-
Verfahren zur zentralgesteuerten, vorprogrammierbaren Einstellung
von individuellen Raumtemperaturen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen
einer gewünschten Raumtemperatur, die von einer über einen Thermostat ten geregelten
Heizenergie erzeugt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
zentralgesteuerten, vorprogrammierbaren Einstellung von individuellen Raumtemperaturen.
-
Bei derartigen Heizungssystemen kann üblicherweise auf die in einem
bestimmten Raum herrschende Temperatur nur in der Weise Einfluß genommen werden,
daß der Thermostat dieses Raumes auf die gewünschte Temperatur eingestellt wird.
Die zeit- oder raumabhängige Steuerung der Temperatur in einzelnen Räumen machte
eine erheblichen apparativen Aufwand erforderlich und wurde daher im allgemeinen
nicht vorgenommen. Auf diese Weise wurdenz.B.
-
zum Zwecke der Absenkung der Temperatur während der Nacht alle Räume
gleichzeitig vom Heizmitteldurchlauf teilweise oder ganz abgeschaltet. Ausnahmen
im Sinne einer individuellen Regelung der Temperatur in Einzelräumen waren nicht
möglich, ohne daß für diesen Einzelraum oder eine Gruppe von Einzeräumen besondere
Wasserumlaufsysteme geschaffen wurden, auf de -individuell Einfluß genommen werden
konnte.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und
einen Thermostat so zu verbessern, daß die Temperatur raum- und zeitabhängig geregelt
werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Veränderung
der Raumtemperatur bei unverändertem Regelbereich des Thermostaten die dem Raum
zugeführte Wärmeenergie durch eine auf die Wärmeabgabe des Heizkörpers einwirkende
Regelleis£Wng beeinflußt wird. Im vorliegenden Zusammenhang umfaßt der Begriff Thermostat
PLaumthermostaten und Heizkörperthermo staten.
-
Auf diese Weise wird dem Thermostaten eine Raumtemperatur vorgetäuscht,
die in Wirklichkeit nur im Bereich des Temperaturfühlers vorhanden ist. Der RegeXereich
des Thermostaten bleibt unverändert. Im Bereich des Thermostaten wird im Falle der
Absenkung der Raumtemperatur eine dem Regelbereich des Thermostaten entsprechende
Mischtemperatur gebildet, die sich zusammensetzt aus der beispielsweise abgesenkten
Raumtemperatur und einer im Bereich des Temperaturfühlers erzeugten Steuertemperatur.
-
Je höher diese gewählt wird, um so niedriger stellt sich die Temperatur
der Raumluft ein. Bei einer Erhöhung der Raumtemperatur muß eine unterhalb der Raumtemperatur
liegende Steuertemperatur gewählt werden, um die Mischtemperatur im Regelbereich
des Thermostaten halten zu können. Darüber hinaus ist es möglich, mit Hilfe der
Regelleistung unmittelbaren Einfluß auf das Regelventil des Heizkörpers zu nehmen.
Bei anderenVariantenwird die Regelleistung in einem Differenzverstärker gebildet,
in den einerseits ein Sollwert und andererseits die der Raumtemperatur entsprechende
Spannung des Raumthermostaten eingegeben wird.
-
Sobald die Rauntemperatur den Sollwert überschreitet, wird mit Hilfe
der Regelleistung die Energiezufuhr zum Heizkörper gedrosselt oder der Heizkörper
abgeschaltet. Bei Unterschreitung des Sollwertes wird der Heizkörper wieder eingeschaltet.
Diese Art der Steuerung erfordert einen geringen apparativen Aufwand. Die auftretenden
Regel schwingungen können durch entsprechende Dämpfungsglieder kleingehalten werden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsformen
der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
-
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine Skizze zur Veranschaulichung
wesentlicher Anlageteile und ihrer Zusammenstellung, Fig. 2 eine schematische Schaltung
mit Regelleistungskreisen, Fig. 3 eine weitere Skizze zur Veranschaulichung wesentlicher
Anlageteile einer anderen Variante und ihrer Zusammenschaltung, Fig. 4 eine Skizze
eines Ausdehnungsgefäßes für die Ventilbetätigung, Fig. 5 eine Skizze eines mit
einem Bimetall gesteuerten Schaltorgans für die Ventilbetätigung und Fig. 6 ein
zentrales Schaltpult für die Steuerung der Heizkörper in einzelnen Zimmern.
-
Nach den Fig. 1 und 2 kann das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise
angewendet werden, daß dem Temperaturfühler 4 eine bestimmte Temperatur vorgetäuscht
wird. In diesem Falle wird der Temperaturfühler 4 durch eine entsprechende Heizung
aufgewärmt, so daß sich eine Mischtemperatur einstellt, die sich aus der mit der
Heizung erzeugten Steuertemperatur und der entsprechenden Raumtemperatur des Raumes
9 ergibt. Sobald diese tEschtemperatur von dem am Thermostaten eingestellten Wert
abweicht, ändert das Regelventil 2 den Vorlauf 7 entsprechend, so daß der Heizkörper
1 mit veränderter Heizleistung versorgt wird, bis die lischtemperatur die am Thermostat
eingestellte Temperatur
erreicht. Dabei bleibt die den Temperaturfühler
4 aufheizende Heizung eingeschaltet. Die Raumtemperatur stellt sich daher um soviel
unterhalb des am Thermostaten eingestellten Wertes dar, als es der aufgrund der
Regelleistung am Temperaturfühler 4 herbeigeführten Temperaturerhöhung entspricht.
-
Bei dieser Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch
möglich, den Temperaturfühler 4 abzukühlen. Auf diese Weise wird im Raum 9 eine
oberhalb des vom Thermostat erfaßten Temperaturbereichs liegende Raumtemperatur
eingesteuert.
-
Die Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der dem Temperaturfühler
4 eine bestimmte Temperatur vorgetäuscht wird, wird anhand der Figuren 1 und2 noch
naher erläutert.
-
Die Temperaturfühler 4 (an deren Stelle man sich auch Ventilregler
3 anderer Varianten denken kann) sind mit Heizwicklungen bzw. Steuerwicklungen 10
versehen, die über die Stromzuführungen 20 und eine gemeinsame Stromrückleitung
21 ;jeweils mit einstellbaren Stromquellen 22 (Konstantstromquellen) verbunden sind.
Die Stromrückleitung kann dabei an das Rohrleitungssystem 19 angeklemmt sein. Die
Stromquellen 22 sind in einer zentralen Steueranlage 23 untergebracht. In der Figur
1 sind die Heizkörper mit 1 und die Regelventile mit 2 bezeichnet.
-
In Figur 2 dient eine Speisequelle 28 (mit einer Speisespannung von
20 ... 65 V =) zur Versorgung der Regelanlage.
-
Jeder Regelkreis baut sich aus einem zur Stromregelung dienenden Regeltransistor
25 und einer Anzahl einstellbarer Widerstände 27 im Emitterkreis auf, die jeweils
über den Umschalter 26 aufgeschaltet werden, für den eine Zeitschaltung vorgesehen
sein kann. Die Basen aller Regeltransistoren 25 sind auf eiX festes bzw. konstantes
Spannungspotential 24 gelegt, so daß der durch die Heizwicklungen 10 (der Ventilregler
oder Temperaturfühler) fließende Kollektorstrom direkt von der Größe des jeweils
aufgeschalteten Widerstandes 27 abhängig ist. Die Speisequelle 28 sowie die Regeltransftoren
25, die Umschalter 26 und die Widerstände 27 können in einem zentralen Steuerpult
untergebracht sein.
-
Die Beheizung der Regelwicklungen 10 mit Konstantstromquellen 22 bringt
unter anderem folgende Vorteile. Die abgegebene Regelleistung ist bei gleichem Widerstand
der Heizwicklung 10 proportional dem eingestellten Strom und weitgehend unabhängig
vom Widerstand der Zuleitung 20; bei in gleicher Weise zu regelnden Heizkörpern
1 können mehrere Heizwicklungen 10 in Serie geschaltet und an einereinzigen Stromquelle
22 angeschlossen sein (diese Möglichkeit bietet sich'beispEelsweise an, wenn mehrere
Heizkörper in ein und demselben Raum vorgesehen werden); durch Veränderung der gemeinsamen
Basis-Vorspannung 24 können alle angeschlossenen Regelkreise gleichmäßig verändert
werden.
-
Das Verfahren zum Einstellen einer gewünschten Raumtemperatur läßt
sich ferner einfach mit einer Anlage gemäß Fig. 3 durchführen. Diese besteht im
wesentlichen aus einem Heizkörper 1, einem Regelventil 2, einem Ventilregler 3,
einem Temperaturfühler 4, einem Sollwert-Einsteller 5 und einem Differenzverstärker
6, wobei der Sollwert-Einsteller 5 und der Differenzverstärker 6 in einer zentralen
Steuervorrichtung bzw. -anlage (z.B. einem Steuerpult) angeordnet sein können.
-
Der Heizkörper 1 kann beispielsweise von einer HeizflUssigkeit durchflossen
werden, die über einen Vorlauf 7 in den Heizkörper l eintritt und ihn über einen
Rücklauf 8 wieder verläßt, um in einem nicht dargestellten Heizkessel wieder auf
die gewünschte Heiztemperatur aufgeheizt zu werden. Der Zulauf der Heizflüssigkeit
wird über das im Vorlauf 7 angebrachte Regelventil 2 gesteuert, das seinerseits
von dem Ventilregler 3 betätig wird. Diese Teile der Anlage sowie der Temperaturfühler
4 sind in einem zu beheizenden Raum 9 fest installiert. Sobald in diesem Raum 9
die Temperatur unter einen vorgegebenen Wert absinkt, öffnet der Ventilregler 3
über das Regelventil 2 den Vorlauf 7, so daß die Heizflüssigkeit'in den Heizkörper
1 eintreten kann. In dem Heizkörper 1 gibt die Heizflüssigkeit die
Wärme
an die Luft des Raumes 9 ab.
-
Zur individuellen Beeinflussung der Temperatur im Raum 9 kommt es
darauf an, den Regelbereich des Ventilreglers 3 auf dem gewünschten Temperaturniveau
einzusetzen. Zu diesem Zwecke ist im Ventilregler 3 eine Heizwicklung 10 vor- ,
gesehen. Mit Hilfe dieser Heizwicklung 10 kann der das Regelventil 2 betätigende
Regelmechanismus beeinflußt werden.
-
Wenn z.B. der Ventilregler 3 in der Weise aufgebaut ist, daß mit Hilfe
eines AusdehnungsmediumE beispielsweise eines Ausdehnungsgefäßes die zum Verstellen
des Regelventils 2 benötigten Kräfte aufgebracht werden, so kann mit Hilfe der Heizwicklung
10 das Ausdehnungsmedium so beeinflußt werden, daß durch die Ausdehnung dieses Mediums
das Regelventil 2 geschlossen wird. Dieses Ausdehnungsmedium kann beispielsweise
als Heizflüssigkeit 11 in einem Ausdehnungsgefäß 12 vorgesehen sein (vergl. Fig.
4). Dieses Ausdehnungsgefäß führt durch seine Ausdehnung eine Verkleinerung des
Querschnitts vom Regelventil 2 herbei, so daß die Zufuhr von Wärmeenergie zum Heizkörper
gedrosselt wird. In diesem Falle kann die Heizwicklung 10 unmittelbar innerhalb
der Heizflüssigkeit 11 angeordnet sein und mit Hilfe von Glasdurchführungen 13 in
das Ausdehnungsgefäß eingeführt werden. Soll beispielsweise die Temperatur im Raum
9 abgesenkt werden, so wird am Sollwert-Eins teller 5 die gewünschte Temperatur
eingestellt. Das vom Temperaturfühler entsprechend der wirklichen Raumtemperatur
abgegebene Signal wird mit dem vom Sollwert-Eins teller 5 abgegebenen Signal im
Differenzverstärker 6 verglichen. Ergibt sich dabei, daß die Temperatur im Raum
9 oberhalb des Sollwertes liegt so gibt der mit der Heizwicklung 10 verbundene Differenzverstärker
6 eine Spannung ab. Aufgrund des in der Heizwicklung 10 fliessenden Stromes erwärmt
diese sich, so daß sich das Ausdehnungsgefäß 12 in Richtung einer Schließung des
Regelventils 2 ausdehnt. Damit wird der Heizkörper 1 von dem Vorlauf 7 getrennt,
so
daß die Temperatur im Raum 9 absinkt. Sobald der Temperaturfühler 4 dem Differenzverstärker
6 eine Raumtemperatur meldet, die mit dem eingestellten Sollwert übereinstimmt oder
unterhalb des Sollwertes liegt, gibt der Differenzverstärker keine weitere Spannung
ab, so daß die Heizwicklung 10 sich abkühlt.
-
Auf diese Weise zieht sich das Ausdehnungsgefäß 12 zusammen und gibt
den Durchfluß durch das Regelventil 2 in Richtung auf den Heizkörper l frei. Zur
Dämpfung der auf diese Weise entstehenden Regelschwingungen kann zusätzlich im Regelkreis
eine Dämpfung vorgesehen sein, die dafür sorgt, daß der eingestellte Sollwert weder
nach oben noch nach unten sehr weit über bzw. unterschritten wird.
-
Der Temperaturfühler 4 und damit der Thermostat werden also in ihrem
Regelbereich nicht verstellt, sondern regeln die Temperatur im Raum 9 im Rahmen
des ihnen eingegebenen Regelbereichs.
-
Bei Veränderung der Raumtemperatur liegt lediglich zwischen dieser
und dem Regelbereich des Thermostaten ein vorgegebener Temperatursprung, der dem
Thermostaten mit Hilfe der von der Heizwicklung 10 abgegebenen Wärme vorgetäuscht
wird.
-
Statt eines Ausdehnungsgefäßes 12 kann auch ein Bimetallfühler (vergl.
Fig. 5) Verwendung finden. Dieser ist regelmäßig in einem zylindrischen Gehäuse
15 angeordnet. Zur Vortäuschung einer höheren Temperaturstufe kann das Gehäuse 15
mit der Heizwicklung 10 konzentrisch umgeben sein. Diese Wicklung isoliert gegen
die Raumluft und verhindert auf diese Weise die Abstrahlung der Regelleistung. Außerdem
kann die Heizwicklung 10 mit einer Isolierschicht 16 umgeben sein, um weitere Abstrahlungen
von Heizleistung in die Umgebungsluft zu verhindern. Die von dem Bimetallfühler
14 abgegebene Regelleistung wird über eine Leitung 17 auf den Verstellmechanismus
des Regelventils 2 gegeben, dessen Durchlaßquerschnitt auf diese Weise verändert
wird.
-
Falls im Raum 9 eine höhere Temperatur eingestellt werden soll, als
dem Regelbereich des Thermostaten mit dem Temperaturfühler 4 entspricht, kann der
Ventilregler 3 statt mit einer Heizwicklung 10 mit einer Kühlung versehen sein.
Eine derartige Kühlung kann z.B. durch ein Peltier-Element vorgesehen werden; dabei
wird der Peltier-Effekt unter Umpolung des Erregerstromes ausgenutzt. Die Kühlung
verringert die Temperatur am regler 3, so daß das Regelventil 2 länger geöffnet
bleibt, als der Raumtemperatur im Raum 9 entspricht. Sobald der am Sollwert-Einsteller
5 eingestellte Temperaturwert überschritten wird, wird die Kühlung im Ventilregler
3 abgeschaltet, so daß dieser die Raumtemperatur annimmt. Da diese oberhalb des
Regelbereich des Ventilreglers 3 liegt, schaltet dieser den Vorlauf 7 mit Hilfe
des Regelventils 2 ab. Auf diese Weise fällt im Raum 9 die Temperatur auf den gewünschten
Sollwert.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform kann das Regelventil 2 von einem
Verstellmotor betätigt werden, der von dem Steuerstrom gesteuert wird.
-
hIit einer derartigen Regelanlage kann von einer zentralen St eueranlage
eine individuelle Einstellung von Temperatur in verschiedenen Zimmern einer Wohnung
erfolgen; Von der Zentrale aus werden die Ventilregler 3 eines jeden Zimmers von
einem entsprechenden Schalter 18 aus vorgewählt. Außerdem kann für unterschiedliche
Tageszeiten eine entsprechende Anzahl von Schaltern 18 vorgesehen sein, so daß auch
abhängig von der Tageszeit in jedem Raum die vom jeweiligen Schalter 18 vorgegebene
Temperatur erzeugt werden kann. Daraus ergibt sich der große Vorteil der erfindungsgemäßen
Temperaturbeeinflussung, die sowohl raum- als auch zeitabhängig vorgenommen werden
kann.
-
Die vorstehend in Verbindung mit Fig. 6 gemachten Åusführungen gelten
sinngemäß auch für die in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 erläuterten Varianten.
-
Schließlich ist es auch möglich, auf das Regelventil 2 manuell Einfluß
zu nehmen. In diesem Falle wird jedem Raum im Regelstromkreis ein Schalter zugeordnet,
mit dessen Hilfe ein sogenannter Override-Effekt erzielt werden kann.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Zentralheizungsan gen zeitlich
und raumbezogen variabel gesteuert werden, ohne daß zusätzlich notwendige Heizkreise
oder Teile von Heizkreisen, wie z.B. Motorventile, Mischblöcke, Pumpen, Rohrleitung
usw. notwendig sind. Durch entsprechende Dämpfungen wird erreicht, daß die Regelleistung
stabil bleibt, so daß das Regelventil 2 in einer vorbestimmten Stellung verharrt
und sich im Raum 9 eine konstante Temperatur ausbilden kann.
-
Die Erfindung macht die üblichen Vorrichtungen zur allgemeinen Nachtabsenkung
entbehrlich.
-
Das Verfahren ist anwendbar unabhängig davon, welche Energie für Heizzwecke
verwendet wird. Diese kann beispielsweise Wärmespeichern entnommen werden. Außerdem
können auf diese Weise auch Gasheizungen durch Steuerung der Gaszufuhr zu den Heizkörpern
und elektrische Raumheizungen durch Steuern der Heizstromzufuhr geregelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch mit allen üblichen Heizkörpern durchführbar,
zu denen z.B. auch Heiztapeten gehören.
-
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausbildungen von Temperaturfühlern
4habenden Vorteil, daß der durch die Abstrahlung der Regelleistung entstehende Fehler
weitgehend ausgeschaltet wird. Dieser Fehler entsteht dadurch, daß die Umgebungstemperatur
die Regelleistung stark beeinflußt, so daß die im Regelbereich sich verändernde
Raumtemperatur die Regelleistung im Rahmen dieser Temperaturschwankungen beeinflußt.
Durch die Wärmeisolation 16 bzw. die Anordnung der Heizung 10 innerhalb des Ausdehnungsgerätes
12 wird die Abgabe der Regelleistung an die Umgebungsluft in geringen Grenzen gehalten.
-
Die Verlegung des Regelsystems ist relativ einfach und kann auch bei
Altbauten vorgenommen werden. Zu diesem Zwecke ist lediglich das Ausdehnungsgefäß
12 bzw. der Bimetallfühler 14 mit einer entsprechenden Heizung zu versehen. Die
Zuführung der elektrischen Regelleistung kann einpolig geschehen, da dß Rohrleitungsnetz
bei Zentralheizungssystemen als Rückleitung benutzt werden kann. Eine andere Aufbringung
der Regelleistung ist denkbar, technisch jedoch nicht so einfach.
-
Für die zeitabhängige Beeinflussung der Raumtemperatur beispielsweise
im Rahmen einer Nachtabsenkung ist es möglich, eine Zeitschaltung fttr die Regelleistung
vorzusehen. Diese kann z.B.
-
im 24-Stunden-Rhythmus oder im 7-Tage-Rhythmus vorgenommen werden.
Zur Aufheizung der Heizwicklung 10 stehen im Regelfall Konstantstromregler (Potentiometer
mit Skala bzw. Zahlenschalter) zur Verfügung, die bestimmten Räumen oder Heizkörpern
oder Gruppen derselben zugeordnet sind. Der Sollwert-Einsteller 5 kann mechanisch,
elektronisch oder mit Mikroprozessoren ausgerüstet sein, die das vorgewählte Programm
eingeben.
-
Erfindungsgemäß kann die Grundeinstellung der Vorlauftemperatur (wie
an sich bekannt) über Außenluft-Thermofühler erfolgen. Ferner kann dann, wenn in
einem bestimmten Zeitintervall alle Sollwert-Einsteller 5 auf eine niedrige Temperatur
bzw. negativ eingestellt sind, die Temperatur des Vorlaufs 7 auf den minimal zulässigen
Wert abgesenkt werden.
-
Das Gehäuse 15 des Bimetallfühlers 14 kann innerhalb der es umgebenden
Heizwicklung verschieblich angeordnet sein, so daß auf diese Weise eine Möglichkeit
besteht, die vorgegebene Heizleistung zu beeinflussen.