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Verfahren zur Steuerung der Temperatur und Messung
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der Wärmeabgabe von Heizkörpern sowie Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Vihren zur
Steuerung der Vorlauftemperatur und des Einlaßventils eines von mehreren an eine
oder mehrere Heizquellen angeschlossenen Heizkörpern, wobei das Einlaßventil durch
einen Raumtemperatur fühler und die Vorlauftemperatur durch einen Außentemperaturfühler
gesteuert werden, sowie eine entsprechende Vorrichtung.
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Es ist bei der Steuerung von Heizungsanlagen für z.B. Wohnzwecke und
Bürogebäude allgemein üblich, die Kesseltemperatur und Vorlauftemperatur durch eine
normalerweise im Heizungsraum installierte Steuervorrichtung entsprechend der Außentemperatur
und ggf. der Raumtemperatur zu steuern bzw.
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zu regeln. Daneben finden als Heizkörperventile sogenannte Thermostatventile
Anwendung, welch dann, wenn die Heizquelle dem Heizkörper mehr Wärme zux Verfügung;
stellt, als gebraucht wird, um eine bestimmte Raumtemperatur aufrecht zu erhalten,
das Heizkörperventil vorübergehend schließen. Die relative, nicht absolute Wärmeabgabe
der verschiedenen Heizkörper eines Gebäudes wird üblicherweise durch daran angebrachte
Verdunstungsmesser ermittelt.
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Die bekannten Verfahren der Steuerung von Heizungsanlagen haben den
Nachteil, daß sie immer noch nicht das Kostenoptimum bei Betrieb einer bestimmten
Anlage erreichen, weil sie entweder zu wenige Parameter berücksichtigen oder mehrere
Steuerungen bzw. Regelungen einerseits z.B. in den verschiedenen Wohnräumen, andererseits
im Heizungsraum, ohne steuern rungstechnische Verknüpfung je selbständig für sich
arbeiten, um einerseits die Kessel- und Vorlauftemperatur, andererseits die Heizkörperventile
zu steuern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche zu einer wesentlichen Brennstoffeinsparung
führen, und diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die
Steuersignale
des Raumtemperatur fühlers auch die Vorlauftemperatur und die Steuersignale des
Außentemperaturfühlers auch die Öffnungs- und Schließbewegungen des Einlaßventils
des Heizkörpers beeinflussen.
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Die Erfindung realisiert erstmals eine steuerungstechnische Verbindung
der Steuer- und Regelsysteme in den verschiedenen Räumen mit dem Steuer- und Regelsystem
einer oder mehrer Heizquellen, indem vorschlagsgemäß an ein zentrales Steuergerät
die Meßfühler und Steuerorgane einer oder mehrerer Heizquellen, Heiz- und Brauchwasserspeicher,
Mischventile sowie Außentemperaturfühler, andererseits auch die Raumtemperaturfühler
und Steuerorgane von Heizkörpern angeschlossen sind. Diese Lösung führt im Einzelfall
z.B. dazu, daß dann, wenn in einer konkreten Situation seitens eines Heizkörpers
eine Wärmeanforderung vorliegt, im Sinne einer Optimierung der Heizkosten bei gleicher
Tageszeit, Außentemperatur und Innentemperatur eines bestimmten Raums mal die Vorlauftemperatur
beibehalten und die Öffnungszeit des Heizkörperventils verlängert, aber ein andermal
die Vorlauftemperatur erhöht und die Öffnungszeit des Heizkörperventils verkürzt
wird. Die Entscheidung für die eine oder andere dieser beiden Möglichkeiten richtet
sich u.a. nach der augenblicklichen Kesseltemperatur sowie danach, welche Wärmeanforderungen
gleichzeitig von anderen Heizkörpern in anderen Räumen vorliegen. Damit besteht
die Möglichkeit, die Wärmeerzeugung im Heizkessel jederzeit sehr genau dem tatsächlichen
Wärmebedarf anzupassen und auf diesen zu begrenzen, anstatt, wie bisher, vom Heizkessel
aus grundsätzlich mehr Wärme als benötigt zur Verfügung zu stellen und erst mittels
der Heiz-' körperventile die Wärmezufuhr zu den Räumen zu begrenzen.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Durchführung
des neuen Steuerverfahrens die Wärmeabgabe eines mit Warmwasser betriebenen Heizkörpers
dadurch gemessen, daß am Einlaß und Auslaß des Heizkörpers ein Temperatur fühler
und am Einlaß oder Auslaß des Heizkörpers ein Durchflußmengenmesser im Zusammenwirken
mit einem integrierenden Rechner die durch
das Heizungswasser transportierten
ein- und ausgelassenon Wärme mengen ermitteln. Diese Art von Messung ist im Gegesatz
zu den bisher verwendeten Verdunstungsmessern sehr viel genauer und auch dann anwendbar,
wenn die Heizkörperventile nicht zentral gesteuert werden. Wenn letzteres jedoch
geschieht, besteht der besondere Vorteil, daß nach Kenntnis des Zusammenhangs zwischen
Energiezufuhr zu einem Raum und der daraus folgenden Temperaturerhöhung in dem Raum
das zentrale Steuergerät bei der Steuerung einerseits der Heizkörperventile, andererseits
der Kessel- und Vorlauftemperatur in jedem Augenblick von dem Wärmebedarf der verschiedenen
Heizkörper in Wärmeeinheiten, d.h. von dem tatsächlichen Energiebedarf ausgehen
kann, anstatt, wie in herkömmlichen Anlagen, unabhängig vom ständig schwankenden
Wärmebedarf der verschiedenen Räume eine durch einen oder mehrere andere Parameter
vorgegebene Vorlauftemperatur zur Verfügung zu stellen. In beiden Fällen wird zwar
der Wärmebedarf erfüllt, aber bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfanren wird
durch die in jedem Augenblick stattfindende Berücksichtigung der Wärmebedarfssituation
in jedem einzelnen Raum erreicht, daß der Brenner weniger läuft oder kleiner gewählt
werden kann.
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Die neue Heizungssteuerung wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn
mehrere Heizenergiequellen unterschiedlicher Art angeschlossen sind, z.B. außer
einem mit Öl, Gas oder festen Brennstoffen befeuertem Heizkessel noch eine Elektrospeicherheizung,
Wärmepumpe und/oder Sonnenkollektorheizung. In diesem Fall kann die Berücksichtigung
der augenblicklichen Wärmebedarfssituation in den verschiedenen Räumen dazu führen,
daß im ökonomisch richtigen Moment die eine Heizquelle abgeschaltet und stattdessen
eine oder mehrere andere Heizquellen eingeschaltet werden.
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Es versteht sich, daß im Zusammenhang der vorliegenden Anmeldung mit
dem Begriff "Heizkörper" jede Art von Wärme zu Heizzwecken abgebende Art von Körper
gemeint ist, z.B. auch eine Fußbodenheizung.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen vereinfachten Schaltplan einer erfindungsgemäßen Heizungssteuerung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht schräg von unten auf das zentrale Steuergerät
der Heizungssteuerung nach Fig. 1; Fig. 3 eine Vorderansicht des Steuergeräts nach
Fig. 2; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Raumregler und steuerungsmäßigen
Anschlüsse in verschiedenen Räumen; Fig. 5 eine perspektivische Vorderansicht eines
Raumreglers nach Fig. 4; Fig. 6 ein Heizkörperventil zur Steuerung und Messung des
Wärmedurchgapgs.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Heizungsanlage sind an ein zentrales
Steuergerät 10 eine Vielzahl von Heizquellen angeschlossen, z.B. ein Elektrospeicher
12, ein Feststoffkessel 14, ein Ölbrenner 16, ein Gasbrenner 18, ein Sonnenkollektor
20, Wärmepumpen 22 und 24 zur Erwärmung von Heizungs- und/oder Brauchwasser sowie
ein Absorber 28. Vom zentralen Steuergerät 10 wird außerdem die Menge des aus einem
Ölbehälter 30 zum Ölbrenner geförderten Öls erfaßt. Die Leitungen zwischen dem zentralen
Steuergerät 10 und den einzelnen Heizquellen sind Steuerleitungen zum Ein- und Ausschalten
der einzelnen Heizquellen sowie ggf. Leitungen zur Übertragung von Meßwerten, beispielsweise
von Temperaturfühlern. Solche Verbindungen bestehen auch zu einem Brauchwasserspeicher
32 und einem Heizungszwecken dienenden Warmwasserspeicher 34. Weitere Steuerleitungen
verbinden das zentrale Steuergerät 10 z.B. mit einer Zuluftklappe 36 und einer
Abgasklappe
38 eines Heizkessels, Heizungspumpen 40, Zirkulationspumpen 42 und einem oder mehreren
Heizungswasser-Mischventilen 44. Schließlich sind über geeignete Meßwertleitungen
Temperaturfühler 46, 48 sowie ggf. weitere derartige Fühler zum Messen verschiedener
Temperaturen, z.B. der Außentemperatur, der Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur
usw. mit dem zentralen Steuergerät 10 verbunden.
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Der Anschluß des zentralen Steuergeräts 10 an die Raumregler und Heizkörperventile
in den verschiedenen Räumen erfolgt über das im Gebäude vorhandene Stromnetz. In
Fig. 1 ist deshalb ein Anschlußstecker 50 gezeigt, über den die aus den verschiedenen
Räumen kommenden Meßsignale und die dorthin gesendeten Steuersignale übertragen
werden.
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Da das zentrale Steuergerät 10 mit einer Vielzahl von Kabeln verbunden
werden muß, ist gemäß Fig. 2 ein Kabelkanal 52 vorgesehen. Die verschiedenen Kabel
werden an Anschlußklemmen 54 des Steuergeräts 10 angeschlossen.
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Das Steuergerät 10 enthält auf seiner Vorderseite die erforderlichen
Organe zum Einstellen, Anzeigen, Ablesen und Anschließen. Bei 56 werden bei Inbetriebnahme
der Heizungsanlage Tag, Stunde und Minute eingestellt. In einer Anzeigetafel 58
erscheinen daraufhin der Wochentag (im Beispielsfall Montag) und die Uhrzeit. Den
größten Teil der Vorderfläche des Steuergeräts 10 nehmen drei Reihen Leuchtdioden
60 ein, neben denen jeweils die zugeordneten angeschlossenen Einheiten schriftlich
rotiert werden. Es ist also jeweils eine Leuchtdiode 60 jeder Primärenergiequelle,
jedem Temperaturfühler usw. zugeordnet. Mittels eines Schalters 62 kann man die
Leuchtdioden 60 nacheinander einzeln aufleuchten lassen und sich jeweils im Anzeigefeld
58 die zugehorige Temperatur (im Beispielsfall 300) anzeigen lassen, wenn bei der
mit der bestimmten Leuchtdiode 60 bezeichneten Einheit eine Temperatur gemessen
wird. Außerdem kann man dann bei derselben Einheit mittels eines weiteren Schalters
64 sich wahlweise die bisherigen Betriebsstunden oder den Verbrauch (im Beispielsfall
6450 Stunden oder Liter) anzeigen lassen.
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Im unteren Bereich der Frontseite des zentralen Steuergeräts 10 befinden
sich, jeweils abgedeckt, bei 66 eine Reihe Anschlußklemmen für Primärenergiequellen,
bei 68 eine Reihe Anschlußklemmen für Peripheriegeräte, bei 70 eine Reihe Anschlußklemmen
für Meßfühler und bei 72 eine Reihe Schalter, mit deren Hilfe das für eine bestimmte
Heizungsanlage in Frage kommende Programm einzuschalten ist, wobei die betätigten
Schalter durch zugeordnete Leuchtdioden 74 angezeigt werden.
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In den einzelnen Räumen des Gebäudes befindet sich jeweils ein Raumregler
76 gemäß Fig. 4 und 5. Die Heizkörperventile sind in Fig. 4 mit 78 bezeichnet. Mit
ihrer Hilfe wird die Wärmezufuhr zu Heizkörpern 80 gesteuert, die auch in Form einer
Fußbodenheizung 82 vorhanden sein können. Sowohl die in Fig. 5 näher gezeigten Raumregler
als auch die in Fig. 6 näher gezeigten Heizkörperventile 78 sind mit normalen Steckern
50 versehen, mittels derer über die normalen Stromleitungen des Hauses die Verbindung
mit dem zentralen Steuergerät 10 hergestellt ist.
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Die Raumregler 76 gemäß Fig. 5 haben ein Anzeigefeld 84 zur Anzeige
des Wochentags,der Zeit und der Temperatur. Darunter befindet sich ein Schalter
86, durch den zwischen einer willkürlichen Steuerung von Hand und automatischer
Steuerung umgeschaltet werden kann. Außerdem ist ein Temperaturwählknopf 88 vorhanden.
Mittels zweier Reihen von Schaltern 90, 92 kann für Wochentage und Wochenenden getrennt
Stunde für Stunde die Temperatur eingestellt werden, die bei automatischem Betrieb
eingehalten werden soll. Sowohl diese Solltemperaturen als auch die vom Raumregler
gemessene Ist-Temperatur werden an das zentrale Steuergerät 10 gemeldet.
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Das in Fig. 6 gezeigte Heizkörperventil 78 ist über ein Rohrverbindungsstück
94 mit dem Einlauf des Heizkörpers verbunden.
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In dem Rohrverbindungsstück 94 ist ein Temperaturfühler 96 und ein
Durchflußmengenmesser 98 angeordnet, letzterer z.B.
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in Form eines vom hindurchströmenden Heizungswasser angetriebenen
Propellerrads. Ein ähnliches Rohrverbindungsstück, jedoch ohne DurchfLußmengenmesser,
befindet sich auch am Auslauf
des Heizkörpers. Die im Einlauf
und Auslauf des Heizkörpers gemessenen Temperatur- und Volumenwerte werden an ein
mit dem Heizkörperventil 78 verbundenes Steuergerät 100 geleitet, welches als Sender
und Empfänger dient, um die genannten Meßdaten mit bestimmter Frequenz über das
Stromnetz des Hauses an das zentrale Steuergerät 10 zu übertragen und von dort Steuerbefehle
zur kontinuierlichen Verstellung des Heizkörperventils 78 zu empfangen. Der aus
den am Einlauf und Auslauf gemessenen Daten berechnete Wärmeverbrauch des Heizkörpers
wird in einem Anzeigefeld 102 des Steuergeräts 100 als exakte Zahlenangabe angezeigt.
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Die beschriebene Heizungsanlage ist vorzugsweise so programmiert,
daß die Steuervorrichtung durch Vergleich der gelieferten Wärmemengen mit den dabei
erreichten Temperaturen "lernt", mit welcher Trägheit der Anlage in dem betreffenden
Haus gerechnet werden muß. Es bedarf daher nicht der stets mit Unsicherheiten behafteten
Schätzung.
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- L e e r s e i t e -