DE19602388C2 - Verfahren zum bedarfsgeführten Betreiben eines Heizkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum bedarfsge­ führten Betreiben mindestens eines Heizkörpers, wo­ bei sich die Wärmeleistungsabgabe des Heizkörpers mittels eines Thermostatventils selbsttätig in Ab­ hängigkeit von der Umgebungs-Lufttemperatur ein­ stellt und die Temperaturfühlung des Thermostatven­ tils mittels eines ihm zugeordneten bedarfsabhängi­ gen Wärmegebers beeinflussbar ist.

Vor dem Hintergrund einer Abnahme natürlicher Ener­ gieressourcen und der umweltschädigenden Auswirkun­ gen insbesondere bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, schreibt die Heizungsanlagen-Verord­ nung vom 20.01.1989 vor, daß außer Niedertempera­ turheizungen alle Zentralheizungen mit zentralen und raumweisen Regelungen ausgestattet werden müs­ sen. Bekannt ist es, eine zentrale Regelung der Heizwasservorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur kombiniert mit einer raumweisen Re­ gelung durch thermostatisch gesteuerte Heizkörper­ ventile vorzunehmen. Die Vorlauftemperatur wird mit steigender Außentemperatur entsprechend der am Reg­ ler eingestellten Heizkennlinie abgesenkt. Zusätzlich zur Außentemperatur geführten Vorlauftempera­ turregelung kann eine zeitabhängige Absenkung der Vorlauftemperatur erfolgen. Üblich ist zum Beispiel eine Nachtabsenkung in der Zeit zwischen 22⁰⁰ Uhr und 6⁰⁰ Uhr. Bedingt durch die Vorlauftemperaturab­ senkung soll sich während dieser Zeit eine niedri­ gere Temperatur im Gebäude und damit eine Verringe­ rung des Heizenergieverbrauchs ergeben. Die raum­ weise durchzuführende Heizungsregelung erfolgt mit­ tels der erwähnten Thermostatventile, die die Wär­ meabgabe der Heizkörper regeln, indem sie den Heiz­ wasserdurchfluß in Abhängigkeit der Raumtemperatur der gewählten Thermostateinstellung anpassen.

Diese bekannte Heizungsregelung weist zwei Probleme auf, die zu einem erhöhten Heizenergieverbrauch führen: a) Die Beheizung der Räume erfolgt entspre­ chend der Vorlauftemperatur und Heizkörperthermo­ stateinstellung unabhängig davon, ob die Räume tatsächlich genutzt werden. b) Die zentrale Absen­ kung der Vorlauftemperatur führt nicht zwangsläufig zu einer Absenkung der Raumtemperatur, denn wird durch die zentrale Regelung die Vorlauftemperatur des Heizwassers abgesenkt, sinkt die Wärmeleistung der Heizkörper und damit die Raumtemperatur. Der Heizkörperthermostat reagiert auf diese sinkende Raumtemperatur und erhöht die Heizwasser-Durchfluß­ menge, um die eingestellte Raumtemperatur zu hal­ ten. Mit steigender Durchflußmenge steigt die Wär­ meleistung des Heizkörpers an. Solange der Heizkör­ perthermostat die Vorlauftemperaturabsenkung mit einer Erhöhung des Durchflusses kompensieren kann, ergibt sich trotz der Vorlauftemperaturabsenkung keine Raumtemperaturabsenkung. Die Folge ist gegenüber dem beabsichtigten Ziel ein erhöhter Heizener­ gieverbrauch.

Aus der DE 39 10 772 A1 ist eine dezentrale, zeit­ abhängige Raumheizungssteuerung bekannt, bei der über eine Regel- und Steuereinheit ein handelsübli­ ches Raumthermostat zur Regulierung der maximalen Raumtemperatur durch eine zusätzliche, im Thermo­ stat integrierte, über eine Zeitschaltuhr angesteu­ erte, direkte Heizung erwärmt werden kann. diese direkte Heizung wird mittels eines Schalters ein- oder ausgeschaltet.

Aus der DE 43 24 429 A1 ist ein Heizkörper-Thermo­ stat bekannt, auf dessen Handgriff ein Thermostat- Kopf aufgesetzt ist, der eine elektrische Verstel­ lung ermöglicht. Im Innern des Thermostat-Kopfes ist ein Mikroprozessor mit Speicher angeordnet. Hierdurch ist eine zeitabhängige Temperaturver­ laufsseinstellung mittels Programmierung des Mikro­ prozessors möglich. Es wird zwischen einer Einlern- Programmierung und einer manuellen Programmierung unterschieden. Beide Programmarten können getrennt oder aber auch überlagert Wirkung entfalten. Eine Verstellung des Handgriffs erfolgt mittels eines Elektromotors des aufgesetzten Thermostat-Kopfes.

Da die Bedarfsführung bei den bekannten Einrichtun­ gen unflexibel ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, daß ein den wechselnden Situationen der Praxis angepasstes Betreiben des Heizkörpers gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmegeber unter Berücksichtigung mindestens einer Zwischenstufe stufenweise oder nach ei­ ner stetigen Kennlinie aktivierbar ist, und daß die Aktivierung des Wärmegebers einer Prioritätsfolge von verschiedenen Bedarfsabhängigkeiten derart un­ terliegt, dass eine zeitgesteuerte Aktivierung auf­ gehoben wird, wenn eine Personen-Bewegungserfassung anspricht. Mittels des Wärmegebers ist es somit möglich, die Heizkörperwärmeabgabe zu reduzieren oder auszuschalten, obwohl die Umgebungstemperatur ein Niveau aufweist, daß eigentlich zum öffnen des Thermostatventils führen würde. Damit wird es auf einfachste Weise möglich, in Abhängigkeit von Vor­ gaben auf den Betrieb des Heizkörpers einzuwirken. Da die Zuordnung des Wärmegebers zum üblichen Ther­ mostatventil auf sehr einfache Weise erfolgen kann und auch nachrüstbar ist, ergibt sich ein nur ge­ ringer technischer Aufwand. Beispielsweise ist es möglich, den Wärmegeber mittels eines Wärmeleitkle­ bers am thermostatischen Element des handelsübli­ chen Thermostatventils zu befestigen. Aufwendige Regelungseinrichtungen zur Beeinflussung des Heiz­ wasser-Durchflusses, wie beispielsweise motorbe­ triebene Schiebereinrichtungen, sind nicht erfor­ derlich. Ohne daß ein manueller Eingriff, bei­ spielsweise durch Veränderung der Grundeinstellung des Thermostatventils, erfolgt, wird der Heizkör­ perbetrieb beeinflußt, wobei die Aktivierung oder Deaktivierung des Wärmegebers automatisch erfolgt. Die Bedarfsabhängigkeit des Wärmegebers erfolgt durch Zeitsteuerung. Hierdurch ist es möglich, bei­ spielsweise nachts und/oder während des Wochenen­ des, den Heizwasser-Durchfluß zu begrenzen oder ab­ zuschalten, indem die Zeitsteuerung den Wärmegeber aktiviert, so daß er das thermostatische Element des Thermostatventils mit Wärme beaufschlagt. Die erwähnte Begrenzung ist derart zu verstehen, daß entweder die Wärmeabgabe des Wärmegebers nicht zu einem vollständigen Schließen des Thermostatven­ tils, sondern zu einer Drosselung des Heizwasser- Durchflusses führt oder es erwärmt sich der Wärme­ geber durch eine entsprechende Ansteuerung stärker, so daß es zu einem vollständigen Verschließen des Thermostatventils kommt. Denkbar sind auch mehrere Zwischenstufen, das heißt eine mehr oder weniger stark erfolgende Aktivierung des Wärmegebers; dies kann auch nach einer stetigen Kennlinie erfolgen. Die Aktivierung des Wärmegebers unterliegt einer Prioritätsfolge von verschiedenen Bedarfsabhängig­ keiten. Es erfolgt mittels der Zeitsteuerung bei­ spielsweise eine Wochenendabsenkung des Heizbe­ triebs. Wenn nun - prioritätshöher - gleichzeitig eine Bewegungserfassung erfolgt, so wird diese - bei Anwesenheit einer Person in dem zu heizenden Raum zur Abschaltung des Wärmegebers führen und damit die untergeordnete Wochenend-Bedarfsabhängigkeit außer Kraft setzen. Die Folge ist, daß der Heizkör­ per seinen von der Einstellung des Thermostatven­ tils abhängigen Heizbetrieb aufnimmt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Wärmegeber elektrisch betrieben wird. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und kostengünstig zu realisieren, da sie lediglich die Verlegung einer elektrischen Leitung erfordert. Damit können auch bereits beste­ hende Anlagen problemlos auf den erfindungsgemäßen Stand gebracht werden.

Die Bewegungserfassung erfolgt vorzugsweise mit ei­ nem Infrarot-Bewegungsmelder. Die Bedarfsabhängig­ keit des Wärmegebers wird somit durch Bewegungser­ fassung gesteuert/geregelt. Diese Bewegungserfas­ sung wird vorzugsweise in einer definierten Raumzone durchgeführt, wobei die Raumzone ein gesamter, den Heizkörper aufweisender Raum oder aber ein Ab­ schnitt dieses Raumes sein kann. Sofern sich in ei­ nem Raum mehrere Heizkörper befinden, ist es mög­ lich, jeden von ihnen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreiben. Dem Infrarot-Bewegungsmel­ der kann eine zeiteinstellbare Nachlaufeinrichtung zugeordnet sein, um zu schnelle Reaktionen zu ver­ meiden.

Da die Aktivierung des Wärmegebers erst nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne erfolgt, ist die Nach­ laufautomatik realisiert, die beispielsweise ver­ hindert, daß die Heizung beim kurzfristigen Verlas­ sen des mittels eines Bewegungsmelders überwachten Raumes zu schnell abgeschaltet wird. Der Nachlauf, der dazu führt, daß die bisherige Betriebsart bei­ behalten wird, läßt sich beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 0 bis 3 Stunden einstellen. Ist beispielsweise eine Stunde eingestellt und die Per­ son verläßt den Raum während der Mittagspause für 30 Minuten, so findet in dieser Zeit keine Tempera­ turabsenkung der Heizung statt. Betritt die Person innerhalb der eingestellten Nachlaufzeit wieder den Raum, so wird die Nachlaufautomatik auf Start rück­ gesetzt, wobei auch jede weitere erfaßte Bewegung innerhalb des Raumes stets ein Zurücksetzen auf Start bewirkt.

Zur Sicherung einer gewünschten frei einstellbaren Raummindesttemperatur ist es vorteilhaft, wenn die Bedarfsabhängigkeit des Wärmegebers auch durch Tem­ peraturerfassung erfolgt. Diese Erfassung der Raum­ temperatur dient der Schadensvermeidung (Frost­ schutz). Die handelsüblichen Thermostatventile ver­ fügen über eine Frostschutzstellung, deren Funktion jedoch aufgrund der erfindungsgemäßen Wärmebeauf­ schlagung außer Kraft gesetzt wird. Um nun dennoch diese Frostschutz-Sicherung zu erzielen, erfolgt eine Temperaturerfassung der Raumluft, wobei ab Un­ terschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes die Aktivierung des Wärmegebers abgestellt oder gemin­ dert wird, so daß das Thermostatventil seinen Nor­ malbetrieb und damit auch die Frostschutzfunktion aufnehmen kann.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines mit Heiz­ körper ausgestatteten Raumes, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beheizt wird und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch ein han­ delsübliches Thermostatventil, das mit einem erfindungsgemäßen Wärmegeber verse­ hen ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Raum 1, der einen Heizkör­ per 2 aufweist. Eine Heizwasser-Zuführleitung 3 ist über ein Thermostatventil 4 mit dem Vorlauf 5 des Heizkörpers 2 verbunden. Eine Rücklaufleitung 6 führt zurück zu einer nicht dargestellten zentralen Heizeinrichtung, die beispielsweise in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur die Vorlauftemperatur einstellt.

Dem Thermostatventil 4 ist ein Wärmegeber 7 (Fig. 2) zugeordnet, der als elektrischer Heizwiderstand 8 ausgebildet ist. Über eine elektrische Leitung 9 ist der Wärmegeber 7 mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden, die vorzugsweise als Regler 11 ausgebildet ist. Ferner ist an die Steuereinrichtung 10 über eine Leitung 12 ein Infrarot-Bewegungsmelder 13, über eine Leitung 14 eine Zeitschalteinrichtung 15 und über eine Leitung 16 ein Temperaturfühler 17 angeschlossen.

Gemäß Fig. 2 weist das Thermostatventil 4 eine Drehhandhabe 18 auf, mittels der eine Grundeinstel­ lung erfolgen kann. In Abhängigkeit der von einem thermostatischen Element 19 sensierten Raumtempera­ tur und der gewählten Grundeinstellung der Dreh­ handhabe 18 wird ein Ventilstößel 20 betätigt, der den Durchflußquerschnitt der Rohrzuführung zum Heizkörper 2 einstellt. Hierzu wirkt der Ventil­ stößel 20 mit einem Ventilsitz 21 zusammen. An dem thermostatischen Element 19 ist der Wärmegeber 7 vorzugsweise mittels eines Wärmeleitklebers derart befestigt, daß von ihm durch Stromfluß erzeugte Wärme das thermostatische Element 19 beaufschlagt, wodurch die Temperaturfühlung des Thermostatventils 4 beeinflußt wird.

Es ergibt sich folgende Funktionsweise:
In Abhängigkeit der Steuereinrichtung 10, die als Regler 11 für den Einzelraum ausgebildet sein kann, wird der als elektrischer Heizwiderstand 8 reali­ sierte Wärmegeber 7 ein- beziehungsweise ausge­ schaltet. Dies erfolgt in Abhängigkeit von Signalen der Zeitschalteinrichtung 15, des Infrarot-Bewe­ gungsmelders 13 und/oder des Temperaturfühlers 17. Letzterer kann als Frostschutzwächter dienen oder für die Erzielung einer Mindesttemperatur im Raum herangezogen werden, die nicht unterschritten wird. Liegt diese Mindesttemperatur oberhalb der Frostschutzgrenze, so beinhaltet die Mindesttemperatur­ haltung die Frostschutzsicherung.

Wird der elektrische Heizwiderstand 8 aufgrund der Ansteuerung von Strom durchflossen, so heizt er das thermostatische Element 19 des Thermostatventils auf, wodurch die Heizwasserzufuhr zum Heizkörper 2 verringert oder geschlossen wird. Eine Verringerung läßt sich erzielen, wenn die vom Heizwiderstand 8 entwickelte Temperatur nicht so groß ist, daß das Thermostatventil 4 vollständig absperrt. In Abhän­ gigkeit der gewünschten Ausführungsform ist es je­ doch auch möglich, daß die Temperaturentwicklung derart groß ist, daß eine gänzliche Heizwasserab­ sperrung erfolgt. Schaltet der Regler 11 den Strom für den elektrischen Heizwiderstand 8 ab, so nimmt das Thermostatventil 4 den Normalbetrieb auf, das heißt, seine von der Raumtemperatur abhängige Re­ geleigenschaft wird nicht mehr durch die gesteuerte Manipulation mittels des Heizwiderstands 8 beein­ flußt.

Das Ein- und Ausschalten des elektrischen Heizwi­ derstands 8 ist von folgenden Parametern abhängig:
Sensiert der Infrarot-Bewegungsmelder 13 eine Raum­ nutzung, so wird der elektrische Heizwiderstand 8 ausgeschaltet, damit der Heizkörper 2 den Raum heizt. In Abhängigkeit von einem Nutzungsprofil (zum Beispiel Tag- und Nachtrhythmus, gegebenen­ falls unter Berücksichtigung einer Wochenendab­ schaltung) führt die Zeitschalteinrichtung 15 ihre Funktion aus, indem sie in Abhängigkeit eines vor­ gebbaren Schaltprogramms den Regler 11 und dieser den elektrischen Heizwiderstand 8 ein- und aus­ schaltet. Sinkt die Temperatur im Raum 1 unter einen vorgebbaren Wert, so wird dies vom Temperaturfühler 17 erfaßt, der den Regler 11 derart an­ steuert, daß der elektrische Heizwiderstand 8 außer Funktion tritt und somit die Frostschutzfunktion des Thermostatventils 4 aktiviert wird.

Die vorstehend genannten Parameter können gemeinsam oder auch einzeln sowie in gewünschter Kombination wirken, wobei es überdies möglich ist, eine Priori­ tätsfolge vorzusehen, beispielsweise derart, daß eine von der Zeitschalteinrichtung 15 vorgesehene Wochendabschaltung außer Funktion tritt, wenn der Infrarot-Bewegungsmelder eine Raumaktivität erfaßt.

Vorzugsweise ist dem Infrarot-Bewegungsmelder 13 eine Nachlaufeinrichtung 22 zugeordnet, die sich beispielsweise innerhalb des Gehäuses des Reglers 11 befinden kann. Diese Nachlaufeinrichtung 22, die individuell in der Zeit einstellbar ist, verhin­ dert, daß die Heizung zum Beispiel bei einem kurz­ zeitigen Verlassen des Raumes ausgeschaltet wird, da der Infrarot-Bewegungsmelder 13 keine Bewegungen mehr registriert.

Die Erfindung gestattet eine bedarfsorientierte Einzelraumregelung einer Heizanlage beziehungsweise eines Heizkörpers mit Hilfe einfach bedienbarer und kostengünstiger Komponenten, die zum Beispiel auch in Altbauten nachgerüstet werden können. Auch in Liegenschaften ohne Gebäudeautomatisierungsanlagen oder dergleichen lassen sich aufgrund der Erfindung Heizenergie-Einsparpotentiale erschließen. Sämtli­ che Bauteile entstammen der Großserienproduktion mit einem daher sehr günstigen Preis-Leistungsver­ hältnis; sie sind handelsüblich somit einfach zu beschaffen. Gegenüber bekannten Konzepten der Ge­ bäudeautomatisierung, die eine zentrale Leittechnik und eine Gebäudeleittechnik benötigen und daher ex­ trem aufwendig sind, liegt eine einfache, kosten­ günstige und dennoch hochwirksame Lösung vor.

Claims (5)

1. Verfahren zum bedarfsgeführten Betreiben minde­ stens eines Heizkörpers, wobei sich die Wärmelei­ stungsabgabe des Heizkörpers mittels eines Thermo­ statventils selbsttätig in Abhängigkeit von der Umge­ bungs-Lufttemperatur einstellt und die Temperatur­ fühlung des Thermostatventils mittels eines ihm zu­ geordneten bedarfsabhängigen Wärmegebers beein­ flußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme­ geber (7) unter Berücksichtigung mindestens einer Zwischenstufe stufenweise oder nach einer stetigen Kennlinie aktivierbar ist, und daß die Aktivierung des Wärmegebers (7) einer Prioritätsfolge von ver­ schiedenen Bedarfsabhängigkeiten derart unterliegt, daß eine zeitgesteuerte Aktivierung aufgehoben wird, wenn eine Personen-Bewegungserfassung an­ spricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmegeber (7) elektrisch betrieben wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Personen-Bewe­ gungserfassung mit einem Infrarot-Bewegungsmelder (13) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarot-Bewe­ gungsmelder (13) mit einer zeiteinstellbaren Nach­ laufeinrichtung (22) betrieben wird, um schnelle Reaktionen zu vermerken.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherung ei­ ner insbesondere dem Frostschutz dienenden, ein­ stellbaren Raummindesttemperatur ab Unterschreiten eines vorgebbaren Raumlufttemperatur-Schwellenwer­ tes die Aktivierung des Wärmegebers eingestellt oder gemindert wird.