DE102006011522A1

DE102006011522A1 - Heizvorrichtung mit einer Niedertemperaturheizung

Info

Publication number: DE102006011522A1
Application number: DE102006011522A
Authority: DE
Inventors: Ralf Benesch
Original assignee: Simplex Armaturen und Fittings GmbH
Current assignee: Simplex Armaturen und Systeme GmbH
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-13

Abstract

Es wird eine Heizvorrichtung eines Heizsystems mit wenigstens einer einen Niedertemperaturheizkörper (2) umfassenden Niedertemperaturheizung (1) sowie einer ein Stellglied (3), insbesondere ein Ventil (3), und einen Stellantrieb (4) umfassenden Stellvorrichtung zum Beeinflussen der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1), wobei die maximale Betriebstemperatur des Heizsystems größer als die maximale Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1) ist, wobei wenigstens ein Betriebstemperatursensor zum Erfassen der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1) sowie ein Raumtemperatursensor zum Erfassen einer Raumtemperatur vorgesehen ist, vorgeschlagen, die im Vergleich zum Stand der Technik weniger aufwändig ist und/oder weniger Platz benötigt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Stellglied (3) als vom Betriebstemperatursensor und vom Raumtemperatursensor beeinflussbares Stellglied (3) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung eines Heizsystems mit wenigstens einer einen Niedertemperaturheizkörper umfassenden Niedertemperaturheizung sowie einer ein Stellglied, insbesondere Ventil, und ein Stellantrieb umfassenden Stellvorrichtung zum Beeinflussen der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
In den letzten Jahren werden Flächenheizungen beziehungsweise Niedertemperaturheizungen wie Fußbodenheizungen oder Wandheizungen in Gebäuden immer beliebter. Üblicherweise weist das Heizsystem für entsprechende Gebäude neben den Niedertemperaturheizungen auch beziehungsweise vorwiegend sogenannte Radiatorheizungen auf.
Entsprechende Heizsysteme sind somit auf die vergleichsweise hohe maximale Temperatur der Radiatorheizungen beziehungsweise Heizkörper ausgelegt, die beispielsweise etwa 75°C betragen können.
Dagegen werden Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizungen üblicherweise bis max. etwa 40 bis 50°C betrieben, so dass diese im Vergleich zu den Radiatorheizungen beziehungsweise zur Maximaltemperatur des Heizsystems durchaus als sogenannte Niedertemperaturheizung bezeichnet werden können.
Um Schäden an Personen und/oder am Bauwerk durch zu hohe Oberflächen- beziehungsweise Systemtemperaturen der Flächenheizung beziehungsweise Niedertemperaturheizung im Auslegungsfall zu vermeiden, muss die maximale Heizmediums- beziehungsweise Wassertemperatur für die Flächenheizung beziehungsweise Niedertemperaturheizung begrenzt werden. Es wird üblicherweise mit Hilfe von Rücklauftemperaturbegrenzungsventilen die maximale Betriebstemperatur der Flächenheizung begrenzt.
Für eine komfortable Regelung der Raumtemperatur des entsprechenden Raumes wird normalerweise darüber hinaus ein Raumthermostatventil vorgesehen. Entsprechend wird ein Regel- beziehungsweise Steuersystem für eine Flächenheizung beziehungsweise Niedertemperaturheizung zur Einbindung dieser in den Kreislauf einer Radiatorheizung realisiert.

Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 198 385 11 A1 eine Ventilgruppe mit Rücklauftemperaturbegrenzer bereits bekannt, bei der neben dem Rücklauftemperaturbegrenzungsventil ein seriell geschaltetes Raumthermostatventil vorgesehen ist. Die beiden separaten Ventile sind hierbei im Rücklauf des Heizregisters angeordnet, um selbst bei überhöhter Vorlauftemperatur durch die Temperaturdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsseite des Heizregisters wenigstens stoßweisen Eintritt des Heizwassers in das Register zu gewährleisten. Nachteilig bei derartigen Ventilgruppen ist jedoch, dass diese vergleichsweise aufwendig sind und relativ viel Platz benötigen.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Heizvorrichtung der einleitend genannten Art vorzuschlagen, die im Vergleich zum Stand der Technik weniger aufwendig ist und/oder weniger Platz benötigt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Heizvorrichtung der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung dadurch aus, dass das Stellglied als ein vom Betriebssensor und vom Raumtemperatursensor beeinflussbares Stellglied ausgebildet ist. Mit Hilfe eines derart ausgebildeten Stellglieds ist gemäß der Erfindung lediglich ein einziges Stellglied notwendig, dass einerseits vom Betriebstemperatursensors und andererseits vom Raumtemperatursensors beeinflusst werden kann. Gemäß der Erfindung reduziert sich somit der konstruktive Aufwand und darüber hinaus kann eine besonders Platz sparende Heizvorrichtung gemäß der Erfindung verwirklicht werden.

Erfindungsgemäß wird der Querschnitt der Niedertemperaturheizung vorzugsweise ausschließlich an einer Stelle durch das Stellglied verändert, durch den das Heizmedium beziehungsweise das Wasser hindurchfließen kann.

Gemäß der Erfindung wird bei gleichem Komfort, wie beim Stand der Technik, ein zweites Stellglied verzichtbar, mit dem der Betrieb der Niedertemperaturheizung beeinflussbar ist. Das bedeutet insbesondere, dass das Stellglied abhängig vom Raumtemperatursensor beziehungsweise Raumthermostat und zugleich abhängig vom Betriebstemperatursensor kontrolliert beziehungsweise gesteuert werden kann.

Grundsätzlich wird unter einem Heizsystem gemäß der Erfindung das gesamte System mit allen Heizmediums führenden Komponenten einschließlich der Steuer- beziehungsweise Regelkomponenten, insbesondere der Sensoren und Aktoren, verstanden. Der Niedertemperaturheizkörper ist das Element beziehungsweise die Komponente der Niedertemperaturheizung, die ganz besonders dafür vorgesehen ist, Wärme an den entsprechenden Raum abzugeben. Die Niedertemperaturheizung umfasst neben dem Niedertemperaturheizkörper auch entsprechende Sensoren, Stellglieder beziehungsweise Aktoren etc..

Beispielsweise sind zwei separate Stellantriebe vorgesehen, wobei der erste Stellantrieb durch den Betriebstemperatursensor beeinflussbar beziehungsweise kontrollierbar und der zweite Stellantrieb durch den Raumtemperatursensor beeinflussbar beziehungsweise kontrollierbar ist.

Vorzugsweise ist der Stellantrieb als ein vom Betriebstemperatursensor und vom Raumtemperatursensor beeinflussbarer beziehungsweise steuerbarer Stellantrieb ausgebildet. Hiermit wird eine weitere Reduzierung der verwendeten Komponenten beziehungsweise Elemente erreicht. Dementsprechend kann auch eine besonders konstruktiv einfache beziehungsweise platzsparende Heizvorrichtung gemäß der Erfindung verwirklicht werden. Entsprechend wird auch eine wirtschaftlich günstige Realisierung der Erfindung ermöglicht.

Vorteilhafterweise ist der Betriebstemperatursensor als Rücklauftemperatursensor zum Erfassen der Rücklauftemperatur der Niedertemperaturheizung ausgebildet. Hiermit wird es möglich, dass auf handelsübliche Komponenten zugegriffen werden kann, so dass eine besonders wirtschaftlich günstige Realisierung der Erfindung möglich wird. Weiterhin hat sich in der Praxis gezeigt, dass ein derartig angeordneter beziehungsweise ausgebildeter Betriebstemperatursensor besonders vorteilhaft die Niedertemperaturheizung beeinflussen beziehungsweise steuern kann.

Der oder die Stellantriebe und/oder das Stellglied können beispielsweise als rein mechanische Komponenten verwirklicht werden, wie dies z.B. beim Stand der Technik als Längendehnelement ausgebildeter Stellantrieb zum Betätigen des Stellgliedes bzw. zum Verschließen des lichten Strömungsquerschnittes der Niedertemperaturheizung vorgesehen ist.

Vorzugsweise ist die Stellvorrichtung als wenigstens teilweise elektrische Stellvorrichtung zum Umsetzen eines elektrischen Stellsignals ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Stellvorrichtung einen elektrischen Stellantrieb, der ein Ventil oder dergleichen beeinflusst beziehungsweise öffnet oder schließt.

Gerade mit Hilfe einer elektrischen Stellvorrichtung kann die erfindungsgemäße Beeinflussbarkeit des Stellglieds über zwei separate Sensoren ganz besonders vorteilhaft realisiert werden. Eine entsprechende Variante der Erfindung ist besonders einfach konstruktiv zu realisieren.

Vorteilhafterweise ist der Betriebstemperatursensor und/oder der Raumtemperatursensor als elektrischer Temperatursensor zur Erzeugung eines elektrischen Signals ausgebildet. Mit Hilfe einer vorteilhaften Kombination dieser Varianten ist vor allem im Zusammenwirken mit einer elektrischen Stellvorrichtung, insbesondere mit einem elektrischen Stellantrieb, eine besonders konstruktiv einfache und Platz sparende Ausführungsform der Erfindung realisierbar.

Darüber hinaus sind bereits elektrische Temperatursensoren gerade auch im Heizungsbereich handelüblich, so dass eine wirtschaftlich günstige Realisierung der Erfindung erfolgen kann.

Vorzugsweise ist wenigstens eine Kontrolleinheit zum Kontrollieren der Stellvorrichtung in Abhängigkeit der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung und/oder der Raumtemperatur vorgesehen. Eine vorteilhaft elektronische Kontrolleinheit ermöglicht eine Anpassung an unterschiedlichste Anforderungen beziehungsweise Stellantriebe, Sensoren etc..

In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist die Kontrolleinheit zum sequentiellen Kontrollieren der Stellvorrichtung in Abhängigkeit der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung und der Raumtemperatur ausgebildet. Dies bedeutet vor allem, dass beispielsweise ein Stellsignal des Betriebstemperatursensors abwechselnd mit dem Stellsignal des Raumtemperatursensors mit Hilfe der vorteilhaften Kontrolleinheit abgearbeitet beziehungsweise weiterverarbeitet wird und in vorteilhafter Weise der Stellvorrichtung weitergeleitet wird. Dies führt insbesondere dazu, dass die Stellvorrichtung zeitlich hintereinander eine Anweisung, die auf den Betriebstemperatursensor zurückzuführen ist, und anschließend eine Anweisung, die auf den Raumtemperatursensor zurückzuführen ist, bekommt und entsprechend das Stellglied beeinflusst beziehungsweise verändert.

Es hat sich gezeigt, dass die hiermit verbundenen "Stillstandzeiten" der Bearbeitungsphasen der jeweiligen Sensorsignale von z.B. wenigen Millisekunden oder Sekunden, das heißt ein Sensorsignal wird während der Bearbeitung des anderen Sensorsignals unterdrückt beziehungsweise nicht weiter verwendet, in der Praxis keine Nachteile aufweist.

Vorzugsweise ist die Kontrolleinheit zum Vergleich von Istwerten mit Sollwerten ausgebildet. Beispielsweise sind in der Kontrolleinheit Sollwerte abgelegt beziehungsweise abgespeichert, die mit Istwerten vorzugsweise des Betriebstemperatursensors und/oder des Raumtemperatursensors verglichen werden. Entsprechend dem Soll/Ist-Vergleich werden Signale an die Stellvorrichtung beziehungsweise den Stellantrieb weitergeleitet, so dass dieser entsprechend den Istwerten beeinflusst beziehungsweise verändert wird. Hierbei kann sowohl eine lineare als auch eine nicht lineare Abhängigkeit zwischen den Sensorsignalen und dem Stellsignal für die Stellvorrichtung vorgesehen werden.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die maximale Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung als insbesondere prioritärer Sollwert der Kontrolleinheit ausgebildet. Hiermit wird erreicht, dass ein Überschreiten der maximalen Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung in vorteilhafter Weise nicht ermöglicht wird. Beispielsweise wird ein bestimmter Regelalgorithmus der Kontrolleinheit hierbei so ausgestaltet, dass prioritär keine Überschreitung der maximal zulässigen Rücklauftemperatur erfolgt. Das bedeutet, dass bei Anliegen einer Rücklauftemperatur von beispielsweise mehr als 50°C, das Ventil beziehungsweise das Stellglied nur taktweise geöffnet und geschlossen wird, obgleich ein etwa zu deckender Wärmebedarf des entsprechenden Raumes einen größeren Volumenstrom des Heizmediums benötigen würde.

Im Temperaturbereich des Heizmediums unter 50°C beziehungsweise unter der maximalen Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung wird dagegen der Massenstrom des Heizregisters beziehungsweise des Niedertemperaturheizkörpers nach der Raumtemperatur in vorteilhafter Weise geregelt beziehungsweise eingestellt.

Generell ist gemäß der Erfindung von Vorteil, eine Regeltechnik auf Basis eines elektronischen Reglers in sequentieller Signalverarbeitung zu betreiben. Hierbei wird im Wesentlichen die Raumtemperatur und die Rücklauftemperatur des Heizungswassers beziehungsweise Heizmediums aus dem Flächenheizungsregister beziehungsweise aus dem Niedertemperaturheizkörper über vorteilhafte Sensoren mit elektrischen Ausgangssignalen, insbesondere Widerstandsthermometer oder dergleichen, aufgenommen. Im Regler beziehungsweise in der Kontrolleinheit werden in vorteilhafter Weise sequentiell die Signale beziehungsweise Ist-Werte mit den Soll-Wert-Einstellungen für Raumtemperatur und maximal zulässige Rücklauftemperatur verglichen. Das Ausgangssignal bewirkt in vorteilhafter Weise die Ansteuerung eines einzigen thermischen Stellantriebs mit nachgeschaltetem Stellventil.

Vorzugsweise wird die Stellvorrichtung beziehungsweise der Soll-Wert-Steller für die Rücklauftemperatur und der Regler in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Armatur vorteilhafterweise in einer unter Putz installierten Box oder dergleichen angebracht. Der Raumtemperatursensor vorzugsweise mit entsprechendem Soll-Wert-Steller kann relativ unabhängig im Raum angebracht werden und wird in vorteilhafter Weise elektronisch mit dem Regler beziehungsweise der Kontrolleinheit verbunden.

Ausführungsbeispiel
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Variante gemäß der Erfindung und
2 ein schematisches Blockschaltbild im Ausschnitt einer zweiten Variante gemäß der Erfindung.
In 1 ist eine Niedertemperaturheizung 1 dargestellt, die neben einem Heizkörper 2 ein Ventil 3 beziehungsweise Rücklaufventil 3 umfasst.
Das Ventil 3 beziehungsweise das Stellglied 3 wird mittels einem Antrieb 4 betätigt, das heißt geschlossen beziehungsweise geöffnet. Der Antrieb 4 ist vorzugsweise als elektrischer Antrieb 4 ausgebildet und wird mit Hilfe eines Signals 14 betrieben. In Abhängigkeit vom Signal 14 wird über den Antrieb 4 das Ventil 3 betätigt. Beispielsweise hängt die Stellung des Ventils 3 von der Spannung beziehungsweise dem Strom des Signals 14 ab.
Das Signal 14 setzt sich aus einem Signal 11 und/oder Signal 12 und/oder Signal 13 zusammen, die mittels einer Stelle 15 zusammengeführt und dem Antrieb 4 zugeleitet wird. Beim Signal 14 handelt es sich vorzugsweise um einem Sollwert beziehungsweise um ein Signal, das der maximalen Rücklauftemperatur der Niedertemperaturheizung entspricht. Wird die maximale Rücklauftemperatur der Niedertemperaturheizung 1 erreicht, was ein nicht näher dargestellter Betriebstemperatursensor der Niedertemperaturheizung 1 an eine nicht näher dargestellte Kontrolleinheit übermittelt, wird entsprechend ein Signal 13 generiert und dem Antrieb 4 zugeleitet, so dass dieser das Ventil 3 vollständig schließt.
Das Signal 11 wird von einem Regler 5 ausgegeben, an dessen Eingang ein Signal 7 und ein Signal 8 ansteht. Beim Signal 7 handelt es sich beispielsweise um den Sollwert der Rücklauftemperatur der Niedertemperaturheizung 1. Beim Signal 8 handelt es sich um den Istwert der Rücklauftemperatur der Niedertemperaturheizung 1, die ein entsprechend ausgebildeter Betriebstemperatursensor als Signal der Kontrolleinheit beziehungsweise dem Regler 5 zuführt.
Beim Signal 9 handelt es sich um den Sollwert der Raumtemperatur, den beispielsweise ein Nutzer/Person variabel einstellen beziehungsweise festlegen kann. Beim Signal handelt es sich um den Istwert der Raumtemperatur, die ein nicht näher dargestellter Raumtemperatursensor ermittelt und als Signal dem Regler 6 beziehungsweise der Kontrolleinheit zuführt.
Generell ist von Vorteil die beiden Regler 5 und 6 beispielsweise in einer einzigen Baueinheit und/oder Kontrolleinheit beziehungsweise einem Mikroprozessor oder dergleichen zu integrieren. Entsprechend können die Sollwerte beziehungsweise die maximale Rücklauftemperatur in vorteilhafter Weise in der Kontrolleinheit abgespeichert werden. Entsprechend dem Soll/Ist-Vergleich der Regler 5 beziehungsweise 6 wird ein hiervon abhängiges Signal 11 beziehungsweise Signal 12 generiert und dem Antrieb 3 zugeführt, wodurch die Stellung des Ventils 3 festgelegt wird.
In vorteilhafter Weise handelt sich bei den beiden Reglern 5 und 6 um PID-Regler, die beispielsweise in einem Mikrokontroller mit unterschiedlich hinterlegten Daten beziehungsweise Kennlinien verwirklicht sind.
In 2 ist eine zweite Variante der Erfindung gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Im Unterschied zu 1 wird gemäß der Variante der 2 nicht nur ein Antrieb 4, sondern zwei separate beziehungsweise unabhängige, z.B. mechanische Antriebe 16 und 17 verwendet, die über eine symbolisch dargestellte Stelle 18 jeweils das Ventil 3 beeinflussen beziehungsweise steuern können. Entsprechend 1 erhält der Antrieb 16 ein Signal 11 und der Antrieb 17 ein Signal 12 entsprechend der in 2 nicht näher dargestellten Regler.

1: Niedertemperaturheizung
2: Heizkörper
3: Ventil
4: Antrieb
5: Regler
6: Regler
7: Signal
8: Signal
9: Signal
10: Signal
11: Signal
12: Signal
13: Signal
14: Signal
15: Stelle
16: Antrieb
17: Antrieb
18: Stelle

Claims

Heizvorrichtung eines Heizsystems mit wenigstens einer einem Niedertemperaturheizkörper (2) umfassenden Niedertemperaturheizung (1) sowie einer ein Stellglied (3), insbesondere Ventil (3), und ein Stellantrieb (4, 16, 17) umfassenden Stellvorrichtung zum Beeinflussen der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1), wobei die maximale Betriebstemperatur des Heizsystems größer als die maximale Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1) ist, wobei wenigstens ein Betriebstemperatursensor zum Erfassen der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung sowie ein Raumtemperatursensor zum Erfassen einer Raumtemperatur vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3) als vom Betriebstemperatursensor und vom Raumtemperatursensor beeinflussbares Stellglied (3) ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (4, 16, 17) als vom Betriebstemperatursensor und vom Raumtemperatursensor beeinflussbarer Stellantrieb (4, 16, 17) ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebstemperatursensor als Rücklauftemperatursensor zum Erfassen der Rücklauftemperatur der Niedertemperaturheizung (1) ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung als elektrische Stellvorrichtung zum Umsetzen eines elektrischen Signals ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebstemperatursensor als elektrischer Betriebstemperatursensor zur Erzeugung eines elektrischen Signals ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumtemperatursensor als elektrischer Raumtemperatursensor zur Erzeugung eines elektrischen Signals ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kontrolleinheit (5, 6) zum Kontrollieren der Stellvorrichtung in Abhängigkeit der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1) und/oder der Raumtemperatur vorgesehen ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (5, 6) zum sequenziellen Kontrollieren der Stellvorrichtung in Abhängigkeit der Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1) und der Raumtemperatur ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (5, 6) zum Vergleich von Ist-Werten mit Soll-Werten ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Betriebstemperatur der Niedertemperaturheizung (1) als Soll-Wert der Kontrolleinheit (5, 6) ausgebildet ist.