DE3409742A1

DE3409742A1 - Verfahren zum steuern einer fluid-temperatur und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3409742A1
Application number: DE19843409742
Authority: DE
Inventors: Manfred 5650 Solingen Metzger; Gregor 5600 Wuppertal Nölle
Original assignee: SATCHWELL BIRKA
Current assignee: SATCHWELL BIRKA
Priority date: 1983-03-19
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1984-10-04

Description

Verfahren zum Steuern einer Fluid-Temperatur
und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Fluid-Temperatur und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der nebengeodneten Hauptansprüche.
Es ist bekannt, die Vorlauftemperatur einer von einer Wärmequelle gespeisten Zentral heizungsanlage in Abhängigkeit von der Außentemperatur zu regeln. Hierbei wird also immer eine Vorlauftemperatur gefahren, die dem Wert der aktuell herrschenden Außentemperatur entspricht. Bei solchen Anlagen ist es auch möglich und demgemäß bekannt, Nachtabsenkungen zu betreiben, das heißt den Sollwert der Vorlauftemperatur zu ändern.
Es ist weiterhin bekannt, im Rahmen solcher Heizungsanlagen Thermostatventile zu verwenden, so daß für jeden Raum eine vom anderen unabhängige Raumtemperatur vorgegeben und aufrecht erhalten werden kann.
Hierzu ist es allerdings zwingend notwendig, daß die Vorlauftemperatur auf einen Wert geregelt wird, der höher liegt als der im Raum vorgegebene Sollwert gewählt werden kann.
Es ist auch bekannt, einem Thermostatventil einen von einem Fremdstrori beheizten Widerstand zuzuordnen, und diesen zu beheizen, um somit dem thermischen Antrieb des Thermostatventils eine Raumtemperatur vorzutäuschen, die über dem aktuellen Wert liegt. Der Sinn einer solchen Maßnahme liegt in einer Temperaturabsenkung, vorzugsweise zur Nachtzeit.
Aus dem eben Gesagten folgt, daß der bei einer außentemperaturabhängig gesteuerten Vorlauftemperatur stets eine Vorlauftemperatur in einer Höhe angeboten werden muß, die oberhalb des für die einzelnen Räume benötigten Temperaturniveaus liegt. Dies ist notwendig, damit die Thermostatventile den Durchfluß von Heizungsfluid durch die Heizkörper drosseln können, die Vorlauftemperatur kann demgemäß von den Thermostatventilen nur noch unterfahren werden.
Es besteht aber die Möglichkeit, Heizkosten insoweit zu sparen, als daß die Vorlauftemperatur exakt auf den Wert gesenkt wird, der zum Aufrechterhalten des Raumtemperaturniveaus gerade notwendig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, die Vorlauftemperatur einer Heizungsanlage bzw. eine davon abgeleitete Temperatur (Rücklauftemperatur) auf den Wert zu minimieren, der gerade erforderlich ist, um die angeforderte Raumtemperatur in den Räumen aufrecht zu erhalten die von einem Heizkörper beheizt werden, dem ein Thermostatventil zugeordnet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine besonders vorteilhafte Durchführungsmöglichkeit für das Verfahren liegt in kennzeichnenden Merkmalen des ersten Vorrichtungsanspruchs .
Weitere Ausgestaltungen besonders vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche bzw. gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die an Hand der Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Heizungsanlage mit einer Steuer- und Regeleinrichtung.
Eine Heizungsanlage 1 weist eine Wärmequelle 2 auf, die aus einem gas- oder ölbeheizten Kessel, einem gasbeheizten Umlaufwasserheizer einer Wärmepumpe oder einem elektrischen Durchlauferhitzer bestehen kann.
Die Wärmequelle 2 ist Uber eine Vorlaufleitung 3 und über davon abzweigende Einzelleitungen 4 mit nicht vollstandig dargestellten Heizkörpern 5 verbunden. Den einzelnen Heizkörpern 5 sind jeweils Thermostatventile 6 vorgeschaltet.
Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß sich die Thermostatventile auch in den Rücklaufzweigen 7 befinden können, die alle zu einer gemeinsamen Rücklaufleitung 8 zusammengefaßt sind, die unter Zwischenschaltung einer Umwälzpumpe 9 rückläufig in die Wärmequelle 2 einmünden.
Die einzelnen Thermostatventile 6 bestehen aus dem Ventilunterteil 10 mit Ventil sitz und Ventilkörper sowie einer Stell stange 11 und einem thermischen Antrieb 12. Der thermische Antrieb 12 kann aus einem Flüssigkeits- oder Wachsausdehnungskörper bestehen, es ist aber auch möglich, das Thermostatventil als von einem NTC- oder PTC-Widerstand gesteuertes Motorventil auszugestalten, wobei der Motor aus einem speisenden netzabhängigen Elektrcmotor besteht.
In dem Thermostatventil 6 ist ein Kontakt 13 zugeordnet, dessen Stellung so justiert ist, daß der Kontakt schließt, wenn das Thermostatventil in die offene Endstellung geht, das heißt seinen Querschnitt maximal geöffnet hat. Sowie das Thermostatventil diese Stellung verläßt, öffnet dieser Kontakt. Eine weitere Schließbewegung des Ventils nach Verlassen der öffnenden Endstellung hat demgemäß auf die Kontaktstellung keinen Einfluß mehr. Den thermischen Antrieben 12 der Thermostatventile 6 sind Heizwiderstände 14 zugeordnet so daß jeder thermische Antrieb von einem gesonderten Heizwiderstand 14 beheizbar ist. Diese Widerstände sind über erste Zweigleitungen 15 an eine erste Sammelleitung 16 angeschlossen und über eine zweite Zweigleitung 17 an ein Bündel von Sammelleitungen 18. Die Spannungsbeaufschlagung einer oder aller Leitungen des Bündels 18 wird von einer Uhr 19 gesteuert. Somit ist es möglich, in Abhängigkeit von der Uhrzeit bestimmte Spannungen bestimmter Höhe über die einzelnen Abzweigleitungen 17 auf die einzelnen Widerstände 14 zu schalten, um somit den thermischen Antrieben 12 der Thermostatventi le 6 unterschiedliche Raumtemperaturen vorzutauschen, das heißt sie zu unterschiedlichen Absenkungen zu zwingen.
Somit ist es zum Beispiel möglich, auf keine der Leitungen des Bündels der Leitungen 18 eine Spannung zu schalten, dann arbeiten die Thermostatventile mit dem höchstmöglichen Sollwert. Es wäre nunmehr möglich, verschiedene Sollwerte darzustellen, beispielsweise einen für eine Nachtabsenkung oder einen für einen Frostschutz. Es sind soviele Leitungen im Bündel 18 vorhanden wie unterschiedliche Sollwerte durch Spannungsbeaufschlagung eingehalten werden sollen.
Es ist auch weiterhin möglich, verschiedene Heizprogramme zu unterschiedlichen Zeiten zu fahren, dann ist jedem Zeitprogramm eine gesonderte Leitung des Bündels 18 zuzuordnen.
Somit ist es möglich, den einzelnen Aufstellungsräumen der Heizkörper bzw. der Thermostatventile völlig unterschiedl iche Heizprogramme mit variierenden Zeiten und variierenden Sollwerten zu ermöglichen.
Die Leitung 16 ist über einzelne Stichleitungen 20 mit den Kontakten 13 verbunden. Von der anderen Seite des Kontaktes führt jeweils eine weitere Stichleitung 21 zu einer weiteren Sammelleitung 22.
Die beiden Sammelleitungen 16 und 22 führen im Inneren einer Steuer- und Regeleinrichtung 23 zu einem Sollwertqeber 24 und der iiber eine Sollwertleitung 25 zu einem t t'a t<i 1 An dem Komparator 26 ist über eine Meßleitung 27 ein Fühler 28 für die Temperatur der Vorlaufleitung 3 angeschlossen. Den Ausgang des Komparators 26 bildet eine Stelleitung 29, die zur Wärmequelle 2 führt und dort die Leistung zu beeinflussen im Stande ist.
An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, daß die Wärmequelle 2 ihre Wärme entweder direkt an die Vorlaufleitung 3 abgibt oder unter Zwischenschaltung eines Mischers.
Im letzteren Falle würden mit den Stellsignalen der Stellleitung 29 ein Mischer dieser Wärmequelle verstellt werden.
Die eben geschilderte Heizungsanlage weist folgende Funktion auf: Es wird vom vollständig kalten Zustand der Anlage ausgegangen, das heißt alle Thermostatventile 6 fordern Wärme an. Demgemäß befinden sich die Ventilunterteile 10 in ihrer geöffneten Endstellung, das heißt die Kontakte 13 sind allesamt geschlossen, Wird nun die Wärmequelle durch einen von der Steuer- und Regeleinrichtung 23 gegebenen Befehl in Betrieb gesetzt, so resultiert eine Wärmeabgabe von der Wärmequelle 2 auf die Vorlaufleitung 3 und damit eine Speisung der Heizkörper 5 über die vorgeschalteten Thermostatventile. Die lfeizkörper 5 heizen sich auf, damit steigt auch die Temperatur in dem Raum, in dem jeweils ein Heizkörper aufgestellt ist. Dies rührt daher, weil über wenigstens einen der geschlossenen Kontakte 13 der Sollwertgeber 24 über die Sollwertleitung 25 ein entsprechendes Signal auf den Komparator 26 gibt. Solange einer der Kontakte 13 geschlossen ist, steigt der Wert des Sollwertes im Sollwertgeber 24 an. Dieses Ansteigen des Sollwertes geht solange, bis alle Kontakte 13 geöffnet sind oder bis die Heizungsanlage oder die Vorlauftemperatur ihren durch andere Meßinstrumente überwachten oberen Grenzwert erreicht haben.
Es wäre auch möglich, den Sollwertgeber 24 auf einen oberen Grenzwert, zuni Beispiel 90 Grad, zu begrenzen. Somit resultiert am Ausgang 29 des Komparators 26 ein Stellsignal für das Inbetriebgehen der Wärmequelle 2 und die Wärmequelle heizt somit über die Heizkörper 5 die jeweiligen Räume des Gebäudes auf. Bei diesem Aufheizen werden die Thermostatventile ihre öffnende Maximalstellung verlassen und langsam in eine Drosselbewegung übergehen. Sowie die Thermostatventile ihre öffnende Endstellung verlassen, öffnen die zugehörigen Kontakte 13. Somit werden immer mehr Kontakte 13 öffnen, bis der letzte Kontakt 13 geöffnet hat. Dieser ist dem Raum zugeordnet, der die größte Wärmeanforderung aufweist, beispielsweise ein Wohnzimmer.
Der Raum für den das gilt kann sich selbstverständlich ändern.
Haben alle Kontakte geöffnet, fängt der Sollwertgeber automatisch an den Sollwert langsam abzusenken. Es kann nämlich davon ausgegangen werden, daß wenn kein Thermostatventil im Bereich seiner öffnenden Endstellung liegt, die Möglichkeit besteht, Heizenergie zu sparen. Aus diesem Grunde wird versuchsweise der Sollwert der Vorlauftemperatur in Richtung tiefere Regionen verschoben, um dieses Sparen von Heizenergie zu ermöylichen. Senkt der Sollwertgeber 24 demgemäß seinen Sollwert ab, wird irgendwann bei einem der Thermostatventile der Heizkörper im Zuge der nun resultierenden Offnungsbewegung wieder die öffnende Endstellung erreichen. Damit schließen wieder einer oder mehrere der Kontakte 13, so daß die Bewegung des Sollwertes im Sollwertgeber wieder umgekehrt wird. Der Sollwert steigt dann wieder. Somit vollführt der Sollwertgeber eine Art Sägezahnkurve zwischen steigenden und fallenden Sollwertbereichen.
Somit ist ersichtlich, daß die maximale Vorlauftemperatur jeweils von einem Raumthermostaten eines Ventils diktiert wirds nämlich desjenigen, das die höchste Wärmeanforderung für den zugehörigen Raum hat. Anders formuliert, dasjenige Ventil diktiert die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage, das trotz Erreichen der öffnenden Endstellung nicht in der Lage ist, bei der angebotenen Vorlauftemperatur den Wärmebedarf des Raums zu befriedigen. Normalerweise wird man davon ausgehen, daß pro Raum des Gebäudes nur ein Heizkörper mit einem Thermostatventil vorhanden ist. Es ist aber auch möglich, mehrere Heizkörper mit mehreren Thermostatventilen in einem Raum anzuordnen.
Die vorstehenden Erwägungen galten für den Fall, daß die Thermostatventile auf ihren höchstmöglichen Sollwerten arbeiten, die durch die Einsellhandhaben die an den thermischen Antrieben 12 angeordnet sind, vorgegeben sind.
Es besteht nun noch die Möglichkeit, daß über die Heizwiderstände 14 den thermischen Antrieben der Thermostatventile 6 niedrigere Sollwerte zugeordnet werden. Dies ist wie gesagt möglich im Bereich einer Nachtabsenkung oder eines Frostschutzes. Denselben Effekt kann man natürlich auch durch Verstellen der Handhaben der thermischen Antriebe 12 erreichen.
Auch wenn durch Zuordnung von Steuerspannungen unterschiedlicher Größe zu den Heizwiderständen 14 die einzelnen thermischen Antriebe 12 der Thermostatventile 6 unterschiedlich oder auch gleich vorgeheizt werden, wird ein Thermostatventil den maximalen Wärmebedarf für die Vorlauftemperatur der Anlage vorgeben. Die Steuer- und Regeleinrichtung arbeitet dann analog nur auf insgesamt tieferem Niveau.
Wesentlich ist es, daß mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise eine Komforteinbuße bei optimaler Sparmögl ichkeit vermieden wird, da sichergestellt ist, daß die Vorlauftemperatur in der Leitung 3 auf den Wert gehalten wird, der zur Befriedigung der eingestellten Sollwerte in den Räumen des Gebäudes notwendig ist.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Steuern einer Fluidtemperatur einer mehrere Verbraucher speisenden Leitung, die von einer Wärmequelle gespeist ist, wobei die einzelnen Verbraucher mit einzelnen Reglern versehen sind, die die jeweilige Wärmeleistung des Verbrauchers beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidtemperatur mit fallender Tendenz solange gesteuert wird, bis ein Grenzwert an einem der Regler überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Oberschreiten eines Grenzwertes die Fluidteniperatur in ansteigendem Sinne gesteuert wird, bis der Grenzwert wieder überschritten wird.
3 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch eins oder zwei, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Thermostatventile (6) Grenzwertgeber (13) aufweise, die ansprechen, wenn der Ventil körper des Thermostatventils (6) seine öffnende Endstellung verläßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch drei, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertgeber als Kontakt (13) ausgebildet ist und daß sämtliche Kontakte aller Grenzwcrtgebr parallel zueinander geschaltet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch drei oder vier, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche parallel geschaltete Kontakte (13) über zwei Leitungen (16, 22) an einen Sollxsertgeber (24) i im Rahmen einer Steuer-und Regel einrichtung (23) angeschlossen sind und daß der Sollwertgeber einen Rampengenerator aufweist, der ein mit dem Sollwert variables stetig fallendes Signal erzeugt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche drei bis fünf, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (24) eii Sollwertsignal erzeugt, das zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert nach Art einer Rampe variabel ist, wobei der obere Grenzwert der maximalen Vorlauftemperatur der Heizungsanlage und der untere Grenzwert der minimalen Temperatur der Heizungsanlage entspricht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche drei bis sechs, dadurch gekennzeichnet, daß das Sollwertsignal des Sollwertgebers (24) auf Null geschaltet wird, wenn der Minimum-Sollwert für eine vorwählbare Zeitspanne gefordert wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche drei bis sieben, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Thermostatventilen (6) Heizwiderstände (14) zugeordnet sind, die über ein Leitungsbündel (t7, 18) einem unterschiedlischen Zeit-/Spannungsprog ra mn (19) zugeornet sind.