DE3643434A1 - Anordnung zum steuern oder regeln einer warmwasser-heizungsanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Steuern oder Regeln einer Warmwasser-Heizungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art wird die Warmwasser-Heizungsanlage bspw. für ein Wohngebäude in Abhängigkeit von einem Außenfühler über einen Mischer nach der Vorlauftemperatur geregelt.

Bei einer anderen bekannten Anordnung, wie sie häufig bei einer als Gastherme ausgebildeten Heizeinrichtung eingesetzt wird, wird ein bspw. im Wohnbereich angeordneter Raumthermostat verwendet, der die Heizeinrichtung ein- oder ausschaltet.

Nachteilig an den bekannten Anordnungen ist, daß der Wärmebedarf der Heizkörper in den einzelnen Räumen nicht für sich berücksichtigt wird. Durch den Einsatz von Thermostatventilen an den einzelnen Heizkörpern wird bei den bekannten Anordnungen ein eigenständiger Regelkreis gebildet, der unabhängig und unkoordiniert zur Regelung der Heizeinrichtung arbeitet.

Aus der DE-PS 28 00 704 ist es zwar bekannt, in ein motorisch angetriebenes Ventil einen Fühler zum Abtasten der Stellung des Ventilkörpers einzubauen, jedoch wird dabei dieser Fühler zur Rückkopplung des mit der Ansteuerung des Ventils vorgenommenen Einstellung verwendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ansteuerung bzw. Regelung der Heizeinrichtung einer Warmwasser-Heizungsanlage derart zu optimieren, daß der von der Heizeinrichtung bereitgestellte Wärmebedarf sich unabhängig von der Außentemperatur nach dem eingestellten Temperatursollwert einzelner oder mehrerer Räume richtet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Anordnung zum Steuern oder Regeln einer Warmwasser-Heizungsanlage der eingangs genannten Art die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es damit möglich, die Heizeinrichtung einer Warmwasser-Heizungsanlage aufgrund des von einem oder mehreren Heizkörpern angeforderten Wärmebedarfs zu regeln, so daß die Heizungsanlage insgesamt wirtschaftlicher betrieben werden kann.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ist in vorteilhafter Weise eine einfach auszugestaltende und zu verwirklichende Zweipunktregelung der Heizeinrichtung erreicht.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 ist es möglich, eine dem Wärmebedarf bspw. proportionale Regelung zu schaffen, da entsprechend der Zu- bzw. Abnahme des Wärmebedarfs an der Vielzahl von Heizkörpern oder betreffenden Heizkörpergruppe auch die in der Heizeinrichtung zugeführte Energie erhöht oder verringert werden kann, bspw. durch Änderung der elektrischen Energiezufuhr oder durch Veränderung der Einstellung der betreffenden Öl- oder Gasbrennerflamme. Dabei ist es auch möglich, diese proportionale Regelung gleichzeitig oder statt dessen auf den Mischer anzuwenden.

Der im Thermostatventil verwendete Fühler kann entweder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 als Wegaufnehmer, der für eine proportionale Regelung geeignet ist, oder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 als Mikroschalter für eine reine Zweipunktregelung ausgebildet sein.

Eine konstruktiv einfache Ausbildung des mit dem Fühler versehenen Thermostatventils ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 6. Um auch bereits vorhandene Thermostatventile mit einem der genannten Fühler versehen zu können, sind die Merkmale des Anspruchs 7 vorgesehen. Auf diese Weise ist ein relativ einfacher Umbau bereits vorhandener Thermostatventile möglich.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 ist erreicht, daß der Wärmeverbrauch jedes einzelnen Heizkörpers in einfacher Weise bestimmt werden kann, da der Wärmeverbrauch sich proportional zum Produkt aus der Differenz der Anzeigen der beiden Temperaturfühler und dem dem Meßwert des Wegaufnehmers proportionalen Warmwasserdurchfluß durch das Thermostatventil errechnen läßt, denn durch die Ausbildung des Thermostatventils als Stromregelventil ist erreicht, daß jeder Öffnungsstellung des Thermostatventils ein konstanter Warmwasserdurchfluß unabhängig von Druckschwankungen im Leitungssystem zugeordnet werden kann.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 9 ist es außerdem möglich, den Gesamtwärmeverbrauch mehrerer Heizkörper bzw. einer Gruppe von Heizkörpern zu erfassen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 außerdem auf die Verwendung eines derartigen Thermostatventiles zum Steuern oder Regeln der Heizeinrichtung einer Warmwasser-Heizungsanlage.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine mit mehreren in einzelnen Räumen angeordneten Heizkörpern versehene Anordnung zum Regeln einer Warmwasser-Heizungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel und in strichpunktiert dargestellter Anknüpfung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Fig. 2 im Längsschnitt ein Thermostatventil, wie es bspw. bei der in Fig. 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellten Anordnung Verwendung findet,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Thermostatventil, wie es bspw. bei dem in Fig. 1 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet wird,

Fig. 4 in geschnittener, teilweise abgebrochener Darstellung eine Variante des Thermostatventils nach Fig. 2 und

Fig. 5 in geschnittener, teilweise abgebrochener Darstellung eine Variante des Thermostatventils nach Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 sind bei einer Anordnung zum Steuern oder Regeln einer Warmwasser-Heizungsanlage 10 mehrere (bspw. n) Warmwasser-Heizkörper 11/1, 11/2, 11/3 usw. vorgesehen, die einzeln oder zu mehreren in einzelnen Räumen 12/1, 12/2, 12/3 usw. angeordnet sind. Die Heizkörper 11/1 bis 11/n sind durch eine gemeinsame Vorlaufleitung 13 und eine gemeinsame Rücklaufleitung 14 miteinander und in schematisch dargestellter Weise mit einer Heizeinrichtung 15 der Warmwasser-Heizungsanlage 10 verbunden. Unter Heizeinrichtung wird hier bspw. ein Heizkessel mit einem Ölbrenner, eine Gastherme mit einem Gasbrenner oder ein Wassertank bzw. Durchlauferhitzer mit einer elektrischen Heizvorrichtung verstanden. In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 16 ein Öl- oder Gasbrenner bezeichnet. Die Vorlaufleitung 13 und die Rücklaufleitung 14 sind über einen in an sich bekannter Weise verstellbaren Mischer 17 miteinander und mit der Heizeinrichtung 15 verbunden.

An jedem Heizkörper 11/1 bis 11/n jedes Raumes 12/1 bis 12/n ist ein Thermostatventil 18 bzw. 18′ oder 20 bzw. 20′ vorgesehen, die mit einem Fühler 19 bzw. 19′ zum Erfassen des Schließ- bzw. Öffnungszustandes des Thermostatventils versehen sind, was anhand der Fig. 2 bis 5 noch erläutert werden wird.

Sind an den Heizkörpern 11/1 bis 11/n die Thermostatventile 20 oder 20′ angebaut, deren Fühler 19′ lediglich die Schließ- oder Öffnungsstellung an sich des Thermostatventils 20, 20′ erfassen können, so sind, wie strichpunktiert in Fig. 1 dargestellt, die Fühler 19′ über eine UND-Schaltung 21 mit einem Ein/Aus-Schalter 22 der Heizeinrichtung 15, also hier des Brenners 16 der Warmwasser-Heizungsanlage 10 verbunden. Sind dagegen an die Heizkörper 11/1 bis 11/n die Thermostatventile 18 oder 18′ angebaut, deren Fühler 19 außer dem Schließzustand auch unterschiedliche Öffnungszustände des Thermostatventils 18′ erfassen können, so sind, wie in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellt, die Fühler 19 über eine Summenschaltung 26 und eine Regelschaltung 27 mit der Heizeinrichtung 15, bspw. dem Brenner 16 und/oder mit dem Mischer 19 verbunden.

Sowohl vorlaufseitig als auch rücklaufseitig sind im Bereich jedes Heizkörpers 11/1 bis 11/n Temperaturfühler 28 bzw. 29 vorgesehen, die mit einer Multiplikationsschaltung 31 verbunden sind, zu der auch der Ausgang des Fühlers 19 bzw. 19′ des Thermostatventils 18 bzw. 18′ oder 20 bzw. 20′ geführt ist und die mit einer Meßwertanzeige 32 verbunden ist. Alle Multiplikationsschaltungen 31/1 bis 31/n sind mit einer übergeordneten Summenschaltung 33 verbunden, die ebenfalls mit einer Meßwertanzeige 34 gekoppelt sein kann. Die Multiplikationsschaltungen 31/1 bis 31/n bilden die Differenz aus der Anzeige des Temperaturfühlers 28 im Vorlauf und der des Temperaturfühlers 29 im Rücklauf und multiplizieren mit dieser Differenz den Meßwert des als Wegemesser ausgebildeten Fühlers 19 des Thermostatventils 18 bzw. 18′. Auf diese Weise ergibt sich am Ausgang der Multiplizierschaltung 31/1 bis 31/n eine dem Wärmeverbrauch des betreffenden Heizkörpers 11/1 bis 11/n proportionale Größe, die unter ständiger Aufaddierung der einzelnen Produkte der Meßwertanzeige bzw. dem Wärmeverbrauchsmeßgerät 32 zugeführt wird. Ferner bildet die übergeordnete Multiplikationsschaltung 33 die Summe aus allen von den Summenschaltungen 31/1 bis 31/n zugeführten Größen. Diese Möglichkeit der Wärmeverbrauchsmessung am einzelnen Heizkörper und/oder insgesamt ist, wie noch ersichtlich wird, lediglich mit dem Fühler in Form des Wegemessers 19 möglich.

Fig. 2 zeigt das Thermostatventil 18, dessen Fühler 19 als Wegemesser ausgebildet ist. Das Thermostatventil 18 besitzt ein Ventilgehäuse 36 das mit Rohrleitungsanschlüssen 37 und 38 und einem senkrecht dazu angeordneten Anschluß 39 zum Anflanschen eines Thermostataufsatzes 41 mittels einer Verschraubung 42 versehen ist. Der Thermostataufsatz 41 besitzt ein Gehäuse 52, auf dessen Innengewinde 51 ein Drehknopf 43 aufschraubbar und somit axial bewegbar ist, innerhalb von dem ein Raumtemperatur abhängiger Ausdehnungskörper 44 angeordnet ist, der mit einem Stößel 46 verbunden ist, der durch das Medium im Ausdehnungskörper hin und her bewegbar ist und der über einen in einem Einsatz 45 im Ventilgehäuse 36 geführten Stift 47 in axialer Richtung auf einen Ventilstößel 48, der im Ventilgehäuse 36 axial geführt ist, wirken kann. Der mit einer Indexkante 49 versehene Ausdehnungskörperstößel 46 wird vom ortsfest im Thermostataufsatz 41 gehaltenen Fühler 19 umgeben, der als Wegemesser, derart ausgebildet ist, daß er die Bewegung der Indexkante 49 des Ausdehnungskörperstößels 46 analog zu erfassen und als Meßsignal weiterzugeben vermag. Beispielsweise kann der Fühler 19 induktiver oder kapazitiver Art sein. Mit Hilfe dieses Fühlers 19 kann sowohl die Schließstellung als auch stufenlos jede Öffnungsstellung des Thermostatventils 18 erfaßt werden.

Das Thermostatventil 18 ist außerdem nach Art eines Stromregelventils ausgebildet. Dazu ist der Ventilstößel 48 mit einer axialen Ausnehmung 56 versehen, die an ihrem oberen Ende über mehrere radiale Bohrungen 57 mit dem Eingangsanschluß 37 verbunden und an ihrem unteren Ende mit mehreren radialen Bohrungen 58 versehen ist. Diese unteren Bohrungen 58 sind mit dem Ausgangs- bzw. Ausströmanschluß 38 über mehrere radiale Schlitze oder einen Umfangsschlitz 63 verbindbar, die bzw. der in einer den Ventilstößel 48 axial bewegbar aufnehmenden Trenn- bzw. Zwischenwand 61 des Ventilgehäuses 36 vorgesehen sind bzw. ist. Diese Umfangsschlitze 63 sind derart angeordnet, daß sie im Öffnungszustand des Ventilstößels 48 mit dessen Bohrungen 58 mehr oder weniger fluchten. In dem Maße, wie sich der Druck im Zulauf 37 erhöht, steigt die Druckdifferenz im Ventil, so daß der Ventilstößel 48, dessen oberes Ende mit der Einlaßkammer 37 und dessen unteres Ende mit der Ausströmkammer 38 in Verbindung steht, sich entgegen einer Druckfeder 64 nach unten bewegt und den Durchflußquerschnitt zwischen den Bohrungen 58 im Ventilstößel und den Schlitzen 63 in der Zwischenwand 61 verengt, wo auch bei erhöhtem Eingangsdruck ein konstanter Durchfluß erreicht ist.

Im Ausströmanschluß 38 ist in der Unterseite des Ventilgehäuses 36 der Temperaturfühler 28 aufgenommen.

Fig. 4 zeigt eine Variante 18′ dieses Thermostatventils, die dazu dient, bereits eingebaute bekannte Thermostatventile mit dem Fühler bzw. Wegemesser 19 zu versehen. Dazu ist ein Adapterkörper 66 vorgesehen, der einenends mit dem Anschluß 39 des Ventilgehäuses 36 und andernends mit dem unteren Ende des Aufsatzgehäuses 52 verbunden werden kann. Der Adapterkörper 66 besitzt einen Zwischenbolzen 67, der axial bewegbar aufgenommen ist und der einenends mit dem Stift 47 im Ventilgehäuse 36 und andernends mit dem Ausdehnungskörperstößel 46 im Aufsatzgehäuse 52 in Wirkverbindung gebracht ist. Im Adapterkörper 66 ist außerdem der Fühler 19 aufgenommen, der die jeweilige Lage der Indexkante 49′ des Zwischenbolzens 47 erfaßt.

Bei Einsatz eines Thermostatventils 18 oder 18′ mit einem derartigen Wegemesser 19 gemäß Fig. 2 oder 4 ist eine Regelung der Heizeinrichtung 15 gemäß Fig. 1 in folgender Weise möglich: Die von den einzelnen Fühlern 19 der Heizkörper 11/1 bis 11/n abgegebenen Meßwerte werden der Summenschaltung 26 zugeführt, deren Ausgang die Regelschaltung 27 derart ansteuert, daß die Leistung der Heizeinrichtung 15 bzw. des Brenners 16 in zu diesem Wert proportionaler Größe verändert wird. Die Ausgangsgröße der Regelschaltung 27 kann außerdem dazu verwendet werden, den Mischer 17 derart zu verstellen, daß sich eine proportionale Änderung der Mischung von Vorlauf und Rücklauf ergibt. Erst wenn die Summe der Meßwerte von den Fühlern 19 gegen Null geht oder gleich Null ist, wird die Heizeinrichtung 16 abgeschaltet.

Fig. 3 zeigt das Thermostatventil 20 mit dem Fühler 19′ in Form eines Mikroschalters, der in einer radialen Bohrung 71 des Aufsatzgehäuses 52′ des Thermostatventils 20 angeordnet ist. Der Mikroschalter 19′ ist mit einem Stößel 46′ in Wirkverbindung, der bspw. eine konische Form aufweist und der beim Übergang des Ventilstößels von der geschlossenen Stellung in eine bestimmte minimale Öffnungsstellung bzw. umgekehrt schaltet. Gemäß Fig. 5 ist in entsprechender Weise bei bereits vorhandenen Thermostatventilen 20′, die erfindungsgemäß umgerüstet werden sollen, im Adapterkörper 66′ eine radiale Bohrung 72 vorgesehen, in welcher der Fühler bzw. Mikroschalter 19′ aufgenommen und in entsprechender Weise mit einem Zwischenbolzen 67′ konischer Form in Wirkverbindung ist.

Die Regelung der Heizeinrichtung 15 mit Hilfe derartiger Thermostatventile 20 oder 20′ geht in folgender Weise vor sich: Die Mikroschalter 19′ der Thermostatventile 20, 20′ der einzelnen Heizkörper 11/1 bis 11/n werden, wie dies in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist, der UND-Schaltung 21 zugeführt, die erst dann ein Signal weitergibt, wenn sämtliche Mikroschalter 19′ die geschlossene Stellung des Thermostatventils 18′ angeben. Dieses Ausgangssignal der UND-Schaltung 21 wird dann dem Ein/Aus-Schalter 22 zugeführt, der daraufhin die Heizeinrichtung 15 bzw. den Brenner 16 abschaltet. Dies ist eine reine Zweipunktregelung, bei der in entsprechend umgekehrter Weise der Brenner 16 dann zugeschaltet wird, wenn eines der Thermostatventile 18′ wegen eines vom Raum angeforderten Wärmebedarfs öffnet.

Es versteht sich, daß bei der Verwendung der mit dem Mikroschalter 19′ verwendeten Thermostatventile 18′ auch die Temperaturfühler 28 und 29 entfallen können, da hierbei wegen der nicht definierten Öffnungszustände eine Wärmeverbrauchsmessung nicht erfolgen kann. Es versteht sich ferner, daß in diesem Falle das Ventilgehäuse 36′ auch in einfacher Weise statt in Form des Stromregelventils ausgebildet sein kann.

In der Zeichnung ist für jeden Raum 12/1 bis 12/n jeweils ein Heizkörper 11/1 bis 11/n dargestellt, die jeweils für sich eine Regelkomponente darstellen. Es ist aber auch möglich, mehrere Heizkörper in einem Raum zu einer einzigen Regelkomponente oder auch mehrere Heizkörper in mehreren Räumen gruppenweise zu einer Regelkomponente zusammenzufassen.

Claims (10)

1. Anordnung zum Steuern oder Regeln einer Warmwasser-Heizungsanlage, die eine Heizeinrichtung, einen Mischer und mehrere über Rohrleitungen verbundene Heizkörper aufweist, von denen im wesentlichen jeder mit einem Thermostatventil bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen jedes Thermostatventil (18, 18′; 20, 20′) mit einem an sich bekannten Fühler (19, 19′) zum Erfassen seines Schließ- bzw. Öffnungszustandes versehen ist und daß ein oder mehrere Fühler (19, 19′) oder Gruppen von Fühlern, (19, 19′) über eine Verknüpfungsschaltung (21, 26) mit der Heizeinrichtung (15) und/oder dem Mischer (17) verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (19′) über eine UND-Schaltung (21) mit einem Ein/Aus-Schalter (22) der Heizeinrichtung (15) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (19) über eine Regeleinrichtung (27), vorzugsweise für eine proportionale Regelung, mit der Heizeinrichtung (15) und/oder dem Mischer (17) verbunden sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler durch einen an einem Stößel (46) vorgesehenen Wegaufnehmer (19) gebildet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler durch einen an einem Stößel (46) vorgesehenen Mikroschalter (19′) gebildet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (19, 19′) an einem Stößel (46) des Thermostataufsatzes (41) des Thermostatventils (18, 18′; 20, 20′) vorgesehen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (19, 19′) an einem Zwischenstößel (67, 67′) eines Adapterkörpers (66, 66′) zwischen dem Thermostataufsatz (41) und dem Ventilkörper (36, 36′) des Thermostatventils (18, 20′) vorgesehen ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatventil (18) als Stromregelventil ausgebildet ist, daß der Heizkörper (11) vorlauf- und rücklaufseitig mit einem Temperaturfühler (28, 29) versehen ist und daß die Temperaturfühler (28, 29) und der Wegeaufnehmer (19) mit einer Multiplikationsschaltung (31) verbunden sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationsschaltung (31) jedes Heizkörpers (11) mit einer Additionsschaltung (33) verbunden ist.

10. Verwendung eines an einem Heizkörper (11) einer Warmwasser-Heizungsanlage (10) befestigbaren Thermostatventils (18, 18′), das mit einem seine Öffnungszustände erfassenden Wegeaufnehmer (19) versehen ist, zum Steuern oder Regeln einer Heizeinrichtung (15) der Warmwasser-Heizungsanlage (10).