DE3227147A1

DE3227147A1 - Temperaturregelsystem fuer zentralheizungen

Info

Publication number: DE3227147A1
Application number: DE19823227147
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr.-Ing. 5216 Niederkassel Leven
Original assignee: Individual
Current assignee: Leven Dietrich Dr-Ing 7750 Konstanz De
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1984-03-29
Also published as: DE3227147C2

Description

Temperaturregelsystem für Zentralheizungen
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Methode und Vorrichtungen, die die Umschaltung von Thermostatventilen an Heizkörpern zur Erzielung zweier unterschiedlicher Temperaturregelcharakteristiken in beheizten Räumen zentral mit geringstmöglichem Konstruktions- und Installationsaufwand ermöglicht.
Damit kann die Erfindung sowohl zu einer Erhöhung des Heizkomforts als auch zur Einsparung von Heizenergie (automatische Nachtabsenkung auf individuelle Raumtemperaturen) wesentlich beitragen.
Die individuelle Regelung von Raumtemperaturen mit Hilfe von Thermostat-Heizkörperventilen ist Stand der Technik.
Ein noch nicht zufriedenstellend gelöstes Problem ist jedoch die Möglichkeit einer zentral steuerbaren Veränderung der Ventileinstellung (z.B. Nachtabsenkung). Die oft verwendete Kombination von Thermostatventilen und zentraler Absenkung der Vorlauftemperatur hat den Nachteil, daß hiermit die Regelfunktion der Einzelventile völlig außer Kraft gesetzt wird. Wünschenswert ist jedoch die Möglichkeit, jeden einzelnen Raum nach einem zentralen SteuersLynal auf einem neuen, vorher einstellbaren Temperaturniveau geregelt zu beheizen.
Es gibt bereits Vorschläge zur Lösung dieser Aufgabe. Eine ganze Gruppe von Lösungen (z.B. /1/, /2/, /3/) sieht vor, das Regelverhalten der Thermostatventile durch elektrische Beheizung (wie an Zentraltherrnostaten) zu verändern. Hierzu sind auch technische Ausführungen auf dem Markt. Ein entscheidender Nachteil bei diesen Lösungen ist, daß an jeden Heizkörper elektrische Leitungen geführt werden müssen, die eine Installation im Neubau teuer machen und eine Nachrüstung in Altbauten aus Kostengründen praktisch ausschließen.
Es ist ein Lösungsvorschlag bekannt /4/, der diesen Nachteil dadurch umgehen will, daß zur Umschaltung der Thermostatventile Druckstöße im Wasser des Heizungssystems erzeugt werden sollen, mit denen sich die entsprechend konstruierten Thermostatventile zwischen zwei stabilen Zuständen hin- und herschalten lassen.
Bei diesem Lösungsvorschlag erscheint die Realisierbarkeit der nötigen Druckstöße und der bistabilen, störungssicheren Umschalteinrichtung problematisch und technisch aufwendig. Eine Ausführung des Lösungsvorschlags ist nicht bekannt.
Die im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Lösung sieht vor, für die Auslösung der nötigen Umschaltungen an den Regeleinrichtungen der Heizkörper die Umkehr der Strömungsrichtung oder die Veränderung der Vorlauftemperatur des Heizmediums zu verwenden.
Elektrische Leitungen zu den einzelnen Heizkörpern sind bei dieser Lösung nicht erforderlich; bei Ausführung aller mechanischen und elektromechanischen Elemente des Systems kann auf bewährte Elemente nach Stand der Technik zurückgegriffen werden. Die Tatsache, daß das Wirk- und Steuersignal "Strömungsrichtung" oder "Vorlauftemperatur" dauernd ansteht, macht die störanfällige Impuls-Umschaltung zwischen zwei stabilen Zuständen (mechanischer Flip-Flop) überflüssig.
Zur erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind zwei Teilaufgaben zu lösen, nämlich die Aufprägung der zentralen Steuersignale "Strömungsrichtung" oder "Vorlauftemperatur tief" auf den Heizkreislauf (Teilaufgabe A) und die Nutzung dieses zentralen Signals zur Veränderung der Regelcharakteristik am einzelnen Heizkörper (Teilaufgabe B).
Mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind, gegliedert nach Teilaufgabe A und B, im folgenden dargestellt: A Aufprägung der zentralen Steuersignale auf den Heizkreislauf Die erfindungsgemäße Lösung der Aufprägung der Wirk- und Steuersignale "Strömungsrichtung" und "Vorlauftemperatur" kann durch folgende Ausgestaltung bewirkt werden: Bei Kesseln K, deren Bauart eine Strömungsumkehr zuläßt, können Pumpen P mit umkehrbarer Förderrichtung eingesetzt und von einer Programmeinheit PE (z.B. Zeitschaltuhr) durch elektrische Ansteuerung umgeschaltet werden (Bild 1).
Bei Kesseln K, bei denen eine Strömungsumkehr nicht erwünscht ist, kann unter Verwendung einer üblichen, nicht'umkehrbaren Förderpumpe P und einer Ventileinheit V Strömungsumkehr im Heizkreislauf alleine erzielt werden. Die Ventileinheit V kann dabei aus einem Mehrwegventil oder aus einer Zusammenschaltung von mehreren Einzelventilen gebildet werden (Bild 2).
Bei Verwendung des Signals "Vorlauftemperatur" ist eine Aufprägung durch Verwendung eines handelsüblichen Stellgliedes für Vorwahl der Kesseltemperatur (bei Anlagen ohne Mischer) oder Vorwahl der Vorlauftemperatur durch Mischereinstellung (bei Anlagen mit Mischeinrichtung) erreichbar. Die als Signal zu interpretierende Vorlauftemperatur muß daher niedriger oder höher als die niedrigste oder höchste (z.B. bei gleitender Kesselfahrweise) im Normalbetrieb vorgesehene Vorlauftemperatur sein.
B Beeinflussung der Regelcharakteristik am Heizkörper Die erfindungsgemäße Lösung der Beeinflussung der Regelcharakteristik am einzelnen Heizkörper - das Anstehen des zentralen Signals vorausgesetzt - kann durch folgende Ausgestaltungen bewirkt werden: Das Signal Strömungsumkehr" führt durch die Anordnung (Bild 3) von Rückschlagventilen R1, R2 am Heizkörper dazu, daß bei normaler Strömungsrichtung (durchgezogener Pfeil das Thermostatventil T1 zwangsweise für die Regelung bestimmend ist, während bei umgekehrter strömungsrichtung (gestrichelter Pfeil das Thermostatventil T2 zwangsweise regelnd wirkt. Die gewünschte Temperatur für jeden Zustand kann somit an T1 bzw.
T2 vorgewählt werden. Die Ausführung der Ventilkombination R1, R2, T1, T2 kann entweder, wie in Bild 3 und Bild 3a gezeigt, durch Zusammenschaltung handelsüblicher Einzelventile mittels Rohrformstücken geschehen oder durch Integration der Einzelventile in ein gemeinsames Element (Bild 4) mit zwei Einstellmöglichkeiten oder durch paarweise Integration von T2 mit R2 und T1 mit R1 in je ein gemeinsames Element mit einer Einstellmöglichkeit. Bei letzterer Lösung ist auch der Einbau eines der beiden Elemente in der Rücklaufleitung des jeweiligen Heizkörpers möglich (Bild 5).
Für Fälle, in denen für den Anwender eindeutig feststeht, bei welchem Strömungszustand die Regelung auf hohem Temperaturniveau stattfinden soll (z.B. Normalströmung = Tagesbetrieb und umgekehrte Strömung entsprechend Nachtabsenkungsbetrieb), kann der Systembestandteil R1 entfallen.
Bei Verwendung des zentralen Signals "Vorlauftemperatur" können die Anordnungen, wie vorstehend anhand von Bild 3 bis Bild 5 beschrieben, ebenfalls verwendet werden, jedoch sind die Ventile R1 und R2 dann nicht von der Strömungsrichtung betriebene, sondern auf die Temperaturänderung im Heizkreislauf reagierende Ventile.
Diese temperaturgesteuerten Ventile bewirken, daß beim Zustand "Vorlauftemperatur hoch" (Ventil R2 geschlossen, R1 auf) (Bild 3) nur das Regelventil T2 zwangsweise regelnd wirkt, während beim Alternativzustand "Vorlauftemperatur tief" (R1 geschlossen, R2 auf) das Regelventil T1 zwangsweise regelt. Ordnet man, wie in den meisten Fällen wirtschaftlich sinnvoll, der niedrigen Vorlauftemperatur das niedrigere Regelniveau zu, so kann das Ventil R2 entfallen. Mögliche Ausgestaltungen der Ventile R1 und R2 sind in Bild 6 gezeigt.
Statt der Verwendung von Zusatzventilen, die je nach Zustand die geregelte Durchströmung des einen oder anderen Thermostat-Regelventils bewirken, läßt sich die gewünschte Einstellung eines zweiten Regelniveaus auch mit einem einzigen Thermostat-Regelventil erreichen, wenn die Umgebung (Luft) von dessen Fühler F zusätzlich beheizt wird. Dazu wird in der Nähe, vorzugsweise unterhalb, des Ventilfühlers F eine kleine, gom Heizmedium durchströmte Heizschlange S angeordnet (Bild H1. Diese Heizschlange S wird bei Normalzustand des Heizsystems ("Strömung normal" oder "Vorlauftemperatur hoch") durch das Ventil R1 abgesperrt und hat keine Wirkung. Zum Alternativzustand ("Strömung umgekehrt" oder "Vorlauftemperatur niedrig") ist dieses Ventil R1 offen, es ergibt sich eine Durchströmung der Heizschlange S mit Heizmedium und daraus folgend eine Temperaturerhöhung der Umgebung (Luft) des Fühlers F des Thermostatventils und daraus resultierend eine Absenkung der Raumtemperatur. Die Intensität der Kopplung zwischen Fühler F und Heizschlange S und damit die Höhe der Raumtemperaturabsenkung läßt sich durch eine einstellbare Abschirmung A zwischen Fühler und Heizschlange (Bilder 7, 8, 8b, 9a, 9b) steuern.
Das Ventil R1 kann bei dieser Lösung je nach verwendetem zentralem Steuersignal als Rückschlagventil oder temperaturgesteuertes Ventil betrieben werden, wie oben beschrieben. Eine mögliche Ausgestaltung der Heizschlange mit Wärmetauschfläche, die einfachen Anschluß erlaubt, zeigt Bild 9.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht bei Verwendung des Signals "Strömungsumkehr" die Umstellung zwischen zwei Regelcharakteristika mit nur einem handelsüblichen Thermostatventil und ohne Verwendung weiterer beweglicher Teile (z.B.
Ventile) im Bereich des Heizkörpers. Dazu wird (Bild 10) beim Strömungszustand, der einer Regelniveauabsenkung entsprechen soll, wieder die Umgebung des (handelsüblichen) Thermostatventils durch Beheizung mit einer Heizschlange S (Wärmetauscher Luft/Heizmedium) lokal erwärmt, was zu einer Absenkung der Raumtemperatur führt. Die wirksame Heizschlange S ist jedoch in Reihe mit einer zweiten Heizschlange SO geschaltet, so daß bei Normalströmung S strömungsmäßig hinter, bei umgekehrter Strömung S strömungsmäßig vor So liegt. SO ist räumlich so angeordnet, daß eine thermische Wechselwirkung zwischen So und dem Thermostatfühler F nicht stattfindet.
SO wird konstruktiv als Wärmetauscher mit der Raumluft so gestaltet, daß der durch SO strömende Teil des Heizmediums beim Austritt aus SO ungefähr auf Raumtemperatur abgekühlt ist. Das führt dazu, daß bei der beschriebenen Anordnung von S und SO je nach Strömungsrichtung S von heißem Heizmedium durchströmt wird (d.h. Vorheizen des Fühlers F, Absenken der Raumtemperatur) oder von Heizmedium, das in SO auf Raumtemperatur abgekühlt wurde (d.h. keine Beeinflussung des Thermostatfühlers F). Auch für diese Ausgestaltung kann die thermische Kopplung zwischen S und F durch eine verstellbare Abschirmung gesteuert werden. Ausführungsbeispiele sind in den Bildern 8, 8a, 8b, 9a, 9b gezeichnet.
LITERATUR /1/ Offenlegungsschrift 25 25 128 vom 23.12.1976 /2/ Offenlegungsschrift 24 21 810 vom 20.11.1975 /3/ Offenlegungsschrift 22 53 511 vom 16.05.1974 /4/ Offenlegungsschrift 20 12 547 vom 01.10.1970 Bedeutung der in den Bildern verwendeten Symbole Umwälzpumpe Heizkessel Vorlauf Rücklauf Radiator Programmeinheit (z.B. Zeitschaltuhr) Ventileinheit Rückschlagventil Thermostatventil

Claims

Temperaturregelsystem für Zentralheizungen Patentansprüche 9 Temperaturregelsystem für Zentralheizungen mit einer Einrichtung, die Umschaltungen zwischen zwei Regelniveaus für jede Heizstelle erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zentral durch Strömungsumkehr oder durch die Veränderung der Vorlauftemperatur des wärme führenden Mediums ausgelöst wird.
2) Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsumkehr durch eine umkehrbar betreibbare Umwälzpumpe erzielt wird.
3) Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsumkehr im Heizkreislauf durch Betätigung einer Ventilkombination derartig geschieht, daß Förderrichtung der Umwälzpumpe und Durchströmungsrichtung des Heizkessels erhalten bleiben können.
4) Anspruch nach 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen zwei Regelcharakteristika an den einzelnen Heizstellen durch die Verwendung von zwei handelsüblichen Thermostatregelventilen ermöglicht wird, die zusammen mit Ventilen, welche na.ch dem Rückschlagpri.nzip oder temperaturgesteuert betätigt werden, so im Vor- und/ oder Rücklauf der Heizstelle eingebaut sind, daß je nach Strömungsrichtung oder Vorlauftemperatur eines der beiden Thermostatventile regelnd wirkt.
5) Anspruch nach 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen zwei Regelcharakteristika durch die Verwendung eines Thermostatventils ermöglicht wird, dessen Regelcharakteristik durch strömungsabhängige mechanische Umstellung oder durch temperaturgesteuerte Umstellung der für das Regelverhalten maßgeblichen mechanischen Anschlagpunkte verändert wird und bei dem das Ausmaß dieser Veränderung am Ventil vorgewählt werden kann.
6) Anspruch nach 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Vor- oder Rücklauf eine Ventileinheit verwendet wird, in der Ventile, die nach dem Rückschlagprinzip oder temperaturgesteuert betätigt werden, und zwei Regeleinheiten so integriert sind, daß der Sollwert für jede Regeleinheit einzeln einstellbar ist und je nach Durchströmungsrichtung oder Höhe der Vorlauftemperatur nur eine der beiden Regeleinheiten wirksam ist.
7) Anspruch nach 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer bestimmten Strömungsrichtung der niedrigere der beiden möglichen Temperatur-Sollwerte zugeordnet wird und daß für diese Strömungsrichtung keine Maßnahme zur Inaktivierung der Regeleinheit getroffen wird, die zur Regelung mit höherem Temperatur-Sollwert vorgesehen ist.
8) Anspruch nach 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer Strömungsrichtung der niedrigere der beiden Sollwerte zugeordnet wird und daß mit der Einschaltung dieser Strömungsrichtung eine Absenkung der Vorlauftemperatur verbunden wird.
9) Anspruch nach 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen zwei Regelcharakteristika erreicht wird durch die Steuerung der Durchströmungsrichtung eines in der Nähe des Fühlers des Heizkörperthermostatventils angeordneten, vom Heizmedium durchströmten Wärmetauschers (Heizmedium/Raumluft) unter Verwendung von Ventilen, die nach dem Rückschlagprinzip oder temperaturgesteuert betätigt werden.
10) Anspruch nach 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen zwei Regelcharakteristika erreicht wird durch Temperaturbeeinflussung des Heizkörperthermostatventils mittels eines in der Nähe von dessen Fähler angeordneten, vom Heizmedium durchströmten Wärmetauschers, der so dimensioniert und in Reihe mit einem zweiten, den Fühler nicht beeinflussenden Wärmetauschers (Raumluft/ Heizmedium) geschaltet ist, daß je nach Strömungsrichtung der beeinflussende Wärmetauscher entweder ungefähr auf Raumtemperatur oder ungefähr auf Heizmedientemperatur sich befindet.
11) Anspruch nach 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der thermischen Beeinflussung des Ventilfühlers durch den beeinflussenden Wärmetauscher durch thermostatische Temperaturregelung der Temperatur dieses Wärmetauschers und durch Verstellung eines geeigneten, Fühler und Wärmetauscher je nach Stellung gemeinsam umgebenden oder gegeneinander abschirmenden Gehäuses vorgewählt werden können.
12) Anspruch nach 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wärmetauscher zu einem Bau element integriert sind.