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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kontrolleinrichtung sowie eine Kontrolleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 5.
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Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich ein Verfahren zum Betrieb einer Kontrolleinrichtung für einen von einem flüssigen Medium durchströmten Wärmetauscher bekannt, bei welchem die Kontrolleinrichtung ein elektrisches Stellventil umfasst, durch welches ein Volumenstrom des den Wärmetauscher durchströmenden Mediums eingestellt wird, bei welchem die Kontrolleinrichtung eine Steuerung umfasst, durch welche eine Stellung des Stellventils bestimmt wird, bei welchem die Kontrolleinrichtung einen Raumtemperatursensor umfasst, durch welchen eine Raumtemperatur bestimmt wird und bei welchem die Stellung des Stellventils in Abhängigkeit von einem Sollwert für die Raumtemperatur von der Steuerung vorgegeben wird. Weiterhin ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich eine Kontrolleinrichtung für einen von einem flüssigen Medium durchströmten Wärmetauscher bekannt, wobei die Kontrolleinrichtung einen Durchgangskanal für das flüssige Medium umfasst, wobei die Kontrolleinrichtung in dem Durchgangskanal ein elektrisches Stellventil umfasst und wobei die Kontrolleinrichtung eine Steuerung und einen Raumtemperatursensor umfasst.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Kontrolleinrichtung und eine Kontrolleinrichtung vorzuschlagen, welches bzw. welche derart ausgebildet ist, dass Spitzenbelastungen einer Energiequelle weitgehend vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 5 durch die kennzeichnenden Merkmale des jeweiligen Anspruchs gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kontrolleinrichtung für einen von einem flüssigen Medium durchströmten Wärmetauscher ist es vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung einen CTA-Sensor umfasst, durch welchen der Volumenstrom des Mediums und eine Temperatur des Mediums im Bereich des Stellventils erfasst werden, und dass von der Steuerung die Daten des CTA-Sensors zur Bestimmung der Stellung des Stellventils derart verarbeitet werden, dass die Stellung des Stellventils von der Steuerung derart gewählt wird, dass eine gewünschten Raumtemperatur innerhalb eines vorgegeben Zeitintervalls erreicht wird. Hierzu berechnet die Steuerung auf der Basis des von dem CTA-Sensor erfassten Volumenstroms und der von dem CTA-Sensor erfassten Temperaturen eine zugeführte Heizleistung oder eine zugeführten Kühlleistung. Auf diese Weise wird vermieden, dass zum Erreichen eines Heizziels oder eines Kühlziels eine unnötig große Heizleistung bzw. Kühlleistung abgerufen wird. Durch eine Vorgabe eines entsprechenden Zeitintervalls innerhalb dessen die gewünschte Raumtemperatur erreicht werden soll, können auf diese Weise Lastspitzen vermieden werden.
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Es ist auch vorgesehen, die Kontrolleinrichtung mit einem weiteren Sensor auszustatten, wobei der weitere Sensor entweder als Temperatursensor ausgebildet ist, durch welchen eine Temperatur des zuströmenden Mediums erfasst wird, oder wobei der weitere Sensor als weiterer CTA-Sensor ausgebildet ist, durch welchen der Volumenstrom und eine Temperatur des zuströmenden Mediums erfasst werden. Mit Hilfe der von dem zweiten Sensor erfassten Temperaturen kann von der Steuerung nicht nur eine dem Heizkörper zugeführte Wärmemenge, sondern auch eine von dem Heizkörper abgegebene Wärmemenge berechnet werden, so dass der Steuerung noch mehr Daten für ein gezieltes Erreichen des Heizziels vorliegen. Auf der Basis dieser Daten und der aktuellen Raumtemperatur kann die Steuerung das Heizziel z.B. auch bei einem durch ein Handtuch abgedeckten Heizkörper zuverlässig erreichen. Sofern der zweite Sensor nicht nur als Temperatursensor, sondern als CTA-Sensor ausgebildet ist, ist es zusätzlich möglich, durch einen Vergleich der gemessenen Volumenströme eine Leckage an dem Heizkörper zu detektieren.
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Es ist auch vorgesehen, dass das Stellventil von der Steuerung zur Ermittlung eines maximalen Durchflusses für einen Messzyklus vollständig geöffnet wird. Auf diese Weise kann die Kontrolleinrichtung die zur Verfügung stehende Heizleistung eigenständig neu ermitteln, so dass eine Übermittlung von Daten an die Kontrolleinrichtung oder eine manuelle Eingabe von Daten nicht erforderliche ist.
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Weiterhin ist es vorgehsehen, dass der erwähnte Messzyklus in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt wird oder dass der Messzyklus ereignisgesteuert durchgeführt wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Kontrolleinrichtung immer mit zutreffenden Werten und damit zuverlässig arbeitet. Im Sinne der Erfindung wird unter einem Ereignis z.B. ein über einem Schwellwert liegender Heizbedarf oder ein über einem Schwellwert liegender Kühlbedarf verstanden. Ein solch hoher Heizbedarf bzw. Kühlbedarf kann z.B. bei Ferienhäusern auftreten, welche nach einer Nutzungspause geheizt bzw. gekühlt werden sollen.
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Die erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung umfasst einen CTA-Sensor, wobei der CTA-Sensor eine Messsonde umfasst, welche in dem Durchgangskanal angeordnet ist, und wobei der CTA-Sensor an die Steuerung angeschlossen ist. Mittels eines derartigen CTA-Sensors kann die Steuerung der Kontrolleinrichtung über die Temperatur des Mediums und den Volumenstrom des Mediums kontinuierlich informiert werden, so dass sich die Vorteile des oben beschriebenen Verfahrens ergeben.
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Es ist auch vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung einen weiteren Sensor umfasst, wobei der weitere Sensor entweder als Temperatursensor ausgebildet ist, durch welchen eine Temperatur des zuströmenden Mediums erfasst wird, oder wobei der weitere Sensor als weiterer CTA-Sensor ausgebildet ist, durch welchen der Volumenstrom und eine Temperatur des zuströmenden Mediums erfasst werden. Hierdurch stehen der Steuerung der Kontrolleinrichtung weitere Informationen zur Verfügung, so dass sich die Vorteile des oben beschriebenen Verfahrens ergeben.
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Schließlich ist es vorgesehen, die Kontrolleinrichtung als eine Baueinheit mit einem an den Durchgangskanal angeordneten Eingangsanschluss für das flüssige Medium und mit einen an den Durchgangskanal angeordneten Ausgangsanschluss für das flüssige Medium auszubilden. Hierdurch ist es möglich, die Kontrolleinrichtung z.B. statt eines mechanischen Thermostats an Heizkörpern, welche Wärmetauscher bilden, auf einfachste Weise zu verbauen.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einer Energiequelle insbesondere eine Heizeinrichtung bzw. eine Kühleinrichtung verstanden, in welcher das Medium erwärmt bzw. gekühlt wird.
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Die erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung ist insbesondere als Wärmetauscherkontrolleinrichtung ausgebildet.
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Im Sinne der Erfindung wird das Erreichen einer gewünschten Raumtemperatur auch als Erreichen eines Heizziels oder eines Kühlziels bezeichnet.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einer Heizungsinstallation auch eine Installation verstanden, mittels derer z.B. in einem Gebäude eine Absenkung der Temperatur vorgenommen wird.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einem CTA-Sensor ein Durchflusssensor verstanden, welcher nach dem Prinzip der „Constant Temperature Anemometry“ betrieben wird und hierzu eine Messsonde umfasst, welche in ein Medium geführt ist. Die Messsonde wird sequentiell angesteuert, d.h. in einer Sequenz wird die Medientemperatur durch Anlegen einer geringen Heizleistung am Platin-Messwiderstand bestimmt und in einer weiteren Sequenz wird eine bestimmte Heizleistung am Platin-Messwiderstand angelegt. Die dadurch entstehende Wärme wird am Messwiderstand von der vorherrschenden Medienströmung abgetragen und gibt somit Aufschluss über die Strömungsgeschwindigkeit. Die Strömungsgeschwindigkeit wird
- - entweder durch Anlegen einer definierten Heizleistung und durch Messung der Widerstandsänderung zwischen Temperaturbestimmungsphase und Heizphase bestimmt
- - oder durch Anlegen einer geregelten Übertemperatur am Sensor (z.B. 10 K über Medientemperatur) und durch Messung der Heizleistung, welche erforderlich ist um diese Übertemperatur zu erreichen, bestimmt.
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Aus der Strömungsgeschwindigkeit und der bekannten geometrischen Form des Sensorgehäuses kann dann der Volumenstrom berechnet werden. Der CTA-Sensor bestimmt die Werte Temperatur und Durchfluss sequentiell. Für eine Permanent-Messung von Temperatur und Durchfluss kommen zwei CTA-Sensoren in Reihenschaltung zum Einsatz. Es ist auch vorgesehen, aus den gemessenen Werten den Wärmestrom bzw. Energieverbrauch zu berechnen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung.
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In der 1 ist in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung 1 gezeigt, welche an einem als Heizkörper 2 ausgebildeten Wärmetauscher 3 einer Heizungsinstallation 4 verbaut ist. Von einer Heizung 5 der Heizungsinstallation 4 wird ein flüssiges Medium 6 erwärmt. Dieses strömt von der Heizung 5 über eine Zulaufleitung 7 durch die Kontrolleinrichtung 1 zu dem Wärmetauscher 3 und von diesem über eine Rücklaufleitung 8 zurück zu der Heizung 5. Hierbei ist die die Kontrolleinrichtung 1 in der Rücklaufleitung 8 direkt nach dem Wärmetauscher 3 angeordnet, so dass das Medium 6 die Kontrolleinrichtung 1 auf seinem Weg aus dem Wärmetauscher 3 durchströmt. Die Kontrolleinrichtung 1 umfasst ein elektrisches Stellventil 9. Mittels des Stellventils 9 wird ein Volumenstrom des den Wärmetauscher 3 zuströmenden Mediums 3 eingestellt. Hierbei lässt sich der Volumenstrom durch das Stellventil 9 stufenlos oder in Stufen zwischen eine Geschlossen-Stellung und einer Offen-Stellung des Stellventils 9 einstellen. Die Kontrolleinrichtung 1 umfasst auch eine Steuerung 10, von dieser wird eine Stellung des elektrisch betriebenen Stellventils 9 bestimmt. Zusätzlich kann die Kontrolleinrichtung 1 noch einen über Funk oder kabelgebunden angeschlossenen Raumtemperatursensor 11 umfassen, durch welchen eine Raumtemperatur eines Raums 12 bestimmt wird, in welchem sich der Heizkörper 2 befindet. Die Stellung des Stellventils 9 wird von der Steuerung 10 dann auch in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert für die Raumtemperatur vorgenommen.
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Die Kontrolleinrichtung 1 umfasst weiterhin einen CTA-Sensor 13. Durch den CTA-Sensor 13 wird ein Volumenstrom, mit welchem das Medium 6 die Kontrolleinrichtung 1 durchströmt, und eine Temperatur, welche das Mediums 6 beim Durchströmen der Kontrolleinrichtung 1 aufweist, abwechselnd erfasst und an die Steuerung 10 übermittelt. Die Steuerung 10 verarbeitet die Daten des CTA-Sensors 13 zur Bestimmung der Stellung des Stellventils 9 derart, dass die Stellung des Stellventils 9 von der Steuerung 10 derart vorgegeben wird, dass eine gewünschten Raumtemperatur des Raums 12 innerhalb eines vorgegeben Zeitintervalls erreicht wird. Die Stellung des Stellventils 9 wird hierbei auf der Basis einer aktuell durch das Medium 6 verfügbaren, anhand einer von der Steuerung 10 auf der Basis des von dem CTA-Sensor 10 erfassten Volumenstroms und der von dem CTA-Sensor 10 erfassten Temperatur errechneten Heizleistung oder Kühlleistung durchgeführt. Hierbei wird die dem Raum 12 als Heizleistung zugeführte Wärmemenge von der Steuerung 10 auf der Basis der von dem CTA-Sensor 13 gemessenen Temperaturen und Volumenströme berechnet. Sofern auch von einem in der Zulaufleitung 7 angeordneten zweiten Sensor 17, welcher an die Steuerung 10 angeschlossen ist und welcher als Temperatursensor 18 ausgebildet ist, Temperaturen erfasst werden, kann von der Steuerung 10 auch die von dem Heizkörper 2 in den Raum 12 abgegebene Wärmemenge berechnet werden. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es vorgesehen, dass der weitere bzw. zweite Sensor 17 ebenfalls als CTA-Sensor ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, dass die Steuerung 10 die Volumenströme in der Zulaufleitung 7 und in der Ablaufleitung 8 vergleicht und bei einem geringeren Rücklauf auf eine Leckage an dem Heizkörper schließt und das Stellventil 9 schließt, um ein unkontrolliertes ausströmen des Mediums M zu verhindern.
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Die Kontrolleinrichtung 1 umfasst einen Durchgangskanal 14, in welchem das Stellventil 9 und der CTA-Sensor 13 angeordnet sind, wobei der CTA-Sensor 13 mit einer Messsonde 13a in den Durchgangskanal 14 und damit in das Medium 6 ragt und von diesem umströmt ist.
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Um mit dem CTA-Sensor 13 einen Volumenstrom erfassen zu können, ist der Durchgangskanal 14, in welchem die Messsonde 13a des CTA-Sensors 13 angeordnet ist in Strömungsrichtung über einen vor der Messsonde 13a beginnenden und nach der Messsonde 13a endenden Längenabschnitt mit einem gleichbleiben, in der Steuerung 10 hinterlegten Querschnitt ausgebildet, so dass sich im Bereich des CTA-Sensors 13 eine Art Messblende ergibt, deren Geometrie in der Steuerung 10 zur Berechnung des Volumenstroms aus den Messwerten zur Fließgeschwindigkeit hinterlegt ist. Sofern auch der zweite Sensor 17 als CTA-Sensor ausgebildet ist, ist dieser entsprechend in einem weiteren Durchgangskanal angeordnet und sind in der Steuerung auch entsprechende Daten zu diesem Durchgangskanal gespeichert.
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Zum Anschluss an die Heizungsinstallation 4 umfasst die Kontrolleinrichtung 1 einen Eingangsanschluss 15, mit welchem diese mit dem Wärmetauscher 3 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss 16, mit welchem diese mit der Rücklaufleitung 8 verbunden ist.
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Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es vorgesehen den zweiten Sensor in der Rücklaufleitung anzuordnen und die Kontrolleinrichtung mit dem ersten Sensor in der Zulaufleitung anzuordnen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontrolleinrichtung
- 2
- Heizkörper
- 3
- Wärmetauscher
- 4
- Heizungsinstallation
- 5
- Heizung
- 6
- flüssiges Medium
- 7
- Zulaufleitung von 5 zu 2
- 8
- Rücklaufleitung von 2 zu 5
- 9
- Stellventil
- 10
- Steuerung
- 11
- Raumtemperatursensor
- 12
- Raum
- 13
- CTA-Sensor
- 13a
- Messsonde von 13
- 14
- Durchgangskanal
- 15
- Eingangsanschluss
- 16
- Ausgangsanschluss
- 17
- zweiter Sensor (in der Rückleitung)
- 18
- Temperatursensor in der Rückleitung 8
