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Regeleinrichtung für eine Heizungsanlage Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für eine Heizungsanlage mit einer Wärmequelle,
mehreren, über Thermostatventile gesteuerten, von einer Vorlauf- und einer Rücklaufleitung
der Wärmequelle abzweigenden Heizkörpern und mit einer das Heizmedium umwälzenden
Pumpe.
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Es ist bekannt, bei Heizungsanlagen, deren Heizkörper über Thermostatventile
gesteuert werden, die Vorlauftemperatur witterungsabhängig zu steuern. Hierbei wird
über einen Außenfühler die Außentemperatur gemessen und dem Meßwert entsprechend
die Vorlauftemperatur gesteuert. Stellglied einer solchen Regelanlage ist in der
regel ein Mischer, der vom Außenfühler angesteuert ist.
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Neben dem großen Aufwand wird bei einer derartlgen.Regelung der tatsächliche
Wärmebedarf der Heizkörper nicht, oder nur ungenau berücksichtigt. Der AußentemperaturfUhler
kann nicht für alle Anwendungsfälle der einzeln zu beheizenden Zimmer die Einflußgrößen
des Windes, der Sonne und der Feuchtigkeit berücksichtigen. Außerdem wird der durch
die wasserstromabhängige Regelung bedingte Druckanstieg oder -abfall über den steuernden
Thermostatventilen nicht berücksichtigt, was eine Arbeitspunktverschiebung im Proportionalbereich
der Thermostatventile und somit eine Verschiebung der mittleren Raumtemperatur nach
sich zieht.
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Bekanntermaßen verengen Thermostatventile bei steigender Temperatur
ihren Uffnungsquerschnitt, so daß die am Thermostatventil entstehende Druckdifferenz
mit dem weiteren Schließen der Ventile größer wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperatur
der Vorlaufleitung einer Heizungsanlage dem tatsächlichen Wärmebedarf der Summe
der einzelnen Heizkörper anzupassen. Hierbei muß auch Berücksichtigung finden, daß
dieser Wärmebedarf einer stetigen oder auch sprunghaften änderung unterworfen sein
kann. Weiterhin soll die erfindungsgemäße Regeleinrichtung auch anwendbar an bereits
installierten Anlagen sein.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, die bei der
Regelfunktion von Thermostatventiien durch die Wasserstromänderung hervorgerufene
Druckänderung silber dem Heizungssystem oder der Umwälzpumpe zur Regelung auszunutzen,
da
bei sinkendem Wärmebedarf der Druck steigt und umgekehrt bei fallendem Wärmebedarf
sinkt. Demgemäß wird die vorhin erwähnte Aufgabe erfindungsgemäß bei einer Regeleinrichtung
für eine Heizungsanlage der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, daß
ein Meßgerät'für den durch die Thermostatventile gehenden Helzmediumstrom vorgesehen
ist, das in Abhängigkeit von seinem Meßwert die Vorlauftemperatur der Wärmequelle
verstellt.
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Durch die Erfindung Ist in einfacher und zweckentsprechender Weise
eine Anpassung der Vorlauftemperatur der Heizungsanlage an den tatsächlichen Wärmebedarf
der Summe aller Heizkörper möglich. Ist die Temperatur in der Vorlaufleitung zu
hoch, so verengen sämtliche Thermostatventile ihre Querschnitte um die - tiefere
- Raumtemperatur zu halten. Hierbei steigt der Druckabfall an den Thermostatventilen
an und damit auch der Druck in der gesamten Heizungsanlage. Durch die Druckänderung
wird als Stellglied beispielsweise ein Mischer verstellt, so daß die Vorlauftemperatur
wieder sinkt. Als Folge davon werden die Steuerquerschnitte sämtlicher Thermostatventile
wieder größer, so daß der Druck in der Zentral heizungsanlage und auch der Druckabfall
an den Ventilen fällt.
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Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind aus den beigefügten Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den
Fig. 1 bis 5 der Zeichnungen näher ersichtlich. In den Fig. der ZeIchnungen zeigen:
Fig.
1 ein Schema einer Zentral hei zungsanlage mit mehreren thermostatgesteuerten Ventilen,
einem Druckmeßgerät sowie einem von einem Vierwegemischer gesteuerten Kessel, Fig.
2 eine von einem Umiauf-Gaswasserheizer gesteuerte Zentral heizungsanlage, bei der
Druckdifferenz durch eine Venturidüse abgefühlt ist, die ein Gasventil eines Gasbrenners
steuert, Fig. 3 eine von einem Kessel über ein Dreiwegemischventil gesteuerte Zentralheizungsanlage,
die Fig. 4 die Ausbildung eines von einer Membran gesteuerten Vierwegeventils und
die Fig. 5 zwei Diagramme, bei denen der Förderdruck in Abhängigkeit von der fördernden
Menge aufgetragen ist.
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In sämtlichen 5 Fig. bedeuten gleiche Bezugszedchen Jeweils die gleichen
Einzelheiten.
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In der Fig. 1 ist schematisch eine Zentral hei zungsanlage dargestellt,
die einen mit einem Ulbrenner versehenen Kessel 1 aufweist, der heißes Wasser in
eine Vorlaufleitung 2 schickt. An die Vorlaufleitung 2 ist ein Vierwegemischer 3
angeschlossen, der mit dem Kessel über eine RUcklaufleitung 4 verbunden ist. Vom
Mischer geht eine Heizungsvorlaufleitung 5 ab, die zu einer Pumpe 6 führt. Von der
Pumpe wird das warme Wasser in eine Heizkörper-Vorlaufleitung 7 gepumpt,
von
wo es sich auf die einzelnen Heizkörper 8 verteilt, dls sn Heizkörperleltungen 9
liegen und die von, von we einem T9ermostaten 10 gesteuerten Ventilen 11 beherrscht
werden. Sämtliche Leitungen 9 mUnden in eine Heizungsrücklaufleitung 12, die schließlich
zum Mischer 3 führt.
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Zwischen der Heizkörper-Vorlaufleitung 7 und der Heizkörper-Rücklaufleitung
12 ist eine Bypaßleitung 13 geschaltet, die ein Ventil 14 enthält. An die Heizkörper-Vorlaufleitung
7 und die Heizkörper-Rücklaufleitung 12 sind Meßleitungen 15 und 16 geschaltet,
die zu einem Druckmeßgerät 17 führen. Eine Stellwert.Ausgangsleitung 18 führt zu
einem Stellglied am Mischer 3. Eine weitere Stellwert-Ausgangsleitung 19 des Druckmeßgerätes
17 führt zu dem Ventil 14.
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Die eben beschriebene Regelvorrichtung für die Zentralheizungsanlage
hat folgende Funktion: Steigt die Raumtemperatur an den Thermostaten 10 der Heizkörperventile
11 an, so drosseln die Ventile 11 den Wasserstrom so weit, bis der Sollwert der
Raumtemperatur erreicht wird. Als Folge davon steigt die Druckdifferenz an den Ventilen
11, die über die Meßleitungen 15 und 16 von dem Druckmeßgerät 17 abgefühlt wird.
Das Ventil 14 ist im Ruhezustand geschlossen. Als Folge des steigenden Druckes resultiert
auf der Stellwert-Ausgangsleltung 18 ein Signal, das den Vierwegemischer 3 im Hinblick
auf eine Temperaturerniedrigung in der Vorlaufleltung 5 verstellt. Als Folge davon
wird die Temperatur in der Helzkörper-Vorlaufleitung
sinken, worauf
die Thermostaten 10 den Ventilen 11 einen größeren Uffnungsquerschnitt vorgeben.
Dadurch sinkt der Druckabfall an den Ventilen, so daß auch der Meßwert am Druckmeßgerät
17 sinkt. Die Anlage wird mithin in der eben beschriebenen Weise im Proportionalverfahren
auf einen nahezu konstanten Druck im Heizungssystem eingeregelt. Der Druckmeßwertgeber
senkt mithin bei steigendem Druck die Vorlauftemperatur und läßt bei sinkendem Druck
die Vorlauftemperatur steigen. Für den Fall, daß bei geschlossenen oder nahezu geschlossenen
Heizkörperventilen 11 der Mischer bereits in seine Anschlagstellung gefahren ist,
die Temperatur der Vorlaufleitung 7 aber immer noch zu hoch ist, wird auf die Stellwert-Ausgangsleitung
19 ein Signal zum Uffnen des Ventils 14 gegeben. Dieses Ventil 14 baut den zu hohen
Druckabfall an den Ventilen 11 ab. Bei wieder sinkendem Druck wird als erstes das
Ventil 14 geschlossen, bevor der Mischer im Sinne einer Temperaturerhöhung in der
Vorlaufleitung 5 verstellt wird.
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Bei der Variante der Fig. 2 besteht die Wärmequelle nicht aus einem
Kessel 1,sondern aus einem Umlaufgaswasserhelzer 20, der einen Wärmetauscher 21
und einen von einem Magnetventil 22 betätigbaren Gasbrenner 23 aufweist. Das Magnetventil
22 besitzt einen Elektromagneten 24, der in einem Strompfad 25 angeordnet ist. In
den Strompfad 25 ist ein Kontakt 26 eines Vorlauftemperaturfühlers 27 eingeschaltet.
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Aus der Heizkörper-Rücklaufleitung 12> in die eine Venturldüse
28 eingeschaltet ist, wird das Heizungswasser von der 4 Pumpe 6 abgesaugt und in
die RUcklaufleitung-geerückt, die
durch den Wärmetauscher 21 führt.
An den Wärmetauscher ist die Vorlaufleitung 2 angeschlossen, In der der Wärmefühler
27 angeordnet ist. Von der Vorlaufleitung 2 zwei gen die Heizkörperleitungen 9 in
Paratlelschaltung ab.
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In den einzelnen Leitungen 9 sind die durch die Thermostaten 10 gesteuerten
Heizkörperventile 11 vorgesehen, die den Heizkörpern 8 vorgeschaltet sind. Die Heizkörperrückläufe
sind wieder zu der Helzkörper-Rücklaufleltung 12 zusammengefaßt. Die Meßleltungen
15 und 16 sind an die Heizkörper-Rücklaufleitung 12 bzw. an die engste Stelle der
Venturidüse 28 geführt und mit dem Druckmeßwertgeber 17 verbunden.
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dessen Stellwertleitung 18 mit dem Kontakt 26 verbunden ist.
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Diese Zentralheizungsanlage hat eine Funktion wie folgt: Unter der
Voraussetzung, daß die Temperatur der Vorlaufleitung 2 höher ist als dem augenblicklichen
offnungsgrad der Ventile 11 bei gegebenem Wärmebedarf entspricht, werden die Querschnitte
dieser Ventile durch die Thermostaten 10 verengt. Als Folge davon geht die im System
umlaufende Wassermenge pro Zeiteinheit zurück, daß heißt der Durchfluß durch die
Venturidüse 28 sinkt, da die Druckdifferenz an den Ventilen steigt. Ein entsprechender
Meßwert auf den Leitungen 15 und 16 wird dem Druckmeßgerät 17 zugeführt, das den
thermisch gesteuerten Schaltpunkt des Kontaktes 26 über die Stellwertleitung 18
niedriger setzt. Als Folge davon wird der Strompfad 25 bei einer niedrigeren Vorlauftemperatur
unterbrochen, d.h. die Vorlauftemperatur sinkt. Da die Pumpe 6 weiter fördert, wird
die Temperatur der Vorlaufleitung 2 erniedrigt, was die Thermostate 10 veranlaßt,
die
Uffnungsquerschnitte der ihnen zugehörigen Ventile 11 zu öffnen.
Al Folge davon nimmt der Umlaufstrom in der Heizung zu der Regeldruck über den Ventilen
sinkt und an der Venturidüse 28 wird ein erhöhter Durchfluß gemessen. Steigt dieser
über einen bestimmten Wert, so gibt das Druckmeßgerät 17 ein Signal auf die Leitung
18, das ein Anheben des thermisch gesteuerten Schaltpunktes des Kontaktes zur Folge
hat. Als Folge davon steigt die Temperatur in der Vorlaufleitung 2 wieder an, so
daß der Regelvorgang der Thermostaten 10, jeweils entsprechend dem augenblicklichen
Wärmebedarf, unterstützt wird.
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Die Anlage gemäR Fig. 3 weist wiederum einen Kessel 1 auf, dessen
Vorlaufleitung 2 zu einem Dreiwegemischer 29 führt, der von einem Motor 30 verstellbar
ist. Bei diesem Motor handelt es sich um einen Elektromotor, der in nicht dargestellter
Weise mit Spannung versorgt ist. In den Mischer mündet eine von der Heizkörper-Rucklauflebtung
12 kommende Beimischleitung 31, von der die Kessetrücklaufleltung 4 abzweigt. Vom
Mischer führt die Heizungsvorlaufleitung 5 zur Pumpe 6, die heißes Wasser in die
Heizkörper-Vorlaufleitung 7 fördert. Zwischen Heizkörper-Vorlaufleitung 7 und Heitkörper-Rücklaufleitung
12 sind in wie eben beschriebener Weise die Heizkörperleitungen 9 mit Heizkörpern
8 und den Thermostatventilen 10, 11 parallel geschaltet. Die Druckmeßleitungen 15
und 16 sind in diesem Ausführungsbeispiel an die Heizungsvorlaufleitung 5 und die
Hei zkörper-Vorl aufleitung 7 unmittelbar an der Pumpe angeschlossen. Sie führen
zu dem Druckmeßwertgeber 17, -dessen Stellwertleitung 18 den Motor 30 beherrscht.
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Diese eben beschriebene Zentralheizungsanlage funktioniert wie folgt:
Bei über den Sollwert steigender Raumtemperatur werden wiederum die Ventile 11 ihren
Querschnitt verringern, so daß'der Druckabfall an den Ventilen ansteigt. Genauso
steigt aber auch der Druckabfall an der Pumpe an, welcher über die Leitungen 15
und 16 dem Druckmeßgerät 17 zugeführt ist. Als Folge dieses Meßwertes wird über
die Leitung 18 der Motor 30 an Spannung geschaltet, so daß dieser den Mischer 29
im Sinne einer Temperaturerniedrigung auf der Vorlaufleltung 5 verstellt. Bei Abkühlung
der Temperatur in der Heizkörper-Vorlaufleitung 7 werden die Ventile 11 wieder einen
größeren Uffnungsquerschnitt annehmen, so daß auch hier der Druck im Heizungssystem
konstant gehalten wird.
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Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Druckmeßgerätes 17 in
Verbindung mit einem Vierwegemischer. Das Druckmeßgerät 17 besteht aus einem Gehäuse
32 und 33, in dem eine Membran 34 eingespannt ist. Die Membran ist mit einem Membranteller
35 versehen, der mit einem Stift 36 verbunden ist. Der Stellstift 36 ist an der
Durchführungsstelle 37 dicht durch das Gehäuse 32 hindurchgeführt.
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Die Leitungen 15 und 16 sind an die Räume 38 und 39 beiderseits der
Membran angeschlossen. Der Mischer 3 besteht aus einem Gehäuse 40, das Einlaßstutzen
41 und 42 sowie Auslaßstutzen 43 und 44 aufweist. Der Einlaßstutzen 41
ist
mit der Helzkürperrücklaufleitung 12, der Einlaßstutzen 42 mit der Kesselvorlaufleitung
verbunden, während der Auslaßstutzen 43 mit der Heizungsvorlaufleitung 5 und der
Auslaßstutzen 44 mit der Kesselrücklaufleitung 4 verbunden ist. Der Stellstift 36
ist an der Stopfbuchse 45 in das Gehäuse 40 druckdicht eingeführt und durchsetzt
das Innere 46 des Mischers. Er weist zwei Ventilkörper 47 und 48 auf. Zwischen dem
Gehäuse 40 sind auch oberhalb der Ventilkörper 47 und 48 Ventilsitze 52 und 53 angeordnet.
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Die Funktion des in der Fig. 4 beschriebenen Mischers ist wie folgt:
In der dargestellten Lage Uberwiegt die Kraft der Feder 53 den Gegendruck der Membran
34 unter dem anstehenden Differenzdruck in den Leitungen 15 und 16.Als Folge davon
wird die Membran 34 nach unten gedrückt, so daß die Ventilsitze 50 und 51 von den
Ventilkörpern 47 und 48 verschlossen sind. Infolgedessen gelangt das in den Anschlußstutzen
42 strömende Vorlaufwasser direkt zum Auslaßstutzen 43 der Heizungsvorlaufleitung,
während das Wasser aus der Heizungsrücklaufleitung 12 über den Einlaßstutzen 41
und den Kanal 54 direkt zum Auslaßstutzen 44, d.h. zur Kesseirücklaufleitung 4 gelangt.
Anderen sich die Druckverhältnisse in den Meßleitungen 15 und 16, so wird die Membran
34 eine Zwischenstellung einnehmen, so daß der Wärmeträger aus den vier Anschlüssen,
der überall unterschiedliche Temperaturen aufweist, miteinander gemischt wird.
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Der Stellstift 36 ist bei diesem Ausführungsbeispiel gleichzusetzen
mit der Stellwertleitung 18. Es ist natürlich auch'möglich, das Druckmeßgerät in
anderer Weise aufzubauen, beispielsweise kann von dem Stellstift 36 ein Potentiometer
verstellt werden, so daß auf einer elektr1-schen -Verbindungsleitung der Druckdifferenz
zwischen den Leitungen 15 und 16 ein bestimmter Strom zugeordnet sein kann, mit
dem ein elektrisch gesteuerter Mischer verstellbar ist. Selbstverständlich könnte
der Mischer auch in diskrete Lagen durch einen mehrstufigen Elektromagneten verstellt
werden, so daß mit der Membran 34 Kontakte im Zuge ihres Auslenkens überstrichen
werden, die jeweils ihrer Stellung zugeordnet sind. Einer bestimmten Membranstellung
würde dann ein Strom auf einer bestimmten Leitung entsprechen, mit der ein Elektromagnet
einen Anker einen definierten Betrag auslenkt, dem wiederum eine bestimmte Mischerstellung
entspricht.
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In der Fig. 5 schließlich bedeutet die Kurve 55 eine Pumpenkennlinie
der Pumpe 6. Man erkennt das mit wachsendem Förderstrom in der Leitung 7 der Pumpendruck
abfällt. Die Kurve 56 stellt den Widerstand sämtlicher parallelgeschalteter Ventile
11 dar, der mit steigendem Förderstrom der Pumpe 6 ansteigt. Gleichgewicht zwischen
Widerstand und Pumpenleistung entsteht im Punkt 57. Die Kurve 56 ist flacher oder
steiler, je nachdem wie groß der Uffnungsquerschnitt der Ventile 11 ist, so daß
der Arbeitspunkt 7 auf der Kurve 55 mit wachsendem oder fallendem Wärmebedarf der
Heizkörper
variabel ist.
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Patentansprüche: