DE3910772A1

DE3910772A1 - Dezentrale, zeitabhaengige raumheizungssteuerung

Info

Publication number: DE3910772A1
Application number: DE3910772A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Lessing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1990-10-11

Description

Einleitung

Eine bedarfsabhängige und raumbezogene Heizung kann zu erheblichen Ersparnissen von primären Energieressourcen führen und ist damit wirtschaftlich sehr interessant und vermag in hervorragender Weise dem Umweltschutz dienen (siehe Fig. 3). Gleichzeitig wird aber auch die Lebensqualität angehoben, da die Raumtemperatur den individuellen Bedürfnissen entsprechend variieren wird.

Die bedarfsbezogene Heizung von Räumen erfordert in der Regel eine tageszeitabhängige und flexible Vorgabe der Heizphasen für jeden Raum, bzw. für Wohneinheiten.

Stand der Technik

Vorrichtungen und Verfahren im obigen Sinn zur zeitabhängigen und raumbezogenen Heizung von Räumen oder Wohneinheiten erfordern in der Regel zentrale Steuereinheiten. Dabei wird die Raumtemperatur durch Thermofühler erfaßt, mit Sollwerten verglichen und das jeweilige Heizventil geöffnet oder geschlossen. Andere Verfahren modifizieren bedarfsabhängig die Vorlauftemperatur (Spaltmann 82, Rich 83 (Patentblatt).

Diese Konstruktionen zeichnen sich durch eine relative Komplexität, z. T. einen hohen technischen und finanziellen Aufwand aus. Nachrüstungen sind wegen der Zentraleinheiten zu Steuerung und Regelung häufig technisch erschwert und deshalb besonders kostenintensiv.

Zur Erfindung

I. Diese Probleme liegen bei der vorliegenden Erfindung nicht vor. Die Erfindung umfaßt eine Vorrichtung und ein Verfahren, um dezentral, raumbezogen und zeitabhängig die Beheizung von Räumen oder Raumeinheiten durch Warmwasser zu regeln.

Die Vorrichtung umfaßt handelsübliche Heizkörperthermostate (2) (Fig. 1 und 2), die mit internen, elektrischen Heizkörpern (3) ausgestattet sind, und eine Regel- und Steuereinheit (1) (Fig. 2a und b) für einen Raum oder eine Wohneinheit zur Betriebsanzeige und dezentralen Vorgabe der minimalen Raumtemperatur und der Heizphasen für diesen Bereich.

Das Verfahren betrifft die gewählte, zeitabhängige oder permanente, direkte Aufheizung der Heizkörperthermostate eines Raumes oder einer Wohneinheit, so daß die Ventile schließen und der Raum oder die Wohneinheit abkühlen kann.

II. Die einzelnen Steuer- und Regelfunktionen sind wie folgt realisiert:

1. Die Phasen der Raumaufheizung werden festgelegt, indem über die Zeitschaltuhr (6) die direkte Heizung (3) der Heizkörper thermostate (2) unterbrochen wird. Das System fordert somit eine Einstellung der Zeitphasen an der Steuer- und Regeleinheit, in der die Raumheizung unterbleiben soll, bzw. eine Absenkung der Raumtemperatur erfolgen soll. Die direkte Heizung (3) erwärmt im Betrieb die Heizkörperthermostate innen auf ca. 50°C, so daß die Dehnungsmasse das Heizkörperventil schließt.
Eine bedarfsabhängige Steuerung der Heizung eines Raumes oder einer Wohneinheit mit über 10 Heizkörpern kann dabei in dezentraler Weise erfolgen. Jeder Heizkörperthermostat muß dabei eine elektrische Verbindung (zweiadriges, dünnes Kabel) zur Steuer- und Regeleinheit (1) besitzen. Die Stromversorgung der Heizkörperthermostate von der Einheit (1) aus erfolgt im Niedervoltbereich (9 V, 100 mA beim Prototypen), so daß besondere Sicherheitsrisiken nicht auftreten; der Bedarf an elektrischer Energie ist vernachlässigbar klein (0,9 Watt/h Heizkörper thermostat während der Abkühlphasen beim Prototypen). Die Einheit (1) versorgt die einzelnen Heizkörper parallel und in gleicher Weise über eine Verteilerleiste (5) (siehe Fig. 2). Die Begrenzung der aufgenommenen Leistungen kann über einfache Ohmwiderstände in üblicher Weise erfolgen. Der Betriebszustand wird durch eine Leuchtdiode an der Steuer- und Regeleinheit angezeigt (siehe Fig. 2a und b).
Die Reduktion der Spannung von 220 Volt in den Niedervoltbereich kann durch die Zeitschaltuhr gesteuert werden (Fig. 2b) oder in erster Position erfolgen (Fig. 2a). Sofern ein mechanisches und kein elektronisches Uhrwerk verwendet wird, besteht die Wahl. Da Transformatoren heute relativ robuste Konstruktionen darstellen, erscheint aber auch in diesem Fall seine Dauerbelastung vorteilhafter. Bei einer elektronischen Zeitprogrammierung muß eine Spannungsreduktion in jedem Fall zuvor erfolgen.
2. Die maximale Raumtemperatur wird durch die Einstellung der Heizkörperthermostate in üblicher Weise erreicht. Die Ausdehnungsmasse veranlaßt ein Schließen der Ventile, sobald der Raum seine Maximaltemperatur erreicht hat. Der Heizring (3) verursacht eine gewisse Isolation und Erhöhung der Masse; das thermische Verhalten des Heizkörperthermostaten wird deshalb an Trägheit etwas zunehmen. Dieser Umstand kann in der Wahl der Heizphasen aber berücksichtigt und damit kompensiert werden.
3. Die minimale Raumtemperatur wird festgelegt, indem ein temperaturempfindlicher Bimetallschalter (7) die direkte Heizung des Heizkörperthermostaten unterbricht, sobald die Minimaltemperatur erreicht ist. Dadurch kühlt der beheizte Heizkörperthermostat wieder aus (bzw. alle angeschlossenen) und öffnet das Heizkörperventil, bis der Raum seine vorgegebene Minimaltemperatur überschritten hat. Dann schließt der Bimetallschalter, die Aufheizung des Heizkörperthermostates erfolgt erneut - und eine weitere Raumaufheizung unterbleibt. Die Minimaltemperatur ist am Bimetallschalter der Steuer- und Regeleinheit beliebig einstellbar.
4. Eine dauerhafte Abkühlung während der Raumheizphase, bzw. eine dauerhafte Unterbindung der Heizung kann erfolgen, indem eine dauerhafte, direkte Erwärmung der Heizkörperthermostate gewählt wird. Dieses ist möglich, indem der Zeitgeber (Uhr (6)) überbrückt wird; der Schalter (8) schließt einen parallelen Versorgungskreis der Verteilerleiste (5). Dabei bleibt die Funktion der Einhaltung der Minimaltemperatur erhalten.
Diese Funktion setzt die Wahl der Heizphasen dauerhaft außer Kraft und muß (mechanisch oder durch den Zeitgeber automatisch) zurückgestellt werden, wenn die zeitabhängige Steuerung wieder erfolgen soll.
5. Eine zusätzliche Aufheizung der Wohneinheit während der programmierten Abkühlphase kann erfolgen, indem durch den Schalter (9) der Heiz-Stromkreis der Heizkörperthermostate unterbrochen wird. Die Heizkörperthermostate kühlen aus und öffnen die Heizkörperventile.
Auch diese Funktion muß (mechanisch oder durch den Zeitgeber automatisch) zurückgesetzt werden.

III. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß sich das System z. Z. über Monate im Dauerbetrieb befindet und störungsfrei arbeitet.

Zur technischen Umsetzung können ausschließlich erprobte Bauteile Einsatz finden, die zur Steuer- und Regeleinheit kombiniert werden müssen oder in die Heizkörperthermostate zu integrieren sind.

Die Installation des Systems erfordert für jede Raum- oder Wohneinheit eine Steuer- und Regeleinheit und entsprechend der Heizkörperventile modifizierte Heizkörperthermostate. Die Steuer- und Regeleinheit muß an eine Stromversorgung (z. B. 220 Volt) angeschlossen werden.

Eine Neuausstattung von Raum- und Wohneinheiten kann vollständig oder teilweise erfolgen. Nicht einbezogene Raum- und Wohneinheiten können später ohne bauliche Maßnahmen in denkbar einfacher Weise beliebig nachgerüstet werden. Die Neuausstattung ist preiswerter, da vorhandene Heizkörperthermostate ohne direkte Heizung nicht ersetzt werden müssen.

Eine Nachrüstung - auch eine partielle Nachrüstung - erfordert ebenfalls lediglich eine Stromversorgung (z. B. 220 Volt), modifizierte Heizkörperthermostate und eine Steuer- und Regeleinheit für jeden Bereich; bauliche Maßnahmen sind ebenfalls nicht erforderlich. (Die Ventile der Heizkörperthermostate müssen nicht ausgetauscht werden, wenn die Normungen übereinstimmen. Dadurch wird eine Nachrüstung noch unproblematischer und preiswerter werden).

Die Materialkosten können bei einer Nachrüstung pro Raum und Wohneinheit zwischen 50,- und 100,- DM für die Steuer- und Regeleinheit und bei ca. 15,- bis 40,- DM für jeden Heizkörperthermostaten liegen. Damit ammortisiert sich die Investition allein aus Gründen der Heizkostenersparnisse in kürzester Zeit.

Sicherheitsrisiken liegen nicht vor: die Stromversorgung und Steuerung erfolgt im Niedervoltbereich und bei Stromausfall fällt die Heizung der Thermostate aus; die Raumheizung läuft dann u. U. über den gesamten Tag ohne Zeitregelung auf Maximaltemperatur weiter. Dies trifft z. B. für Fernwärmesysteme zu.

Claims

1. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Regel- und Steuereinheit (1) handelsübliche Raumthermostate (2) zur Regulation der maximalen Raumtemperatur durch eine zusätzliche, im Thermostat integrierte über eine Zeitschaltuhr angesteuerte, direkte Heizung (3) erwärmt werden.

Hierdurch wird in der festgelegten Zeitphase quasi ein warmer Raum simuliert, so daß die Ventile der Heizkörperthermostate schließen und der Raum abkühlen kann.

2. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der Thermostate in bequemer Weise elektrisch im Niedervoltbereich (4), aber auch auf andere Weise (durch einen Warmwasserbypass z. B.) erfolgen kann.

3. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- und Steuereinheit einen Heizkörper oder parallel mehrere in einem Raum, oder in mehreren Räumen, regeln kann (5).

4. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dezentralen Regel- und Steuersysteme eines Wohnbereiches (Gebäudes) unabhängig voneinander arbeiten und der Raumnutzung entsprechend eingestellt werden können.

5. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Regel- und Steuereinheit beliebige Tagesraumheizphasen über eine (mechanische oder elektronische) Zeitschaltuhr (6) eingestellt werden können.

6. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Heizkörperthermostat (2) die maximale Raumtemperatur wie üblich eingestellt werden kann.

7. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Raumtemperatur an der Regel- und Steuereinheit mit Hilfe eines Bimetallschalters (7) vorgegeben wird, der die direkte Thermostatheizung unterbricht, sobald die vorgegebene Minimaltemperatur unterschritten wird.

Während der Unterbrechung heizt der Raum kurzfristig auf bis eine Temperatur erreicht ist, bei der der Bimetallschalter wieder schließt.

8. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf eine permanente Raumabkühlung eingestellt werden kann, indem der Zeitgeber überbrückt wird (8).

9. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf eine permanente Raumheizung eingestellt werden kann, indem eine Thermostatheizung permanent unterbunden wird (9).

10. Ein dezentrales, raumbezogenes Regel- und Steuersystem für die Beheizung von Räumen durch Warmwasser nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromausfall die eingestellte Maximaltemperatur in den Räumen konstant angenommen wird.

Die Heizung verhält sich dann, als ob ein Regel- und Steuersystem nicht vorhanden wäre. Für Fernwärme- und Zentralheizungen mit gesonderter Stromversorgung kann dies zutreffen.