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Steuereinheit für eine Heizungsanlage
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Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit in einem Pilqtraumwfür eine
Heizungsanlage, deren eine Umwälzpumpe aufweisender'Heizungskreis von einer Wärmepumpe
mit Speicher und einem zweiten Wärmeerzeuger beheizbar ist, wobei die Steuereinheit
einen Nachtabsenkungskontakt und einen voreinstellbaren raumtemperaturabhängigen
ersten Thermostatkontakt aufweist, der die Umwälzpumpe schaltet.
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Steuereinheiten für Heizungsanlagen mit einer einzigen Wärmequelle
arbeiten mit einem Raumthermostat im -Pilotraum, beispielsweise dem Hauptwohnraum.
Er schaltet die Umwälzpumpe oder steuert die Vorlauftemperatur des Heizungskreises
Eine
Reduzierung der Heizleistung nachts ist durch ZurUckstellen des Thermostatkontakts
möglich. Sie kann auch an dem Wärmeerzeuger selbst vorgenommen werden.
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Solche Heizungsanlagen nachträglich mit einer Wärmepumpe zu erweitern
ist günstig, da diese dann eine Grundlast mit hohem Wirkungsgrad übernehmen kann.
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Allerdings bietet in solchen Fällen eine gegenseitige Abstimmung der
Steuerungen der Wärmepumpe einerseits und des zweiten Wärmeerzeugers andererseits
Schwierigkeiten.
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Es sind aufwendige Steuereinheiten bekannt, mit denen sich eine Wärmepumpe
und ein zweiter Wärmeerzeuger sicher und hinsichtlich des Wirkungsgrades wirkungsvoll
steuern lassen. An solchen Steuereinheiten sind zahlreiche Heizkurven und verschiedene
Betriebsarten einstellbar. Außerdem ist unter anderem auch der Bivalenzpunkt einstellbar,
bei dem beide Wärmeerzeuger gegebenenfalls parallel arbeiten. Solche Steuereinheiten
sind nicht im Pilotraum, sondern im Heisungsraum untergebracht, denn sie sind für
den nicht sachkundigen Benutzer derart unverständlich, daß eine durch ihn vorgenommene
Verstellung nicht zu einem gewünschten Ergebnis führen kann. Zu solchen Steuereinheiten
sind Fernversteller bekannt, mit denen aus einem Pilotraum die Vorlauftemperatur
geändert werden kann.
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Es besteht der Wunsch, nach einer Steuereinheit, die dem sachunkundigen
Benutzer die Möglichkeit gibt, nach seinem jeweiligen individuellen Wärmebedürfnis
Umschaltungen
vorzunehmen, die schnell zum gewünschten Erfolg führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Steuereinheit der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, mit der der Benutzer die Wärmedarbietung der Heizungsanlage
schnell und einfach vergrößern oder reduzieren kann, ohne daß der Gesamtwirkungsgrad
der Anlage gravierend verschlechtert wird.
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Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuereinheit
zwei Je für' sich betätigbare Schaltkontakte aufweist, daß der erste Schaltkontakt
ein dem ersten Thermostatkontakt nachgeschalteter Vorwahlkontakt für die zur Wärmepumpe
zusätzliche Beheizung des Heizkreises über den zweiten Wärmeerzeuger ist und daß
der zweite Schaltkontakt der Nachtabsenkungskontakt ist, der die Wärmepumpe in seiner
Nachtstellung von dem ersten Thermostatkont'akt trennt.
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Über den ersten Thermostatkontakt stellt der Benutzer wie dies üblich
und weit bekannt ist, die gewünschte Raumtemperatur ein. Die Wärmepumpe beheizt
den Heizungskreis. Will der Benutzer nicht abwarten, bis allein über die Wärmepumpe
die gewünschte Raumtemperatur erreicht ist, dann betätigt er den ersten Schaltkontakt.
Dadurch schaltet zusätzlich zur Wärmepumpe der zweite Wärmeerzeuger, wie beispielsweise
ein Öl- oder Gasbrenner ein.
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Dadurch wird die gewünschte Raumtemperatur schnell erreicht.
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Will der Benutzer für einige Zeit, beispielsweise über Nacht, die
Raumtemperatur herabsetzen, dann braucht er hierfür den ersten Thermostatkontakt
nicht zurückstehen, sondern lediglich den zweiten Schaltkontakt betätigen.
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Dadurch wird der erste Thermostatkontakt thermisch so beeinflußt,
daß er bereits bei einer niedrigeren Raumtemperatur abschaltet. Gleichzeitig wird
die Wärmepumpe vom ersten Thermostatkontakt getrennt, so daß sie nicht schon beim
Erreichen der reduzierten Raum-Solltemperatur abschaltet, sondern weiterarbeitet
und den mit ihr verbundenen Speicher lädt. Wäre dies nicht der. Fall, dann würde
die Wärmepumpe bei der abgesenkten Raum-Solltemperatur abschalten, obwohl sie zu
dieser Zeit- eine wirtschaftliche Speicherladung vornehmen könnte.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung.weist die Steuereinheit
einen zweiten raumtemperaturabhängigen Thermostatkontakt auf, der bei einer höheren
Temperatur schaltet als der erste Thermostatkontakt, und die Wärmepumpe ist in der
Nachtstellung des zweiten Schaltkontakts über den zweiten Thermostatkontakt betrieben.
Mit diesem zweiten Thermostatkontakt wird die Wärmepumpe im Nachtabsenkungsbetrieb
erst nach der Umwälzpumpe abgeschaltet.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist an der Steuereinheit
eine Kontrolleuchte angeordnet, die aufleuchtet, solange der zweite Wärmeerzeuger
eingeschaltet ist. Der Benutzer wird dadurch an das von ihm vorzunehmende Abschalten
des zweiten Wärmeerzeugers erinnert.
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Der Begriff der Nachtabsenkung bedeutet im hier interessierenden Zusammenhang
nicht, daß die Absenkung der Raum-Solltemperatur nur nachts erfolgen soll. Die Zeit
der Absenkung ist in das Belieben des Benutzers gestellt.' Weitere, vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines-
Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine
Steuereinheit in-Ansicht und Figur 2 einen Schaltplan der Steuereinheit und schematisch
den Schaltplan der. Heizungsanlage, In einem Hauptaufenthaltsraum ist eine Steuereinheit
1 installiert. Diese weist einen Einstellknopf 2 für zwei Thermostatkontakte 3.und
4 auf. Außerdem ist sie mit einem Tag-/Nachtschalter 5 versehen, der einen Nachtabsenkungskontakt
6 betätigt. Neben dem Tag-/Nachtschalter 5 - ist ein Mono-/Bivalenzschä,lter 7 angeordnet,
mit dem ein Vorwahlkontakt 8 zu betätigen ist.
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Die Steuereinheit 1 weist weiterhin eine Kontrolleuchte 9 auf. In
ihr ist außerdem ein weiterer Thermostatkontakt 10 angeordnet, der als Frostschutzthermostat
dient.
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Die Heizungsanlage weist einen Ölbrenner 11 und eine diesem parallelgeschaltete
Wärmepumpe 12 mit Speicher 13
auf. Über ein Mischventil 14 sind
diese beiden Wärmeerzeuger an eine Vorlaufleitung 15 angeschlossen, in die eine
Umwälzpumpe 16 -geschaltet ist. Die Vorlaufleitung 15 führt zu Heizkörpern 17, von
denen wenigstens einer im gleichen Raum wie.die Steuereinheit 1 untergebracht ist.-Ein
Schaltaggregat 18 schaltet das Mischventil 14. Zum manuellen Einschalten des Abtauens
des Verdampfers der Wärmepumpe 12 ist ein Abtauschalter 19 vorgesehen, der im Bedarfsfall
ebenfalls zur Steuereinheit 1 verlegt sein und an dieser betätigbar sein kann.
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An Pole 20 und 21 der Steuereinheit 1 ist die Netzwechselspannung
angeschlossen. Die Kontakte 3, 4, 6 und 10 liegen am Pol 20. Der Kontakt 3 ist mit
der Umwälzpumpe 16 verbunden. In Reihe zu ihm liegt der Kontakt 8.
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Der Kontakt 4 ist über einen von einer Relaiswicklung 22 geschalteten
Umschaltkontakt 23.mit dem'Verdichter der Wärmepumpe 12 verbunden.
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Der Nachtabsenkungskontakt kann in eine Tagstellung oder eine - in
Figur 2 dargestellte - Nacht stellung gebracht werden. In der Nachtstellung ist
ein in der Steuereinheit 1 angeordneter Heizwiderstand 24 stromdurchflossen.
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Ein weiterer zwischen dem Heizwiderstand 24 und dem Thermostatkontakt
3 liegender Heizkontakt 25 ist stromdurchflossen, wenn der Thermostatkontakt 3 geschlossen
ist. Beide Heizwiderstände 24 und 25 sind in der Steuereinheit 1 so angeordnetw
daß ihre Wärme auf die Thermostatkontakte 3 und 4 wirkt. In der Nachtstellung steht
der Umschaltkontakt 23 in der in Figur 2 dargestellten
Stellung.
In der Tagstellung des Nachtabsenkungskontakts 6 ist über die Relaiswicklung 22
der Umschaltkontakt 23.mit der Schaltkontakt 3 verbunden.
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In der-in Figur 2-dargesteLlten Monovalenzstellung des Vorwahlkontakts
8 wird bei geschlossenem Thermostatkontakt 3 ,über das Schaltaggregat 18 das Mischventil
14 so geschlossen, daß der ölbrenner 11 nicht an die Vorlaufleistung 15 angeschlossen
ist. In der Bivalenzstellung des Vorwahlkontakts 8 liegt bei geschlossenem Thermostatkontakt
3 eine Relaiswicklung 26 an Spannung, die dann einerseits über Kontakte 26a das
Mischventil 14 öffnet und andererseits den blbrenner 11 über Kontakte 26b einschaltet.
Außerdem steht dann die Kontrolleuchte 9 unter Spannung. Eine Mischerregelung 27
übernimmt dabei in an sich bekannter Weise unter Zuhilfenahme der Relaiskontakte
26a und 26c die Steuerung des Schaltaggregats 18 und damit die Stellung des Mischventils
14.
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Schließt' bei besonders niedriger Raumtemperatur der Thermostatkontakt
10, dann wird über die Relaiswicklung 26 ebenfalls der Ölbrenner 11 eingeschaltet
und das Mischventil 14 geöffnet, wobei auch dann die Kontrolleuchte 9 aufleuchtet.
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Die Schalttemperaturen der Thermostatkontakte 3'und 4 sind unterschiedlich
hoch. Die Schalttemperatur des Thermostatkontakts 4 liegt b-ei'spielsweise um 4
K höher, als die des Thermostatkontakts 3. Durch ein,Drehen am Einstellknopf 2 werden
die Schalttemperaturen um den gleichen Betrag verändert. Der Widerstandswert des
Heizwiderstands 24 ist so ausgelegt, daß dieser den Thermostatkontakten 3 und 4
eine beispiels'weise-um 4 K höhere Umgebungstemperatur vortäuscht. Die Temperatur
im Bereich
der Thermostatkontakte 3 und 4 ist also einerseits durch
die tatsächliche Raumtemperatur und andererseits durch die zusätzliche Beheizung
durch die Heizwiderstände 24 und 25 bestimmt. Der Heizwiderstand 25 unterstützt
ein PI-Regelverhalten der Steuereinheit 1.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Steuereinheit ist im wesentlichen
folgende: Ist beispielsweise der Einstellknopf 2 auf eine Soll-0 temperatur von
20 C- eingestellt und.ist diese Solltemperatur nicht erreicht, dann sind die Thermostatkontakte
3 und 4 geschlossen. Unter der Annahme, daß der Mono-/ Bivalenzschalter 7 in seiner
in Figur 2 dargestellten Monovalenzstellung und der Nachtabsenkungskontakt 6 in
seiner Tagstellung steht, wodurch der Umschaltkontakt 23 in seiner nicht dargestellten
Stellung steht, läuft die Umwälzpumpe 16 und die Wärmepumpe 12, so daß die Raumheizung
allein über die Wärmepumpe 12 bzw. deren Speicher 13 erfolgt. Nach einer gewissen
Zeit wird die Raum-Solltemperatur erreicht sein. Dann öffnet der Thermostatkontakt
3, wodurch die Umwälzpumpe 16 und die Wärmepumpe 12 abschalten.
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Dauert es dem Benutzer-zulange, bis allein über die Wärmepumpe 12
die gewünschte Raumtemperatur erreicht wird, dann legt er den Schalter 7 um, wodurch
der Vorwahlkontakt 8 über die Relaiswicklung 26 den Ölbrenner 11 einschaltet und
das Mischventil 14 öffnet. Nun arbeiten die Wärmepumpe 12 und der Ölbrenner 11 parallel.
Die
Raum-Solltemperatur wird dementsprechend schneller erreicht
werden tst die Raum-Solltemperatur erreicht, schalten Ölbrenner 11, Wärmepumpe 12
und Umwälzpumpe' 16 ab. Während des Betriebs des Ölbrenners 11 leuchtet die Kontrolleuchte
9. Der Benutzer kann jederzeit durch Zurückschalten des Schalters-7 in seine Monovalenzstellung
den Ölbrenner 11 abschalten.
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Solange der Tag-/Nachtschalter 5 in seiner Tagstellung steht, ist
der Thermostatkontakt 4 wirkungslos, Will der Benutzer die Raustemperatur. für einige
Zeit um einen Wert absenken, der un.ter der am Einstellknopf 2 eingestellten Solltemperatur
liegt, dann betätigt er den Tag-/Nachtschalter 5 so, daß dessen Kontakt 6 in die
in Figur 2 dargestellte Stellung gelangt. Es kippt dann der Umschaltkontakt 23 in
die in Figur 2 dargestellte Stellung. Der Heizwiderstand 24 liegt an Spannung, -so
daß er nun die Thermostatkontakte 3 und 4 beheizt.
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Solange die Raumtemperatur unter dem abgesenkten Sollwert - im-Beispielsfalle
160C - liegt sind die Schaltkontakte 3 und 4 geschlossen. Die Umwilzpumpe 16 liegt
über den Thermostatkontakt 3 an Spannung. Die Wärmepumpe 12 liegt über den Thermostatkontakt
4 und den Umschaltkontakt 23 an -Spannung. Solange der Thermostatkontakt 3 geschlossen
ist, liegt auch'der Heizwiderstand 25 an Spannung, so daß er ebenfålls zu einer
Temperaturerhöhung im Bereich derThermostatkontakte 3 und 4 führt.
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Sobald die abgesenkte Raum-Solltemperatur - im Beispielsfalle 1600
- erreicht ist, schaltet die Umwälzpumpe 16 ab. Gleichzeitig wird der Heizwiderstand
25 stromlos, Die Raumheizung ist beendet. Die Wärmepumpe 12 läuft jedoch weiter
und heizt ihren Speicher 13 nach.
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Erst wenn am Thermostatkontakt 4 dessen höhere abgesenkte Schalttemperatur,
im Beispielsfalle also 200C, erreicht ist, schaltet auch die Wärmepumpe 12 ab. Dies
wird entweder dann erfolgen, wenn der Heizwiderstand 24 sehr lange heizt oder wenn
die Außentemperatur und damit auch die Raumtemperatur relativ hoch sind. Dadurch,
daß die Temperaturdifferenz zwischen den Schalttemperaturen der Thermostatkontakte
3 und 4 etwa gleich der Temperaturdifferenz zwischen der Tag-Soll temperatur und
der abgesenkten Nacht-Solltemperatur ist, ist erreicht, daß der Speicher 13 von
der Wärmepumpe 12 etwa auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die bei der nächsten
Umschaltung des Tag-/Nachtschalters 5 in Tagstellung zu einem beschleunigten Erreichen
der Tag-Solltemperatur führt.
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Steht bei, Nacht stellung des Kontakts 6 der Vorwahl~ kontakt 8 in
Bivalenzstellung, dann wird auch die Nachtaufheizung von dem Ölbrenner 11 unterstützt.
Der Ölbrenner 11 schaltet jedoch jedenfalls ab, wenn der Thermostatkontakt 3 bei
Erreichen der abgesenkten Raum-Solltemperatur öffnet.
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-Der Benutzer hat jederzeit die Möglichkeit, den Schalter 5 bzw. den
Kontakt 6 von Nachtstellung auf Tagstellung umzuschalten, wodurch dann gegebenenfalls
mit Unterstützung des Ölbrenners 11 schnell die gewünschte Raum-Solltemperatur erreicht
wird.
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Wird zu besonders kalten Zeiten dann, wenn der Benutzer abwesend ist-und
der Vorwahlkontakt 8.in Monovalenzstellung steht trotz Arbeitens der Wärmepumpe
12 eine gewisse Raumtemperatur unter 100C nicht erreicht, dann kann an irgendwelchen
Stellen die Gefahr-von Frostschäden bestehen. Bei einer derart niedrigen Raumtemperatur
schließt der Thermostatkontakt 10, wodurch der Ölbrenner 11 anspringt bis der Thermostatkontakt
10 wieder öffnet.
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Ist der Verdampfer der Wärmepumpe 12.an einem Ort untergebracht, der
von dem Raum in dem-die Steuereinheit 1 montie.rt ist, einfach einsehbar oder erreichbar
ist, wird der Abtauschalter 19 in .die Steuereinheit 1 integriert, s.o' daß der
Benutzer das notwendige Abtauen des Verdampfers ohne besondere Umstände steuern
kann.
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Insgesamt hat der Benutzer durch die beschriebene Steuereinheit die
Möglichkeit, seine Heizungsanlage nach seinen persönlichen Bediirfnissen zu steuern.
Er braucht sich hierfür nicht mit ihm fremden Kenngrößen zu befassen. Er schwebt
auch nicht in der Gefahr leicht gänzlich unwirtschaftliche Einstellungen vornehmen
zukönnen.