Regelsystems.
Die Einrichtung besteht aus einem, auf der Zeichnung mit A bezeichneten, im Freien aufgestellten und im folgenden als Aussenregler bezeichneten Apparat A, der mit einem Apparat B zusammenarbeitet, welcher im folgenden als Anlegethermostat bezeichnet wird. Dieser Apparat ist an der Vorlaufleitung des Heizwassers befestigt. Ausserdem wird durch die genannten Apparate ein weiteres Element gesteuert, das den Zweck hat, das Regelorgan der Heizanlage zu betätigen. Dieses Betätigungselement ist in Fig. 1 als Schaltautomat, welcher einen Zugluftventilator betätigt und in Fig. 2 als Schaltwerk, das eine Zugluftklappe betätigt, dargestellt.
Die Leitungen 1 und 2 sind Pole eines stromführenden Netzes, an welche die Anlage angeschlossen ist.
Der Aussenregler A besteht aus einem, in geschlossenem Gehäuse befindlichen Bimetallband 3, welches an seinem freien Ende den Kontakt 4 trägt. Dieser Kontakt 4 berührt bei Erwärmung des
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Bimetalls den Kontakt 6, bei Abkühlung den Kontakt 5, u. zw. erfolgt die Umschaltung unter dem Einfluss einer Momentschaltung plötzlich.
Das Bimetallband 3 steht einerseits unter der Einwirkung einer Heizwicklung 7, welche in kaltem Zustand des Bimetalls durch den Kontakt 5 über die Leitung 8 und den Abgleichwiderstand 9 an Spannung liegt. Anderseits ist das Bimetallband 3 durch die Aussentemperatur beeinflusst, welche je nach ihrem Absolutwert eine langsamere oder schnellere Abkühlung bewirkt. Die Wirkung des Aussenreglers A ist nun solcher Art, dass bei kaltem Bimetallband 3 die Heizwicklung 7 in Tätigkeit tritt und so lange aufheizt, bis durch die Erwärmung der Kontakt 4 von 5 nach 6 kippt, worauf die Heizwicklung abgeschaltet wird und das Bimetallband 3 sich unter dem Einfluss der Aussentemperatur abkühlt bis es von neuem den Kontakt 5 schliesst.
Das Zeitverhältnis der Ausschaltzeit zur Einschaltzeit des Kontaktpaares 4, 5 und damit der Heizwicklung ist demnach mit der Aussentemperatur ver- änderlich, da die Heizleistung von 7 konstant bleibt. Die sich durch das Impulsspiel ergebende mittlere Heizleistung der Wicklung 7 wird also um so grösser sein, je tiefer die Aussentemperatur ist (Grenzwert = dauernde Einschaltung von 7) und um so kleiner, je höher die Aussentemperatur ist (Grenzwert = dauernde Ausschaltung von 7). ---
Wie nun leicht ersichtlich ist, ergibt das Spiel des Kontaktes 4,6 das genaue Spiegelbild des Spieles des Kontaktpaares 4, 5, d. h. die im Anlegethermostat eingebaute Heizwicklung 11 erhält über die Leitung 10 den reziproken Wert der mittleren Heizleistung der Wicklung 7.
Also je tiefer die Aussentemperatur sinkt, um so kleiner ist auch die-mittlere Heizleistung von 11 und umgekehrt.
Der Anlegethermostat B steuert nun mit seinen Kontakten M, 15 und 16 das Betätigungselement des Regelorgans der Heizanlage, also in Fig. 1 einen Schaltautomat, der bei Erregung seiner Wicklung 18 über die Leitung 17 die Hauptkontakte ? 9 schliesst und den Ventilator 20 einschaltet. Der Anlegethermostat B arbeitet so, dass er bei Abkühlung seinen Kontakt 16 und bei Erwärmung seinen Kontakt 15 schliesst. In Fig. 2 ist die Steuerung eines Motorschaltwerkes, welches eine Zugluftklappe 21 betätigt, dargestellt.
Den Umschalter 22,23, 24 hat man sich so vorzustellen, dass er jeweils erst am Ende der mechanischen Bewegung, die in einer halben Umdrehung einer Kurbel besteht, welche mittels Kette 25 die Zugluftklappe 21 öffnet, momentan umschaltet und den Motor 26 dadurch abschaltet, zugleich den nächsten Schaltvorgang vorbereitend. Die gezeichnete Darstellung ist der Einfachheit wegen-so gewählt.
Die Wirkung ist auch hier wieder so, dass bei Abkühlung des Anlegethermostaten B-die Zugluftklappe 21 geöffnet wird.
Die Einstellung der beiden Apparate A und B sei an Hand des Beispiels, dass die gewünschte mittlere Raumtemperatur + 200 betragen soH, beschrieben..
Wenn die Aussentemperatur auf +20 steigt, dann muss auch die Wassertemperatur +20 betragen, wenn die Raumtemperatur +20 sein soll. Dementsprechend muss der Aussenregler A so eingestellt sein, dass er bei einer Aussentemperatur von +. 20 ohne Mithilfe seiner Heizwicklung 7 ausschaltet und nicht mehr einzuschalten vermag. Er bleibt dann dauernd auf Kontakt 6 stehen und gibt dadurch die grösste Heizleistung an den Anlegethermostat B ab. Dieser ist so eingestellt, dass er bei der höchsten wünschbaren, auch für den kältesten Winter genügenden Wassertemperatur, also beispielsweise +80 , ohne Mithilfe seiner Hilfsheizung 11 auszuschalten, d. h. auf den Kontakt 15 zu kippen vermag.
Dann muss die Leistung der Hilfsheizung 11 so abgestimmt sein, dass bei deren dauernder Einschaltung, wie dies nun bei Aussentemperatur + 200 der Fall ist, die Temperatur im Innern des Anlegethermostaten B auf 800 steigt und den Schalter zum Kippen auf Kontakt 15 bringt. Das bewirkt dann ein dauerndes Ausschalten der Heizanlage und dadurch eine Wassertemperatur gleich der Aussen-und Innentemperatur, also +20 . Dies ist der eine Grenzfall. Der andere Grenzfall ist der, wo die Aussentemperatur so tief ist, dass die Wassertemperatur +80 betragen muss, um eine mittlere Raumtemperatur von +20 zu erzeugen. Dann darf die Heizwicklung 11 des Anlegethermostaten B überhaupt nicht mehr eingeschaltet werden, denn erst dann schaltet er erst bei + 800 Wassertemperatur aus.
Die Heizung 7 des Aussenreglers A muss demnach so eingestellt werden, dass das Bimetallband bei dieser tiefen Aussentemperatur nicht mehr auf den Kontakt 6 zu kippen vermag.
Aus diesen beiden Grenzfällen kann nun die Wirkung der Einrichtung leicht entnommen werden.
Man geht am besten vom Anlegethermostat B aus. Dieser macht nichts anderes als seine Innen- temperatur konstant zu halten, u. zw. nach vorstehendem Beispiel auf +80 . Da er von zwei Seiten beeinflusst wird, nämlich einerseits von der Wassertemperatur und anderseits von der Hilfsheizung 11, so spricht er auf die sich aus diesen beiden Wärmequellen ergebende Endtemperatur an. Da er jedoch nur die eine dieser beiden Wärmequellen beeinflussen kann, nämlich die Wassertemperatur, so wird er bei Wärmemangel selbsttätig die Heizanlage in Betrieb setzen, um sich die fehlende Wärme von der Wasserseite her zu ersetzen. Der Apparat bewirkt also nichts anderes, als eine Verstellung der Wassertemperatur in Funktion der Aussentemperatur in dem Sinne, dass die mittlere Raumtemperatur gleich bleibt.
Da die an der Heizwicklung 11 durch den Aussenregler A erzeugte mittlere Heizleistung durch
Impulse erzeugt wird, so wird auch die Innentemperatur des Anlegethermostaten ständig um einige
Grade pendeln, im Takt der Impulse.
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Diese Pendelung ist in der Diagrammkurve e der Fig. 3 dargestellt, während das Diagramm b das Impulsdiagramm des Aussenreglers zeigt. Hiebei bedeutet die Kopfseite der dargestellten Impulse die Schliessung des Kontaktes 6, also Einschaltung der Wicklung 11 und die Fussseite der Impulse die
Schliessung von Kontakt 5, also Einschaltung der Wicklung 7. Bleibt die durch Kurve a dargestellte
Aussentemperatur konstant, so ergibt sich auch ein gleichmässiges Impulsdiagramm b, bei dem das
Verhältnis der Impulslängen abhängig vom Absolutwert der Aussentemperatur und im Diagramm b beispielsweise wie 1 : 1 dargestellt ist.
Die Temperatur im Inneren des Anlegethermostaten, dargestellt durch Kurve e wird, da sie durch die Heizwicklung, sowie durch die Wassertemperatur erzeugt wird, eine Modulation aufweisen, d. h. die Kurve e der Wassertemperatur überlagert sich der Kurve, die durch die Impulse der elektrischen Hilfsheizung erzeugt wird. Wie bereits angeführt, ist der Ansprechpunkt des Anlegethermostaten B in unserem Beispiel bei +80 . Jedesmal also, wenn die Kurve e die Linie 80 unterschreitet, wird der Anlegethermostat zum Ansprechen kommen, d. h. seinen Kontakt 16 schliessen. Das bedeutet aber Einschaltung der Heizanlage. Sinkt also die Wassertemperatur, so wird der Anlegethermostat zunächst die Heizanlage nur kurzzeitig einschalten, d. h. er versucht mit reduzierter Leistung der Heizanlage die Wassertemperatur zum Steigen zu bringen.
Tritt ein Steigen noch nicht ein, sondern sinkt die Wassertemperatur weiter, so wird die Öffnungszeit der Zugluftklappe oder Einschaltzeit des Ventilators vergrössert, d. h. die Heizleistung wird gesteigert, so lange bis dauernde Einschaltung der Heizanlage eintritt. Es ist nun aber nicht gesagt, dass es immer nötig sein wird die volle Leistung der Heizung einzusetzen, vielmehr wird bei normalem Zustand des Ofeninneren schon ein Bruchteil der vollen Leistung, d. h. es werden einige Öffnungsimpulse genügen, um die Wassertemperatur zu heben, so dass es normalerweise nicht zur vollen Einschaltung kommt. Auf der Zeichnung ist nur übersichtshalber die Kurve d so gezeichnet, dass auch die volle Einschaltung sichtbar wird.
Die Regelung arbeitet also derart, dass zur Korrektur einer gesunkenen Wassertemperatur vorerst nur ein Bruchteil der Heizleistung eingesetzt wird und erst wenn dies nicht genügt, wird die Leistung vergrössert. Es wird also immer nur so viel Heizleistung eingesetzt, als gerade nötig ist, um den Regelvorgang zu korrigieren. Die Regelung arbeitet also proportional dem Wärmebedarf.
Bei sinkender Aussentemperatur, wie dies auf der rechten Seite des Diagramms durch die Kurve al gezeigt ist, wird der Aussenregler A immer kleinere Heizimpulse an den Anlegethermostaten B abgeben, was zur Folge hat, dass dessen Innentemperatur sinkt, so dass die Heizanlage eingeschaltet wird.
Die Wassertemperatur wird also umgekehrt proportional der Aussentemperatur verstellt, in dem Masse, dass die durch die Kurve t dargestellte mittlere Raumtemperatur immer gleich bleibt.
In Fig. 4 ist diese Zusammenwirkung gezeigt, indem die mittlere Wassertemperatur h eine der Aussentemperatur g umgekehrt proportional ähnliche Kurve ergibt, während die Raumtemperatur i gleichmässig verläuft.
Es wird mit dieser einfachen Apparatur also nicht nur eine Verstellung der Wassertemperatur in Funktion der Aussentemperatur erreicht, sondern gleichzeitig eine Bemessung der eingesetzten Heizleistung nach dem jeweiligen Wärmebedarf, wodurch eine gleichmässige Verbrennung und derzufolge die Pendelungen der Wassertemperatur innerhalb des Regelvorganges auf ein Minimum reduziert werden, was sich in jeder Hinsicht günstig auswirkt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regelung der mittleren Raumtemperatur für Warmwasserheizanlagen, vorzugsweise mit Kohlenbeheizung, dadurch gekennzeichnet, dass ein, das Regelmittel der Heizung steuernder Anlegethermostat sowohl durch die Vorlauftemperatur des Heizwassers, als auch durch eine, mittels eines Aussenreglers in Funktion der Aussentemperatur verstellte elektrische Hilfsheizung gesteuert wird.