DE2937067A1

DE2937067A1 - Heizungsanlage mit einem umlaufenden waermetraeger

Info

Publication number: DE2937067A1
Application number: DE19792937067
Authority: DE
Inventors: Hubert 7314 Wernau Gelewski; Ing.(grad.) Manfred 7000 Stuttgart Haffa; Josef 7317 Wendlingen Schmid; Ing.(grad.) Erwin 7441 Neckartenzlingen Witzki
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1979-09-13
Publication date: 1981-04-02
Also published as: FR2465164A1

Description

R. 5711

22.8.1979 Ki/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Heizungsanlage mit einem umlaufenden Wärmeträger Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Heizungsanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits Heizungsanlagen dieser Art bekannt, bei welchen die Steuereinrichtung die Brauchwassererwärmung gegenüber der Raumheizung grundsätzlich bevorzugt, ohne Rücksicht darauf, wie hoch der jeweilige Wärmebedarf der Raumheizung ist. Diese Anlagen arbeiten zufriedenstellend, wenn die Wärmequelle mindestens nach dem maximalen Energiebedarf der Raumheizung ausgelegt ist und dieser den Energiebedarf der Brauchwassererwärmung übersteigt oder zumindest nicht nennenswert unterschreitet. In diesem Fall sind die Abschaltpausen der Raumheizung beim Nachheizen des Brauchwasserspeichers in der Regel so kurz, daß dabei selbst in der kalten Jahreszeit die Raumtemperatur nicht merklich abkühlt. Im Zuge der besseren Isolierung von Wohngebäuden einerseits und des durch steigende Ansprüche bedingten erhöhten Warmwasserbedarfs andererseits ist jedoch der Energiebedarf der Raumheizung wesentlich geringer als der Energiebedarf der Brauchwasserbereitung geworden. Bei

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einer Anlage mit auf den Energiebedarf der Raumheizung abgestellter Wärmequelle und kompromißlosem Vorrang der Brauchwasserbereitung könnten daher die Intervalle für die Nachheizung des Brauchwasserspeichers unter Umständen so lang werden, daß dabei die Raumtemperatur merklich abfällt.

Um diesen Mangel zu beheben, ist es bei Heizungsanlagen mit einem Kessel und getrennten, je eine Pumpe enthaltenden Heizkreise/? für die Raumheizkörper und einen Wärmeübertrager in einem Brauchwasserspeicher bereits bekannt, einen zusätzlichen Überwachungskontakt im Stromkreis der dem Brauchwasserspeicher zugeordneten Pumpe zu öffnen, wenn ein Mischventil im Heizkreis der Raumheizkörper im Sinne einer erhöhten Wärmezufuhr zu den Raumheizkörpern verstellt wird (DE-OS 27 03 O36). Diese Anlagen weichen jedoch gattungsmäßig von den Anlagen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ab, zumal der die Heizleistung der Raumheizkörper steuernde Wärmefühler oder Thermostat kein stetiges Signal liefert und eine Vorrangschaltung für die Brauchwasserbereitung gegenüber der Raumheizung nicht vorgesehen ist.

Ferner ist bekannt, zur Verkürzung der Ausfallzeiten der Raumheizung bei bevorzugter Brauchwasserbereitung die Raumheizung auch während der Aufheizung des Brauchwasserspeichers Wärme zuzuführen, sobald die vom Brenner gelieferte Wärmeenergie vom Brauchwasserspeicher nicht mehr voll aufgenommen werden kann (DE-OS 23 21 548). Der vorstehend geschilderte Nachteil einer gegenüber dem Energiebedarf der Brauchwasserbereitung zu klein bemessenen Leistung der Wärmequelle läßt sich mit dieser Anordnung jedoch nicht beheben.

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Bei Heizungsanlagen mit Niedrigtemperatur-Heizkreisen großer Speicherfähigkeit ist es zum Zweck der Opitmierung der Anlage bekannt, diese Heizkreise abzuschalten, wenn ein bevorrechtigter Heizkreis geringerer Speicherfähigkeit bedient werden soll (DE-OS 26 10 471).

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei Heizanlagen mit einem stetig geregelten Durchlauferhitzer bzw. Umlaufwassererhitzer als Wärmequelle und mit zwei Hochtemperatur-Heizkreisen eine optimale Auslegung der Wärmequelle möglich ist. Mit einfachen Mitteln kann erreicht werden, daß bei Anlagen mit Brauchwasserspeichern von 90 bis 120 Litern Inhalt die Heizleistung der Wärmequelle nur etwa das 1,1- bis 1,2-fache des Energiebedarfs der Raumheizung entsprechender Größe betragen muß, um ein merkliches Absinken der Raumtemperatur in den Aufheizphasen des Brauchwasserspeichers zu verhindern. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrangschaltung für die Brauchwasserbereitung auch dann aufgehoben wird, wenn sich der Raumwärmebedarf mit einer Geschwindigkeit ändert, die über einem vorgegebenen Schwellwert liegt, und zwar unabhängig davon, wie groß der absolute Wert des Wärmebedarfs der Raumheizung ist.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau

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und die Schaltlogik des ersten Ausführungsbeispiels. In Figur 2 ist das zweite Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

Beschreibung der Erfindung

Die Heizungsanlage nach Figur 1 hat einen gasbeheizten Durchlauf- bzw. Umlauferhitzer als Wärmequelle, dessen Brenner 11 einen Wärmeübertrager 12 beheizt, der über eine Vorlaufleitung 13 mit Raumheizkörpern 14 verbunden ist, von denen in der Zeichnung nur einer dargestellt ist. Von den Heizkörpern 14 führt eine Rücklaufleitung 16 über ein Dreiwegeventil 17 und eine Pumpe 18 zum Wärmeübertrager 12 zurück. An die Vorlaufleitung 13 ist an der Stelle 20 eine Zweigleitung 21 angeschlossen, die zu einem Wärmeübertrager 22 in einem Brauchwasserspeicher 24 führt. Dieser ist wie üblich mit einem Kaltwasseranschluß 25 und einem Brauchwasseranschluß 26 versehen; der Wärmeübertrager 22 ist rücklaufseitig über eine Zweigleitung 27 mit dem dritten Anschluß des Dreiwegeventils 17 verbunden.

Der Brenner 11, das Dreiwegeventil 17 und die Pumpe 18 werden von einem Steuergerät überwacht, dessen Schaltlogik in der Zeichnung vereinfacht dargestellt ist. Das Steuergerät hat einen nicht gezeigten Raumtemperaturfühler, dessen der tatsächlichen Raumtemperatur entsprechendes, stetig analoges Signal Xl einem Kennliniengenerator (Funktionsgenerator) 30 zugeführt wird. Dieser ist von einer Zeitschaltuhr 31 beeinflußt, welche zur Steuerung einer Nachtabsenkung der Heizung oder einer Absenkung während willkürlich einstellbarer Zeitintervalle dient. Die Zeitschaltuhr 31 gibt an den Kennliniengenerator 30 tagsüber das Signal Z und nachts oder während der eingestellten

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Zeitintervalle das Signal Z ab. Der Kennliniengenerator 30 wandelt das Eingangssignal Xl nach einer dem jeweils anliegenden Signal Z bzw. Z entsprechenden Kennlinie in ein analoges Ausgangssignal Yl um, wobei die Schaltung so ausgebildet ist, daß Yl mit kleiner werdendem Xl größer wird und umgekehrt.

Das Signal Yl liegt am Eingang eines Schwellwertschalters 32 an, der unterhalb eines ersten Schwellwertes von Yl ausgangsseitig das Binärsignal 0, zwischen dem ersten und einem zweiten Schwellwert von Yl das Signal Al (Binärsignal L) und oberhalb des zweiten Schwellwertes das Signal A2 (Binärsignal L) liefert. Im folgenden Beschreibungstext wird unter der Bezeichnung Signal A, B usw. grundsätzlich das Binärsignal L verstanden, während das Fehlen der Signale A, B usw. dem Binärsignal 0 entsprechen soll. Der Kennliniengenerator 30 ist so ausgelegt, daß sein Ausgangssignal Yl bei Nacht oder.während der eingestellten Zeitintervalle (Signal Z der Zeitschaltuhr) stets unterhalb des zweiten Schwellwerts des Schalters 32 bleibt, so daß dieser während der genannten Zeiten nur die Ausgangssignale 0 und Al zu liefern vermag. Der Schwellwertschalter 32 ist als Schmitt-Trigger ausgebildet, der mindestens am unteren Schwellwert eine deutlich ausgeprägte Schalthysterese zur Vermeidung allzu häufigen Ein- und Ausschaltens des Brenners 11 insbesondere bei geringem Raumheizbedarf hat.

Am Brauchwasserspeicher 24 ist ein Temperaturfühler 36 angebracht, welcher die Temperatur X2 des Brauchwassers im Speicher mißt und diese als Eingangssignal einem Schwellwertschalter 38 eingibt. Dieser liefert oberhalb eines bestimmten Schwellwertes der Temperatur X2, welcher der

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Solltemperatur des Brauchwassers im Speicher entspricht, ausgangsseitig das Binärsignal O, und unterhalb dieses Schwellwertes das Signal A3. Zur Vermeidung allzu häufigen Ein- und Ausschaltens des Brenners 11 bei der Aufheizung des Brauchwassers im Speicher 24 ist auch der Schwellwertschalter 38 mit einer Schalthysterese von 2 bis 3° C ausgebildet.

Zur Verknüpfung der Ausgangssignale der Schwellwertschalter 32 und 38 sind fünf UND-Gatter 40 bis 44, drei ODER-Gatter 45 bis 47, sowie ein Funktionsgenerator 48 und ein elektronischer Schalter 50 vorgesehen. Dem Gatter 40 werden die Signale Al und A3 eingegeben; sein Ausgang ist mit einem Eingang des Gatters 45 verbunden. Das Gatter 4l verarbeitet das Signal A3 und die invertierten Signale Al und A2; sein Ausgang ist mit einem zweiten Eingang des Gatters 45 verbunden. An das Gatter 42 gelangt das Signal Al und das invertierte Signal A3. Der Ausgang des Gatters 42 ist mit einem Eingang des Gatters 46 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem das Signal A2 liefernden Ausgang des Schwellwertschalters 32 verbunden ist.

Das Gatter 40 liefert ein Ausgangssignal Bl, wenn an seinen beiden Eingängen die Signale Al und A3 anliegen, d.h. bei geringem Raumheizwärmebedarf und bei Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 24. Das Gatter 4l liefert ein Ausgangssignal B2, wenn an seinen Eingängen das Signal A3 und die invertierten Signale A2 und Al anliegen, d.h. bei fehlendem Raumheizwärmebedarf und vorhandenem Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 24. Das Gatter 42 liefert ein Ausgangssignal B3 bei fehlendem Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 24 und geringem oder hohem Raumheizwärmebedarf.

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Das Gatter 45 liefert ein Ausgangssignal Cl, wenn Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 24 vorliegt, unabhängig davon, ob die Raumheizung Wärme anfordert oder nicht. Das Gatter 46 liefert ein Ausgangssignal C2, wenn unabhängig vom Wärmebedarf des Speichers 24 ein hoher Wärmebedarf der Raumheizung vorliegt, oder wenn bei fehlendem Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 24 die Raumheizung Wärme anfordert. Die beiden Signale Cl und C2 liegen gemeinsam vor, wenn Wärmebedarf für den Brauchwasserspeicher 24 und hoher Wärmebedarf für die Raumheizung vorhanden ist.

Der Ausgang des Gatters 45 ist mit einem Eingang des Gatters 47 und mit beiden Eingängen des Gatters 43 verbunden. Der Ausgang des Gatters 46 ist mit dem zweiten Eingang des Gatters 47, mit beiden Eingängen des Gatters und mit dem elektrischen Schalter 50 verbunden, derart, daß bei Ausgangssignal C2 der Schalter 50 geschlossen ist und umgekehrt. Der Ausgang des Gatters 43 wirkt über eine Schalteinrichtung 52 auf ein Ventil in der Gaszuleitung zum Brenner 11 ein, derart, daß beim Ausgangssignal Ul das Ventil geöffnet ist und umgekehrt. Der Ausgang des Gatters 44 wirkt über eine Schalt- und Antriebseinrichtung 54 auf das Dreiwegeventil 17 ein, derart, daß bei Vorhandensein des Ausgangssignales U2 das Dreiwegeventil 17 den über die Raumheizkörper 17 führenden Heizkreis schließt und den über dem Brauchwasserspeicher 24 führenden Kreis unterbricht. Bei Wegfall des Ausgangssignales ^2 kehrt das Dreiwegeventil 17 in seine Grundstellung zurück, in welcher der Wasserzufluß zu den Raumheizkörpern 14 unterbrochen und der über den Brauehwassersneicher 24 führende Heizkreis geschlossen ist. Das Gatter 47 liefert ein Ausgangssignal U3, welches über entsprechende Schalt- und Antriebsmittel die Umwälzpumpe 18 in Bewegung setzt.

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Der Schalter 50 ist dem Funktionsgenerator 48 nachgeschaltet, der von dem analogen Signal Yl angesteuert ist und ein analoges Ausgangssignal Uli über den Schalter 50 an die Schalteinrichtung 52 der Gaszufuhr abgibt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Ausgangssignal Uli über die Schalteinrichtung 52 die Gaszufuhr praktisch ungedrosselt freigibt, wenn das am Funktionsgenerator 48 anstehende Eingangssignal Yl entsprechend einem hohen Wärmebedarf der Raumheizung groß ist, und die Gaszufuhr mit kleiner werdendem Yl zunehmend drosselt, bis ein mit Rücksicht auf eine einwandfreie Verbrennung nicht mehr unterschreitbarer Grenzwert erreicht ist. Das Eingangssignal Ul gibt die Gaszufuhr zum Brenner 11 unabhängig von der Größe des Eingangssignales Uli ungedrosselt frei.

Wenn weder der Brauchwasserspeicher 24 noch die Raumheizkörper 14 Wärme anfordern, liegt keines der Ausgangssignale Ul bis U3 vor. Bei schwachem Wärmebedarf der Raumheizung und fehlendem Wärmebedarf im Brauchwasserspeicher 24 läuft der Signalfluß über die Gatter 42 und 46 zu den Gattern 44 und 47 und zum Schalter 50. über das Gatter 44 wird das Dreiwegeventil 17 auf Raumheizbetrieb umgestellt und über das Gatter 47 die Pumpe 18 eingeschaltet. Über den geschlossenen Schalter 50 wird das Gasventil nach Maßgabe des durch das Analogsignal Xl erfaßten, schwachen Wärmebedarfs der Raumheizung durch das Signal Uli in eine Mittelstellung gebracht, wobei mit zunehmender Annäherung der Raumtemperatur an den Sollwert die Gaszufuhr zum Brenner 11 im Sinne einer stetigen Regelung zunehmend gedrosselt wird. Wenn der Wärmebedarf der Raumheizung befriedigt ist, entfällt das Signal C2, worauf der Brenner und die Pumpe stillgesetzt werden und das Dreiwegeventil 17 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt.

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Bei fehlendem Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 24 und hohem Wärmebedarf der Raumheizung spielen sich sinngemäß die gleichen Vorgänge ab, nur mit dem Unterschied, daß anfänglich das Gasventil weiter geöffnet bzw. die Gaszufuhr überhaupt ungedrosselt freigegeben wird. Mit zunehmender Befriedigung des Wärmebedarfs der Raumheizung wird das Signal Yl kleiner, bis am Schwellwertschalter 32 das Ausgangssignal A2 entfällt. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf den Schaltzustand des Gerätes, weil über das Gatter 42 das Gatter 46 geöffnet und dessen Ausgangssignal C2 erhalten bleibt.

Bei Wärmeanforderung des Brauchwasserspeichers 2¹J arbeitet die Schalteinrichtung wie folgt:

Liegt kein oder nur ein geringer Wärmebedarf der Raumheizung vor, dann wird das Gatter 45 über das Gatter 41 oder das Gatter ¹JO zur Abgabe des Signals Cl veranlaßt, während das Gatter 46 an keinem seiner Eingänge ein positives Signal erhält und daher an seinem Ausgang das Binärsignal 0 vorliegt. Das Signal Cl steuert über die Gatter 43 und 47 den Brenner 11 und die Pumpe 18 an, die beide in Betrieb gehen. Wegen Fehlens des Signals C2 bleibt das Signal U2 am Gatter 44 aus, so daß das Dreiwegeventil 17 in seiner Grundstellung verbleibt, in welcher das erwärmte Wasser zum Brauchwasserspeicher 24 fließt. Dieser Schaltzustand hält so lange an, bis der Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 24 gedeckt ist, d.h. bis das Signal A3 entfällt.

Wenn der Wärmebedarf der Raumheizung jedoch über einem bestimmten Schwellwert liegt bzw. während der Aufheizung des Brauchwasserspeichers 24 über den Schwellwert ansteigt,

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wird der vorstehend beschriebene Schaltzustand durch das Signal A2 des Schwellwertschalters überspielt. Dieses Signal setzt sich unmittelbar über das Gatter ^6 als dessen Ausgangssignal C2 bis zum Gatter kk fort, welches die Umschaltung des Dreiwegeventils 17 auf Raumheizbetrieb bewirkt. Gleichzeitig wird der elektronische Schalter 50 geschlossen und das Signal Uli an die Schalteinrichtung gegeben. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf die Gaszufuhr, weil das Gasventil über das nach wie vor anliegende Signal Ul (anhaltender Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 2*0 voll geöffnet bleibt. Der erhöhte Wärmebedarf der Raumheizung wird somit mit der vollen Heizleistung rasch bis zum Schwellwert des Schalters 32 gedeckt. Wenn dieser Wert erreicht ist, entfallen die Signale A2, C2 und U2, worauf das Dreiwegeventil 17 wieder zurückgeschaltet wird und der Brenner 11 mit voller Leistung wieder auf den Brauchwasserspeicher 24 arbeitet. Auf diese Weise wird Bedienungsvorrang des Brauchwasserspeichers vor der Raumheizung im Bereich hohen Wärmebedarfs der Raumheizung aufgehoben, so daß in diesem Bereich zuerst die Raumheizung vorrangig bedient und die Beheizung des Brauchwasserspeichers erst dann fortgesetzt wird, wenn die geregelte Raumtemperatur bis auf eine nicht mehr wahrnehmbare Differenz an den Sollwert herangeführt ist.

Die Schaltung kann auch so ausgebildet sein, daß die modulierende Regelung des Brenners erhalten, d.h. das Signal Uli wirksam bleibt, wenn bei Wärmebedarf des Brauchwasserspeichers 2k ein hoher Wärmebedarf der Raumheizung vorrangig befriedigt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist als weiterer Parameter zur Steuerung der Anlage die Geschwindigkeit

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berücksichtigt, mit welcher sich das Ausgangssignal Yl des Funktionsgenerators 30' ändert, wobei der Einfachheit halber hier die Zeitschaltuhr weggelassen ist. Zur Erfassung der Änderungsgeschwindigkeit von Yl ist ein Funktionsgenerator 60 vorgesehen, dessen Ausgangssignal A4 invertiert einem Eingang eines Gatters 40' und nichtinvertiert einem Eingang eines Gatters 42' eingegeben ist. Das Gatter 40' verarbeitet im übrigen wie das Gatter 40 nach Figur 1 das Signal Al des Schwellwertschalters 32 und das Signal A3 des Schwellwertschalters 38. Das Gatter 42' verarbeitet außer dem Signal A4 noch das Signal Al des Schwellwertschalters 32 und unterscheidet sich daher vom Gatter 42 nach Figur 1 dadurch, daß anstelle des invertierten Signals A3 das nichtinvertierte Signal A4 an dem einen Eingang des Gatters liegt. Entsprechend der andersartigen Ansteuerung der Gatter 40' und 42' sind auch deren Ausgangssignale Bl¹ und B3' von den Signalen Bl und B3 des vorher beschriebenen Ausführungsbeispieles verschieden. Alle anderen Schaltungs- und Konstruktionsmerkmale stimmen mit den entsprechenden Teilen nach Figur 1 überein.

In der Funktion ergibt sich dadurch der Unterschied, daß der Vorrang der Brauchwasserbereitung über das Gatter 42' bereits dann aufgehoben ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit von Yl einen bestimmten Schwellwert überschreitet, auch wenn der durch die Größe von Xl bzw. Yl signalisierte Absolutwert der Wärmeanforderung der Raumheizung noch unter dem oberen Schwellwert des Schalters 32 liegt. In Figur 2 der Zeichnung wird dies durch den Ersatz des invertierten Eingangssignales A3 durch das nicht invertierte Eingangssignal A4 am Gatter 42 bzw. 42' deutlich. Die An-

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Ordnung des dritten Eingangs für das invertierte Signal A4 am Gatter 40' hat im Ergebnis zur Folge, daß bei Vorliegen des Signals A4 das Ausgangssignal Ul am Gatter 43 entfällt und der Brenner 11 daher nur noch modulierend über den Punktionsgenerator 48 steuerbar ist, so wie es für den Raumheizbetrieb der Anlage vorgesehen ist.

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Claims

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Ansprüche

( 1.!Heizungsanlage mit einem umlaufenden Wärmeträger in einem Heizungsnetz, das einen gas- oder ölbeheizten Durchlauferhitzer als Wärmequelle und ein Dreiwegeventil enthält, über welches die Wärmequelle wahlweise mit Raumheizkörpern und mit einem Wärmeübertrager in einem Brauchwasserspeicher verbindbar ist, und ferner mit einer Steuereinrichtung, die entsprechend dem von einem ersten Thermostaten ermittelten Wärmebedarf der beheizten Räume ein stetiges Signal liefert, das die Heizleistung der Wärmequelle durch Beeinflussung der Brennstoffzufuhr zwischen der Nennleistung und einem unteren Grenzwert stetig steuert, und welche außerdem nach Maßgabe eines zweiten, dem Brauchwasserspeicher zugeordneten Thermostaten das Dreiwegeventil so beeinflußt, daß bei Wärmebedarf im Brauchwasserspeicher der Wärmeträger im Vorrang über den Wärmeübertrager im Brauchwasserspeicher fließt, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Signal des ersten Thermostaten (Xl) über einen die Größe dieses Signales erfassenden Schwellwertschalter

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(32) geführt ist, welcher oberhalb eines bestimmten Schwell· wertes des stetigen Signals (Xl) die Vorrangwirkung des dem Brauchwasserspeicher (24) zugeordneten zweiten Thermostaten (36) aufhebt.
2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetige Signal (Xl) über einen die Größe dieses Signals erfassenden ersten Schwellwertschalter (32) und über einen die Geschwindigkeit der Änderung der Größe dieses Signals erfassenden zweiten Schwellwertgeber (60) geführt ist, und daß die beiden Schwellwertgeber (32, 60) die Vorrangwirkung des dem Brauchwasserspeicher (.24) zugeordneten zweiten Thermostaten (36) aufheben, wenn die Größe des stetigen Signals (Xl) und/oder deren Änderungsgeschwindigkeit vorgegebene Schwellwerte überschreiten.

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