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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur temperaturabhängigen Regelung der Wärmeabgabe von Heizkörpern mit einer Umwälzpumpe für den die Heizkörper durchströmenden Wärmeträger und mehreren bei unterschiedlichen Temperaturwerten schaltenden Thermostaten, durch welche der Lauf der Umwälzpumpe mittels Stellgliedern stufenweise änderbar ist.
Eine derartige Einrichtung wurde z. B. durch die DE-OS 2440894 bekannt.
Bei dieser bekannten Lösung sind die Thermostate entweder der Raumtemperatur oder der Aussentemperatur ausgesetzt und regeln je nach der erfassten Grösse die Umwälzpumpe, wobei diese Regelung je nach Auslegung der Regelung mehr oder weniger feinstufig bzw. in bestimmten Grenzen auch kontinuierlich erfolgt. Eine Berücksichtigung einer andern Grösse erfolgt dabei nicht.
Aus diesem Grund ist z. B. bei einer Erfassung der Raumtemperatur durch die die Umwälzpumpe steuernden Thermostate die Verwendung von Thermostatventilen für die vom Wärmeträger durchströmten Radiatoren nicht möglich, da dies zu einer gegenseitigen Beeinflussung und Aufschaukelung der Regelkreise führen würde. Damit ist es aber auch nur sehr schwer möglich, Räume unterschiedlich zu beheizen bzw. die Beheizung der Räume zu ändern.
Es sind auch andere Anlagen bekannt, in welchen thermostatgeregelte Stellglieder in den heizbaren Räumen vorhanden sind, die das Erreichen einer Temperatur melden und die Temperatur auf einem bestimmten Sollwert halten. Ein Problem tritt auf, wenn derartige Referenzräume nicht vorhanden sind bzw. wenn Räume unterschiedlich geheizt werden sollen, d. h. einmal ein bestimmter Raum abgeschaltet sein soll, dann wieder ein anderer Raum als Referenzraum gilt.
Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen die eine individuelle Regelung einzelner Räume ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Thermostate in einem gemeinsamen, den zu erwartenden Störgrössen wie Witterung, Aussentemperatur ausgesetzten Gehäuse angeordnet sind, welches analog der mittels Wärmeträger beheizten Räumlichkeit - jedoch elektrisch beheizbar ist, so dass für den bzw. die in der Räumlichkeit vorgesehenen Heizkörper Thermostatventile anwendbar sind.
Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass die Steuerung der Umwälzpumpe auch von der Raumtemperatur beeinflusst ist. Dadurch wird auch vermieden, dass die Heizung lediglich von einem vorbestimmten Zusammenhang zwischen Aussen- und Vorlauf- bzw. Rücklauftemperatur (Heizkurve) festgelegt ist. Da anderseits aber die Beeinflussung der die Umwälzpumpe steuernden Thermostaten in einem separaten Referenzraum erfolgt, ist es auch möglich, die Heizkörper mit Thermostatventilen zu versehen und so die einzelnen Räume individuell zu regeln. Dabei ergänzen die Thermostatventile die Steuerung in wärmewirtschaftlicher Hinsicht, wobei diese die jeweils raum- und lastabhängig die von der Pumpe vorgeregelte gelieferte Wassermenge auf den erforderlichen Wert zurückführen und überdies noch im günstigsten Stellbereich arbeiten.
Bei derartigen Anlagen kann die Regelung temperaturabhängig und sicher vorgenommen werden, unabhängig davon, welche Regelung dann bei den einzelnen Heizstufen, sei es durch stärker Aufdrehen oder weniger stark Aufdrehen, der Heizung vorgenommen wird, da die Thermostate an einer der Störgrösse (Aussentemperatur, Witterung) ausgesetzten Stelle angeordnet sind. Insbesondere können bei zwei oder mehreren Thermostaten diese, in vorbestimmten, mit Abständen aufeinander folgenden Temperaturbereichen ansprechen, wobei der auf die höchste bzw. tiefste Temperatur ansprechende Thermostat ein Stellglied für den Betrieb des Pumpenkreises mit niedriger Leistung und der dem nächsten Temperaturbereich zugeschaltete Thermostat ein Stellglied für den Pumpenkreis mit grösserer Leistung aus-und einschaltet, usw.
Während bei einem Thermostat nur eine Schaltstellung möglich ist, also"ein/aus" bei einer bestimmten Temperatur, ist bei mehreren Thermostaten, die Schalter betätigen, die in vorbestimmten Abständen aufeinanderfolgender Temperaturbereiche ansprechen und entsprechend die Pumpe betreiben, eine genauere Anpassung an die Störgrösse, z. B. die Aussentemperatur, möglich.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse hinsichtlich seiner Wärmeträgheit und seines k-Wertes, z. B. durch Metallplatten, der durch den Wärmeträger beheizten Räumlichkeit annähernd analog ausgeführt ist, wodurch sich eine sehr gute Anpassung der Steuerung der Umwälzpumpe an die jeweiligen Erfordernisse ergibt.
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Es kann auch jeder Thermostat mit einem Relais od. dgl. Schalter verbunden sein, dessen gesteuerte Kontakte mit den korrespondierenden Kontakten der zu schaltenden Pumpenschaltstufe verbunden sind.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung kann die Wirtschaftlichkeit einer Heizungsanlage gesteigert werden, da durch möglichst tiefe Kesselbetriebstemperaturen bzw. ganz Abschalten der
Feuerung je nach Führungsgrösse oder Aussentemperatur die Betriebsbereitschaftsverluste wie Ab- strahlung, konvektive Wärmeabgabe, interne Zirkulationsverluste usw. gering gehalten werden.
Dadurch, dass die Fühler oder Schalter (Thermostate) in einem gemeinsamen Gehäuse mit vorbestimm- tem mittlerem k-Wert und Oberfläche, also bekannten Wärmeverlusten bei gegebener Innen- und
Aussentemperatur, angeordnet sind, wobei die k-Werte und Oberfläche so gewählt sein müssen, dass sie die für die notwendige Heizung optimalen Werte ergeben, wird dieses Ziel noch besser erreicht.
Eventuell ist es auch zweckmässig, dass das Gehäuse analog stufenweise beheizt ist, um keine Verzerrungen durch besonders gute Wärmedämmung im zu beheizenden Gebäude zu erhalten. Es kann jedoch auch zweckmässig sein, dass im Thermostatgehäuse wärmeträge Masse, z. B. Metallplatten od. dgl., angeordnet sind. Dies ist besonders für Heizungsanlagen in Gebäuden mit grösseren Baumassen (Altbauten z. B.) notwendig und ergibt ein entsprechendes Zeitverhalten der Heizungsanlagen. Jedem Thermostat ist dabei eine Pumpenleistung (Drehzahl) zugeordnet und ein elektrischer, ebenfalls im Gehäuse angeordneter Heizkörper, vorzugsweise Potentiometerschaltung, dessen Wärmeleistung im gleichen Verhältnis zum Wärmeverlust des Gebäudes steht, wie die reelle Heizleistung der Gesamtanlage zum Wärmeverlust des Gebäudes.
Auf diese Weise erhält man einen Modellreferenzraum in Form des stufenweise analog beheizten Thermostatgehäuses, in dem allenfalls auch die wärmeträgen Massen eine entsprechende Wärmeträgheit simulieren. Derartige wärmeträge Massen werden nicht immer vorgesehen sein müssen, da es im Sinne der Regelfunktion durchaus erwünscht ist, wenn die Folge sinkender Aussentemperaturen, z. B. das nächstschaltende Potentiometer (Heizkörper), die nächste Pumpstufe sofort einschaltet und nicht erst, wenn der Temperaturabfall durch die Massen verzögert dann zur Auswirkung kommt, wenn bereits die gespeicherte Wärme des Gebäudes abgegeben ist.
Ebenso verhält es sich bei zunehmender Aussentemperatur, bei deren Änderung bereits sofort auf die kleinere Pumpleistung geschaltet werden soll und nicht erst dann, wenn durch gleichmässiges Weiterheizen bei tatsächlich bereits höherer Aussentemperatur noch Wärme aufgewendet wird. Man wird in jedem Fall überlegen müssen, wie das wetterfeste Gehäuse entsprechend dem zu heizenden Gehäuse gebaut werden soll.
Es kann mit jeder Leistungsstufe der Umwälzpumpe und gegebenenfalls bei stufenlos drehzahlgeregelten Pumpen zu bestimmenden Leistungsbereichen gleichzeitig oder gegebenenfalls wahlweise zeitverschoben die Kesseltemperatur auf korrespondierende Sollwerte geschaltet werden. Vor allem für Heizräume, die gleichzeitig Warmwasser bereiten, ist es zweckmässig, vor allem für den Sommerbetrieb, dass die Warmwasserbereitung in an sich bekannter Weise auf Vorrang geschaltet ist, dass also eine Überwachung vorgesehen ist, die die Pumpenheizleistung so lange auf Vollbetrieb schaltet, bis die Warmwasserbereitung abgeschlossen ist und erst danach die Steuerung einschaltet.
Um auch Nachtbetrieb zu berücksichtigen, was insbesondere bei Bürogebäuden wesentlich ist, bei welchen der Heizbedarf zu Nachtzeiten wesentlich geringer ist, kann jeder Fühler und/oder Schalter einzeln oder mittels im Gehäuse angebrachter elektrischer Heizkörper gemeinsam für von Hand oder Schaltuhr betätigbare Nachtabsenkung eingerichtet sein.
Zur Steuerung kann in Serie mit dem Kontakt des Führungs- oder des in der Temperaturreihe vorangehenden Fühlers und/oder Schalters (Thermostat) ein beim Schliessen des nächsten Folgefühlers und/oder Schalters (Thermostat) öffnender Kontakt bzw. ein Umschaltkontakt angeordnet sein.
Bei einer wirtschaftlich besonders vorteilhaften und einfachen Ausführung kann eine durch mehrere Motorwicklungen (z. B. Darlander, wie an sich bekannt) in Stufen leistungsregelbare Umwälzpumpe vorgesehen sein, wobei jeder Wicklung bzw. Drehzahl ein Aussenthermostat zugeordnet ist, der bei Erreichen des eingestellten Aussentemperaturwertes die Pumpe einschaltet bzw. bei weiterem Absinken auf die nächste Wicklung weiter schaltet oder bei Temperaturanstieg auf die kleinere Leistung zurück bzw. ganz ausschaltet. Dabei wirkt sich das jeweils aussentemperatur- (witterungsabhängige) selbsttätige Ein- und Ausschalten der entsprechenden Pumpe stromsparend aus.
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Es ist jedoch auch möglich, dass eine Vergleichsschaltung von Aussentemperatur zur Rücklauftemperatur mit einer von der Temperaturdifferenz in irgendeiner Form abhängigen Steuereinrichtung z. B. einem Motorpotentiometer, mittels Stellantrieb betätigten Stelltransformator od. dgl. vorzusehen. So können zwischen dem Fühler und/oder den Fühlern bzw. den Schaltern (Thermostaten) und der oder den zu regelnden Pumpen Regelkreise zur Beeinflussung der Pumpenleistung, wie eine Phasenanschnittsteuerung, Vorwiderstände, Transformator mit unterschiedlichen Spannungsabnahmepunkten, Regelwiderstände od. dgl., die z. B. die Spannungsversorgung steuern, vorgesehen sein, die durch die Fühler und/oder Schalter (Thermostate) gesteuert sind.
Es ist aber auch möglich, die herausgeführten Kontaktkombinationen eines mit mehreren Wicklungen ausgeführten Pumpenmotors mit den Schaltern eines Nocken- oder Kurvenschaltwerkes zu verbinden, das von einem von einem Fühler und/oder Schalter (Thermostat) gesteuerten reversiblen Stellmotor angetrieben ist.
Weiters kann ein Kapillarthermostat mit einstellbarer neutraler Zone vorgesehen werden, der über einen Schrittschaltregler einen reversiblen Stellantrieb entsprechend dem Aussentemperaturverlauf schaltet, der seinerseits über Regelglieder, wie Nocken oder Kurvenschreiber, Schalter, wie Mikroschalter, betätigt, deren Einstellung bzw. Schaltfolge (Programm) über Leitungsverbindungen das jeweils entsprechende Schaltbild an den Kontakten herstellt.
Die Erfindung ist an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne sich darauf zu beschränken.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform, und Fig. 2 und 3 Ausführungsvarianten.
Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 gezeigt. Die Pumpe --1-- zeigt einen Drehstrommotor für drei Drehzahlen, deren analoge Wicklungen auf ein Kontaktpanel --3-hinausgeführt sind. Durch entsprechende Verbindung bzw. Überbrückung --4-- der Kontaktpaare wird das jeweilige Schaltbild hergestellt bzw. die dazugehörige Drehzahl geschaltet. Die technische Ausführung ist im Kontaktkasten --2-- untergebracht. Im gemeinsamen, wetterfesten Gehäuse - befinden sich die Aussenthermostate --6, 7, 8--, diese schalten die Drehzahlen 1, 2 und 3 bzw. über das Haupt- (Drehstrom) Relais --9-- die Pumpe ein und aus. Der Heizkörper --10-- in Potentiometerschaltung ist nachregelbar und wird von der Nachtschaltuhr betätigt.
Funktion :
Der Thermostat --6-- ist z. B. auf eine Temperatur vun +10oC eingestellt. Der Thermostat - sauf 0C und der Thermostat --8-- auf -10oC. Vor Beginn der Heizperiode ist der Hauptstromkreis durch die Offenstellung des Thermostaten --6-- unterbrochen. Sinkt die Aussentemperatur auf +10 C bzw. darunter, dann schaltet Thermostat --6-- um und den Hauptstromkreis bzw. das Schaltbild der 1. Stufe ein. Bei 0 C erfolgt die Weiterschaltung auf Stufe 2 bzw. bei-10 C die Weiterschaltung auf Stufe 3. Selbstverständlich können die Einschaltpunkte beliebig gewählt werden. Bei gegenläufigem Temperaturverlauf erfolgt auch die Schaltung in entsprechender Richtung.
Für abgesenkten Nachtbetrieb wird über eine Schaltuhr in an sich bekannter Weise aus-und eingeschaltet. Wahlweise kann jeder Thermostat mit eigenem Heizkörper für die nächtliche Temperaturabsenkung ausgerüstet sein.
In Fig. 2 ist im schematischen Schnitt ein Ausführungsbeispiel dargestellt. --11, 12, 13-- bezeichnet die Thermostate, --14-- das Thermostatgehäuse, --15-- ist eine Montageplatte mit Öffnungen für die Luftzirkulation, --16-- ist eines der Potentiometer zu jeder Pumpen-Leistungsstufe, - die elektrischen Leistungen (Kabel).
Fig. 3 ist das Schaltbild zur Ausführung gemäss Fig. 2.
Die Anordnung funktioniert folgendermassen :
Alle drei Thermostate sind auf verschiedene Temperaturen, z. B. 20,19 und 180C eingestellt.
Sinkt die Aussentemperatur um 1 oe, schaltet der auf 200C eingestellte Thermostat das zugehörige Potentiometer bzw. die kleinste Drehzahl ein, bei 180C der nächste usw., in beiden Richtungen.
Diese Anordnung (Ausführung) setzt ein sehr genaues Schalten der Thermostate voraus, so dass in weiterer Ausgestaltung ein Raumthermostat (Uhrenthermostat z. B.) vorgesehen sein kann, der einen Nockenschalter über einen reversiblen Stellantrieb mit entsprechend langer Laufzeit oder mit neutraler Mittelstellung regelt. Da ein solcher Bimetallthermostat mit thermischer Rückführung ausgestattet sein kann, ist ein besonders gutes Regelverhalten gesichert.
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Die Ausführungsbeispiele lassen zahlreiche Variationen offen. So ist es beispielsweise möglich, bei einer Leistungsstufe direkt oder über Zwischenglieder an das Netz anzuschalten. Es sind Fühler, die getrennte Schalter erfordern, oder Thermostate, die direkt weiterschalten oder Folgethermostate, Folgeführer usw. möglich. Die in der Beschreibung angegebenen Varianten lassen sich wahlweise auf die Ausführungsbeispiele alternativ anwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur temperaturabhängigen Regelung der Wärmeabgabe von Heizkörpern mit einer Umwälzpumpe für den die Heizkörper durchströmenden Wärmeträger und mehreren, bei unterschiedlichen Temperaturwerten schaltenden Thermostaten, durch welche der Lauf der Umwälzpumpe mittels Stellgliedern stufenweise änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermostate (6, 7, 8 ; 11, 12, 13) in einem gemeinsamen, den zu erwartenden Störgrössen wie Witterung, Aussentemperatur ausgesetzten Gehäuse (5 ; 14) angeordnet sind, welche analog der mittels Wärmeträger beheizten Räumlichkeit jedoch elektrisch beheizbar ist, so dass für den bzw. die in der Räumlichkeit vorgesehenen Heizkörper Thermostatventile anwendbar sind.