DE3345949A1

DE3345949A1 - Vorrichtung zum steuern eines zentralheizungssystems

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Publication number: DE3345949A1
Application number: DE3345949A
Authority: DE
Inventors: Christian Prof.Dipl.-Ing. 7710 Donaueschingen Dirks
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1985-06-27

Description

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Vorrichtung zum Steuern eines Zentralheizungssystems

■ Γ ie Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern eines Zentralheizungssystems, bei dem ein fluider Värmeträger mit Thermostatventilen ausgerüstete Heizkörper durchströmt, mit Einrichtungen zur Messung der ^ri emperatur dos Wärmeträgers und weiterhin einer Steuereinheit, welche die gemessenen Werte verarbeitet,

; speichert und Stellbefehle an die Wärmeerzeugungseinheit \ und gegebenenfalls mindestens ein Mischventil zum Einstellen der Vorlauftemperatur veranlasst.

ί Steuervorrichtungen dieser Gattung sind auf verschiedene Art und Weise verwirklicht (vgl. Zeitschrift "Test", Nr. 10 (1982), Seite 898 bis 901). Meist wird die Steuerung lediglich auf einzelne Einflußgrößen des Wärmebedarfs bezogen, wobei die übrigen Einflußgrößen unberücksichtigt bleiben. Ein typisches Beispiel hierfür ist die aussentemperaturgeführte Vorlaufregelung. Die einzige verwendete Einflußgröße für den Wärmebedarf ist hier die Außentemperatur. Sie wird als Führungsgröße für die Einstellung der Vorlauftemperatur und damit für das Wärmeangebot benutzt. Das Wärmeangebot folgt demgemäß dieser Größe und damit nicht notwendigerweise dem echten Bedarf. Wird die Stärke anderer Einflußgrößen aber erheblich, so muß es zu Fehlleistungen eines solchen Systems kommen. Ein Beispiel hierfür ist starke Sonneneinstrahlung durch große Fensterfronten. Die Systeme dieses Typs sind durch die Anwendung einer sogenannten Heizkennlinie gekennzeichnet, bei der ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Außentemperatur und der Vorlauftemperatur zugrundegelegt wird.

Damit das häufig überhöhte Wärmeangebot nicht zu entsprechend ständig überhöhter Wärmeabgabe durch die Heizkörper an die Räume führt, werden

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häufig Heizkörperthermostatventile eingesetzt. Deren Aktion kann eine überhöhte Wärmeabgabe weitgehend verhindern, hat aber keinen Einfluß auf das Wärmeangebot bzw. die Vorlauftemperaturen, sodaß die Wärmebereitstellungs- und Transportverluste im Durchschnitt unnötig, hoch bleiben. Da keine Verbindung zwischen den Heizkörperthermostatventilen und der Vorlauftemperatursteuerung besteht, ist es nicht möglich, den tatsächlichen Wärmebedarf zu erkennen und das Wärmeangebot diesem anzupe^ssen.

Bei aufwendigeren Systemen dieser Art werden drei Temperaturen gemessen, nämlich Außen-, Vorlauf- und zusätzlich Raumtemperatur und eine eingebaute Steuereinheit soll es ermöglichen, einen individuellen Zusammenhang zwischen Außen-bzw. Innentemperatur und der zweckmäßigen Vorlauf temperatur zu ermitteln. Aber selbst, wenn man unterstellen wollte, daß damit überhöhte Vorlauftemperaturen weitgehend vermieden werden können, bleibt der relativ hohe Messaufwand an Stellen in großer Entfernung vom Heizaggregat, die bei der Installation einen entsprechenden Aufwand bedingen und es bleibt die Bezogenheit auf einen Führungsraum, meist den Wohnraum, der mit seinen großen, oft nac ι Süden orientierten Fensterflächen als Führungsgrößf?

wiederum problematisch ist. Im übrigen macht die Verwendung von Heizkörperthermostatventilen insbesondere im Führungsraum Schwierigkeiten.

Wegen der vorgenannten Nachteile ist ein anderer Systemansatz bekannt geworden, bei dem aus Begleitgrößen des Wärmebedarfs, nämlich der Vorlauftemperatur (Tv) und der Rücklauftemperatur (Tr), sowie der als konstant vorgege-

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benen mittleren Raumsoll-Temperatur (Ts) die einzustellende Vorlauf-Zieltemperatur (Tz) gewonnen wird, gemäß der folgenden Gleichung:

Tz = K· —— = K-^Tn
Tv - Ts

Vergleich dazu ELEKTRONIK, Jahrgang 22 (1982), Heft 11, .5. 115 bis 118. Hierin wird ein fester Zusammenhang zwischen der normierten Differenztemperatur (Δ Tn) -ind der Vorlauf temperatur (Tv) festgesetzt. Ein solcher Zusammenhang kann aber immer nur für eine ganz bestimmte nnstallationseinheit zutreffen, bei der z.B. das Isolacionsvermögen des Gebäudes, die Bauart der Heizkörper j.s.w. bestimmte Eigenschaften bzw'. Werte aufweisen.

3ei einer anderen Installationseinheit, die von den angenommenen Werten abweicht, trifft der als gegeben gesetzte Zusammenhang zwischen Vorlauf-und normierter Differenztemperatur nicht zu. Infolgedessen müßte man in jedem Gebäude nach Fertigstellung der Installation deren Steuerung bzw. den vorgenannten Zusammenhang optimal einstellen, d.h. die Größe K in vorgenannter Gleichchung ermitteln und individuell eingeben. Ein weiterer Nachteil dieses Systemansatzes besteht darin, daß wegen der bei Zweirohrsystemen stark schwankenden Durchflussmenge nur eine Anwendung in Einrohrinstallationen infrage kommt, womit nur ein sehr beschränkter Anwendungsbereich zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Steuervorrichtung zu schaffen, welche das Wärmeangebot bzw. die Vorlauftemperatur optimal an

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den tatsächlichen Wärmebedarf anpaßt, darüber hinaus
diese Anpassung ohne individuelle Voreinstellung leistet, in gleicher Weise auf Einrohr- und Zweirohrheizsysteme
anwendbar ist und die schließlich bezüglich des Aufwandes an zu installierenden Meßstellen und deren Verdrahtung
innerhalb der Baueinheit mit einem Minimum auskommt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst durch

a) Mittel zum selbsttätigen mess- und rechentechnischen
Erfassen des Wärmewiderstandes;

b) Mittel zum selbsttätigen Erfassen des Drosseins der

Heizkörperthermostatventile aufgrund einer Ändexung c'.es Wärmewiderstandes, der zu verschiedenen Zeiten cfespe;.-chert und selbsttätig verglichen wird;

c) Mittel zum selbsttätigen Einstellen der Vorlauf- bzw.
Warmetragertemperatur auf Werte, die einen Betrieb der Hexzkörperthermostatventile im Bereich mäßiger Drosselung bewirken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für
Zentralheizungen mit Wasser als Wärmeträger und einem

üblichen ölbrenner als Wärmeerzeuger geeignet. Soweit ein oder mehrere Mischventile vorgesehen sind zur Eins ^ellung der Vorlauftemperatur können übliche Fabrikate mit elektrischem Stellmotor Anwendung finden.
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Als erfindungsgemäße Mittel zum selbsttätigen Erfassen des Wärmewiderstandes kommen bevorzugt Temperaturmessfühler, insbesondere Widerstandsmessfühler in Betracht zur Erfassung der Temperaturen, i.d.R. Vorlauf- und/oder Rücklauf- und/oder Kesseltemperatur, wie sie insbesondere cemäß den in Unteransprüchen definierten spezifischen Lösungen benötigt werden. Weiterhin wird ein Zeitmessgerät benötigt, wofür sich z.B. eine integrierte Uhrenschaltung eignet. In bestimmten Fällen empfiehlt es sich weiterhin, c:ie Durchflußmenge des Wärmeträgers (pro Zeiteinheit) riesstechnisch zu erfassen, wozu handelsübliche Durchflußnesser, z.B. Kontaktwasserzähler benutzt werden können. Man kann zum Erfassen des WärmewiderStandes auch elektronische Wärmezähler verwenden.

Unter Wärmewiderstand Rth wird in Analogie zum Ohm'sehen Gesetz bekanntermaßen ein Quotient einer für die Wärmeabgabe maßgeblichen Temperatur bzw. Temperaturdifferenz und der pro Zeiteinheit an die Räume abgegebenen Wärmemenge dQ/dt verstanden, letztere oft als Wärmestrom Ith bezeichnet. Vereinfacht gilt

Rth = Tv/Ith,

wobei Tv die vorzugsweise in ⁰C eingesetzte Vorlauftemperatur bedeutet. Eine genauere Definition lautet bevorzugt wie folgt:

Rth = · ^Tv - ^Tra

Ith

wobei Tra die Raumtemperatur ist. Beide Temperaturen können in.⁰C oder ⁰K eingesetzt werden. Der Wärmestrom Ith bezieht sich bevorzugt auf die Wärmemenge pro Zeiteinheit, wie sie von den Heizkörpern bzw. Heizflächen des jeweili-

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gen Heizungssystems abgegeben wird.

Die Erfindung geht nun erstmalig von der Erkenntnis aus, daß der Wärmewiderstand eine für die Steuerung eines Zentralheizungssystems sehr geeignete Große ist, sofern das System mit Thermostatventilen ausgerüstet ist, die je nach dem Ausmaß der Ventildrosselung den Wärmewiderstand der Anlage verändern können. Gemäß der Erfindung wird also der Wärmewiderstand bzw. eine ihm proportionale Größe erfaßt, wofür in mess- und rechentechnischer Hinsicht verschiedenartige Lösungen zur Verfügung stehen. Einige wichtige Lösungen sind in Unteransprüchen spezifiziert. Der so erfaßte Widerstand wird von der Steuerbzw. Recheneinheit zu verschiedenen Zeiten gespeichert und verglichen und so auch seine Änderung bzw. ein hierfür proportionaler Wert digital oder analog selbsttätig ermittelt.

Wird nun etwa - und eine solche Auslegung der Steuervorrichtung ist im Rahmen der Erfindung sehr zu empfehlen die Anlage selbsttätig aus dem unterkühlten Zustand angesteuert (etwa frühmorgens oder nach Rückkehr aus einem Urlaub nach Beendigung einer Spar- bzw. Temperaturabsenkungsphase), dann befinden sich die Thermostatventile im Zustand maximaler öffnung bzw. minimaler Drosselung. Dia Größe Rth nimmt also einen Minimalwert an, den die Steuervorrichtung nun erfaßt. Dieser bleibt so lange unvarändart, wie der unterkühlte Zustand der Räume noch anhält. Ist beim Herauf fahren des Heizungssystems eine Annäherung a.i die in den Thermostatventilen der Heizkörper manuell vorgewählte Solltemperatur im Gange, beginnen die Thermostatventile zu drosseln, d.h. der Wärmewiderstand - hiar

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ί Is indirektes Maß für die Drosselung benutzt - steigt ;etzt. Das erfaßt die Steuereinheit und setzt dies in ttellbefehle um, die das Wärmeangebot verringern. Das kann je nach der Art der spezifischen Lösung z.B. durch ein Verstellen des Mischventiles über dessen Stellmotor erfolgen zur Absenkung der Vorlauftemperatur des Wärmeträgers. Im Falle eines temperaturgeführten Heizkessels wird die Kesseltemperatur abgesenkt durch Verringerung der Wärmeerzeugung, also z.B. durch Verlängerung der Intervalle zwischen den Brennzeiten eines ölbrenners oder dergleichen.

Es braucht sich also nicht unbedingt um die Einstellung der Vorlauftemperatur zu handeln, es kann sich etwa bei Niedertemperaturkesseln, bei denen ein Mischventil entfallen kann, einfach um die Einstellung der Kesseltemperatur bzw. der Temperatur des Wärmeträgers im Kessel handeln.

Die Steuer- bzw. Recheneinheit soll gemäß einem Merkmal der Erfindung so konzipiert sein, daß der Wärmewiderstand in den Bereich beginnender bis deutlicher Änderung gegenüber den bei der zuvor geschilderten Anlaufphase sich einstellenden und zu Vergleichszwecken gespeicherten Wärmewiderstandswerten eingesteuert wird. Das ist nach einer weiteren, von der Erfindung genutzten Erkenntnis der Wert, der dem Bereich mäßiger Drosselung der Heizkörperthermostatventile und zugleich einem optimal angepaßten Wärmeangebot entspricht. Unter mäßiger Drosselung wird hier bevorzugt ein Bereich zwischen etwa 5 bis 20 % Querschnittsverminderung verstanden.

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Auf diese Weise ist eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die den tatsächlichen Wärmebedarf zu erfassen und das Angebot diesem anzupassen vermag. Damit sind überhöhte Vorlauftemperaturen und dadurch bedingte Wärmeverluste ausgeschlossen. Von besonderem Vorteil ist es auch, daß nicht nur die Mittel zum Steuern, also die Steuereinheit, sondern auch die Mittel zum Messen sämtlich im Bereich der Wärmeerzeugereinheit, normalerweise unmittelbar in der Nähe des Heizkessels oder sogar in diesen integriert, angebracht sein könner. Damit entfallen insbes. aufwendige Verlegungen innerhalb des Gebäudes zu einem sonst vorgesehen Außentemperaturfühler und ggf. weiterhin zu einem vorgesehenen Tempere turntessfühler in dem repräsentativen Führungsraum.

Für die erfindrngsgemäße Vorrichtung lassen sich nun für bestimmte Anwendungsbereiche besonders vorteilhafte und spezifisch gestaltete Ausführungsformen angeben, wie sie in Unteransprüchen gekennzeichnet sind. Hierbei sind jeweils die Mittel zum meßtechnischen und rechnerischen Erfassen für den spezifischen Fall angegeben. In all den genannten Fällen ist es möglich/ die Mittel zur Wärmemessung ausschließlich am Kessel oder dessen Nahbeireich anzubringen, was besondere Vorteile bietet. Insbesondere ist es sehr interessant, die Steuer- und Messeinheiten in eine Baueinheit zu integrieren, die den Wärmeerzeuger, den Heizkessel und ggf. das Mischventil zu einer Baueinheit zusammenfaßt. In diesem Falle entfällt jede elektrische Installation vor Ort, sämtliche Sensoren und ihre Verdrahtung etc. sind bereits fabrikseitig vorgefertigt und qualitätsmäßig überprüft und das Anschließen einer solchen Baueinheit reduziert sich auf die Verbin-

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dung mit dem Heizkreislauf.

Zum Aufbau der Steuereinheit selbst ist noch folgendes zu bemerken: Der elektronisch geschulte Fachmann ist in der Lage, aus den im Rahmen der Erfindung gegebenen Daten, insbesondere auch den spezifischen Gleichungen für die Verknüpfung der erfaßten Meßwerte in den verschiedenen Anwendungsbereichen, eine entsprechende Steuereinheit aus handelsüblichen elektronischen Elementen, bevorzugt unter Verwendung eines Mikroprozessors oder <^ate Arrays, herzustellen. (Hinweise für den Aufbau finden sich z.B. bei Dirks/Krinn "Microcomputer" Bd. 1 und 2, Kohlhammer Verlag Stuttgart 1977/78).

Zu den erfindungsgemäßen Gleichungen ist bezüglich K., ^₂, K₃, zu bemerken, daß diese Konstanten den Wert 1 annehmen können. Ansonsten weisen sie einen Wert auf, welcher den numerischen Wert der Wärmewiderstände R., R„, R₃ an den Typ der benutzten Steuereinheit bzw. deren Rechner- und Speichervermögen anpaßt. Die im Falle der verfeinerten Gleichungen benutzte Konstante Ks entspricht der mittleren Raumsolltemperatur und kann z.B. auf 17 oder 20 ⁰C normiert sein. Ihre Speicherung und Berücksichtigung in der Steuereinheit ergibt eine den tatsächlichen Verhältnissen noch besser angepaßte Größenordnung der Bezugstemperatur.

Zu ergänzen ist noch, daß die erfindungsgemäße Steuervorrichtung die Ausrüstung zumindest eines größeren Teils der Heizkörper mit Thermostatventilen voraussetzt. Wenn in einem oder wenigen Nebenräumen zum Beispiel auf den Einsatz solcher Ventile verzichtet wird, tut da'3 der Steuerung keinen Abbruch.

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Die Thermostatventile selbst können die handelsüblichen sein, insbes. können herkömmliche Gasdruckthermostatventile Verwendung, finden.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung ohnehin eine moderne mikroelektronische Steuereinheit beinhaltet, lassen sich selbstverständlich zusätzliche Funktionen wie z.B. Nachtabsenkung, Boilervorrang, Frostschutz etc. leicht integrieren.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen: 15

Fig. 1 ein Zentralheizungssystem mit Einrohrwärme tr an sport an lage und Tieftemperaturkessel {ohne Mischventil);

Fig. 2 ein Zentralheizungssystem mit Zweirohr-

wärmetransportanlage und Hochtemperaturkessel (mit Mischventil);

Fig. 3 ein Zentralheizungssystem mit Zwe.irohrwärmetransportanlage und Hochtemperatur-

kessel für ein Dreifamilienhaus mit drei Heizkreisen;

Fig. 4 eine komplette Baueinheit mit Kessel, ölbrenner, Mischventil, Steuer- und Messein

richtungen ;

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Fig. 5 ein Schema einer Steuereinheit für ein Zentralheizungssystem gemäß Fig. 2;

Fig. 6 die Wärmewiderstandskurve in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur.

In den Figuren 1 bis 3 ist gleicherweise der Heizkörper mit 10 und das zugehörige Thermostatventil mit 12, die Umwälzpumpe mit 14, das Rohrsystem mit 16, das Mischven -il (in den Figuren 2 und 3) mit 18, der Heizkessel mit 20 und der Brenner mit 22 bezeichnet.

Figur 1 handelt es sich um die einfachste und kostengünstigste Anlage, wie sie insbes. für Einfamilienläuser Verwendung finden kann. Der Kessel 20 wird als Naedertemperaturkessel gefahren, d.h. die Temperatur ies Kesselwassers (Tk) wird je nach Wärmebedarf heraufozw. heruntergefahren durch entsprechende Brennzeiten bzw. Brennintervalle des Ölbrenners 22. Das Mess- und Steuersystem kommt mit zwei Messgrößen aus, nämlich mit der Kesselwassertemperatur (Tk), die der Temperaturfühler 34 mißt und einer Zeituhr 32, um Änderungen der Temperatur Tk auf die Zeit normieren bzw. Temperaturänderungen innerhalb einer bestimmten Zeit (t) messen und ein /i Tk bilden zu können.

Das in Figur 2 Gezeigte entspricht weitgehend dem System der Figur 1 mit dem Unterschied, daß ein Hochtemperaturkessel eingesetzt ist mit¹einem Mindestwert der Kesselwassertemperatur (Tk) zwischen üblicherweise 70 und 80 ⁰C. Demgemäß ist ein Mischventil 18 notwendig, um die Vorlauftemperatur (Tv) an den Wärmebedarf anpassen zu können. Der entsprechende Temperaturmessfühler ist mit 36 bezeichnet. Der Wärmeträgertransport geschieht in einer Zweirohranlage wie ersichtlich.

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In Fig. 3 ist ein System dargestellt, wie es insbes. für eine Baueinheit mit mehreren getrennten Heizkreisen, z.B. ein Dreifamilienhaus geeignet ist. Wie im Falle der Figur 2 wird ein Hochtemperaturheizkessel benutzt. Neben einem Messfühler 36 für die Vorlauftemperatur CTv) ist hier nun ein weiterer Messfühler 38 für die Rücklauftemperatur (Tr) sowie eine Meßstelle 40 zur Messung der Durchflußmenge (Md), notwendig, damit die Steuereinheit 30, in welche die Zeituhr 32 integriert ist, den Wärmebedarf berechnen, und die Mischventile und den Brenner 22 entsprechend steuern kann.

Die strichlierten Linien zeigen die meß- und regeltechnischen Verbindungen an, wobei im Falle der Figur 3 dieselben nur für einen Strang komplett eingezeichnet sind. Es kann im Falle des in Fig. 3 gezeigten Systems auch jedem Strang eine separate, erfindungsgemäße Steuereinheit zugeordnet werden, was eine besonders individuelle Steuerung der einzelnen Stränge ermöglicht. Der Brenner kann in diesem Falle von einem einfachen Kesselthermostaten geschaltet werden. Es versteht sich, daß die Steuereinheit 30, wie sie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, auch viele weitere Funktionen, wie sie in der Heizungstechnik üblich sind, erfüllen kann, wenn sie entsprechend ausgelegt ist. Die obengenannten Temperatur- und Durchflußmengen-Messfühler können auch durch Einbau von insbesondere elektronischen Wärmezählern ersetzt werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, in den Fällen der Fig. 2 oder 3, wo ein Hochtemperaturkessel 20 benutzt wird, dennoch die Kesseltemperatur variabel zu fahren, d.h. sie mit einer ge-

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eigneten Temperaturtoleranz, z.B. etwa 5 ⁰C, an die benötigte Vorlauftemperatur anzupassen, um Wärmeverluste über den Kessel zu minimieren. Dies geschieht jedoch beim Hochtemperaturkessel nur für Vorlauftemperaturen über der Kesselmindestemperatur.

In Figur 4 ist schematisch eine komplette Baueinheit gezeigt mit Kessel 20, Brenner 22, Mischventil 18, Steuereinheit 30, Uhr 32, Messfühler 36 für die Vorlauftemperatür und Umwälzpumpe 14.

Die ganze Einheit kann in einem geschlossenen Gehäuse 40 untergebracht sein. Sie braucht lediglich vom Installateur an das Rohrsystem angeflanscht zu werden an den mit 38 (Vorlauf) und 39 (Rücklauf) bezeichneten Stellen, und weiterhin elektrisch mit dem Stromnetz verbunden [ (Anschluß 37) und schließlich noch an den Ölversorgungskreislauf (Anschluß 41) angeschlossen zu werden.

Figur 5 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer geeigneten Steuereinheit. Sie ist im gezeigten Falle für ein Heizsystem nach Fig. 2 ausgelegt.

Der Mikrocomputer 50 ist mit einem Analog/digital-Wandler-Multiplexer 51 verbunden, an den über ein Eingangsinterface 52 der Anschluß 53 des Vorlauftemperatur- j fühlers 36 und der Anschluß 54 des Kesseltemperatur- i fühlers 34 geführt sind. Der Anschluß 55 der Uhr 32 be- \ darf meist keines Interfaces. ;

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Aus den in der bezeichneten Weise zugeführten Signalen gewinnt und speichert der Mikrocomputer 50 zu verschiedenen Zeiten Wärmewiderstandswerte, aus deren Vergleich die Stellsignale für den Motor des Mischventils 18 gewonnen werden. Diese Signalausgänge des Mikrocomputers 50 werden an das Ausgangsinterface 56 geführt und von hier aus führen die Anschlüsse 58 und 59 an den Motor. Der Anschluß 57 steuert den Brenner 22. Er wird ebenfalls vom Mikrocomputer 50 über das Interface 56 geführt. Die Interfaces dienen der Anpassung der Rechnerpegel an die Peripheriepegel und umgekehrt, sowie der Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit.

Der Analog/digital Wandler-Multiplexer 51 sowie die Uhr können in die integrierte Schaltung des Mikrocomputers 50 einbezogen werden.

Als Beispiel hierfür mag die integrierte Schaltung SAB 80215 der Firma Siemens AG dienen. Ferner kann zu diesem Zweck auch ein Gate-Array, sowie eine kundenspezifische Schaltung verwendet werden.

Fig. 6 zeigt in grafischer Form den qualitativen Verlauf des Wärmewiderstandes Rth in Abhängigkeit von der Wärmeträger- bzw. Vorlauftemperatur Tv. Im Bereich niedrige:r Vorlauftemperaturen ist der Wärmewiderstand naheζ α konstant, da die Thermostatventile .voll geöffnet sind. Wi :d Tv so weit erhöht, daS die Thermostatventile anzudrosseln beginnen (Punkt P1) , so steigt Rth. Jede weitere Steigcsrung von Tv verursacht mit der zunehmenden Drosselung der Thermostatventile auch eine Zunahme von Rth, bis die Ventile voll gedrosselt sind (Punkt P2). Für weitere erhöhte Werte von Tv wäre Rth wieder nahezu konstant. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet vorzugsweise im schraffierten Bereich (mäßige Ventildrosselung}.

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Claims

P 532 - 1 - VORRICHTUNG ZUM STEUERN EINES ZENTRALHEIZUNGSSYSTEMS PATENTANSPRÜCHE

1.» Vorrichtung zum Steuern eines Zentralheizungssystem^, bei dem ein fluider Wärmeträger mit Thermostatventilen ausgerüstete Heizkörper durchströmt, mit Einrichtungen zur Messung der Temperatur des Wärmeträgers und weiterhin einer Steuereinheit, welche die gemessenen Werte verarbeitet, speichert und Stellbefehle an die Wärmeerzeugungseinheit und ggf. mindestens ein Mischventil zum Einstellen der Vorlauftemperatur veranlaßt, gekennzeichnet durch
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a) Mittel zum selbsttätigen Erfassen des Wärmewiderstandes;

b) Mittel zum selbsttätigen Erfassen des Drosseins
der Heizkörperthermostatventile aufgrund einer

Änderung des Wärmewiderstandes, der zu verschiedenen Zeiten gespeichert und selbsttätig verglichen wird;

c) Mittel zum selbsttätigen Einstellen der Vorlauftemperatur auf Werte, die einen Betrieb der Heiz- ^:' körperthermostatventile im Bereich mäßiger Drosselung bewirken.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für ein Einfamilienhaus mit Tieftemperaturkessel/ gekennzeichnet durch Mittel zum selbsttätigen Messen der Kessel- bzw. Vorlauftemperatür (Tk) und der Zeit, sowie Mittel zum selbsttätigen Verarbeiten dieser Messwerte gemäß der Gleichung

ρ = κ ^Tk

^R1 ^K1 Δ Tk '

wobei Δ Tk die Differenz zweier innerhalb eines bestimmten zeitlichen Abstandes gemessener Temperaturwerte der Kessel- oder Vorlauftemperatur bedeutet, K. eine Konstante ist und R₁ der Wärmewiderstand, dessen Änderung selbsttätig erfaßt und ausgewertet wird zur Gewinnung von Stellbefehlen zur Steuerung des Wärmeerzeugers derart, daß die Kessel- bzw. Vorlauftemperatur abgesenkt wird, wenn der Wärmewiderstand R₁ wächst und umgekehrt (Fig. 1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gleichung enthaltene Größe Tk ersetzt ist durch die korrigierte Größe Tk - Ks, wobei Ks eine der mittleren Raumsolltemperatur entsprechende Konstante ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für eiα Einfamilienhaus mit Hochtemperaturkessel und Mischventil, gekennzeichnet durch Mittel zum selbsttätigen Messen der Kesseltemperatur (Tk) und der Vorlauftemperatur (Tv) und der Zeit,sowie Mittel zum selbsttätigen Verarbeiten dieser Messwerte gemäß der

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Gleichung

τ, _ tr TV

Δ Tk

wobei Δ Tk die Differenz zweier innerhalb eines bestimmten zeitlichen Abstandes gemessener Temperaturwerte der Kesseitemperatur bedeutet, K₂ eine Konstante ist, und R₂ der Wärmewiderstand, dessen Änderung erfaßt und selbsttätig ausgewertet wird zur Gewinnung von Stellbefehlen zur Steuerung des Wärmeerzeugers und/oder des Mischventiles derart, daß die Kesselbzw. Vorlauftemperatur abgesenkt wird, wenn der Wärmewiderstand R₂ wächst und umgekehrt (Fig. 2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gleichung enthaltene Größe Tv ersetzt ist durch die korrigierte Größe Tv - Ks, wobei Ks eine der mittleren Raumsolltemperatur entsprechende Konstante ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für ein Mehrfamilienhaus, mit Hochtemperaturkessel und einem oder mehreren Heizkreisen, die jeweils ein eigenes Mischventil aufweisen, gekennzeichnet durch Mittel zum selbsttätigen Messen der Vorlauf temper a tür (Tv) und der Rücklauftemperatur (Tr), sowie der Durchflußmenge (Md) des Wärmeträgers und der Zeit, sowie Mittel zum selbsttätigen Verarbeiten dieser Messwerte gemäß der Gleichung

R = K. ^Tv

3 ^Λ3 (Tv - Tr) . Md

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wobei Md die in einem bestimmten Zeitintervall geförderte Wärmeträgermenge, K_ eine Konstante, und R^ der Wärmewiderstand ist, dessen Änderung selbsttätig erfaßt und ausgewertet wird zur Gewinnung von Stellbefehlen zur Steuerung des Wärmeerzeugers und/oder des bzw. der Mischventile, derart, daß die Vorlauftemperatur abgesenkt wird, wenn der Wärmewiderstand R.J wächst und umgekehrt (Fig. 3) .

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gleichung enthaltene Größe Tv ersetzt ist durch die korrigiecte Größe Tv - Ks, wobei Ks eine der mittleren Raumsolltemperatur entsprechende Konstante ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittal zur Wärmemessung sich ausschließlich am Kessel oder in dessen Nahbereich befinden.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit aus einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen gebildet ist, insbesondere unter Verwertung eines Mikroprozessors oder von Gate Arrays.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Steuer- und Messeinheiten in die Wärmeerzeuger, Heizkessel und ggf. Mischventil zusammenfassende Baueinheit integriert sind (Fig. 4}.

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