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Einrichtung zum Steuern der über Raumthermostaten gere-
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gelten Heizkörperventile einer Zentralheizungsanlage Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Bei modernen Zentralheizungsanlagen ist jedem einzelnen Heizkörperventil
in den verschiedenen Räumen ein die Heizkörpertemperatur auf einen voreingestellten
Wert regelnder Raumthermostat zugeordnet. Damit besteht die Möglichkeit, für jeden
einzelnen Raum die Temperatur indivisuell einzustellen. Der Wärmebedarf der einzelnen
so thermostatgeregelten Räume ist jedoch über den Tag oder noch längere Zeitspannen
gesehen sehr unterschiedlich.
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Die Benutzer der Räume könnten zwar durch entsprechendes manuelles
Verstellen der einzelnen Raumthermostate diesen unterschiedlichen Bedürfnissen Rechnung
tragen, was jedoch sehr umständlich und zeitraubend ist und daher meist bewusst
nicht ausgeführt oder vergessen wird. Ist beispielsweise während grösserer Teile
eines Tages ein Raum nicht bewohnt und wird der Thermostat nicht von Hand vom Benutzer
beim Verlassen des Raumes zurückgedreht, wird in diesem Raum unnötig Heizenergie
verbraucht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache und preiswerte Einrichtung
zum energiesparenden individuellen Steuern der über Raumthermostate einzeln temperaturgeregelten
Heizkörperventile einer Zentralhseizungsanlage zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung laut Oberbegriff
des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Mit einer erfindungsgemässen Einrichtung kann durch einfaches Ein-
und Ausschalten des dem Thermostaten zugeordneten Elements die Raumtemperatur für
die verschiedenen räume individuell gesteuert werden. Je nachdem, ob ein Wärme erzeugendes
oder ein Wärme abziehendes Element vorgesehen wird, kann ausgehend von einer am
Thermostaten eingestellten Temperatur eine entsprechende Absenkung oder Anhebung
der Raumtemperatur erreicht werden. Obwohl es inzwischen auch schon billige Elemente
zum Abziehen von Wärme gibt, beispielsweise sogenannte Peltier-Elemente, ist es
vorteilhaft, für den erfindungsgemässen Zweck ein einfaches Heizelement vorzusehen,
selbst wenn damit nur ein gesteuertes Absenken der Raumtemperatur gegenüber einem
am Thermostaten einmal eingestellten Maximalwert möglich ist.
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Solche Heizelemente können beispielsweise in Form von einfachen Heizwicklungen
auch noch nachträglich sehr einfach am Temperatur fühler eines Thermostaten angebracht
werden und eine gesteuerte Temperaturabsenkung ist auf einfache Weise durch entsprechendes
elektrisches Aufheizen dieser Widerstandselemente möglich. Solche Widerstandselemente
könkönnen ausserdem sehr einfach so ausgebildet werden, dass sie ohne Einfluss auf
die eigentliche Regelcharakteristik des Raumthermostaten sind. Neben der Verwendung-von
elektrisch
aufheizbaren Heizelementen könnten u.U. auch andere
Heizelemente verwendet werden, die zur Wärmeerzeugung andere Energieformen benutzen
f oder Wärme nur transportieren.
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Die mit einem elektrischen Heizelement erreichbare Temperaturabsenkung
ist proportional der zugeführten elektrischen Heizleistung. Es ist also eine sehr-einfache
Steuerung der Temperatur in einzelnen Räumen eines Gebäudes möglich, indem einfach
jedem Raumthermostaten dieser Räume ein entsprechendes Heizelement zugeordnet wird,
das individuell von einer Steuerzentrale ansteuerbar ist. Auf diese Weise ist es
beispielsweise möglich, während eines Teiles eines Tages, an welchem ein Raum nicht
benutzt wird oder aus anderen Gründen nicht oder nur wenig beheizt werden soll,
den oder die Heizkörper dieses Raumes durch entsprechende Ansteuerung des den Raumthermostaten
zugeordneten Heizelementes eine Temperaturabsenkung im gewünschten Masse herbeizuführen.
Nachdem die Temperaturabsenkung proportional der zugeführten Heizleistung ist, kann
so eine sehr genaue Steuerung auf beliebige Temperaturwerte erreicht werden. Der
Benutzer braucht nur die Raumthermostaten der einzelnen Räume jeweils auf den maximalen
Raumtemperaturwert einzustellen und durch entsprechendes Aufheizen des Heizelementes
kann, davon ausgehend, dann jede beliebige Temperaturabsenkung durchgeführt werden,
indem einfach die entsprechende Heizleistung gesteuert wird.
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Dies kann entweder dadurch geschehen, dass den Heizelementen jeweils
eine konstante Heizspannung zugeführt wird und durch das Ein- und Ausschalten die
jeweilige Heizzeitdauer bestimmt wird, es ist aber auch möglich, unmittelbar die
den einzelnen Elementen zugeführte Heizspannung entsprechend einzustellen und hierüber
die gewünschte Heizleistung zu steuern. Den weitesten Steuerbereich bringt natürlich
eine Kombination beider Methoden.
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Die Steuerung der einzelnen Raumthermostate in den einzelnen Räumen
einer Zentralheizungsanlage -wird vorzugsweise automatisch und zentral über eine
Steuer zentrale nach einem dort eingegebenen Zeitsteuerprogramm durchgeführt. Bei
der Billigkeit moderner elektronischer Bauelemente ist es aber durchaus auch denkbar,
jedem einzelnen Raumthermostaten eine gesonderte individuelle Steuereinrichtung
zum programmierten Ein- und Ausschalten des Heizelementes zuzuordnen.
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Durch das Ein- und Ausschalten des Wärme zuführenden oder Wärme abziehenden
Elements wird auch die einfache Möglichkeit geschaffen, einen schwer zugänglichen
Raumthermostaten fernzusteuern. Auf diese Weise ist es beispielsweise durch einen
einfachen elektrischen Steuerkreis möglich, den Raumthermostaten eines sehr hoch
in einer Halle angebrachten Heizkörpers von unten ein- und auszuschalten und so
diesen unzugänglichen Heizkörper auf einfache Weise in seiner Temperatur zu steuern.
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Für die Steuerung über eine Zentrale ist es vorteilhaft, nur eine
einzige Ringleitung für sämtliche zu steuernden Heizelemente vorzusehen und die
Steuerung- ach dem bekannten Zeitmultiplexverfahren vorzunehmen. Damit werden gesonderte
Steuerleitungen von der Zentrale zu den einzelnen Thermostaten überflüssig, es genügt
eine einzige Ringleitung, auf der einerseits die elektrische Leistung zum Aufheizen
der einzelnen Heizelemente übertragen wird und über die gleichzeitig auch die zugehörigen
Steuerbefehle von der Zentrale aus übertragen werden. Für diese doppelte Ausnützung
der Ringleitung sind die verschiedenartigsten bekannten Ubertragungssysteme möglich,
beispielsweise könnten die Steuerbefehle auf der zur Energiezufuhr vorgesehenen
Ringleitung nach dem erwähnten bekannten Zeitmultiplexverfahren übertragen werden,
es ist jedoch auch möglich, die einzelnen Steuerbefehle zu den einzelnen Raumthermostaten
über unterschiedliche Trägerfrequenzen oder dgl. zu übertragen. Es ist u.U. auch
möglich, die Steuerbefehle über das Rohrsystem der Zentralheitungsanlage zu den
einzelnen Heizkörpern zu übertragen, beispielsweise über einen geeigneten Schallgeber
und einzelne entsprechende Schallempfänger. Als besonders vorteilhaft hat sich das
in den Unteransprüchen näher beschriebene Zeitmultiplex-Steuerverfahren über eine
einzige Ringleitung erwiesen, bei dem billige moderne elektronische Bauelemente
Anwendung finden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Die Figur Zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Steuereinrichtung,
und zwar für eine Zentralheizungsanlage, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus
sechs einzelnen und in unterschiedlichen Räumen untergebrachten Heizkörpern esteht.
Jedem einzelnen Heizkörperventil ist in bekannter Weise ein Raumthermostat 11 zugeordnet,
über den vom Benutzer von Hand eine vorbestimmte Raumtemperatur einstellbar ist
und auf die der Raumthermostat selbsttätig die Raumtemperatur über die Wärmeabgabe
des Heizkörpers 10 regelt. Dem Temperaturfühler jedes einzelnen Thermostaten 11
ist ein Heizelement 12 zugeordnet, das Heizelement steht in gutem Wärmekontakt mit
dem Temperaturfühler. Das Heizelement besteht beispielsweise aus einem elektrischen
Widerstand, der beispielsweise in Form einer Hülse auf das meist rohr- oder topfförmig
ausgebildete Temperaturfühlerelement des Raumthermostaten aufgesteckt ist. Die Form
des Heizelements richtet sich natürlich nach der Form des jeweiligen Temperaturfühlerelements.
Das Heizelement 12 ist über einen Schalter 13 an eine elektrische Ringleitung 14
anschaltbar. Diese Ringleitung führt von einer Steuerzentrale 15 zu den einzelnen
Steuerelementen 1 bis 6 der einzelnen Heizkörper 10. Jedes Steuerelement 1 bis 6
ist wie das Steuerelement 1 aufgebaut. Danach enthält jedes Steuerelement zusätzlich
zu dem Heizelement 12 und dem Ein-18 und Ausschalter 13 eineV8elektronischen Zählerdgeeigneter
Kodierung. Jeder ZAhlertAer einzelnen Steuerelemente 1 bis 6 ist auf einen anderen
Zählwert voreingestellt, der Zähler des Steuerelementes 1 beispielsweise auf den
Zählwert 1, der Zähler des Steuerelementes 2 auf den Zählwert 2 usw. Von der Steuerzentrale
15 wird über die Leitung 14 einerseits der Heizstrom für die Heizelemente 12 übertragen
und gleichzeitig das dargestellte Steuerimpulspaket, mit dem nach dem bekannten
Zeitmultiplexverfahren die einzelnen
Steuerelemente 1 bis 6 einzeln
ansteuerbar sind.
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In dem gezeigten Beispiel besteht ein Impulspaket für sämtliche Steuerelemente
1 bis 6 aus den eingezeichneten und durch Austastlücken 16 voneinander getrennten
Einzelimpulsen 1 bis 6, deren Länge jeweils der Einschaltdauer des zugehörigen Heizelementes
entspricht. Vor jedem der Impulspakete 1 bis 6 folgt eine Austastlücke 17 von etwas
grösserer Breite.
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Wird das dargestellte Impulspaket über die Ringleitung 14 übertragen,
so werden durch die breitere Austastlücke 17 mit einer geeigneten Zusatzschaltung,
zunächst sämtliche Zähler 18 der einzelnen Steuerelemente 1 bis 6 zurückgesetzt.
Durch den darauffolgenden Impuls 1 werden sämtliche Zähler 1 bis 6 um einen Schritt
weitergeschaltet. Da jedoch nur der Zählerausgang "1" des näher lers 18 des ersten
Steuerelementes 1 mit dem Schalter 13r beispielsweise einem Transistor, des Heizelementes
12 verbunden ist, wird nur das Heizelement 12 des ersten Steuerelementes 1 über
diesen Schalter 13 an die Ringleitung 14 angeschaltet und während der Zeitdauer
des Impulses 1 aufgeheizt. Durch die nächste Austastlücke 16 werden sämtliche Zähler
um einen weiteren Zählschritt verstellt, da jedoch wiederum nur der Zähler des zweiten
Steuerelementes 2 über seinen Steuerausgang "2" den zugehörigen Schalter 13 des
Heizelementes ansteuert, wird-wiederum nur das Heizelement 12 dieses Steuerelements
2 an die Ringleitung 14 angeschaltet und wiederum während der Zeitdauer dieses Impulse
2 aufgeheizt. Auf diese Weise werden nacheinander sämtliche Steuerelemente 1 bis
6 angesteuert und nacheinander die zugehörigen Heizelemente 12 unterschiedlich lang
aufgeheizt. Über die unterschiedliche Dauer der Aufheizzeit wird damit die dem Heizelement
12 jeweils zuzuführende Heizleistung individuell bestimmt.
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Sämtliche Steuerelemente 1 bis 6 sind gleich aufgebaut,
18
nur die jeweiligen Zähler find durch entsprechend unter-19 schiedliche Kodierbrückeniuf
unterschiedliche Zählwerte eingestellt.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine konstante Heizspannung
U über die Steuer zentrale an die einzelnen Heizelemente übertragen und die individuelle
Heizleistung wird durch die erwähnte unterschiedliche Zeitdauer der Steuerimpulse
bestimmt. Selbstverständlich ist es auch möglich, nicht nur die Einschaltzeit entsprechend
einzustellen sondern den einzelnen Heizelemente entsprechend unterschiedliche Spannungen
oder Ströme zuzuführen oder eine Kombination davon. Es ist durchaus auch möglich,
über die Ringleitung 14 nur die Ein- und Ausschaltfunktion auszuführen und über
eine gesonderte Ringleitung pder auf andere Weise den einzelnen Heizelementen entsprechende
Heizleistung möglicherweise auch aus anderen Energiequellen zuzuführen.
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Es sei angenommen, dass das Heizelement 12 in Form einer Steckhülse
über den zylindrischen Messfühler des Raumthermostaten 11 gesteckt ist. Ferner sei
angenommen, dass diese Baueinheit einen thermischen Widerstand gegenüber der Umgebung
von 100C/Watt besitzt. Bleibt das Heizelement 12 ausgeschaltet oder wird nur ein
sehr schmaler Impuls "2" zugeführt, wird also nicht aufgeheizt, so wird wie üblich
über den Messfühler des Raumthermostaten die Umgebungstemperatur auf den eingestellten
Wert geregelt. Sobald jedoch das Heizelement 12 beispielsweise mit 1 Watt Leistung
aufgeheizt wird, (z.B. Impuls II "3") muss diese an die Umgebung abgegeben werden.
Da die Heizelement-Temperaturfühler-Baueinheit nach obiger Annahme einen Wärmewiderstand
gegenüber der Umgebung von 100C/Watt besitzt, wird sich die Temperatur des Fühlers
gegenüber der jeweiligen Umgebungstemperatur, wie gross auch immer diese sein mag,
um 100C erhöhen.
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10 Dadurch wird die Heizleistungsabgabe des Heizkörpers 10 beeinflusst,
d.h. die Wärmeabgabe wird so lange vermindert, bis die Raumtemperatur um 100C unter
dem vorher eingestellten Wert liegt. Die Bedienungsperson braucht also nur jeweils
die höchste vorkommende Raumtemperatur am Thermostaten in üblicher Weise von Hand
einzustellen, über die Steuer zentrale wird dann automatisch nach einem bestimmten
Programm die jeweilige Temperaturabsenkung vorgenommen.
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In der Steucrzentrale 15 ist das gewünschte Steuerprogramm eingegeben,
und zwar beispielsweise bezüglich der Uhrzeit, während welcher die einzelnen Solldaten
entsprechend verändert werden sollen, also beispielsweise eine Temperaturabsenkung
gewünscht wird, ferner Steuerdaten bezüglich des jeweiligen Raumes, des betreffenden
Heizkörpers, des Wochentages und dergl. Über das so einmal einprogrammierte Programm
können dann die einzelnen Thermostaten individuell nach den jeweiligen -Erfordernissen
gesteuert und so erheblich Energie gespart werden.
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Die Steuerzentrale (85 bzw. bei Einzelsteuerung der einzeldes Edlem
nen Steuerelemen e en a vorzugsweise einen geeigneten Mikroprozessor, über welchen
sämtliche Steuerfunktionen ausgeführt werden. Mit einem solchen Mikroprozessor können
nicht nur entsprechende uhrzeitabhängige Steuerungen sondern auch Steuerungen in
Abhängigkeit vom Kalender und anderen Daten mit berücksichtigt werden. Auf diese
Weise kann eine solche Steuereinrichtung auch weit voraus vorprogrammiert werden.
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Die Steuerzentrale kann auch ferngesteuert sein, beispielsweise über
das Telefon, so dass auch von fern eine Umprogrammierung und Steuerung der Zentrale
möglich ist.
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Die Funktion der Steuerzentrale 15 kann natürlich auch durch einen
schon vorhandenen "Hauscomputer" übernommen werden, der daneben noch weitere Aufgaben
erfüllt, es kann auch ein Zentralcomputer für mehrere Wohnungen vorgesehen sein.
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über einen weiteren Steuerausgang 20 kann die Steuerzentrale 15 zusätzlich
auch noch die eigentliche Steuerzentrale der Zentralheizungsanlage steuern und so
die über die Zentralheizungsanlaye an die einzelnen Heizkörper 10 gelieferte Heizleistung
steuern. Damit kann beispielsweise die Wasserkreislauf-Temperatur der Zentralheizungsanlage
an den jeweiligen Wärmeverbrauch der Heizkörper angepasst werden und so noch weiter
Energie gespart werden. Bei der Neueinrichtung einer Zentralheizungsanlage ist es
vorteilhaft, die Steuerzentrale 15 zu erweitern und ihr über weitere Ein- und Ausgänge
21 auch Informationen über die Aussentemperatur, die Heizkreislauftemperatur und
andere Steuerwerte zuzuführen und über diese Steuerzentrale 15 die gesamte Zentralheizungsanlage
einschliesslich der Raumthermostaten zu steuern, also über eine gemeinsame Zentrale
sowohl die Heizelemente der Raumthermostaten als auch die Wärmezufuhr zu den einzelnen
Heizkörpern, beispielsweise durch bekannte Steuerung des Brenners der Zentralheizungsanlage.