DE2714511B1 - Vorrichtung zur Regelung der Vorlauftemperatur in einer Sammelheizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Vorlauftemperatur in einer Sammelheizungsanlage mit mindestens zwei in verschiedenen Räumen angeordneten Heizkörpern und zugehörigen, je mittels eines Thermostaten steuerbaren Ventilen, unter Verwendung einer Steuerschaltung zur Betätigung eines Stellgliedes, insbesondere eines durch einen Stellmotor gesteuerten Mischventils.

Wenn eine Sammelheizungsanlage, deren Heizkörper durch Thermostatventile unabhängig voneinander gesteuert werden, mit konstanter Vorlauftemperatur betrieben wird, ergeben sich erhebliche Wärmeverluste, weil die Vorlauftemperatur während der längsten Zeit viel zu hoch ist. Dies gilt auch, wenn die Vorlauftemperatur mittels eines manuell verstellbaren Mischventils

w änderbar ist, mit dem die Vorlauftemperatur den Jahreszeiten angepaßt wird.

Es ist auch schon bekannt, die Vorlauftemperatur als Funktion der Außentemperatur zu regeln. Hiermit läßt sich zwar die Vorlauftemperatur dem zu erwartenden Wärmebedarf besser anpassen. Trotzdem muß eine für viele Verhältnisse unnötig hohe Vorlauftemperatur eingeregelt werden, da diese so gewählt werden muß, daß ein Raum auch bei extremen Bedingungen (Nordseite. Nordwind, eingestellter Sollwert von 25° C)

fao noch ausreichend warm wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der die Vorlauftemperatur so niedrig wie möglich gehalten werden kann, trotzdem aber für den

h> jeweiligen Wärmebedarf ausreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Signalschaltungen, die in Abhängigkeit von der Regelabweichung je eines Thermostaten Wärmebedarf-

OWQINAL INSPECTID

signale erzeugen, und durch eine erste Vergleichsschaltung, die ein die Steuerschaltung ijn Sinn einer Erhöhung der Vorlauftemperatur beeinflussendes Aufwärtssignal abgibt, solange die einem der Wärmebedarfssignale zugeordnete Regelabweichung größer als ein vorgegebener erster Grenzwert ist.

Bei dieser Vorrichtung wird die Vorlauftemperatur jeweils in Abhängigkeit vom Raum mit dem größten Wärmebedarf gesteuert. Als Maß für den Wärmebedarf wird die Regelabweichung zwischen Sollwert und Istwert der Raumtemperatur ausgenutzt. Diese Größe steht bei einem Thermostaten ohne zusätzlichen Aufwand zur Verfugung. Wird in einem oder mehreren Räumen der erste Grenzwert der Regelabweichung überschritten, wird die Vorlauftemperatur so lange erhöht, bis auch im Raum mit dem größten Wärmebedarf die Regelabweichung ausreichend klein ist.

Das Herunterregeln der Vorlauftemperatur kann auf verschiedene Arten erfolgen. Es kann beispielsweise in vorbestimmten Zeitabständen eingeleitet werden und enden, wenn das erste Aufwärtssignal auftritt. Eine besonders rasche Anpassung auch an abnehmenden Wärmebedarf erreicht man jedoch durch Signalschaltungen, die in Abhängigkeit von der Regelabweichung je eines Thermostaten Wärmeüberschußsignale erzeugen, durch eine zweite Vergleichsschaltung, die ein die Steuerschaltung im Sinn einer Herabsetzung der Vorlauftemperatur beeinflussendes Abwärtssignal abgibt, solange die einem der Wärmeüberschußsignale zugeordnete Regelabweichung größer als ein vorgegebener zweiter Grenzwert ist, und durch eine Sperrvorrichtung, welche das Abwärtssignal beim Auftreten des Aufwärtssignals unwirksam macht. Die Abwärtsregelung entspricht daher der Aufwärtsregelung; sie wird jedoch durch die Aufwärtsregelung übersteuert.

Die erste bzw. zweite Vergleichsschaltung kann für jede Signalschaltung einen eigenen Vergleicher aufweisen, deren Ausgänge parallel geschaltet werden. In der Regel genügt es aber, wenn die erste bzw. zweite Vergleichsschaltung einen allen zugehörigen Signalschaltungen gemeinsamen Vergleicher mit zugehörigem Grenzwertgeber aufweist. Dies ergit einen besonders einfachen Aufbau.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, daß die Signalschaltungen über Dioden mit den gemeinsamen Vergleichsschaltungen verbunden sind. Diese Dioden dienen dann als Sperrdioden.

Bei Verwendung von Zwei-Punkt-Thermostatschaltern ist es empfehlenswert, daß jede Signalschaltung ein ÄC-Zeitglied mit über den Thermostatschalter aufladbaren Kondensator aufweist und daß die Spannung am Kondensator als Wärmebedarfs- bzw. -Überschußsignal dient und in der Vergleichsschaltung mit einer Grenzwertspannung verglichen wird. Hierbei wird das Taktverhältnis bzw. die Länge der Einschalt- bzw. π Ausschaltzeit zur Ermittlung der Regelabweichung ausgenutzt. Durch Vergleich der Kondensatorspannungen mit der Grenzwertspannung läßt sich sehr genau feststellen, ob eine vorgegebene Einschalt- bzw. Ausschaltzeit überschritten worden ist. Diese Schaltung w> erlaubt es auch, mehrere, zeitlich versetzte Lade- bzw. Entladevorgänge auszuwerten und trotzdem diejenigen Thermostaten für die Vorlauftemperaturregelung wirksam werden zu lassen, deren Taktverhältnis außerhalb der vorgegebenen Daten liegt. η;

Günstig ist es ferner, wenn der Thermostatschalter das Stellglied des zugehörigen Ventils und — bei Verwendung von Wechselspannung über eine Gleichrichteranordnung — eine ÄC-Parallelkombination und eine /?C-Reihenkombination an Spannung legt. Die Parallelkombination ergibt während der Ausschaltperiode eine abfallende Kondensatorspannung, die Reihenkombination während der Einschaltperiode eine ansteigende Kondensatorspannung, welche mit Hilfe der Grenzwertspannung zeitlich ausgewertet werden.

Bei Verwendung eines Analog-Thermostaten empfiehlt es sich, daß eine der Regelabweichung entsprechende Ausgangsspannung als Wärmebedarfs- bzw. -Überschußsignal dient und in der Vergleichsschaltung mit einer Grenzwertspannung verglichen wird. Da bei einem Analog-Thermostaten die Regelabweichung als Analogsignal zur Verfügung steht, kann sie direkt oder nach Verstärkung ausgenutzt werden.

Mit Vorteil weist der Analogthermostat eine Brükkenschaltung, die in einen Brückenzweig einen temperaturabhängigen Fühlerwiderstand und in einem anderen Brückenzweig einen Sollwert-Widerstand besitzt, und einen von der Diagonalspannung gespeisten Brückenverstärker auf, dessen Ausgangsspannung über einen Arbeitsverstärker das Stellglied des zugehörigen Ventils steuert und je einen Eingang der ersten und zweiten Vergleichsschaltung speist. Da die Regelabweichung positiv oder negativ sein kann, läßt sie sich den Eingängen beider Vergleichsschaltungen zuführen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dafür gesorgt, daß die Vergleichsschaltung, wenn das Wärmebedarfs- bzw. -Überschußsignal den Grenzwert überschreitet, von einem konstanten ersten Ausgangssignal auf das konstante Aufwärts- bzw. Abwärtssignal umschaltet und letztere je ein Aufwärts- bzw. Abwärtsrelais schalten, und daß der Stellmotor einen Aufwärts-Steuerkreis und einen Abwärts-Steuerkreis aufweist, die mittels eines Umschaltkontakts des Aufwärts-Relais alternativ an eine Steuerspannung legbar sind, wobei im Abwärts-Steuerkreis als Sperrvorrichtung ein Arbeitskontakt des Abwärtsrelais angeordnet ist. Dies ergibt einfache Vergleicher und eine einfache Steuervorrichtung für den Stellmotor.

Die Steuerspannung kann durch Impulse einstellbarer Frequenz gebildet seien. Auf diese Weise ergibt sich eine langsame Verstellung des Stellmotors, die zudem noch den örtlichen Bedingungen angepaßt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.2 in einem vereinfachten Schaltbild wesentliche Teile einer Ausführungsform,

Fig.3 in einem Zeitdiagramm die einem Vergleicher zuzuführenden Wärmebedarfssignale und

Fig.4 in einem vereinfachten Schaltbild wesentliche Teile einer anderen Ausführungsform.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Sammelheizungsanlage weist einen Heizkessel 1 und mehrere Heizkörper 2, 3, 4 und 5 auf, die je zur unabhängigen Beheizung von Räumen 6, 7, 8 und 9 dienen. Jedem Heizkörper ist ein Ventil 10 zugeordnet, das mittels eines Thermostaten 11 steuerbar ist. Dieser weist einen Fühler 12 und ein Stellglied 13 für das Ventil auf. Die Vorlauftemperatur ist mit Hilfe eines Mischventils 14 änderbar, das über eine Verbindungsleitung 15 kühles Wasser aus der Rücklaufleitung 16 dem warmen Wasser in der Vorlaufleitung 17 zumischt. Dieses Mischventil wird mit Hilfe eines Motors 18 im Sinne einer höheren Vorlauftemperatur verstellt, wenn Spannung in einem

Aufwärts-Steuerkreis 19 auftritt, und im Sinne einer Herabsetzung der Vorlauftemperatur, wenn eine Spannung in einem Abwärts- Steuerkreis 20 auftritt.

Jedem Thermostaten 11 ist eine Signalschaltungsanordnung 21 zugeordnet, von der eine Leitung 22 für Aufwärtssignale zu einer Vergleichsschaltung 23 und eine Leitung 24 für Abwärtssignale zu einer Vergleichsschaltung 25 führt. Beide Vergleichsschaltungen weisen je einen Grenzwertgeber 26 bzw. 27 auf, der einstellbar ist. Wenn mindestens eines der Abwärts- bzw. Aufwärtssignale den eingestellten Grenzwert überschreiten, spricht die entsprechende Vergleichsschaltung an. In dem einen Fall wird ein Umschaltkontakt 28, in dem anderen Fall ein Arbeitskontakt 29 betätigt. Ein Impulsgeber 30, dessen Impulsfrequenz mittels einer Einstellvorrichtung 31 den Verhältnissen angepaßt werden kann, stellt Spannungsimpulse zur Verfügung. Spricht der Umschaltkontakt 28 an, wird der Aufwärts-Steuerkreis 19 erregt und das Mischventil 14 im Sinne einer Erhöhung der Vorlauftemperatur verstellt. Spricht der Arbeitskontakt 29 an, werden die Impulse dem Abwärts-Steuerkreis 20 zugeführt, so daß sich die Vorlauftemperatur erniedrigt. Hierbei hat jedoch die Steuerung durch den Umschaltkontakt 28 die Priorität.

In F i g. 2 ist veranschaulicht, daß der Fühler durch einen Zwei-Punkt-Thermostatschalter 32 gebildet wird, der ein Bimetall 33 und einen zur Sollwerteinstellung verlagerbaren festen Kontakt 34 aufweist. Dieser Thermostatschalter 32 liegt in Reihe mit einer Heizwicklung 35, die im Stellglied 13 für das Ventil 10 einen Dehnstoff beheizt. Diese Reihenschaltung wird mit Wechselspannung, z. B. 24 V, gespeist. Der Thermostatschalter 32 öffnet, wenn die Sollwerttemperatur überschritten wird, und schließt, wenn die Sollwerttemperatur unterschritten wird.

In der Signalschaltungsanordnung 21 gibt es eine erste Signalschaltung 36 und eine zweite Signalschaltung 37. Beide werden von der genannten Wechselspannung über eine Diode 38 und einen Glättungskondensator 39 gespeist, wenn der Thermostatschalter 32 geschlossen ist. Die erste Signalschaltung weist als Zeitglied eine RC-Reihenkombination 40, bestehend aus einem Widerstand 41 und einem Kondensator 42, auf. Die Spannung am Kondensator wird einem Verstärker 43 zugeführt, an dessen Ausgang ein Wärmebedarfssignal a auftritt. Dieses Signal tritt beim Schließen des Thermostatschalters 32 auf und entspricht der üblichen Kondensator-Ladekurve. Die zweite Signalschaltung 37 weist als Zeitglied eine ÄC-Parallelkombination 44, bestehend aus einem Widerstand 45 und einem Kondensator 46, auf. Die Kondensatorspannung wird einem Verstärker 47 zugeführt, an dessen Ausgang ein Wärmeüberschußsignal b auftritt. Dieses ist immer dann vorhanden, wenn der Thermostatschalter 32 geöffnet ist; es hat den typischen Verlauf einer Kondensator-Entladekurve. In beide Ausgangsleitungen 22 und 24 sind Sperrdioden 48 bzw. 49 eingeschaltet.

Die Leitungen 22 aller ersten Signalschaltungen 36 sind miteinander verbunden und werden dem einen Eingang eines Vergleichers 50 in der Vergleichsschaltung 23 zugeführt. Am anderen Eingang liegt eine Grenzwertspannung c, die am Grenzwertgeber 26 abgegriffen wird. Der Vergleicher erzeugt ein kleines Ausgangssignal, solange das Wärmebedarfssignal a kleiner ist als die Grenzwertspannung c und sprunghaft ein größeres Aufwärtssignal d, wenn dieser Grenzwert überschritten wird. Dieses Aufwärtssignal erregt, gegebenenfalls nach weiterer Verstärkung, ein Relais R 28, das den Umschaltkontakt 28 betätigt. In ähnlicher Weise werden die Leitungen 24 von sämtlichen zweiten Signalschaltungen 37 gemeinsam einem Eingang eines Vergleichers 51 in der Vergleichsschaltung 25 zugeführt, an dessen anderem Eingang eine Grenzwertspannung e liegt, die am Grenzwertgeber 27 abgegriffen wird. Es wird eine kleine Ausgangsspannung abgegeben, solange das Wärmeüberschußsignal b größer als die Grenzwertspannung e ist. Sprunghaft wird ein Abwärtssignal f

ίο abgegeben, wenn dieser Grenzwert nach unten überschritten wird. Dieses Abwärtssignal erregt, gegebenenfalls nach Verstärkung, ein Relais R 29, das den Arbeitskontakt 29 betätigt.
Damit ergibt sich die folgende Arbeitsweise, die nachstehend anhand der Fig.3 bezüglich der Wärmebedarf ssignale a erläutert wird. Die vier Räume geben je ein Wärmebedarfssignal al, a2, a3 und a4 ab, die zeitlich nicht miteinander übereinstimmen. Die Dauer eines jeden Signals entspricht der Einschaltzeit des Thermostatschalters, für das Signal a 1 also 11. Wegen der Sperrdioden 48 gelangt jeweils das größte Wärmebedarfssignal zum Vergleicher 50. Am Vergleichereingang liegt daher die stärker auszgezogene Kurve. Diese überschreitet die Grenzwertspannung zwischen den Zeitpunkten A und B sowie ab dem Zeitpunkt C. Während dieser Zeiten wird das Aufwärtssignal d vom Vergleicher 50 abgegeben. Da eine lange Einschaltdauer des Thermostatschalters 32 bedeutet, daß dem Raum viel Wärme zugeführt werden muß, ist auf diese Weise sichergestellt, daß durch Erhöhung der Vorlauftemperatur eine Anpassung an den Wärmebedarf des am stärksten belasteten Raumes erfolgt. Auf diese Weise wird die Vorlauftemperatur nicht höher eingeregelt als es dem Wärmebedarf dieses Raumes entspricht.

In ähnlicher Weise werden auch die Abwärtssignale f erzeugt. Sie sorgen dafür, daß — wenn in einigen Räumen die Vorlauftemperatur für den Wärmebedarf zu groß ist — immer wieder versucht wird, die Vorlauftemperatur herabzusetzen, bis wieder ein Aufwärtssignal zur Betätigung des Umschalters 28 auftritt. Das bedeutet, daß die Vorlauftemperatur sehr genau dem augenblicklichen Wärmebedarf des am stärksten belasteten Raumes nachgeführt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 werden für entsprechende Teile der Schaltung um 100 erhöhte Bezugszeichen gegenüber den F i g. 1 und 2 verwendet.

Der Thermostat 111 ist ein Analog-Thermostat, der mit der Signalschaltungsanordnung 121 kombiniert ist.

Als Fühler 112 dient ein temperaturabhängiger Widerstand 152, der Teil einer Brückenschaltung 153 ist, welcher außerdem die Widerstände 154,155 und einen einstellbaren Sollwertwiderstand 156 aufweist. Die Diagonalspannung wird in einem Verstärker 157 verstärkt, der ein der Regelabweichung entsprechendes analoges Ausgangssignal g abgibt. Dieses wird in einem Transistor 158 verstärkt und zur Beheizung des Heizwiderstandes 135 des Stellgliedes 113 für das Ventil 110 verwendet. Dasselbe Ausgangssignal g dient im

M> positiven Bereich als Wärmebedarfssignal h und im negativen Bereich als Wärmeüberschußsignal;.

Die Vergleichsschaltungen 123 und 125 entsprechen denjenigen der F i g. 2. Sie enthalten je einen Vergleicher 150 und 151, der mittels eines Sprungsignals ein

es Relais betätigt. Ihr einer Eingang wird von einer Grenzwertspannung beaufschlagt. Der andere Eingang wird über eine Diode 148 von den Aufwärtssignalen A bzw. über eine entgegengesetzt gepolte Diode 148' von

den Abwärtssignalen /gespeist. Sobald diese Signale, die jeweils einer bestimmten Regelabweichung entsprechen, die zugehörigen Grenzwertspannungen über- bzw. unterschreiten, treten, wie im Fall der F i g. 2, Aufwärts- bzw. Abwärtssignale auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Vorlauf temperatur in einer Sammelheizungsanlage mit mindestens zwei in verschiedenen Räumen angeordneten Heizkörpern und zugehörigen, je mittels eines Thermostaten steuerbaren Ventilen, unter Verwendung einer Steuerschaltung zur Betätigung eines Stellgliedes, insbesondere eines durch einen Stellmotor gesteuerten Mischventils, gekennzeichnet durch Signalschaltungen (36, 121), die in Abhängigkeit von der Regelabweichung je eines Thermostaten (II, Ul) Wärmebedarfssignale (a, h) erzeugen, und durch eine erste Vergleichsschaltung (23, 123), die ein die Steuerschaltung im Sinn einer Erhöhung der Vorlauftemperatur beeinflussendes Aufwärtssignal (d) abgibt, solange die einem der Wärmebedarfssignale zugeordnete Regelabweichung größer als ein vorgegebener erster Grenzwert (c) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch Signalschaltungen (37, 121), die in Abhängigkeit von der Regelabweichung je eines Thermostaten (11, Ul) Wärmeüberschußsignale (b, /^erzeugen, durch eine zweite Vergleichsschaltung (25, 125), die ein die Steuerschaltung im Sinn einer Herabsetzung der Vorlauftemperatur beeinflussendes Abwärtssignal l/)> abgibt, solange die einem der Wärmeüberschußsignale zugeordnete Regelabweichung größer als ein vorgegebener zweiter Grenzwert (e) ist, und durch eine Sperrvorrichtung (29), welche das Abwärtssignal beim Auftreten des Aufwärtssignals unwirksam macht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw. zweite Vergleichsschaltung (23, 25; 123, 125) einen allen zugehörigen Signalschaltungen (36,37; 121) gemeinsamen Vergleicher (50, 51; 150, 151) mit zugehörigem Grenzwertgeber (26,27; 126,127) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalschaltungen (36, 37) über Dioden (48, 49) mit den gemeinsamen Vergleichsschaltungen (23,25) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Zwei-Punkt-Thermostatschaltern (32) jede Signalschaltung (36, 37) ein RC-Zeitglied mit über den Thermostatschalter aufladbarem Kondensator (42, 46) aufweist und daß die Spannung am Kondensator als Wärmebedarfs- bzw. -Überschußsignal (a;b)a\znl und in der Vergleichsschaltung (23, 25) mit einer Grenzwertspannung (c, e) verglichen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostatschalter (32) das Stellglied (13) des zugehörigen Ventils (10) und — bei Verwendung von Wechselspannung über eine Gleichrichteranordnung (38) — eine ÄC-Parallelkombination (44) und eine RC-Reihenkombination (40) an Spannung legt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Anaiog-Thermostaten (111) eine der Regelabweichung entsprechende Ausgangsspannung (g) als Wärmebedarfs- bzw. -Überschußsignal (h, i) dient und in der Vergleichsschaltung (123, 125) mit einer Grenzwertspannungfc, ^verglichen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Thermostat (111) eine

Brückenschaltung (153), die in einem Brückenzweig einen temperaturabhängigen Fühlerwiderstand (152) und in einem anderen Brückenzweig einen Sollwert-Widerstand (156) besitzt, und einen von der Diagonalspannung gespeisten Brückenverstärker (157) aufweist, dessen Ausgangsspannung (g) über einen Arbeitsverstärker (158) das Stellglied (113) des zugehörigen Ventils (HO) steuert und je einen Eingang der ersten und zweiten Vergleichsschaltung (123,125) speist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (23, 25; 123, 125), wenn das Wärmebedarfsbzw. -Überschußsignal (α, b; h, i)den Grenzwert (c, e) überschreitet, von einem konstanten ersten Ausgangssignal auf das konstante Aufwärts- bzw. Abwärtssignal (d, f) umschaltet und letztere je ein Aufwärts- bzw. Abwärtsrelais (R 28, R 29) schalten, und daß der Stellmotor (18) einen Aufwärts-Steuerkreis (19) und einen Abwärts-Steuerkreis (20) aufweist, die mittels eines Umschaltkontakts (28) des Aufwärts-Relais alternativ an eine Steuerspannung legbar sind, wobei im Abwärts-Steuerkreis als Sperrvorrichtung (29) ein Arbeitskontakt des Abwärtsrelais angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung durch Impulse einstellbarer Frequenz gebildet ist.