DE3101384A1

DE3101384A1 - Raumtemperatur-steuersystem

Info

Publication number: DE3101384A1
Application number: DE19813101384
Authority: DE
Inventors: Lorne W. 55431 Bloomington Minn. Nelson
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1980-01-21
Filing date: 1981-01-17
Publication date: 1981-11-19
Also published as: CA1135967A; JPS56110113A; DE3101384C2; US4298056A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Raumtemperatur-Steuersystem nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Mehrstufige Thermostaten werden seit langem benutzt, um die verschiedenen Stufen einer Heizung zu steuern, wobei beispielsweise eine Wärmepumpe als eine erste Stufe und eine elektrische Hilfsheizung als eine zweite Stufe der Heizung dient. Hierbei ergibt es sich, daß während einer normalen Temperatursteuerung bei einer hohen Heizbelastung und bei geringen Außentemperaturen der Kompressor der Wärmepumpe nahezu dauernd in Betrieb ist. Ist bei einem derartigen Steuersystem mit einem zeitgesteuerten mehrstufigen Thermostaten eine Nachtabsenkung vorgesehen, so wird während einer ausgewählten Zeitperiode in der Nacht die Raumtemperatur auf einen geringeren Wert zurückgestellt. Während eines Teiles der Absenkungszeit und bei fehlender Wärmeanforderung kann die Wärmepumpe über eine ausgedehnte Zeitperiode stillgesetzt werden, bevor sie auf Grund einer Wärmeanforderung wieder in Betrieb gesetzt wird. Bei geringen Außentemperaturen kann das Anlaufen der Wärmepumpe nach einer ausgedehnten Periode des Stillstands zu einem Schaden führen. Wenn man ferner bei einer geringen Außentemperatur der Raumtemperatur einen Abfall während der Nachtabsenkung gestattet, so ist die Einschaltbelastung beim Zurückführen der Raumtemperatur auf den Normalwert besonders groß. Daher kann es erforderlich sein, daß das Steuersystem eine teure elektrische Zusatzheizung beim Einschalten des Heizsystems zusätzlich in Betrieb nimmt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Raumtemperatur-Steuersystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß möglichst wenig von der teuren zusätzlichen Heizstufe Gebrauch gemacht wird und eine Beschädigung der Wärmepumpe durch niedrige Außentemperaturen vermieden wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen seien im folgenden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben,

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Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Temperatur-Steuersystems ,

Fig. 2 einen Schaltkreis für das System gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen Betriebsweise,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Temperatur-Steuersystems und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Betriebsweise des Systems gemäß Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 ist ein Heizsystem dargestellt, das Wärme einem Raum

10 zuführt, um die Temperatur in dem Raum auf einem Wert zu halten, der durch einen mehrstufigen elektrischen Uhrenthermostaten

11 einstellbar ist. Der Thermostat 11 ist an eine Steuerkonsole

12 angeschlossen, die den Kompressor einer Wärmepumpe 13 und eine elektrische Zusatzheizung 14 steuert, um Wärme dem Raum durch Erhitzen von Luft zuzuführen, welche durch ein Gebläse zirkuliert wird. Durch den Betrieb des Kompressors der Wärmepumpe 13, die in Übereinstimmung mit dem Wärmepumpensystem gemäß der US-PS 3 093 997 der geringen Außenlufttemperatur ausgesetzt ist, wird der Außenluft Wärme entzogen und dem Wärmeaustauscher 20 zugeführt.

Der Thermostat 11 ist ein elektrischer Uhrenthermostat, wie er in der US-PS 2 558 617 dargestellt und beschrieben ist. Dieser Uhrenthermostat besitzt einen Zeitgebermotor 21 und wenigstens zwei temperaturabhängige Schalteinrichtungen in Form von Thermostatelementen 22 und 23. Diese Thermostatelemente 22 und 23 können für die Steuerung über Tag, beispielsweise auf Temperaturen von 21⁰C und 20⁰C eingestellt werden. Aus Komfort- und Energieeinsparungsgründen kann während einer bestimmten Zeitperiode in der Nacht die Temperatur in dem Raum 10 auf eine geringere Temperatur abgesenkt werden. So können beispielsweise während der Nachtzeit die Thermostatelemente 22 und 23 so eingestellt werden, daß sie eine Temperatur von 18⁰C und 17⁰C

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steuern. Natürlich kann auch ein anderes Absenkungstemperatur-Steuersystem verwendet werden, bei dem beispielsweise die Thermostaten 22 und 23 durch eine einzige Bimetall-Einheit ersetzt werden, die zwei getrennte Quecksilberschalter aufweist, um ein Temperaturdifferential und somit eine zweistufige Betriebsweise vorzugeben. Ein Zeitschalter kann vorgesehen sein, um die zu steuernde Temperatur für beide Schalter während der Nachtabsenkung zu verändern. Ebenso kann ein elektronischer Brückenschaltkreis mit einem einzigen temperaturempfindlichen Element verwendet werden, wie dies später anhand der Figuren 4 und 5 beschrieben wird. Der Thermostat 22 steuert ein Relais 24, das gemäß Fig. 2 den Kompressor der Wärmepumpe 13 an Spannung legt. Der Thermostat 23 steuert ein Relais 25, das die elektrische Zusatzheizung 14 an Spannung legt. Diese Thermostate und Relais werden über die Sekundärwicklung eines Transformators 30 mit Spannung versorgt. In bestimmten ausgewählten Zeitperioden kann der Motor 21 den Steuerpunkt der Thermostaten 22 und 23 über einen herkömmlichen Verbindungsmechanismus 31 zurückstellen.

Gemäß Fig. 1 ist eine auf die Außentemperatur ansprechende Schalteinrichtung in Form eines Thermostaten 32 an die Steuerkonsole 12 angeschlossen. Der die Außentemperatur erfassende Thermostat 3 2 schließt seinen Kontakt bei einer vorbestimmten niedrigen Temperatur von beispielsweise 2°C. Eine weitere temperaturabhängige Schalteinrichtung in Form eines Bimetallschalters 33 in dem Thermostaten 11 ist ebenfalls an die Steuerkonsole angeschlossen. Die Schalteinrichtung 33 kann durch einen weiteren Ausgang eines elektronischen Brückenschaltkreises vorgegeben sein, wie dies bereits bezüglich der Schalteinrichtungen 22 und 23 erwähnt wurde. Die Thermostatkontakte 32 und 33 sind in Reihe zueinander geschaltet und zu dem Thermostatkontakt 22 gemäß Fig. 2 parallelgeschaltet, um das Relais 24 an Spannung zu legen und somit die Wärmepumpe zu betreiben, wenn die Außentemperatur unter den Wert von 2°C herunterfällt. Der Thermostatkontakt 33 wird bei einer höheren Temperatur von beispielsweise 22°C betätigt und unterbricht den Schaltkreis und somit den Betrieb

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der Wärmepumpe, falls die Raumtemperatur auf einen abnormal hohen Wert ansteigt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuersystems ist in Fig. 4 dargestellt. Ein elektronischer Brückenschaltkreis 40 besitzt ein auf die Raumtemperatur ansprechendes Element 41 und ein einstellbares Element 4 2 für den Abgleich der Brücke. Der Brückenschaltkreis 40 ist mit seinem Ausgang 43 an einen Steuerverstärker 44 angeschlossen, wie er in der US-PS 4 136 732 näher dargestellt und beschrieben ist. Dieser Steuerverstärker steuert Relais 22', 23' und 32'. Die Relais 22' und 23' werden durch ein Spannungsdifferential gesteuert, das in Fig. 5 durch die Kurven 45 und 50 graphisch veranschaulicht ist. Die Kurve 50 ist gegenüber der Kurve 45 um einen bestimmten Wert verschoben, wobei ein Absenkungs-Zeitgeber 21" auf einen einstellbaren Widerstand 50 einwirkt, um eine geänderte Steuertemperatur zu erzeugen. Das Relais 33' steuert eine obere Grenztemperatur und kann durch die Absenkungseinstellung des Widerstandes 50 beeinflußt werden. Das Relais 33' wird mit einer Spannung betrieben, die geringfügig unter der Betriebsspannung des Relais 22' liegt, so daß unabhängig von der Absenkung eine Steuerung der oberen Grenze vorliegt. Der Außenthermostat 32 ist der Wirkung des Relais 33' überlagert, um einen kontinuierlichen Betrieb der Wärmepumpe bei geringen Außentemperaturen solange vorzugeben, bis die Raumtemperatur eine obere Grenztemperatur überschreitet.

Anhand des vorstehend beschriebenen Aufbaues des Steuersystems ergibt sich folgende Wirkungsweise, wobei auf die graphische Darstellung gemäß Fig. 3 Bezug genommen sei, in der die Wärme in kcal über der Außentemperatur in ⁰C aufgetragen ist. Die Kurve 35 veranschaulicht die Wärmeabgabe der Wärmepumpe im Austauscher 20, wobei diese Wärmeabgabe abfällt, wenn die Außentemperatur abfällt. Dies ist auf den außentemperaturabhängigen Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe zurückzuführen. Die Kurve 40 veranschaulicht die Wärmeanforderung des Raumes 10, für den die Einrichtung gemäß Fig. 1 benutzt wird, um Wärme während der

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Wintermonate zu liefern. Der Schnittpunkt 41 der Kurve 35 mit der Kurve 40 stellt den Abgleichpunkt des Systems dar, der im vorliegenden Fall bei ungefähr 2°C liegt. Bei irgendeiner Außentemperatur unterhalb des Abgleichpunktes und bei einer Absenkung der Raumtemperatur während der Nachtzeit erfordert die Einschaltung des Heizsystems am Morgen eine Zusatzheizung durch die teure elektrische Heizung 14. Während dieser Temperaturabsenkungs-Zeitperiode ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit erwünscht, den Betrieb der Wärmepumpe aufrechtzuerhalten, um den Anteil der Zusatzheizung 14 zu vermindern, der erforderlich ist, um die Temperatur des Raumes zur Tageszeit auf die Normaltemperatur zurückzuführen. Die gestrichelte Linie 42 zwischen den Kurven 40 und 35 stellt die Anforderung der Hilfswärme dar, die erforderlich wäre, um den Raum bei dieser speziellen Außentemperatur in dem Fall aufzuheizen, wo die Wärmepumpe die ganze Zeit über in Betrieb war und eine Wärmemenge entsprechend der gestrichelten Linie 43 geliefert hat.

Wenn daher die Außentemperatur unter einen Wert von 2°C herunterfällt, so wird der Thermostat 32 geschlossen und hält die Wärmepumpe fortwährend während der Absenkungs-Zeitperiode in Betrieb. Wenn die Wärmepumpe eine ausreichende Wärmemenge liefert und die innere Wärme des Gebäudes auf Grund von brennenden Lampen, Kochstellen oder in dem Gebäude vorhandenen Leuten, die normale Tageseinstellung der Temperatur überschreitet, so schaltet der Grenzthermostat 33 die Wärmepumpe ab. Bei einem solchen kontinuierlichen Betrieb der Wärmepumpe bei kaltem Wetter mit Temperaturen unterhalb 2°C wird bei der morgendlichen Einschaltung die Wärmeanforderung an die Hilfsheizung auf ein Minimum reduziert und die Leistungsfähigkeit des Heizsystems erhöht. Eine gleiche Betriebsweise wird mit dem Steuersystem gemäß den Fig. und 5 erzielt, mit der Ausnahme, daß das die Raumtemperatur erfassende Element 41 durch ein einziges Element vorgegeben ist.

Ausgedehnte Abschaltperioden der Kompressoren von Wärmepumpen können bei kaltem Wetter zu einem vorzeitigen Ausfall der Wärmepumpe führen. Die fortwährende Einschaltung der Wärmepumpe durch

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den Thermostaten 32 bei geringen Außentemperaturen führt daher nicht nur zu einer gesteigerten Leistungsfähigkeit des Systems, sondern auch zu einer gesteigerten Lebensdauer der Wärmepumpe.

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Leerseite

Claims

HONEYWELL INC. 16. Januar 1981

Honeywell Plaza 1007797 Ge

Minneapolis, Minn., USA Hz/de

Raumtemperatur-Steuersystem

Patentansprüche:

ί1.^Raumtemperatur-Steuersystem mit einem Uhrenthermostaten zur Aufrechterhaltung einer Normaltemperatur während ausgewählter Zeitperioden und einer Absenkungstemperatur während anderer ausgewählter Zeitperioden, wobei eine erste Heizstufe mittels einer Wärmepumpe und wenigstens eine zweite Heizstufe in Forin einer Hilfsheizung dem Raum Wärme zuführen kann, g e k e η η zeichnet durch eine auf die Außentemperatur ansprechende Einrichtung (32) zur Betätigung der Wärmepumpe (13) während der Absenkungszeit, wenn die Außentemperatur einen vorgegebenen unteren Grenzwert unterschreitet.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf die Raumtemperatur ansprechende Einrichtung (33) zur Unterbrechung des Betriebs der Wärmepumpe (13), wenn die Raumtemperatur einen bestimmten Wert überschreitet.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, mit einem die Wärmepumpe betätigenden Relais, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (24) über zwei zueinander parallele Stromzweige an eine Versorgungsspannung anschaltbar ist, wobei in dem einen Stromzweig die auf die Außen- und Raumtemperatur während der Absenkundszeit ansprechenden Einrichtungen (32 und 33) und in dem anderen Stromzweig eine auf

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die Raumtemperatur während einer Belegungszeit ansprechende Einrichtung (22) angeordnet ist.
4. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsheizung aus einer Elektroheizung (14) besteht.
5. Steuersystem nach Anspruch 4 mit einem die Elektroheizung betätigenden Relais, dadurch gekenn ζ eich net, daß in dem Stromkreis des Relais (25) eine von der Raumtemperatur betätigte Einrichtung (23) angeordnet ist.

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