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Einrichtung für die selbsttätige, witterungsbeeinflusste
Regelung der Raumtemperatur von Wohn- bzw.
Werks- oder Bürogebäuden
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die selbsttätige witterungsbeeinflusste Regelung der Raum- temperatur von Wohn-bzw. Werks-oder Bürogebäuden, bei der mindestens ein temperaturabhängiger
Fühlerwiderstand im Strömungsumlauf des Heizmittels der Heizungsanlage, ein zweiter an der Aussenseite des zu beheizenden Gebäudes und im Falle der Beheizung von Räumen, in denen zusätzliche, nicht von der Heizungsanlage verursachte Wärme entsteht, ein dritter in einem solchen Raum angebrachter Wärmefühler vorgesehen ist, wobei die Widerstandsänderungen dieser Fühler über einen Verstärker auf eine Vorrichtung zum Einstellen der Heizmitteltemperatur der Heizungsanlage einwirken.
Einrichtungen dieser Art sind bekannt. Sie bieten gegenüber den früher üblich gewesenen Systemen. die mit mechanischen Übertragungselementen ausgestattet waren, den Vorteil wesentlich grösserer Ansprechempfindlichkeit und geringerer Wärmeträgheit durch die Verwendung von Halbleiterwiderständen.
Jedoch bedurfte es bei diesen Einrichtungen mit elektrischer Brückenschaltung ziemlich umfangreicher Verstärker, die vorzugsweise mit Elektronenröhren aufgebaut waren. Diesen Geräten hafteten nebst dem verhältnismässig hohen Preis die Nachteile komplizierten Aufbaues, hoher Empfindlichkeit gegen Erschütterungen und ziemlich beschränkter Lebensdauer an. Es haben somit die elektronisch gesteuerten Anlagen, bei denen aus Gründen eines optimalen Regelerfolges die Kombination mehrerer Fühler notwendig ist, den Nachteil hoher Aufwendigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbsttätige elektronische Regeleinrichtung zu schaffen, die im Vergleich zu den bekannten Anlagen einfacher aufgebaut ist und dennoch alle heizungstechnischen Regelungsaufgaben optimal zu lösen gestattet. Ausserdem hat die Erfindung die Aufgabe, die Einrichtung durch Umschaltung am Zentralgerät oder durch einfache Kombination verschiedener Halbleiterfühler als witterungsabhängige oder raumthermostatische Regelung oder als witterungsabhängige Regelung mit Tem- peraturbegrenzung für die Beheizung von Räumen mit innerer Wärme zu betreiben. Schliesslich ist es auch noch Aufgabe der Erfindung, einen bestimmten Programmablauf zu ermöglichen, u. zw. Tag- und Nachtbetrieb bzw.
Wochenendbetrieb, und mittels einfacher Umschaltung am Zentralgerät eine umlauftemperaturgeregelte Warmwasserbereitung für die warme Jahreszeit zu schaffen.
Die vorstehenden Aufgaben werden dadurch gelöst, dass bei einer Einrichtung gemäss der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss wahlweise a) bei Tagbetrieb ein Umlauffühler und ein Aussenfühler und gegebenenfalls ein weiterer, zur oberen Begrenzung der Raumtemperatur dienender Fühler nebst zugehörigem Einstellwiderstand zusammen mit einem Widerstand zur Einstellung des Temperaturniveaus für den Tagbetrieb bzw.
b) bei Nachtbetrieb diese Fühler mit einem weiteren Widerstand zur Einstellung des Temperaturniveaus während der Nacht oder c) bei von der Heizungsanlage gespeistem Warmwasserbereiter für den Fall der ausschliesslichen Warmwasserbereitung der Umlauf fühler und ein Festwiderstand mit einem Einstellwiderstand zur Einstellung der Heizmitteltemperatur jeweils einen Spannungsteiler bilden, wobei der oder die temperaturvariablen und aufeinander abgestimmten Fühlerwiderstände am Eingang des Regelverstärkers liegen und zur Zusammenschaltung der für die jeweilige Betriebsart erforderlichen, im Spannungsteiler verwendeten Widerstände
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Schalter vorgesehen sind und wobei am Ausgang des Verstärkers ein vom Stellimpuls bzw. Stellstrom betätigtes Relais vorgesehen ist, welches den Stellmotor, den Brenner od. dgl. beeinflusst.
Gemäss einem andem Merkmal der Erfindung kann der im Strömungsumlauf des Heizmittels vorgesehene Wärmefühler in der Heizmittelrücklau Heilung angeordnet sein.
Die beigefügte Zeichnung dient zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes. Sie zeigt das Schaltbild der erfindungsgemässen Regelvorrichtung.
Bei R und M ist die Anlage über die Sicherung Si und den Schalter NS an das elektrische Lichtnetz angeschlossen. Die-Glimmlampe Gl zeigt den Betriebszustand an. Ein Transformator Tr erzeugt diefür den Betrieb der Transistoren T, T2, T erforderliche Niederspannung von zirka 10 V. Ein Gleichrichter Glr richtet diese gleich. Die Kondensatoren C3, C4 und der Widerstand Rs dienen in bekannter Weise
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R,Rsund Schalter Schl zur Wahl der Betriebsart sowie gegebenenfalls dem Raumtemperatufühler F und einem R weiteren Einstellwiderstand RTR zur Einstellung der oberen Temperaturbegrenzung in Räumen mit "innerer Wärme".
Dabei sind die Fühler F und F allein oder mit dem zusätzlichen Fühler F zusammen an den
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spannung von beispielsweise rund 10 V liegt, während das Ende der Fühlerkette (Klemmen a, b oder c) an die Basis des Transistors T angeschlossen ist. R ist ein zum Fühler F W parallelgeschalteter Abgleichwi- derstand, während der einstellbare Widerstand R die für die Anpassung der Regelvorrichtung an die HeiSt zungsanlage erforderliche Einstellung der Steilheit der Temperaturkurve bzw. des Verhältnisses von Änderung der Aussentemperatur zur Änderung der Vorlauftemperatur gestattet. Der Schalter Schi mit den Kontaktpaaren 1-7 dient der Wahl der Betriebsarten"Warmwasserbereitung"oder"Heizungsregelung".
Die durch die ausgezogene Verbindung der Schaltkontakte symbolisierte Schalterstellung bezeichnet den Betriebszustand "Warmwasserbereitung", Die strichlierten Verbindungen der Schaltkontakte bezeichnen die Betriebsart "Heizungsregelung". Bei einer reinen witterungsabhängigen Regelung, wie sie für die meisten Fälle der Wohnraumbeheizung in Frage kommt, sind die Anschlussklemmen a und b für den Raumtempe- raturfühler F durch einen leitenden Bügel B kurzgeschlossen. Der zu dem Kontaktpaar 2 parallelliegenR de Festwiderstand R ersetzt in der Schaltstellung "Warmwasserbereitung" den variablen Widerstand des Witterungsfühlers F.
An demWiderstand R'wird die gewünschte Wassertemperatur eingestellt.
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raturniveaus, d. h. der Temperatur in den zu beheizenden Räumen, die der grössten Behaglichkeit entspricht und die durch die Regelvorrichtung für Aussentemperaturen von-20 bis +15 C etwa und die verschiedenartigen Witterungsbedingungen (Sonne, Wind, Regen) konstant gehalten werden soll.
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bestehende Serienschaltung gelegt wird, dient der Einstellung der Nachtabsenkung der Vorlauf- bzw. Raumtemperatur. Während des Tagesbetriebes der Anlage ist dieser Widerstand durch einen wahlweise von Hand zu betätigenden Schalter Sch 11 oder eine Schaltuhr überbrückt.
Mit speziellen Schaltuhren, wie sie in der Haustechnik heute weit verbreitet sind, gestattet es der Widerstand R beispielsweise auch, spezielle Wochenendprogramme zu wählen.
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Eingangstransistors T des Verstärkers liegt und zum andern über R oder bzw. RN +R an der positiven Seite der Betriebsspannung.
Im Kollektorstromkreis des Schalttransistors T liegt im Ruhezustand der Anlage über das Kontaktpaar h die Erregerwicklung eines Schwachstromrelais Rel. Im Schaltzustand des Relais Rel wird dessen Erregerwicklung über das Kontaktpaar g und den Widerstand Rg gespeist. Zu dem Relais Rel und dem Kontaktpaar g ist ein Kondensator C und zu der Erregerwicklung des Relais Rel allein ist ein Kondensator C, parallelgeschaltet.
Die elektrische Kombination des Widerstandes Rg und der Kondensatoren C,C mit den Kontaktpaaren g, h und der Erregerwicklung des Relais Rel bewirkt, wie weiter unten ausgeführt, eine erhebliche Empfindlichkeitssteigerung der erfindungsgemässen Regelvorrichtung.
Das Kontaktpaar i des Relais Rel schaltet ein Kratiscnütz Schü, das seinerseits den Stellmotor einer Ölheizung, die Luftklappe eines Kokskessels oder das Magnetventil einer Gasheizung, in Abhängigkeit von der Eingangsgrösse des Regelverstärkers schaltet. Eine Glimmlampe Gl zeigt den Schaltzustand an.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt :
Auf Grund des durch den Eingangsspannungsteiler fliessenden Stromes entstehen an den Fühlern Spannungen, deren Grösse von den elektrischen Widerständen der Fühler abhängt. Da die Fühler aus tempera- turabhängigen Widerständen bestehen, ist die Grösse der Spannung an diesen eine Funktion der Temperatur.
Dabei ändert sich die Spannung am Umlauftemperaturfühler FV in Abhängigkeit von der Umlauftemperatur
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terungsfühlers F ist dagegen so bemessen, dass auf ihn nicht allein die Aussentemperatur wirkt, sondern infolge einer geringfügigen Erwärmung durch die in ihm umgesetzte elektrische Energie auch veränder- liche Witterungseinflüsse, wie etwa Wind und Regen, Einfluss auf ihn ausüben. Durch besondere Gestaltung des Witterungsfühlers wird ausserdem der erhebliche Einfluss der Sonneneinstrahlung auf das zu beheizende Gebäude in gebührender und einstellbarer Weise berücksichtigt.
Die Fühler Fw, FV und FR sind nun in der beschriebenen, der jeweiligen Betriebsart angepassten Weise, durch entsprechend wählbare Stellung des Schalters Schl an die Basis des Eingangstransistors T des Verstärkers angeschlossen. Durch die an den Fühlern liegende temperaturveränderliche Spannung erhält der Verstärker als Regelsignal der jeweiligen Umlauftemperatur des Heizmittels und der Aussentemperatur sowie im Falle der zusätzlichen Verwendung eines Raumtemperaturfühlers, auch der jeweiligen Raumtemperatur entsprechende Basis-Emitter-Spannungen.
Dabei steigt, beispielsweise bei Absinken der Aussentemperatur, der Widerstand des Witterungsfühlers F und damit die an ihm liegende Spannung, während derWiderstanddesUmlauftemperaturfühlersF und des Raumtemperaturfühlers FR bzw. die an ihnen lie- genden Spannungen zunächst unverändert bleiben. Die hiedurch erzeugte Absenkung der Basis-EmitterSpannung bewirkt über den Verstärker, in einer weiter unten beschriebenen Weise, einen Stellstrom bzw. Stellimpuls zur Erhöhung der Vorlauftemperatur des Heizmittels. In gleichem Masse erfolgt aber auch eine Verringerung des elektrischen Widerstandes des Umlauftemperaturfühlers bzw. der an ihm liegenden Spannung.
Wenn diese Spannung am Fühler F, auf Grund des von der Regelvorrichtung ausgehenden Stellstromes, so weit abgefallen ist, dass sie den Anstieg der Spannung des Witterungsfühlers gerade ausgleicht, so verschwindet der Eingangsimpuls am Verstärker und ebenso der Stellimpuls am Ausgang des Verstärkers und somit auch die weiterezufuhr von Wärmeenergie aus der Heizungsanlage. Hieraus ist ersichtlich, dass jedem Wert der Aussentemperatur bzw. der Witterung ein definierter Wert der Vorlauftemperatur entspricht.
Die Widerstände von Fund F sowie deren Temperatur-Beiwerte sind so aufeinander abgestimmt, dass eine heizungstechnisch erforderliche Zuordnung von Aussentemperaturänderung zu einer entgegengesetzt gerichteten Vorlauftemperaturänderung gegeben ist, bei der eine wählbare, gleichbleibende Temperatur des zu beheizenden Gebäudes oder Wohnraumes gewährleistet ist. Dieses Verhältnis ist ausserdem an dem Einstellwiderstand R einstellbar und kann, wie bereits mehrfach erwähnt, zur Anpassung der Regelvorrichtung an das betreffende Heizsystem verändert werden. Durch die weiter oben beschriebene Serienschaltung der Fühler mit dem Einstellwiderstand RN bzw.
R +RRN wird es möglich, das Spannungsniveau an der Basis des Eingangstransistors T zu verändern, was eine entsprechende Änderung der Vorlauftemperatur und somit auch der Raumtemperatur zur Folge hat.
Anders ausgedrückt kann man den Regelvorgang auch so beschreiben, dass die Vorlauftemperatur von
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der Witterung über den Witterungsfühler veränderliche Sollwerte erhält, wobei der Regler den Unterschied zwischen diesen Sollwerten und den Istwerten der Vorlauftemperatur ausgleicht. Da die sich hiedurch einstellende wählbare Raumtemperatur konstant ist, solange keine zusätzliche Wärme in dem Raum erzedgt
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nicht in den Regelvorgang eingreifen und somit in diesen Fällen auch nicht benötigt werden.
Erst wenn zusätzliche Wärme erzeugt wird, verringert sich der temperaturabhängige elektrische Widerstand des dann benötigten Raumtemperaturfühlers Fur, su dass die oben beschriebene Spannungskompensation bereits er- folgen kann, wenn der Wert der Vorlauftemperatur noch nicht den normalerweise bei der zugehörigen Aussentemperatur entsprechenden Sollwert erreicht hat. F wirkt hier also lediglich als TemperaturbeR grenzer, was im Sinne einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der Heizungsanlage sehr erheblich ist.
Im Falle der Warmwasserbereitung wird, wie gezeigt, der Witterungsfühler durch einen Festwider-
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. standRR ersetzt.sis-Emitter-Spannung des Transistors T und damit zur Wahl des Sollwertes der Wassertemperatur. Der Funktionsablauf ist ohne weiteres aus obenstehendem ersichtlich.
Der zur Verstärkung der Eingangsregelimpulse verwendete dreistufige Gleichstromverstärker wird er- findungsgemäss so ausgebildet, dass der Transistor T an die mit T bestückte Vorstufe und der Endtransistor T an die mit dem Transistor T bestückte zweite Verstärkerstufe so angekoppelt ist, dass die Ände- rung des Kollektorstromes jeder Stufe der Änderung des Kollektorstromes der jeweils vor ihr liegenden Stufe entgegengesetzt gerichtet und grösser ist.
Hiedurch und durch die Eigenart der erfindungsgemässen Regelvorrichtung, dass die veränderliche Fühlerspannung zwischen Kollektor und Basis des Eingangstran-
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einer Beschädigung des Leistungstransistors T, die meistens darin besteht, dass dieser Transistor erhöht leitfähig wird oder bei einem Kurzschluss im Fühlerstromkreis das Relais Rel erregt wird und das Schütz Schü abschaltet, das seinerseits den Stellmotor, den Brenner oder das Magnetventil der Heizungsanlage ausser Betrieb setzt. Ausserdem gibt diese Anordnung eine hohe Sicherheit gegen Zerstörung der Transistoren bei Defektwerden jeweils eines der beiden andern Transistoren.
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Eingangsspannungsteilers erreicht.
Eine ganz erhebliche Erhöhung der Empfindlichkeit und damit der Genauigkeit der erfindungsgemässen Regelvorrichtung wird durch die besondere elektrische Schaltung des Relais Rel erreicht. Bekanntlich besteht bei Relais allgemein ein zum Teil nicht unerheblicher Unterschied zwischen Anzug-und Abfallerregung, d. h. aber, dass ein Regelsignal erst, wenn es diese Schwelle überwindet, das Relais in den jeweils-andern Zustand überführen kann. Dieser Mangel wird dadurch umgangen, dass die Erregerwicklung von Relais Rel im Ruhezustand über ein an ihm befindliches Kontaktpaar h und im geschalteten Zustand über das Kontaktpaar g und den Widerstand Rg an den Kollektor des Trapsistors T der Endstufe des Gleichstromverstärkers angeschlossen und ein Kondensator Cl zu der Erregerwicklung und dem Kontaktpaar g des Relais Rel parallelgelegt ist.
Somit bekommt Relais Rel im Ruhezustand bei einer Vergrösserung der Aussteuerung des Transistors T den vollen, für die Anzugerregung nötigen Kollektorstrom, wodurch das Kontaktpaar h geöffnet und das Kontaktpaar g geschlossen wird. Diese Umschaltung geschieht ruckartig, auch im Falle der langsamen Annäherung des Kollektorstromes an diesen Wert, da im Augenblick der Berührung des. Kontaktpaares g der Kondensator C über die Erregerwicklung von Relais Rel entladen wird.
Den für das Halten des Relais im Arbeitszustand erforderlichen geringen Strom bewirkt der in diesem Zustand vorgeschaltete Widerstand Rg, so dass bereits bei einer geringfügigen Absenkung des Kollektorstromes von T. infolge Vergrösserung der Regeleingangsspannung der Anker von Relais Rel abfällt und in den Ruhezustand umschaltet.
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